Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
Расчеты и производственный опыт, а также анализ кривых плавкости системы NH3-CO2-H2O [38] позволяют считать, что оптимальными соотношениями компонентов РУАС являются I = = 1,05—1,1 и w = 0,55—0,6.
Узел промывной колонны. Ниже рассмотрены известные методы очистки возвратного NH3 от примеси CO2 и указаны средства достижения высокой эффективности работы узла промывной колонны.
Предложено поглощать CO2 из газовой смеси водой, жидким аммиаком, холодным раствором карбамида, не содержащим H2NCOONH4, плавом синтеза
карбамида после первой ступени дистилляции и аммиакатом гидрата карбамида, аммиачной водой с температурой ниже О 0C Запатентован процесс абсорбции CO2 из газовой смеси в две ступени: на первой ступени в качестве абсорбента применяют жидкий NH3, на второй — аммиачную воду. В ряде патентов рекомендуется процесс поглощения CO2 совмещать с ректификацией плава синтеза карбамида в одной колонне. В этом случае верхнюю часть колонны орошают водой (или аммиачной водой) либо жидким аммиаком [41].
В отличие от перечисленных способов более целесообразен метод извлечения аммиака из газов дистилляции, описанный в патентах [42]. Сущность его заключается в том, что NH3 выделяют из газовой смеси в колонне конденсации-ректификации. Эта колонна выполнена в виде двух секций. Нижняя секция содержит несколько слоев насадки, между которыми устанавливается барботажная тарелка. В верхней секции размещают колпачковые тарелки с охлаждающими элементами. Газы дистилляции вводят в нижнюю часть колонны, сверху на орошение подают жидкий аммиак и воду. Каждый слой насадки нижней секции орошается раздельно поглотительным раствором, циркулирующим через выносной холодильник. Концентрация раствора при переходе от нижележащего слоя к вышележащему снижается. Преимущество этого метода состоит в том, что отвод избыточного количества теплоты с помощью выносных холодильников и охлаждающих элементов тарелок позволяет значительно уменьшить расход NH3 и в некоторой степени H2O па орошение и регулировать температуру по высоте колонны, поддерживая оптимальный температурный режим.
Использование выносных холодильников для поглощения теплоты конденсации-абсорбции газов дистилляции предусмотрено и в ряде других патентов [7, 39, 43].
В отличие от колонны конденсации-ректификации [42] в одной из первоначальных модификаций промывной колонны [1] избыток тепла отводили путем испарения жидкого аммиака. Поэтому в сопоставимых условиях нагрузка такой промывной колонны по газу намного выше, чем на колонну конденсации-ректификации, что снижает эффективность осаждения CO2. Следствие этого — повышенный расход NH3, а также H2O, подаваемых па орошение промывной колонны (поскольку углеаммонинные соли практически нерастворимы в безводном жидком аммиаке). Поэтому из колонны выводят РУАС сравнительно низкой концентрации.
Интенсивность процесса осаждения CO2 в колонне конденсации-ректификации [42] снижается из-за вскипания части жидкого NH3 в верхней зоне колонны в результате выделения тепла при смешении NH3 и H2O. Это же наблюдается и в промывной колонне [I] в случае раздельной подачи на орошение жидкого аммиака и воды. К недостаткам способа, основанного на применении колонн конденсации-ректификации, относится также громоздкость его аппаратурного оформления.
Упрощенный вариант этого способа довольно широко используется как за рубежом [44], так и в нашей стране [1]. Поскольку обычно основная доля CO2 поглощается в нижней части абсорбционной колонны [40], согласно указанному варианту [1, 44] избыток тепла отводят проточной охлаждающей водой только в выносном барботере-холодильнике, через который проходит поток газов дистилляции прежде, чем поступить в колонну. В результате отпадает необходимость в циркуляции поглотительного раствора в секциях колонны, что упрощает процесс, при этом его эффективность почти не изменяется.
Несмотря на определенные достоинства колонны конденсации-ректификации [42 ] и промывной колонны с выносным барботе-ром-холодильником [1, 44], применение их не исключает возможности проскока с возвратным аммиаком сравнительно больших количеств CO2, особенно при колебаниях рабочих параметров в узлах синтеза и дистилляции, а также при повышении удельных нагрузок. В связи с этим разработан способ [45], гарантирующий стабильную тонкую очистку возвратного NH3.
При поглощении диоксида углерода из смеси CO2 и NH3 аммиачной водой реакция протекает и в жидкой, и в газовой фазах, однако преобладает процесс в газовой фазе [40]. Равновесие реакции
2NH„r + СО,,г 5= H2NCOONH4t (111.25)
изучено довольно хорошо [40]. По имеющимся данным можно вычислить (применительно к газовому потоку, выводимому из промывной колонны) предельное содержание CO2 в парах NH3 [ССо2% (масс.)], при котором не происходит образования твердого H2NCOONH4. Наличием паров H2O в газообразном потоке возвратного NH3 можно пренебречь [40].
Принимая, что смесь газообразных NH3 п CO2 подчиняется законам идеальных растворов [40], имеем:
Kp = ^NH ^CO1YNH1YrV'3 (I»-26)
