способ и установка для получения nh3 из содержащей nh3 и кислые газы смеси

Формула изобретения

1. Способ получения NH₃ из смеси NH₃ , H₂S и/или CO₂-содержащего кислого газа и легкокипящих водорастворимых органических компонентов, в котором кислый газ абсорбируют в абсорбере кислых газов водным раствором NH₃,и из верхней части абсорбера кислых газов отбирают в значительной степени освобожденный от кислого газа NH₃, отличающийся тем, что частичный поток жидкой фазы из абсорбера кислых газов отводят и обрабатывают таким образом, что получают газообразный NH₃ с пониженным содержанием летучих органических соединений, который подают обратно в абсорбер кислых газов, причем отведенный из абсорбера кислых газов частичный поток подают в первую отпарную колонну, в которой в значительной степени удаляют летучие компоненты, головной продукт отпарной колонны частично конденсируют, а оставшиеся пары подают обратно в абсорбер кислых газов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частичный конденсат первой отпарной колонны подают в другую отпарную колонну, в которой NH₃ и кислые газы удаляют в такой степени, что органические компоненты в кубе концентрируются, и что головной продукт другой отпарной колонны подают обратно в абсорбер кислых газов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отпарную колонну(-ны) эксплуатируют при давлении от 2 до 20 бар, предпочтительно от 4 до 16 бар.

4. Способ п.2, отличающийся тем, что отпарную колонну(-ны) эксплуатируют при давлении от 2 до 20 бар, предпочтительно от 4 до 16 бар.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что давление кубового продукта другой отпарной колонны снижают до давления абсорбера кислых газов, кубовый продукт другой отпарной колонны смешивают с кубовым продуктом колонны, в которой осуществляют очистку NH₃, например дистилляцией, и пары с пониженным давлением подают в абсорбер кислых газов.

6. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что подаваемый в абсорбер кислых газов водный раствор NH₃ разделяют на части, при этом одну часть водного раствора NH₃ подают в верхнюю часть абсорбера кислых газов, а другую часть водного раствора NH₃ подают в самый нижний абсорбционный цикл абсорбера кислых газов.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что подаваемый в абсорбер кислых газов водный раствор NH ₃ разделяют на части, при этом одну часть водного раствора NH₃ подают в верхнюю часть абсорбера кислых газов, а другую часть водного раствора NH₃ подают в самый нижний абсорбционный цикл абсорбера кислых газов.

8. Способ по одному из пп.1-4 или 7, отличающийся тем, что из колонны (24) отгонки NH₃ отбирают жидкий или парообразный частичный поток и подают в первую отпарную колонну (65).

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что из колонны (24) отгонки NH ₃ отбирают жидкий или парообразный частичный поток и подают в первую отпарную колонну (65).

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что из колонны (24) отгонки NH₃ отбирают жидкий или парообразный частичный поток и подают в первую отпарную колонну (65).

11. Установка для получения NH₃, прежде всего по способу согласно одному из предшествующих пунктов, в которой имеется эксплуатируемый с водным раствором NH₃ абсорбер (27) кислых газов, отличающаяся тем, что после абсорбера (27) кислых газов подключена первая отпарная колонна (65), в которую подается частичный поток жидкой фазы из абсорбера кислых газов, и что верхняя часть первой отпарной колонны соединена с абсорбером кислых газов.

12. Установка по п.11, отличающаяся другой отпарной колонной (71), к которой подводится часть конденсата первой отпарной колонны (65) и в которой происходит дальнейшее удаление NH₃ и кислых газов, при этом верхняя часть другой отпарной колонны соединена с абсорбером (27) кислых газов.

13. Установка по п.11 или 12, при этом отбираемый из абсорбера (27) кислых газов NH₃ сжижается в конденсаторе (42), отличающаяся тем, что конденсатор (42) посредством обратных трубопроводов (47, 39) соединен с верхней частью абсорбера (27) кислых газов.

