Способ отделения nh3 от смеси, содержащей nh3, co2 и h2o

008698 Изобретение относится к способу отделения NH3 от смеси, содержащей NH3, CO2 и Н 2O, который включает стадию ректификации NH3, проводимой в устройстве отделения NH3, в которое подают один или больше потоков, содержащих NH3, СО 2 и Н 2 О, включая смесь, причем получают поток, содержащий,по существу, газообразный NH3, отделенный от смеси в устройстве для отделения NH3 и выгруженный. Такой способ известен из NL 7804668 А. В известном способе, который может найти применение в способах получения меламина и мочевины или совместного получения меламина и мочевины, смесь,подаваемая в устройство для отделения NH3, является газообразной или жидкой. Устройство для отделения NH3 обозначается как дистилляционная установка. Энергетические потребности удовлетворяются паром. Поток газообразного NH3, который образуется, содержит более 95% NH3, а также содержит инертные газы. Поток газообразного NH3 не содержит СО 2. Поток газообразного NH3 частично конденсируют, причем образуется жидкий NH3. Жидкий NH3 возвращают в устройство для отделения NH3. Оставшуюся смесь выгружают из устройства для отделения NH3. На следующих стадиях поток, по существу, состоящий из СО 2, и поток, по существу, состоящий из Н 2 О, могут быть отделены от смеси. Недостатком известного способа является то, что устройство для отделения NH3 трудно регулировать. Состав, давление и температура таковы, что нормальные колебания в работе способа влекут за собой опасность образования твердого вещества. Если это происходит, твердые вещества должны быть удалены вымыванием водой, и, как результат, эффективность устройства для отделения NH3 снижается. Задачей изобретения является уменьшение указанных недостатков. Указанная задача достигается в способе по изобретению тем, что стадию конденсации проводят по меньшей мере с одним потоком, по существу, состоящим из NH3, или одним или больше потоками, содержащими NH3, СO2 и Н 2 О, которые подают в устройство для отделения NH3, причем по меньшей мере часть присутствующего СO2 превращается в жидкую фазу. Преимуществом способа по изобретению является то, что опасность образования твердого вещества меньше, чем в известном устройстве для отделения NH3. Это уменьшает необходимость применения мер, ухудшающих эффективность, таких как использование операции вымывания водой, так что способ становится более стабильным при более низком потреблении энергии, например, в форме пара, и, как результат, более дешевым. Не имея намерения дать теоретическое объяснение преимуществ способа по изобретению, допускается, что превращение СО 2 в жидкую фазу имеет такое влияние на соотношения NH3, CO2 и Н 2O на стадии ректификации NH3 или на фазы, в которых они присутствуют, что опасность образования твердого вещества становится меньше. В дополнение допускается, что возможно расширение рабочих возможностей состава, давления и температуры в устройстве для отделения NH3 таким образом, что опасность образования твердого вещества становится меньше. Способ по изобретению применим к смеси, содержащей NH3, СО 2 и Н 2 О. Соотношения между NH3,СО 2 и Н 2 О могут изменяться в широких пределах, также как и давление, и температура смеси. Предпочтительно никакого твердого вещества в смеси не присутствует. В дополнение способ, по которому проводят стадию ректификации NH3, обсуждаемую в дальнейшем, может влиять на возможные соотношения между NH3, СO2 и Н 2O, как в случае применения перегонки на стадии ректификации NH3. В этом случае важно, как и в примере из NL 7804668 А, принимать во внимание известную азеотропную природу смесей NH3, СО 2 и Н 2O. В результате при данных составе и температуре только чистый NH3 может быть отделен обычной перегонкой, если состав соответствует так называемой NH3-обогащенной области, например области I на рис. 1 в NL 7804668 А. Аналогично, только чистый СО 2 может быть отделен обычной перегонкой, если состав соответствует так называемой СО 2-обогащенной области, например областиII на рис. 1 в NL 7804668 А. Если смесь присутствует в процессах, или происходит из них, известных, по существу, для получения меламина или мочевины, то смесь обычно содержит от 20 до 70% NH3, от 10 до 50% СО 2 и от 10 до 70% Н 2 О. Предпочтительно смесь содержит от 25 до 60% NH3, от 15 до 40% СО 2 и от 20 до 55% Н 2 О. Более предпочтительно смесь содержит от 30 до 50% NH3, от 