Способ очистки аммиаксодержащего газа и получения безводного жидкого аммиака
METHOD FOR PURIFICATION OF AN AMMONIA-CONTAINING GAS AND PRODUCTION OF ANHYDROUS LIQUID AMMONIA

2
2
2
Изобретение относится к химической и нефтехимической промышленности и может быть использовано для производства аммиака жидкого технического по ГОСТ 6221-90 из аммиаксодержащего газа, в котором помимо аммиака содержатся примеси кислых газов (сероводород HS, углекислых газ СО), меркаптаны (RSH) и пары воды (HO).
Из уровня техники известен способ очистки углеводородных фракций от серосодержащих соединений, который включает в себя смешение углеводородной фракции с аммиачной водой (водным раствором аммиака) и сепарационное разделение полученной смеси на очищенные углеводородные фракции и отработанную аммиачную воду, которую регенерируют для последующей подачи вновь на очистку углеводородных фракций (см. патент RU 2662154, C10G 19/02, опубл. 24.07.2018). Регенерацию отработанной (насыщенной сернистыми соединениями) аммиачной воды осуществляют путем ее очистки от серосодержащих соединений в абсорбционно-отпарной колонне и ректификации в ректификационной колонне с получением очищенной сточной воды и парогазового выходного продукта. Причем парогазовый выходной продукт направляют в колонну снижения влагосодержания, откуда полученный газообразный выходной продукт направляют в колонну-абсорбер для получения регенерированной аммиачной воды.
К недостаткам данного способа следует отнести:
- отсутствие возможности получения безводного жидкого аммиака;
- ограничения в содержании удаляемых сернистых соединений, поступающих в колонну-абсорбер в составе очищаемого аммиаксодержащего газа, обусловленные более простой конструкцией аппарата, а именно отсутствием охлаждаемого нижнего циркуляционного орошения (НЦО), подаваемого на верх нижней насадочной секции двухсекционной колонны-абсорбера.
Из уровня техники также известен способ очистки аммиаксодержащего газа и получения аммиачной воды (см. патент RU 2670250 С01С 1/00, опубл. 19.10.2018), в котором результат изобретения заключается в получении аммиачной воды высокой степени чистоты требуемой концентрации, в том числе и по ГОСТ, из «грязного» газообразного аммиака, содержащего посторонние примеси (сероводород, углекислый газ, меркаптаны) в одном аппарате-абсорбере колонного типа.
К недостаткам данного способа следует отнести:
- отсутствие возможности получения безводного жидкого аммиака;
- низкую степень извлечения аммиака в виде целевого продукта - аммиачной воды - из потока очищаемого аммиаксодержащего газа;
- большой объем загрязненного стока, выводимого с низа абсорбера на утилизацию;
- большую нагрузку на циркуляционные орошения колонны, обусловленную теплом, выделяемым при поглощении аммиака, и связанные с этим ограничения по температуре входящего потока очищаемого аммиаксодержащего газа - не более 90°С.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании способа очистки аммиаксодержащего газа и получения безводного жидкого аммиака, обеспечивающего увеличение эффективности поглощения загрязняющих веществ (сероводород, углекислый газ, меркаптаны) и повышения выхода аммиака из аммиаксодержащего газа в виде безводного жидкого аммиака высокой степени чистоты.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ очистки аммиаксодержащего газа и получения безводного жидкого аммиака включает в себя стадию очистки аммиаксодержащего газа, на которой осуществляют взаимодействие аммиаксодержащего газа с водой в абсорбере, состоящем из двух насадочных секций, разделенных глухой коллекторной тарелкой, снабженной газоходом, аммиаксодержащий газ подают под нижний слой нижней насадочной секции, а воду - на верхний слой верхней насадочной секции, при этом собранную на глухой коллекторной тарелке абсорбера часть аммиачной воды охлаждают и подают на верх верхней и нижней насадочных секций в качестве орошения, а по сигналу поточного анализатора, установленного на трубопроводе отвода аммиачной воды, и по сигналу датчика температуры, установленного в верхней части абсорбера, осуществляют изменение расхода подаваемых в абсорбер воды и аммиачной воды, и стадию получения безводного жидкого аммиака, на которой аммиачную воду с концентрацией 15-30% масс., полученную на стадии очистки, подают в среднюю часть ректификационной колонны, где она при давлении 1,4-2,5 МПа разделяется на пары, обогащенные аммиаком, и воду, после чего пары, обогащенные аммиаком, отводят из ректификационной колонны и конденсируют, при этом часть полученного безводного жидкого аммиака подают в ректификационную колонну в качестве орошения и на дросселирование с последующей подачей охлажденного газообразного аммиака под нижний слой нижней насадочной секции абсорбера.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором показана схема очистки аммиаксодержащего газа и получения безводного жидкого аммиака, состоящая из следующих основных элементов: 1 - абсорбер, 2 - холодильник нижнего орошения абсорбера, 3 - холодильник верхнего орошения абсорбера, 4 - насос аммиачной воды, 5 - поточный анализатор, 6 - датчик температуры, 7 - ректификационная колонна, 8 - емкость-сборник жидкого аммиака, 9 - ребойлер, 10 - холодильник-конденсатор, 11 - насос жидкого аммиака, 12 - дросселирующее устройство.
Абсорбер 1 состоит из двух насадочных секций, разделенных глухой коллекторной тарелкой, снабженной газоходом. На трубопроводе отвода аммиачной воды установлен поточный анализатор 5. В верхней части абсорбера 1 установлен датчика температуры 6.