14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что конденсатор (42) через обратные трубопроводы (48, 30) связан с самым нижним циркуляционным циклом абсорбера (27) кислых газов.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к способу и установке для получения NH₃ из смеси NH ₃, содержащего H₂S и/или CO₂-осдержащего кислого газа и легкокипящих водорастворимых органических компонентов, прежде всего сточных вод.

Выделение NH₃ из подобной смеси известно и основано на том, что NH₃ с кислыми газами CO₂ и H₂S в водном растворе образует азеотропы. Азеотропы содержат тем меньше кислых газов, чем выше температура и чем ниже концентрация NH₃ в жидкости. Благодаря этому в установке удаления кислых газов, работающей при высокой температуре куба, в качестве головного продукта можно получить не содержащий NH₃ кислый газ, в то время как в кубе получают водный раствор, который содержит весь NH₃ и лишь небольшую часть кислого газа из поступающего свежего раствора. В колонне отгонки NH₃, которая работает при низкой температуре куба и, как правило, при высокой концентрации NH₃, получают кубовый остаток, который содержит все кислые газы, которые находились в исходном кубовом растворе. Для этого требуется сравнительно небольшой избыток NH₃ . Головной продукт состоит из NH₃, который еще содержит в небольшом количестве кислые газы. В абсорбере кислых газов происходит поглощение кислых газов из содержащего кислые газы NH₃ водным раствором NH₃. В перегонной колонне из водного раствора NH₃, CO₂, H ₂S и других летучих и не летучих компонентов (в зависимости от происхождения применяемого раствора) отгоняются все летучие компоненты, так что в качестве кубового остатка получают сточную воду, не содержащую летучих компонентов.

Обычно содержащая NH₃ смесь добавляется в куб абсорбера кислых газов. В верхнюю часть колонны подается водный раствор NH ₃ или чистая вода, которая в охлаждаемом абсорбционном цикле поглощает NH₃, вследствие чего образуется водный раствор NH₃, в котором происходит поглощение кислых газов. Кубовый остаток подается в колонну отгонки NH₃ , головные пары которой, все еще содержащие небольшое количество CO₂, подаются в абсорбер кислых газов. Кубовый остаток колонны отгонки NH₃ подается в установку удаления кислых газов. В верхнюю часть установки удаления кислых газов подается чистая вода, которая может поступать из куба перегонной колонны, для полного поглощения NH₃ из кислых газов. Кубовый остаток установки удаления кислых газов подается в перегонную колонну, головной продукт которой подается в куб абсорбера кислых газов. Кубовым остатком является сточная вода, не содержащая NH₃ и CO₂.

Из DE 2527985 известен вариант этого способа, в котором исходная жидкость подается в установку удаления кислых газов. Часть ее предварительно подогревается и подается в установку снизу, тогда как другая часть подается сверху для того, чтобы вызывать конденсацию воды и поглощать основное количество NH₃.

В раскрытом в EP 0212690 B1 способе основная часть загружаемой жидкости подается в предварительно подогретом состоянии в ректификационную колонну, в то время как остаток подается в холодном состоянии в установку удаления кислых газов. Головной продукт ректификационной колонны большей частью конденсируется и подается затем в нижнюю часть колонны отгонки NH₃ как кубовая жидкость абсорбера кислых газов. Этот способ особенно выгоден в тех случаях, когда концентрация кислых газов в исходной жидкости низкая.

Способ согласно EP 0654443 A1 объединяет в одной колонне установку удаления кислых газов и ректификационную колонну. Из средней части колонны выводятся освобожденные от кислых газов пары и при этом же давлении большей частью конденсируются. Не сконденсировавшиеся пары снова вводятся в верхнюю часть установки удаления кислых газов. Жидкость направляется в колонну отгонки NH₃ , которая объединена с абсорбером кислых газов в одной колонне.

Способ согласно EP 1135331 B1 отличается от упомянутого в начале способа тем, что пары из верхней части ректификационной колонны конденсируются, при этом жидкость подается в колонну отгонки NH₃.

В вышеупомянутых способах летучие водорастворимые органические компоненты могут накапливаться, прежде всего, в абсорбере кислых газов до такой степени, что способ становится неработоспособным.