15 до 25% СO2 и от 25 до 50% Н 2O. Если не указано иначе, процентный состав здесь и в дальнейшем выражен в весовых процентах. Принимают, что в способе по изобретению стадия ректификации означает стадию, применяемую к смеси, в которой технологию разделения используют, чтобы образовать поток, который состоит, по существу, из NH3. В принципе пригодна любая технология разделения, которая гарантирует, что поток,состоящий, по существу, из газообразного NH3, образуется, отделяется от смеси и может быть выгружен. Примерами возможных методик разделения являются мембранное разделение и перегонка. Предпочтительно применяется перегонка. Может быть полезным или необходимым добавлять на стадии ректификации NH3 один или больше дополнительных потоков, которые влияют на термодинамическое равновесие. Дополнительный поток также может быть подан с целью отделения NH3, как в случае смеси. Дополнительные потоки могут содержать NH3 и/или СО 2 и/или Н 2 О. Примерами дополнительных потоков являются жидкий NH3 и рециркуляционные потоки из других стадий процесса, применяемых к смеси. Стадию рециркуляции NH3 проводят в устройстве для отделения NH3. Если в качестве методики разделения выбрана перегонка, обычно применяют давление от 0,1 до 6 МПа, предпочтительно от 0,3 до 4 МПа, более предпочтительно от 0,6 до-1 008698 3 МПа, и температуру от 5 до 160 С. Выгружается поток, по существу, состоящий из газообразного NH3, который образуется в устройстве для отделения NH3 и отделяется от смеси. Наряду с NH3, этот поток также может содержать небольшие количества других соединений, таких как СО 2 и Н 2 О; предпочтительно поток, по существу, состоящий из газообразного NH3, содержит менее чем 15% других соединений, более предпочтительно менее 10%, еще более предпочтительно менее 8% и наиболее предпочтительно менее 5% или даже менее 1%. Усилия по отделению, требуемые для дальнейшего понижения количества других соединений, могут быть сравнимы с количеством других соединений, что допускается в свете дальнейшего применения потока, по существу, состоящего из газообразного NH3. В дополнение, если допущение определенного количества СО 2 в потоке, по существу, состоящем из газообразного NH3, например 5% или меньше, приводит к упрощению или стабилизации работы установки разделения NH3, то полезно применять стадию конденсации по изобретению, которая будет обсуждаться далее, по меньшей мере, к потоку, по существу, состоящему из газообразного NH3. В способе по изобретению стадию конденсации применяют по меньшей мере к одному из потоков,по существу, состоящему из газообразного NH3, или к одному и более потоков, содержащих NH3, СО 2 и Н 2 О, подаваемых в устройство для отделения NH3. Стадия конденсации может быть проведена известными способами. Примерами таких способов являются: охлаждение прямым контактом с охлаждающей средой и/или непрямым охлаждением в теплообменнике и/или контактом с жидкой поглощающей средой. По меньшей мере часть присутствующего СО 2 превращают в жидкую фазу. Жидкая фаза может уже присутствовать во время стадии конденсации, например, поскольку стадия конденсации проводится со смесью газ-жидкость; жидкая фаза также может образовываться во время стадии конденсации, например,поскольку конденсируется газообразная Н 2 О, в которой поглощается СО 2, так же как NH3, жидкая фаза также может быть введена, например, жидкая поглощающая среда, как указано выше. Предпочтительно от 40% до, по существу, всего СО 2, который присутствует, переводится в жидкую фазу; более предпочтительно от 50% до, по существу, всего СО 2, который присутствует, переводится в жидкую фазу; еще более предпочтительно от 75 до 99 или 95%. Способ по изобретению может быть применен с целью получения потока, состоящего, по существу,из газообразного NH3 из смеси. В дополнение может быть желательно также удалить СО 2 и Н 2 О из смеси наряду с NH3. Следовательно, чтобы удалить СО 2 и Н 2 О из смеси способ по изобретению далее включает стадию ректификации СО 2, которую применяют в устройстве для отделения СО 2 к смеси, выходящей из устройства для отделения NH3, в то время как поток, выходящий из устройства для десорбции,вводят, причем получают поток, состоящий, по существу, из СО 2, в устройстве для отделения СО 2 и отделяют от смеси, и стадию десорбции, которую применяют в устройстве для десорбции к смеси, выходящей из устройства для отделения СО 2, причем