Ректификационная колонна 7 оснащена внутренними контактными устройствами (на фигуре не показано). В качестве контактных устройств могут быть использованы тарелки различной конструкции (клапанные, колпачковые, ситчатые и др.) или насадка, как регулярная, так и насыпная (кольца Палля, кольца Рашега и др.).
Способ очистки аммиаксодержащего газа и получения безводного жидкого аммиака осуществляется следующим образом.
2
2
Аммиаксодержащий газ, содержащий в качестве примесей кислые газы (сероводород, углекислый газ), меркаптаны и пары воды подают на стадию очистки аммиаксодержащего газа, под нижний слой нижней насадочной секции абсорбера 1. При этом сверху на нижнюю секцию подается орошение (аммиачная вода), которое забирается с глухой тарелки насосом 4 и охлаждается в холодильнике 2 нижнего орошения абсорбера. Поступающие в составе аммиаксодержащего газового потока кислые газы, меркаптаны и аммиак при контакте в объеме насадки поглощаются водой с образованием раствора соответствующих аммонийных солей (сульфидов, карбонатов и меркаптидов). Для увеличения концентрации аммиака в системе и снижения эффекта тепловыделения при поглощении его водой и, соответственно, увеличения эффективности поглощения загрязняющих кислых компонентов (сероводорода, углекислого газа и меркаптанов) в куб абсорбера 1 подают холодный поток аммиака (газа), поступающего после дросселирующего устройства 12, расположенного на линии подачи жидкого аммиака из емкости Е-01 насосом 11. Образовавшийся загрязненный поток, состоящий из воды, аммиака и поглощенных кислых примесей, включая меркаптаны, выводят с низа колонны абсорбера 1 и направляют на утилизацию или разделение. Очищенный от кислых примесей (от HS, CO и RSH) газообразный аммиак поступает в верхнюю часть абсорбера 1 под верхнюю насадочную секцию. Одновременно сверху на верхнюю насадочную секцию подают воду и верхнее орошение (аммиачную воду), которое забирается с глухой тарелки насосом аммиачной воды 4 и охлаждается в холодильнике 3 верхнего орошения абсорбера 1. За счет подачи воды и верхнего орошения на верхнюю насадочную секцию происходит полное поглощение поступающего в секцию аммиака с образованием аммиачной воды с концентрацией 15-30% масс., которая собирается на глухой коллекторной тарелки и насосом аммиачной воды 4 направляется в абсорбер 1, в виде верхнего и нижнего орошения, и в ректификационную колонну 7 получения жидкого аммиака. Насос аммиачной воды 4 необходим для подачи верхнего и нижнего орошения в абсорбер 1 и для подачи аммиачной воды от абсорбера очистки, в котором давление составляет 0,11-0,31 МПа (изб.) в ректификационную колонну 7, в которой давление составляет 1,4-2,5 МПа (изб.).
Аммиачную воду с концентрацией 15-30% масс. подают на стадию получения безводного жидкого аммиака, в среднюю часть ректификационной колонны 7, где она при давлении 1,4-2,5 МПа разделяется на пары, обогащенные аммиаком, и воду. В нижней части колонны, подогреваемой ребойлером 9, за счет подвода тепла из аммиачной воды выделяется аммиак. Пары, содержащие аммиак и остатки водяного пара, движутся по ректификационной колонне 7 восходящим потоком и контактируют со стекающей вниз по колонне жидкостью. Пары аммиака, выходящие с верха ректификационной колонны 7, конденсируются в холодильнике-конденсаторе 10 и поступают в емкость-сборник 8 безводного жидкого аммиака. Часть безводного жидкого аммиака насосом 11 возвращают в верхнюю часть ректификационной колонны 7 в виде острого орошения для поддержания температуры верха колонны в диапазоне 60-80°С и конденсации остаточных паров воды. Часть безводного жидкого аммиака насосом 11 направляют через дросселирующее устройство 12 в абсорбер 1. В дросселирующем устройстве 12 за счет резкого сброса давления 0,11-0,31 МПа (изб.) жидкий аммиак моментально испаряется и переходит в газообразное состояние. При этом ожидаемо происходит снижение температуры аммиака до отрицательных значений. Холодный поток газообразного аммиака после дросселирующего устройства 12 направляют в куб абсорбера 1, тем самым внося дополнительный холод в процесс абсорбции. Балансовая часть безводного жидкого аммиака от насоса 11 в качестве целевого продукта выводится с установки. Из куба ректификационной колонны 7 выводится чистая вода.
Пример реализации способа очистки аммиаксодержащего газа и получения безводного жидкого аммиака представлен в таблицах 1-4.
Параметры работы ректификационной колонны 7 приведены в таблице 1. Массовая концентрация получаемого аммиака 99,9%, что соответствует марки А по ГОСТ 6221-90 «Аммиак жидкий технический».
Сравнение параметров работы абсорбера 1 при использовании в качестве охлаждающего агента холодного аммиака и без него приведены в таблице 2.
В таблице 3 приведен материальный баланс процесса очистки аммиаксодержащего газа и получения безводного жидкого аммиака.
В таблице 4 приведен состав сырья и продуктов/стоков, используемых в примере реализации способа очистки аммиаксодержащего газа и получения безводного жидкого аммиака.
Из примера следует, что предлагаемое изобретение позволяет получить жидкий аммиак высокой степени чистоты из «грязного» газообразного аммиака, содержащего посторонние примеси, а также значительно повысить эффективность поглощения загрязняющих кислых компонентов (сероводород, углекислый газ, меркаптаны).