Описание изобретения

Поэтому, целью настоящего изобретения является разработка способа и установки для получения NH ₃, в случае которых предотвращается сильное обогащение органическими компонентами.

Эта задача согласно изобретению решена за счет того, что частичный поток жидкой фазы отбирается из абсорбера кислых газов и обрабатывается таким образом, что получают газообразный NH₃ с уменьшенным содержанием летучих органических компонентов, который подают обратно в абсорбер кислых газов.

Удивительным образом оказалось, что содержание летучих водорастворимых органических компонентов в жидкой фазе абсорбера кислых газов способом согласно изобретению может быть ограничено в такой степени, что они не препятствуют бесперебойному протеканию процесса.

Образующиеся при обработке отобранного из абсорбера кислых газов частичного потока фракции, которые содержат удаленные летучие органические компоненты, могут быть выведены из процесса и подвергнуты утилизации.

Прежде всего, способ пригоден в случаях, когда легкокипящие водорастворимые органические компоненты содержат спирты, кетоны, нитрилы и/или пиридиновые основания.

В соответствии с одной предпочтительной формой осуществления изобретения отводимый из абсорбера кислых газов частичный поток подается в первую отпарную колонну, в которой происходит удаление в существенной степени всех летучих компонентов.

Головной продукт отпарной колонны частично конденсируется, а оставшиеся пары возвращаются в абсорбер кислых газов. Преимущество этого заключается в том, что большая часть изначально присутствовавших водорастворимых летучих органических соединение остается в сконденсированной фракции, в то время как возвращаемые назад пары содержат небольшое количество летучих органических соединений.

Для того чтобы улучшить общий выход процесса, полученный конденсат, предпочтительно, подается в другую отпарную колонну, в которой NH₃ и кислые газы удаляются в такой степени, что в кубе происходит повышение концентрации органических компонентов. Головной продукт второй отпарной колонны, в котором содержание летучих органических соединений уменьшено в еще большей степени, подают обратно в абсорбер кислых газов.

Оказалось, что отделение летучих органических соединений посредством одной или нескольких отпарных колонн особенно эффективно, когда отпарная колонна (или отпарные колонны) эксплуатируют при давлении до 2 до 20 бар. Предпочтительной является установка давления на величину от 4 до 16 бар, и особо предпочтительной - на величину около 6,5 бар.

Кубовый продукт второй отпарной колонны в еще одной форме осуществления способа согласно изобретению может быть после сброса давления до давления в абсорбере кислых газов смешан с кубовым продуктом колонны, в которой NH₃ подвергается очистке, например, дистилляцией. Образовавшиеся при сбросе давления пары в этом случае подаются в абсорбер кислых газов.

Может случиться так, что труднокипящие водорастворимые органические компоненты накапливаются в верхней части колонны отгонки NH₃ сильнее, чем в абсорбере кислых газов. В этом случае из верхней части колонны отгонки NH₃ может быть отобрана часть жидкого и парообразного потока, которая будет обработана так, как описано выше.

В конечном счете, в значительной степени очищенный от кислых газов в верхней части абсорбера кислых газов NH₃ подается, предпочтительно, на дальнейшие ступени очистки и/или сжижается.

В варианте дальнейшего развития идеи изобретения подаваемый в абсорбер кислых газов водный раствор NH₃ , выполняющий роль абсорбента, делится на части. При этом часть водного раствора NH₃ подается в верхнюю часть абсорбера кислых газов, а другая часть водного раствора NH₃ подается в самый нижний абсорбционный цикл абсорбера кислых газов.

Удивительным образом оказалось, что благодаря этому может быть дополнительно снижена суммарная концентрация летучих водорастворимых органических компонентов в жидкой фазе абсорбера кислых газов.

Помимо этого, настоящее изобретение относится к установке для получения NH₃, которая, прежде всего, пригодна для осуществления вышеописанного способа.

Согласно изобретению установка представляет собой абсорбер кислых газов, работающий с водным раствором NH₃ , при этом после абсорбера кислых газов подключена отпарная колонна, в которую подается частичный поток жидкой фазы абсорбера кислых газов, и верхняя часть первой отпарной колонны соединена с абсорбером кислых газов.

