способ извлечения аммиака из продувочных и танковых газов

Формула изобретения

Способ одновременного извлечения аммиака из продувочных и танковых газов состава, об.%:

Аммиак	0,1-12
Водород	15-58
Другие газы	Остальное,

включающий раздельную промывку газов в скрубберах и общую стадию конденсации и сушки аммиака, отличающийся тем, что промывка производится в многоступенчатых скрубберах с охлаждением аммиачных растворов между ступенями абсорбции, а выделение аммиака после первой ступени каждого скруббера осуществляется методом выпаривания аммиачных растворов, подаваемых при одинаковом давлении в общий аппарат объемного или пленочного типа, после совершения каждым раствором работы расширения в гидравлических турбинах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химико-технологических энергосберегающих процессов, в которых образуются газовые смеси, содержащие аммиак, водород, метан и инертные газы. Оно может найти применение при реконструкции действующих и создании новых высокоэффективных производств аммиака. В настоящее время считается общепринятым, что при выделении из продувочных и танковых газов водорода, азота, аргона и криптоно-ксеноновой смеси, независимо от применяемого способа их разделения (низко-температурный, мембранный или адсорбционный), необходимо обеспечить их предварительную очистку от аммиака. Это связано с тем, что попадание аммиака на мембраны вызывает их необратимое уплотнение: в криогенных системах аммиак может переходить в твердое состояние; в адсорбционных установках наличие аммиака в перерабатываемом газе снижает активность адсорбентов.

Известен способ утилизации аммиака из продувочных и танковых газов [RU № 2217669, кл. F25J 3/06], основанный на их охлаждении хладагентом - аммиаком и парциальной конденсации NH₃.

Недостатком известного способа являются большие энергозатраты на получение холода, вызванные тем, что для частичной конденсации аммиака с объемной концентрацией 0,1-12 об.% требуется охлаждать весь поток.

По указанной причине более предпочтительны технологические процессы, предусматривающие удаление аммиака из исходных продувочных и танковых газов промывкой водой.

Наиболее близким по технической сущности является метод отделения аммиака, описанный в [Справочник азотчика. 2-е изд. перераб. М.: Химия. 1986. С.385]. Он включает абсорбцию продувочных или танковых газов водой в аппаратах колонного типа и сжигание очищенной газовой смеси в трубчатой печи. Производимая аммиачная вода содержит около 25% мас. аммиака и используется преимущественно в качестве азотного удобрения при посевных работах. Недостатками указанного способа являются сезонный спрос на аммиачную воду и высокие транспортные затраты в случае транспортирования данного вида удобрения на дальние расстояния. Как следствие, большая часть производимой аммиаксодержащей воды из системы абсорбции продувочных и танковых газов сбрасывается в канализацию, что приводит к увеличению денежных средств на переработку промышленных стоков.

Технической задачей изобретения является способ переработки продувочных и танковых газов, предусматривающий возможность выдачи аммиака в жидком виде и улучшение экономических и экологических показателей производства.

Поставленная задача достигается тем, что в заявленном способе танковые и продувочные газы подаются в отдельные скрубберы, состоящие, по меньшей мере, из двух ступеней, с охлаждением воды между ступенями скрубберов. Образующиеся при этом крепкие аммиачные растворы расширяются в отдельных гидравлических турбинах до одинакового давления, после чего указанные жидкостные потоки смешиваются и поступают на выпаривание аммиака с дальнейшей его глубокой осушкой и ожижением. Очищенные от аммиака продувочный и танковый газы направляются в отдельные установки по рекуперации водорода и извлечению аргона.

Сущностью предлагаемого технического решения является способ одновременного извлечение аммиака из продувочных и танковых газов состава, об.%:

аммиак	0,1-12
водород	15-58
другие газы	остальное

включающий раздельную промывку газов в скрубберах и общую стадию конденсации и сушки аммиака, причем промывка производится в многоступенчатых скрубберах с охлаждением аммиачных растворов между ступенями абсорбции, а выделение аммиака после первой ступени каждого скруббера осуществляется методом выпаривания аммиачных растворов, подаваемых при одинаковом давлении в общий аппарат объемного или пленочного типа за счет теплоты внешнего источника, после совершения каждым раствором работы расширения в гидравлических машинах.

Заявленное изобретение может быть реализовано следующим образом.