получают поток, состоящий, по существу, из Н 2 О, и отделяют от смеси,после чего смесь возвращают в устройство для отделения NH3 и/или в устройство для отделения СО 2. Стадия ректификации СО 2 может быть проведена известными способами в устройстве для отделения СО 2. Примерами таких способов являются мембранное разделение и перегонка. В случае перегонки поток, состоящий, по существу, из СО 2, является верхним продуктом. Если перегонку применяют к смеси и, как это обычно бывает, главным образом присутствуют NH3, СО 2 и Н 2O, то внимание следует уделить азеотропному поведению, о чем упоминалось ранее. Состав в устройстве для отделения СО 2, а именно оно является устройством, в котором проводят стадию ректификации СО 2, должен быть в СО 2 обогащенной области при преобладающем давлении. Если состав смеси, подаваемой из устройства для отделения NH3, также принимая во внимание состав потока, выходящего со стадии десорбции, будет приводить к составу в устройстве для отделения СО 2, находящемуся вне СО 2-обогащенной области, необходимы дополнительные меры. Примерами таких дополнительных мер являются: изменение давления,например давление увеличивают, и/или изменение состава, например подача дополнительного потока,такого как поток Н 2 О. Если применяют повышенное давление, то давление в устройстве для отделения СО 2 обычно составляет от 0,5 до 10 МПа, более предпочтительно от 1 до 6 МПа и особенно предпочтительно от 1,5 до 5 МПа. Температура верха в устройстве для отделения СО 2 тогда обычно будет составлять от 30 до 175 С, предпочтительно от 100 до 150 С, а температура куба обычно будет составлять от 100 до 250 С, предпочтительно от 150 до 200 С. Как сказано выше, из устройства для отделения СО 2 отводят поток, состоящий, по существу, из СО 2. Дополнительно отводят смесь; смесь удаляют из устройства для отделения СО 2 и последовательно подают в устройство для десорбции, где проводят стадию десорбции. Цель стадии десорбции - отделить поток, состоящий, по существу, из Н 2 О, от смеси. Это может иметь место с помощью известного способа, такого как перегонка; в случае перегонки поток, состоящий, по существу, из Н 2 О, является кубовым продуктом. После отделения потока, состоящего, по существу, из Н 2 О, от смеси на стадии десорбции оставшееся количество смеси, которая еще содержит NH3, СО 2 и Н 2 О, возвращают в устройство для отделения NH3 и/или в устройство для отделения СО 2. В этом варианте стадию конденсации по изобретению проводят с потоком, состоящим, по существу, из газообразного NH3, из устройства для отделения NH3 и/или по меньшей мере с частью потока, ко-2 008698 торый выходит из устройства для десорбции и который подают в устройство для отделения NH3. В особом варианте изобретения стадию десорбции проводят в двух зонах десорбции, причем одна зона работает при давлении, которое почти равно давлению в устройстве для отделения NH3, a вторая зона работает при давлении, которое почти равно давлению в устройстве для отделения СО 2. Потоки,выходящие из зон десорбции, переводят в два устройства для отделения при практически соответствующих давлениях. Найдено, что это может дать снижение расхода пара. Если стадию конденсации по изобретению применяют к потоку, по существу, состоящему из газообразного NH3, ее проводят в погружном конденсаторе, причем водный поток и/или жидкий аммиак применяют в качестве поглощающей среды. Погружной конденсатор известен, например, изNL 8400839 А. Водный поток состоит, по существу, из воды, но дополнительно может также содержать другие соединения, примерами которых являются аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, меламин или мочевина. В погружном конденсаторе поток, состоящий, по существу, из газообразного NH3,вступает в прямой контакт с подаваемым водным потоком и/или жидким NH3, в которых СО 2 поглощается. Это имеет такое преимущество, что для удаления СO2 в устройстве для отделения NH3 устанавливают менее строгие требования, чем в известном процессе, которые увеличивают стабильность операции и снижают риск образования твердых веществ. Как утверждалось ранее, образование твердых веществ приводит к расходу пара, который иногда и/или структурно выше. Также путем подбора подаваемых потоков и их температур могут быть выбраны оптимальные условия тепло- и массопереноса, которые особенно благоприятны для перехода СО 2 из газовой в жидкую фазу в