Для увеличения общего выхода продукта установка согласно изобретению кроме предпочтительного конструктивного исполнения имеет другую отпарную колонну, в которую подается часть конденсата первой отпарной колонны и в которой происходит дополнительное удаление NH₃ и кислых газов, при этом верхняя часть другой отпарной колонны соединена с абсорбером кислых газов.

Отводимый из абсорбера кислых газов NH₃ сжижается с помощью конденсатора, при этом согласно еще одному признаку изобретения конденсатор посредством обратного трубопровода соединен с верхней частью абсорбера кислых газов.

Помимо этого, предусмотрено соединение конденсатора посредством обратного трубопровода с самым нижним абсорбционным циклом абсорбера кислых газов.

Согласно изобретению конструктивная особенность установки заключается в том, что колонна отгонки NH₃ посредством трубопровода соединена с первой отпарной колонной, чтобы можно было отводить часть жидкого или парообразного потока к первой отпарной колонне.

Дополнительные особенности, преимущества и возможности применения изобретения следуют из нижеприведенных описаний примеров осуществления и рисунка. При этом все описанные или представленные на рисунке особенности сами по себе и в любых сочетаниях образуют предмет изобретения, независимо от их обобщений в формуле изобретения или их ссылок.

Краткое описание чертежа

На чертеже показана технологическая схема установки для получения NH₃ из смеси, содержащей NH₃ и кислые газы, согласно предпочтительному примеру осуществления изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Подлежащая обработке сточная вода, в случае которой, обычно, речь идет о конденсате процессов коксования или газификации угля, подводится по трубопроводу 1. В колонне 2 сточная вода обрабатывается отдувочным газом из трубопровода 3, дополнительный отдувочный газ поступает из трубопроводов 58 и 4. Насыщенный отдувочный газ покидает колонну через трубопровод 5 и подается в не показанную на рисунке установку для его переработки.

Выходящая по трубопроводу 6 из колонны 2 вода содержит все еще, прежде всего, NH₃, CO₂ и H ₂S, а также другие газы в небольших концентрациях. Сточная вода большей частью подается через трубопровод 7 в ректификационную колонну 8, в которой из сточной воды удаляются все поддающиеся перегонке газы. Ректификационная колонна 8, тарелки которой для упрощения не показаны, имеет в кубе хорошо известный нагреватель 9, который обеспечивает необходимую движущую силу испарения газов. Обработанная сточная вода вытекает через трубопровод 10. Небольшая часть обработанной сточной воды направляется в верхнюю часть колонны 52 удаления кислых газов, в то время как остаток покидает установку по трубопроводу 74. Отогнанные в ректификационной колонне 8 газы попадают через проницаемую для газов тарелку 11 наверх в парциальный конденсатор 12, в котором они орошаются циркулирующим охлажденным конденсатом для того, чтобы, в первую очередь, вызвать конденсацию водяного пара. Конденсат с помощью не показанного насоса протекает через внешний холодильник 14, и через трубопровод 15 поступает обратно в парциальный конденсатор 12. Избыточный конденсат через переливное устройство 16 подается в ректификационную колонну 8.

Головной продукт ректификационной колонны 8 покидает парциальный конденсатор 12 по трубопроводу 17 и поступает в дополнительный конденсатор 18, в котором происходит интенсивное охлаждение, так что образуется жидкая фаза. Конденсатор 18 имеет замкнутый цикл циркуляции жидкости через трубопроводы 19, 20 и 21, при этом внешний холодильник 22 поддерживает температуру на низком уровне. Жидкая фаза конденсатора 18 не поглощает инертные газы, такие как N₂, H₂, CO и CH₄ . Эти газы выводятся по трубопроводу 4 и используются в колонне 2 как дополнительные отдувочные газы.