Продувочные газы (чертеж) непрерывно подаются в скруббер 1, последовательно проходят, как минимум, две его ступени и направляются в систему извлечения водорода и инертных газов. Образующийся в скруббере 1 крепкий водоаммиачный раствор поступает в гидравлическую турбину 6, в которой он расширяется до заданного давления, например до давления хранения жидкого аммиака в продуктовых емкостях, и через рекуперативный теплообменник 16 перекачивается в выпарной аппарат 15 для извлечения аммиака. Для поддержания в нем необходимого температурного режима может использоваться любой технологический поток пара или конденсата, выполняющий функции теплового источника. Выделившийся из воды аммиак последовательно проходит рекуперативный теплообменник 16 и влагоотделитель 10, после чего поступает в один из двух попеременно работающих адсорберов блока глубокой адсорбционной осушки 11. Осушенный до температуры точки росы (минус 40°С) продукт конденсируется в воздушном конденсаторе 12 при обдувании его вентилятором 13.

Вода из нижней части выпарного аппарата 15 проходит рекуперативный теплообменник 16, сжимается в насосе 7, оборудованном дополнительным электродвигателем 8, и через охладитель 4 подается на орошение второй верхней ступени скруббера 1. Образующийся на ней слабый водоаммиачный раствор самотеком поступает в буферную емкость 2 и затем насосом 5 через охладитель 3 подается в первую ступень скруббера 1

Параллельно с этим танковые газы поступают в скруббер 24, отмываются в нем от аммиака и направляются в систему извлечения водорода и инертных газов. Образующийся в скруббере 24 крепкий водоаммиачный раствор поступает в гидравлическую турбину 20, расширяется в ней до давления, равного давлению расширения аммиачного раствора в гидравлической турбине 6, и подается в выпарной аппарат 15. Подача воды на орошение второй ступени скруббера 24 с предварительным ее охлаждением в охладителе 25 осуществляется насосом 18, находящимся на одном валу с гидравлической турбиной 20 и электродвигателем 17. Слабый водоаммиачный раствор после второй ступени скруббера 24 самотеком поступает в буферную емкость 23 и затем насосом 21 через охладитель 22 направляется в первую ступень скруббера 24.

Подача свежей воды на орошение скрубберов 1 и 24 производится с помощью насосов 7 и 18, соединенных с соответствующими гидравлическими турбинами 6 и 20 и снабженных дополнительными электродвигателями 8 и 17. Насос 9 используется для подпитки системы свежей водой в режиме выпаривания аммиака.

Если давление потока танковых газов ниже давления хранения жидкого аммиака в продуктовых емкостях, то подача крепкого водоаммиачного раствора в выпарной аппарат 15 осуществляется, минуя гидравлическую турбину 20. Соответственно, изменяется и конечное давление расширения в гидравлической турбине 6. В этом режиме насос 18 работает с отсоединенной муфтой 19. Дожатие жидкого аммиака до давления его хранения в продуктовых емкостях осуществляется насосом 14.

Согласно проведенным расчетам производительность установки по переработке 4000 6000 нм³/ч продувочных и 1500 2500 нм³/ч танковых газов с концентрацией аммиака 1,5 и 5,0 об.% соответственно, в течение года достигает 720-1200 тонн.

Удельный расход воды на промывку продувочных и танковых газов, как правило, не превышает 0,15 кг/нм³ . Применительно к агрегатам аммиака типа АМ-76 это соответствует потреблению воды на скруббер 820 1270 кг/ч.

Основным энергопотребляющим оборудованием стадии отмывки продувочных и танковых газов от аммиака являются водяные насосы. Вместе с тем, расход электрической энергии на их привод удается существенно уменьшить за счет использования работы расширения водоаммиачных растворов в гидравлических турбинах.

Дополнительным эффектом от внедрения разработанного способа извлечения аммиака из продувочных и танковых газов синтеза аммиака является исключение сбросов в канализацию аммиаксодержащей воды, что способствует улучшению экологической обстановки и снижению затрат на переработку стоков. Исключается также образование оксидов азота в результате сжигания танковых газов в печах риформинга.

Таким образом, на основе предлагаемого технического решения можно улучшить экономические и экологические показатели производства за счет извлечения аммиака из продувочных и танковых газов.