погружном конденсаторе. Если поток, по существу, состоящий из газообразного NH3, после выхода из погружного конденсатора, и как результат контакта с водным потоком, содержит нежелательное количество воды, предпочтительно применяют стадию поглощения к потоку, по существу, состоящему из газообразного NH3, в которой указанный поток приводят в контакт с жидким NH3. В результате вода поглощается жидким NH3. Стадия поглощения может быть проведена известными способами, например в тарельчатой колонне. В другом варианте стадию конденсации по изобретению проводят как стадию частичной конденсации на потоке, который выходит из устройства для десорбции и который подают в устройство для отделения NH3. Стадию частичной конденсации предпочтительно проводят непрямым охлаждением охлаждающей средой, например, в теплообменнике. Поток, идущий из устройства для десорбции, также содержит NH3 и Н 2 О; в результате стадии частичной конденсации по меньшей мере часть Н 2 О становится жидкостью, в которой часть СО 2 поглощается так же, как часть NH3. В результате работа устройства для отделения NH3 становится более простой и более стабильной за счет меньшего риска образования твердого вещества. Предпочтительно смесь, присутствующую на стадии отделения NH3, используют в качестве охлаждающей среды в стадии частичной конденсации. Способ по изобретению далее объясняется на основе фигур. На фиг. 1 показан вариант согласно известному уровню техники, в котором поток, по существу, состоящий из NH3, отделяется от газовой смеси NH3, СО 2 и Н 2 О в абсорбере. Фиг. 2 показывает вариант по изобретению, в котором стадию конденсации проводят на двух потоках: потоке, по существу, состоящем из газообразного NH3, и потоке, который выходит из устройства для десорбции и который подают в устройство для отделения NH3. Первая цифра номера на фигуре такая же, как номер фигуры. Если последние две цифры номеров разных фигур одинаковые, то и части одинаковые. На фиг. 1 смесь NH3, СО 2 и Н 2 О подают по линии 102 в устройство 104 для отделения NH3, которая обозначена как перегонная колонна и предпочтительно работает при температуре 15-160 С и давлении 0,1-6 МПа. Чтобы защитить оборудование от коррозии, воздух также подается в устройство 104 для отделенияNH3 по линии 106. Поток, по существу, состоящий из газообразного NH3, выгружается через линию 108 в аммиачный охладитель 110; смесь выгружается как жидкий раствор NH3 и СО 2 в воде через линию 111 и переводится в устройство для отделения СО 2 (не показано). В аммиачном охладителе 110 почти весь NH3 сжижается и выгружается через линию 112, частично рециркулируется по линии 114 в устройство 104 для отделения NH3, а частично по линии 113 для иного использования. Из аммиачного охладителя 110 также выходит газовая фаза, которая, по существу, состоит из инертного газа и небольшого количестваNH3 и которая подается по линии 116 в скруббер 118. В скруббере 118 поток с линии 116 приводят в контакт с водой, поток, состоящий, по существу, из воды, подается по линии 120, в результате чего NH3 поглощается водой скруббера, причем образуется раствор NH3 в воде. Инертные газы отводятся по линии 122; раствор NH3 в воде подается по линии 124 в охладитель 126 и потом частично рециркулируется по линии 128 в скруббер 118, а частично по линии 130 в устройство 104 для отделения NH3, который затем подается по линии 132 с потоком воды и по линии 134 со смесью из устройства для десорбции (не показано). Поток Н 2 О, который подается по линии 132, служит для предотвращения образования твердых веществ в устройстве 104 для отделения NH3 или для вымывания их, если образование твердых веществ еще происходило. На фиг. 2 смесь NH3, СО 2 и Н 2 О подается по линии 202 в устройство 204 для отделения NH3; смесь,подаваемая по линии 234 из устройства для десорбции, подвергается стадии частичной конденсации по-3 008698 изобретению в охладителе 236. В качестве охлаждающей среды используют смесь из устройства 204 для отделения NH3, подаваемой по линии 238, после которой смесь возвращают в устройство 204 для отделения NH3 по линии 240. Частично конденсированная смесь из устройства для десорбции по линии 242 подается в установку 204 отделения NH3. Поток, по существу, состоящий из газообразного NH3, подается по линии 244 в погружной конденсатор 246, где он приводится в контакт с частью раствора NH3 в воде,выходящей из охладителя 226, и