Частичный поток жидкой фазы из трубопровода 19 отводится через трубопровод 23 и подается в колонну 24 отгонки NH₃, в кубе которой находится нагреватель 25, Колонна отгонки NH₃ имеет, например, от десяти до тридцати тарелок, при этом жидкая фаза из трубопровода 23 подводится приблизительно к средней тарелке. Головной продукт колонны 24 отгонки NH₃, обогащенный NH₃ газ, который содержит остатки кислых газов, подводится затем по трубопроводу 26 к абсорберу 27 кислых газов в первую промывочную ступень 28. Эта ступень имеет замкнутый абсорбционный цикл, состоящий из трубопроводов 29, 30, 31 и внешнего холодильника 32. Частичный поток абсорбата попадает из куба абсорбера 27 кислых газов через трубопровод 33 как обратный поток в верхнюю часть колонны 24 отгонки NH₃. Над промывочной ступенью 28 абсорбера 27 кислых газов находятся вторая промывочная ступень 34 и третья промывочная ступень 35, между которыми находится тарелка 36, которая пропускает наверх газ, а вниз жидкость. Третья промывочная ступень 35 имеет замкнутый абсорбционный цикл, состоящий из трубопроводов 37, 38, 39 и внешнего холодильника 40. Из третьей промывочной ступени практически чистый NH₃ через трубопровод 41 поступает в конденсатор 42 NH₃. Через трубопровод 43 из конденсатора 42 NH₃ отводится жидкий NH ₃, а через трубопровод 44 - органические компоненты, В качестве абсорбента к конденсатору 42 NH₃ через трубопровод 45 подводится чистая вода. Жидким абсорбентом в абсорбере 27 кислых газов служит водный раствор NH₃ из конденсатора 42 NH₃, который отводится через трубопровод 46 и, частично, через трубопровод 47 подается в трубопровод 37 и промывочную ступень 35, а частично через трубопровод 48 подается в трубопровод 30 абсорбционного цикла промывочной ступени 28.

Отводимая из куба колонны 24 отгонки NH₃ вода протекает по трубопроводу 49 под действием не показанного насоса сначала к теплообменнику 50 и через трубопровод 51 поступает в колонну 52 удаления кислых газов, в которой с помощью нагревателя 53 отгоняется обогащенная NH₃, CO₂ и H ₂S газовая смесь. Отводимая из куба колонны 2 через трубопровод 6 вода после прохождения через теплообменник 55 по трубопроводам 54 и 56 поступает в колонну 52 удаления кислых газов. Далее через трубопровод 57 в колонну удаления кислых газов сверху подается отведенная из ректификационной колонны 8 охлажденная вода. Этой охлажденной водой промывается газовая смесь, прежде чем она через трубопровод 58 подается для дальнейшей переработки в качестве отдувочного газа в колонну 2. В колонне 52 удаления кислых газов в качестве кубового продукта получается раскисленная вода, которая содержит NH₃ и небольшие количества CO₂ и H₂S. Этот кубовый продукт отводится через трубопровод 59 и сначала отдает часть своей теплоты в теплообменнике 50, а затем через трубопроводы 60 и 61 попадает частично в ректификационную колонну 8. Регулируемый с помощью вентиля 62 частичный поток отводится в трубопровод 63 и подмешивается к жидкой фазе, которая по трубопроводам 19 и 20 вытекает из конденсационной колонны 18.

Часть жидкой фазы абсорбера 27 кислых газов подводится через трубопровод 64 к первой отпарной колонне 65, в которой в значительной степени отгоняются NH₃, кислые газы и летучие органические компоненты. Кубовый продукт первой отпарной колонны 65 через трубопровод 66 подается на одну из нижних тарелок перегонной колонны 8. Головной продукт первой отпарной колонны 65 через трубопровод 67 подается в конденсатор 68 и охлаждается до достижимой с помощью холодной воды температуры. Большая часть воды и органических компонентов конденсируются; также происходит частичная абсорбция NH₃ и кислых газов.

Пары через трубопровод 69 возвращаются в абсорбер 27 кислых газов, а жидкая фаза через трубопровод 70 подается во вторую отпарную колонну 71, в которой NH₃ и кислые газы отгоняются в такой степени, что органические компоненты в кубе концентрируются и лишь в малой степени покидают отпарную колонну 71 вместе с головным продуктом. Головной продукт через трубопровод 72 подают обратно в абсорбер кислых газов.

