Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
Сравним оформление ступени низкого давления в схемах с жидкостным рециклом и с разделением газов. В первом случае эта ступень включает в себя колонну дистилляции (с кипятильником), абсорбер-конденсатор и насос для передачи РУАС на ступень более высокого давления. Во втором случае требуются колонна дистилляции, абсорбер, регенератор сорбента и два компрессора или компрессор и насос (в зависимости от того, при каком давлении выделяют аммиак: если P т 1,5 МПа, то аммиак может быть ожижен без компримирования). Очевидно, что в последнем случае число аппаратов и машин больше. Но это сопоставление выполнено без учета того, что селективность любого процесса сорбции ниже 100%. Условия же нормальной работы компрессоров CO2 и NH3, насосов для жидкого NH3 требуют исключения возможности образования твердого карбамата аммония при компримиро-вании газов и перекачивании насосом жидкого NH3. Для этого необходимо [1 ], чтобы содержание примесей CO2 в NH3 или NH3 в CO2 не превышало сотых или даже тысячных долей процента. Поэтому система разделения газов дистилляции на практике должна быть дополнена целым рядом аппаратов для тонкой очистки разделенных веществ, что еще более увеличивает капитальные затраты и расходы энергетических средств.
Вот почему процессы с разделением газов дистилляции получили весьма ограниченное распространение и в 70-х годах не развивались (хотя за рубежом агрегаты получения карбамида по схемам с газовым рециклом эксплуатируются до сих пор).
Не исключена возможность использования отдельных приемов, созданных при разработке обсуждаемых процессов, для решения различных частных задач. Поэтому ниже кратко перечислены эти приемы.
Способы разделения смесей NH3 и CO2 в производстве карбамида основаны на селективной сорбции либо CO2, либо NH3.
Для поглощения CO2 из смесей с NH3 используют, как правило, водные растворы органических или неорганических оснований [93].
В качестве органического основания чаще всего рекомендуют моноэтанол-амии (МЭА). В одном из способов абсорбцию CO2 проводят при атмосферном давлении и 290—335 К 40—60% раствором МЭА. Аммиак, выходящий из абсор-
бера, для окончательной очистки от CO2 промывают раствором щелочи, а затем компримируют, ожижают и возвращают в цикл. Так как в процессе абсорбции часть NH3 поглощается раствором МЭА, регенерацию этого раствора проводят в две ступени. На I стадии при 380—395 К отгоняют NH3 с небольшим содержанием CO2; этот поток возвращают в абсорбер. На II стадии отгоняют CO2 при 395—425 К и возвращают регенерированный раствор на I стадию абсорбции.
Другие способы с использованием раствора МЭА в основном подобны описанному и несколько модифицируют его. Так, предложено проводить регенерацию на I ступени в токе инертного газа, чтобы более полно извлечь NH3 из раствора. Аммиак, отгоняемый на первой стадии регенерации, поглощают водным раствором моноаммопийфосфата, в котором CO2 не растворяется, а затем NH3 регенерируют из этого раствора при 375—380 К.
В реализованном в шестидесятые годы^промышленном процессе абсорбцию проводят в две ступени. На I ступени из газов дистилляции, отделенных от плава синтеза карбамида при 0,5—2,0 МПа (предпочтительно 1,6 МПа), при этом же давлении полностью абсорбируют CO2 почти безводным МЭА (<1% воды). Полученным раствором полностью абсорбируют CO2 из газов со ступени дистилляции, проводимой при давлении, близком к атмосферному. На этой стадии в верхнюю часть абсорбера также вводят жидкий аммиак. Регенерацию МЭА осуществляют при 430 К (в нижней части регенератора) и давлении, близком к атмосферному.
Ряд способов с разделением смеси NH3 и CO2 растворами неорганических оснований по своему технологическому оформлению аналогичен способу с применением МЭА. CO2 поглощают при 345—375 К и давлении, близком к атмосферному, 20—25% раствором карбоната щелочного металла, в котором растворяется также часть NH3. Затем отгоняют из раствора NH3 и — при более высокой температуре — CO2. По другому способу РУАС, предварительно полученный абсорбцией смеси NH3 и CO2, контактируют с раствором карбоната натрия при 1,15 МПа. Температура в нижней части абсорбера составляет при этом 415 К, в верхней — 375 К.
Следует в этой связи упомянуть также о способах, в которых для освобождения аммиака от остатков CO2 предусмотрено использование твердых щелочей при 365—380 К и 0,1—1 МПа, карбонатов щелочных металлов на твердом носителе (силикагель) при 335—375 К, суспензий оксидов или гидроксидов щелочноземельных металлов, цеолитов [94].
В способах, основанных на селективной абсорбции NH3, в качестве сорбентов рекомендуют большей частью растворы солей аммония — нитрата, фосфатов, бихромата, сульфата или его смеси с комплексными аммиакатами сульфатов Ni, Со, Cu, Zn, Cd [95]. Абсорбцию проводят при атмосферном или несколько повышенном давлении — от 0,2—0,5 до 0,9—1,1 МПа. Для снижения степени поглощения CO2 сорбентом процесс абсорбции осуществляют при повышенной температуре, которая, в зависимости от давления, составляет от 325 (при атмосферном давлении) до 410—425 К (при давлении около 1 МПа). Концентрация используемых растворов солей равна 20—60% . Сорбенты регенерируют при давлении более низком, чем давление абсорбции. Предложено, в частности, регенерировать раствор нитрата аммония в три ступени: сначала выделяют часть аммиака при адиабатическом дросселировании, затем раствор нагревают, пропуская его через змеевик, помещенный внутри абсорбционной колонны, используя таким образом теплоту абсорбции, и, наконец, выделяют остаточный аммиак, нагревая раствор в обычном теплообменнике с паровым обогревом.