с потоком жидкого NH3, подаваемого по линии 214, причем это приводит к образованию смеси газ-жидкость, которая подается в сепаратор 250 газ-жидкость по линии 248. В сепараторе 250 жидкая фаза отделяется и выгружается через линию 252, после которой жидкую фазу объединяют со смесью, подаваемой по линии 202; газовую фазу отделяют, отводят и подают в аммиачный охладитель 210 по линии 208. Способ по изобретению далее объясняется на основе сравнительного эксперимента и примера. Сравнительный эксперимент выполняли по варианту фиг. 1; пример выполнен по варианту фиг. 2. Результаты показаны в следующих таблицах. Таблица 1 Результаты сравнительного эксперимента (см. фиг. 1) Полное количество пара (4 МПа и 430 С), требуемое в сравнительном эксперименте, было 700 кг/ч. Для того чтобы предотвратить образование твердых веществ, было необходимо подать поток воды по линии 132. Таблица 2 Результаты примера (см. фиг. 2)-4 008698 Полное количество пара (4 МПа и 430 С), требуемое в сравнительном эксперименте, было 650 кг/ч. Во время работы устройства было найдено, что в примере твердое вещество не образовывалось, хотя водный поток не подавался через 232, как это было необходимо в сравнительном эксперименте. Это доказывает стабилизирующий эффект стадии конденсации по изобретению. Дополнительно доказано, что количество требуемого пара меньше в примере, чем в сравнительном эксперименте, хотя перерабатывается одинаковое количество смеси. Более низкие потребности в паре являются дополнительным преимуществом способа по изобретению. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ отделения NH3 от смеси, содержащей NH3, СО 2 и Н 2 О, включающий стадию ректификации NH3, проводимую в устройстве для отделения NH3, в которое подают один или более потоков, содержащих NH3, СО 2 и Н 2 О, включая смесь, и получают поток, по существу, состоящий из газообразногоNH3, а также содержащий СО 2, в устройстве для отделения NH3, отделяют от смеси и выгружают, отличающийся тем, что стадию конденсации проводят по меньшей мере в одном потоке, по существу, состоящем из газообразного NH3, a также содержащем СО 2, или один или более потоков, содержащих NH3,СО 2 и Н 2 О, подают в устройство для отделения NH3, в котором по меньшей мере часть существующего СО 2 превращают в жидкую фазу. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию конденсации проводят охлаждением потока, подлежащего конденсации, и/или приведением его в контакт с поглощающей средой. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для отделения СО 2 и Н 2 О от смеси дополнительно включает стадию ректификации СО 2, которую применяют в устройстве для отделения СО 2 к смеси, выходящей из устройства для отделения NH3, в то время как подают поток, выходящий из устройства для десорбции, и получают поток, по существу, состоящий из СО 2, в устройстве для отделения СО 2 и отделенный от смеси, и стадию десорбции, которую применяют в устройстве для десорбции к смеси, выходящей из устройства для отделения СО 2, и получают поток, по существу, состоящий из Н 2 О, отделяют от смеси, после чего смесь возвращают в устройство для отделения NH3 и/или устройство для отделения СО 2,в котором стадию конденсации проводят с потоком, по существу, состоящим из газообразного NH3,а также содержащем СО 2, из устройства для отделения NH3 и/или по меньшей мере с частью потока, который выходит из устройства для десорбции и который подают в устройство для отделения NH3. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором стадию конденсации проводят с потоком, по существу,состоящим из газообразного NH3, а также содержащего СО 2, из устройства для отделения NH3 в погружном конденсаторе, в то время как водный поток и/или жидкий NH3 подают в качестве поглощающей среды. 5. Способ по п.4, в котором после стадии конденсации применяют стадию поглощения к потоку, по существу, состоящему из газообразного NH3, а также содержащему СО 2, в котором указанный поток приводят в контакт с жидким NH3. 6. Способ по любому из пп.1-3, в котором стадию конденсации проводят как стадию частичной конденсации непрямым охлаждением охлаждающей средой на потоке, который выходит из устройства для десорбции и который подают в устройство для отделения NH3. 7. Способ по п.6, в котором смесь, присутствующую в устройстве для отделения NH3, применяют в качестве охлаждающей среды на стадии частичной конденсации.