способ извлечения аммиака из продувочных газов

Формула изобретения

Способ извлечение NH₃ из продувочных газов состава, об.%:

аммиак	0,1-15
водород	20-55
другие газы	остальное,

включающий промывку продувочного газа в скруббере и стадию выделения аммиака, отличающийся тем, что промывка продувочных газов проводится в многоступенчатом скруббере с охлаждением аммиачного раствора между ступенями абсорбции, а выделение аммиака после первой ступени скруббера осуществляется методом выпаривания в аппарате объемного или пленочного типа при давлении синтеза или хранения аммиака в продуктовых емкостях с последующей его осушкой и сжижением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химико-технологических энергосберегающих процессов, в которых используются газовые смеси, содержащие такие ценные продукты, как аммиак и водород. Оно может найти применение при реконструкции существующих и создании новых высокоэффективных аммиачных производств.

Известные способы выделения водорода, азота, аргона и криптоно-ксеноновой смеси из продувочных газов синтеза аммиака предусматривают 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 извлечения аммиака из продувочных и танковых газов [RU 2217669, кл. F25J 3/06], который предусматривает их охлаждение потоками хладагента с целью конденсации жидкого NH₃.

Недостатком известного способа являются большие затраты холода, вызванные тем, что для частичной конденсации аммиака с объемной концентрацией 0,5-10% необходимо охлаждать весь газовый поток.

Наиболее близким по технической сущности является метод отделения аммиака, описанный в кн.: Справочник азотчика. 2-е изд. перераб., М.: Химия. 1986. С.385. Он включает абсорбцию 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. Спрос на нее ограничен, а транспортирование данного вида удобрения на дальние расстояния нерентабельно из-за низкого содержания в нем питательных веществ. Таким образом, большая часть производимой аммиаксодержащей воды из системы абсорбции продувочных газов сбрасывается в канализацию, что приводит к увеличению затрат на переработку промышленных стоков.

Технической задачей изобретения является дальнейшее усовершенствование процесса очистки продувочных газов от аммиака с получением товарного аммиака в жидком виде.

Поставленная задача достигается тем, что поглощение NH₃ осуществляется промывкой продувочного газа в скруббере с охлаждением аммиачного раствора между ступенями абсорбции и выделением аммиака после первой ступени скруббера методом выпаривания в аппарате объемного или пленочного типа с последующей его осушкой и сжижением.

Сущностью предлагаемого изобретения является способ извлечения NH₃ из продувочных газов состава, об.%:

аммиак	0,1-15
водород	20-55
другие газы	остальное

включающий промывку продувочного газа в скруббере и стадию выделения аммиака, причем промывка проводится в многоступенчатом скруббере, с охлаждением аммиачного раствора между ступенями абсорбции, а выделение аммиака после первой ступени скруббера осуществляется методом выпаривания в аппарате объемного или пленочного типа при давлении, синтеза или хранения аммиака в продуктовых емкостях с последующей его осушкой и сжижением.

Заявленное изобретение может быть реализовано следующим образом.

Продувочные газы синтеза аммиака, содержащие водород, метан, азот, аммиак и примеси инертных газов, подаются в насадочный скруббер на отмывку аммиака водой. Указанный скруббер состоит как минимум из двух ступеней. При этом на орошение насадки первой ступени направляется слабый водоаммиачный раствор после второй ступени, на орошение которой подается вода из системы очистки или свежая вода. С целью повышения скорости хемосорбции и абсорбционной емкости по целевому компоненту (аммиаку) в скруббере предусмотрено межступенчатое охлаждение воды. После последней ступени скруббера продувочные газы, очищенные от пыли и аммиака, поступают в систему выделения водорода, базирующуюся на одном из описанных ранее принципов.

Использование многоступенчатого скруббера с увеличенной площадью массообмена, позволяет получить на выходе из первой ступени крепкий водоаммиачный раствор с концентрацией аммиака, близкой к 25 мас.%, что минимизирует затраты тепловой энергии на его выпаривание.

После первой ступени скруббера промывочная вода, содержащая аммиак, направляется в систему выделения аммиака, работающую по принципу выпаривания. Предлагаемый способ предусматривает два варианта ее подачи в выпарной аппарат:

1) с давлением синтеза аммиака;

2) с давлением хранения жидкого аммиака в продуктовых емкостях путем расширения аммиачного раствора в гидравлической турбине.