В особом варианте осуществления изобретения часть отведенного через трубопровод 46 и возвращенного назад водного раствора NH ₃ отводится в сторону и подается не через трубопроводы 47 и 39 в верхнюю часть абсорбера 27 кислых газов, а через трубопроводы 48, 30, 31 и внешний холодильник 32 - в нижний абсорбционный цикл абсорбера кислых газов. В то время как в случае описанного предпочтительного варианта осуществления изобретения при подводе водного раствора NH₃ как абсорбента исключительно к верхней части абсорбера 27 кислых газов суммарная концентрация органических компонентов в жидкой фазе абсорбера 27 кислых газов достигает 17,5%, она может быть снижена путем введения частичного потока в нижний абсорбционный цикл абсорбера 27 кислых газов до 9,5%.

Кубовый продукт второй отпарной колонны 71 может быть через трубопровод 73 отправлен на утилизацию или, после того как он будет смешан с охлажденным кубовым продуктом колонны, в которой, например, осуществляется очистка NH₃ дистилляцией, его давление может быть снижено до давления абсорбера 27 кислых газов. Пар с пониженным давлением затем подается в абсорбер 27 кислых газов.

Пример:

В одном соответствующем рисунку варианте осуществления изобретения для разных трубопроводов были определены приведенные в таблице 1 содержания NH₃, CO₂, H₂S, H₂O и органических соединений:

Таблица 1
Трубопровод	H2O, кмоль/час	NH3, кмоль/час	H2S, кмоль/час	CO2 , кмоль/час	Органические соединения, кмоль/час	Температура, °C		Давление, бар
1	193448,9	932,7	26,1	856,6	50,2	43		6
3	23,8	0,0	8,1	304,2	0,0	47		2
5	90,7	0,1	30,9	1159,9	0,8	46		2
6	193373,7	953,8	231,2	184,8	51,2	110		2
23	11092,4	4245,4	696,2	203,0	201,0	60		3
26	61,1	1336,8	24,5	0,1	106,1	62		3
33	832,6	469,9	23,1	0,1	59,3	50		3
74	194450,8	2,1	0,0	0,0	0,4	63		19
43	0,0	809,2	0,0	0,0	0,0	43		18
49	11864,0	3378,5	694,8	203,0	154,2	84	3
57	9088.6	44.8	10.9	8.7	2.4	40	16
58	3,4	0,0	227,3	184,6	0,0	45	14
59	21970,5	3423,3	478,6	27,0	166,6	154	14
63	8832,1	1376,2	192,4	10,8	63	93	11
64	337,6	171,2	1,6	0,0	20,9	51	7
66	313,4	0,0	0,0	0,0	0,0	163	7
67	24,2	171,2	1,6	0,0	20,9	100	6
69	0,2	118,8	0,0	0,0	7,0	36	3
70	24,0	52,4	1,5	0,0	13,9	50	6
72	0,2	39,8	0,1	0,0	0,5	40	3
73	23,8	12,7	1,4	0,0	13,4	90	6
44	23,3	48,4	0,0	0,0	34,2	95	17
47	576,1	210,3	0,0	0,0	8,7	70	17
48	562,9	205,5	0,0	0,0	8,5	70	17
45	1132,4	0,0	0,0	0,0	0,0	40	5

ОБОЗНАЧЕНИЯ

2	Отдувочная колонна
8	Ректификационная колонна
9	Нагреватель
11	Проницаемая для газов тарелка
12	Парциальный конденсатор
14	Холодильник
16	Переливное устройство
18	Конденсационная колонна
22	Холодильник
24	Колонна отгонки NH3
28	Промывочная ступень
32	Холодильник
27	Абсорбер кислых газов
35	Промывочная ступень
36	Переливное устройство
40	Холодильник
42	Конденсатор NH3
50	Теплообменник
52	Колонна удаления кислых газов
53	Нагреватель
65	Первая отпарная колонна
68	Конденсатор
71	Вторая отпарная колонна

Прочие обозначения относятся к трубопроводам.