В первом варианте (фиг.1) промывочная вода после первой ступени скруббера 1 поступает в выпарной аппарат 13 через рекуперативный теплообменник 14. В качестве выпарного аппарата может применяться аппарат объемного или пленочного типа, в котором за счет подвода теплоты от стороннего источника происходит выпаривание аммиака. В качестве источника теплоты может использоваться любой технологический поток пара или конденсата. Выделившийся из воды аммиак последовательно проходит рекуперативный теплообменник 14 и влагоотделитель 15, после чего он поступает в один из двух попеременно работающих адсорберов блока глубокой осушки 10. Осушенный до температуры точки росы (минус 40°С) аммиак дросселируется через вентиль 11 до давления в продуктовых емкостях жидкого аммиака (1,8 МПа) и сжижается. Для регенерации адсорбентов блока глубокой осушки аммиака 10 используется предварительно подогретый технический воздух или любой другой технологический поток нагретого свободного от влаги газа. Вода из нижней части выпарного аппарата 13 насосом 12 подается в рекуперативный теплообменник 14, затем через охладитель 4 на орошение во вторую ступень скруббера 1. Насос 12 используется только для компенсации потерь давления в соответствующих аппаратах установки. После второй ступени скруббера 1 слабый водоаммиачный раствор поступает в буферную емкость 2, из которой насосом 5 через охладитель 3 подается на орошение первой ступени скруббера 1. Крепкий водоаммиачный раствор после первой ступени скруббера 1 подается в систему извлечения аммиака методом выпаривания. Цикл замыкается.

Во втором варианте (фиг.2) крепкий водоаммиачный раствор из первой ступени скруббера 1 поступает в гидравлическую турбину 6, в которой расширяется до давления, равного давлению хранения жидкого аммиака в продуктовых емкостях. После этого крепкий водоаммиачный раствор через рекуперативный теплообменник 15 подается в выпарной аппарат 14, где за счет подвода теплоты от стороннего источника происходит выпаривание аммиака. Выделившийся из воды аммиак последовательно проходит рекуперативный теплообменник 15 и влагоотделитель 9, после чего он поступает в один из двух попеременно работающих адсорберов блока глубокой адсорбционной осушки 11. Осушенный до температуры точки росы минус 40°С аммиак конденсируется в воздушном конденсаторе 12 при обдувании вентилятором 13. Циркуляция промывочной воды во втором случае осуществляется по аналогичной схеме, за исключением того, что перед подачей воды в скруббер 1 ее давление должно быть повышено до исходного значения (давления продувочных газов). Для этого предусмотрен насос 7, находящийся на одном валу с гидравлической турбиной 6. Как и в первом случае, для компенсации потерь для привода насоса 7 используется дополнительный электродвигатель 8.

Производительность установки, реализующей заявленный способ, по аммиаку в пересчете на 1000 нм³/ч перерабатываемых продувочных газов, содержащих 1,5 об.% аммиака, составит приблизительно 10 кг/ч. Соответственно, для установки синтеза аммиака АМ-76, расход продувочных газов в которой равен 4000 6000 нм³/ч, количество аммиака составит 40 60 кг/ч или 350 480 тонн в год.

Удельный расход воды на промывку продувочных газов, как правило, не превышает 0,15 кг/нм ³, что для агрегатов аммиака типа АМ-76 соответствует расходу воды на скруббер 600 900 кг/ч. В случаях, когда аммиачная вода не выдается потребителям, общий расход свежей воды на подпитку не превышает 2% от ее указанного расхода в аппарате.

Основным электропотребляющим оборудованием установки очистки продувочных газов от аммиака являются водяные насосы. Расход электрической энергии на их привод при использовании для расширения крепкого водоаммиачного раствора гидравлической турбины оказывается незначительным.

Дополнительным эффектом от внедрения предложенного способа извлечения аммиака из продувочных газов является исключение сбросов в канализацию аммиаксодержащей воды, что способствует улучшению экологической обстановки региона и снижению затрат на утилизацию сточных вод предприятия.