NL8200905A

NL8200905A - Werkwijze voor het scheiden van ammoniak en kooldioxide uit mengsels van ammoniak, kooldioxide en water.

Info

Publication number: NL8200905A
Application number: NL8200905A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1983-10-03
Also published as: DE3364007D1; EP0088478A1; ATE20335T1; EP0088478B1

Description

* i i -. «r» ·. * -i - i , '7. 7. "' : v- .....

Uitvinders: Josephus J.P.M. GOORDEN te Sittard | — §HRT t982

Jan S. LAURENS te Maastricht 1 j

Andreas J. BIERMANS te Urmond 1 PN 3364

WERKWIJZE VOOR HET SCHEIDEN VAN AMMONIAK EN KOOLDIOXIDE UIT MENGSELS VAN AMMONIAK, KOOLDIOXIDE EN WATER

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het afzonderlijk winnen van ammoniak in hoofdzaak vrij van kooldioxide en water alsmede van kooldioxide in hoofdzaak vrij van ammoniak en water uit een mengsel van in hoofdzaak ammoniak en kooldioxide, waarbij men 5 een ammoniakafgas in hoofdzaak vrij van kooldioxide en water in een ammoniakafscheidingszone bestaande uit een destillatie- of ree— tificatiezone afscheidt uit een mengsel van ammoniak, kooldioxide en eventueel water en de overblijvende vloeibare fase die ammoniak, kooldioxide en eventueel water bevat, daaruit verwijdert en toevoert 10 aan een kooldioxideafscheidingszone, een kooldioxideafgas in hoofdzaak vrij van ammoniak en water in de genoemde kooldioxideafscheidingszone bestaande uit een destillatie-of rectificatiezone afscheidt en de overblijvende vloeibare fase die ammoniak, kooldioxide en eventueel water bevat daaruit verwijdert.

15 In sommige chemische processen verkrijgt men mengsels van ammoniak met kooldioxide, en soms ook water, als bijprodukt. Bij de synthese van melamine uit ureum verkrijgt men bijvoorbeeld een gasmengsel dat naast melamine tevens ammoniak en kooldioxide bevat in hoeveelheden van ten minste 1,7 ton per ton melamine. Dergelijke 20 mengsels verkrijgt men eveneens bij de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxide als gevolg van de ontleding van het bijprodukt ammoniumcarbamaat en de afscheiding daarvan uit het produkt ureum. Om deze ammoniak en kooldioxide met succes te kunnen gebruiken na afscheiding uit de melamine of uit het ureum, bij voorbeeld als recir-25 culat'ie naar een ureuitt-syntheseproces, is het in de meeste gevallen noodzakelijk de gassen onder een hogere druk te brengen. Een verdichting van een dergelijk mengsel vereist speciale maatregelen om te voorkomen dat de ammoniak en de kooldioxide gaan condenseren en het daarbij gevormde vaste ammoniumcarbamaat neerslaat.

8200905 2 \ « » Λ

Dergelijke gasmengsels worden derhalve gewoonlijk in water, of in een waterige oplossing geabsorbeerd, hetgeen een ammoniumcar-bamaatoplossing doet ontstaan die naar de ureumsynthesereactor kan worden gepompt en soms door middel van desorptie en nogmaals absorptie bij een hogere druk wordt geconcentreerd. Een nadeel van deze procedure is dat het samen met de ammoniak en de kooldioxide naar de ureum reactor garecirculeerde water een ongunstige uitwerking heeft op de ureumsynthesereaktie.

Voorgesteld is de ammoniak en de kooldioxide afzonderlijk uit de mengsels te verwijderen en ze afzonderlijk te recirculeren om zo het ontstaan en het neerslaan van ammoniumcarbamaat te vermijden. Het binaire systeem ammoniak en kooldioxide vormt evenwel een maximum kookpuntsazeotroop bij een molverhouding ammoniak/kooldioxide van ongeveer 2 : 1 en kan derhalve niet zonder meer door middel van destillatie worden gescheiden. Dit verschijnsel doet zich eveneens voor in het ternaira systeem van ammoniak, kooldioxide en water, en onder de uitdrukking azeotroop zoals hier gebruikt dient eveneens te worden verstaan dit in het ternaire systeem voorkomend verschijnsel. Tévens dient men onder de uitdrukking ’rijk' aan ammoniak zoals in deze beschrijving met betrekking tot een dergelijk binair or ternair mengsel toegepast te verstaan dat bij verwarming_van een mengsel, dat 'rijk* is aan ammoniak een in hoofdzaak zuiver gasvormig ammoniak ontsnapt tot het resterende mengsel een samenstelling heeft die op de (hierna te definiëren) grenslijn ligt. Anderzijds betekent de uitdrukking 'arm' aan ammoniak dat het mengsel niet ’rijk’ is aan ammoniak.

Omgekeerd betekent de uitdrukking ’rijk’ aan kooldioxide dat bij verwarming van een mengsel 'rijk’ aan kooldioxide in hoofdzaak zuiver kooldioxide ontsnapt. De uitdrukking 'arm’ aan kooldioxide betekent dat het mengsel niet 'rijk' is aan kooldioxide.

In figuur 1 is een driehoeksdiagram het ternaire systeem ammoniak-kooldioxide-water bij constante druk weergegeven. Het systeem is verdeeld in twee gebieden door middel van lijn III, die in deze omschrijving de 'grenslijn’ wordt genoemd en die de azeotrope samenstelling vertegenwoordigt bij constante druk en bij een wisselend water-gehalte. Deze grenslijn kan niet worden overschreden met normale 8200905 , ‘ 4 3 destillatie- of rectificatletechnieken.

Bij rectificatie van een vloeibaar mengsel rijk aan ammoniak, dat wil zeggen een mengsel dat ligt binnen gebied I in fig. 1, ontwijkt hierdoor gasvormig ammoniak tot de samenstelling van de 5 vloeistof de grenslijn bereikt. Wanneer men een mengsel rijk aan kooldioxide, welk mengsel zich bevindt in gebied IX in figuur 1, rectificeert, ontwijkt gasvormig kooldioxide tot de samenstelling van de vloeistof de grenslijn bereikt.- Wanneer de samenstelling van het vloeibare mengsel zich eenmaal op de grenslijn 10 bevindt, leidt verder rectificeren of destilleren bij constante druk tot een gasvormig mengsel van alle componenten, maar de samenstelling van het resterende vloeibare mengsel blijft op de grenslijn. Zie ook P.J.C. Kaasenbrood, Chemical Reaction Engineering, Proceedings of the Fourth European Symposium, Sept. 9—11, 1968, uitgegeven door Pergamon 15 Press (1971), pag. 317—328.

Om deze- azeotroop te vermijden zijn verschillende werkwijzen voorgesteld die allemaal de opsplitsing inhouden van de ammo— niak-kooldioxide mengsels in hun samenstellende delen. De afzonderlijke afscheiding van ammoniak is van het grootste belang daar dit 20 het meest waardevolle bestanddeel is.

Enkele van deze processen zijn gebaseerd op selectieve absorptie van 6f het ammoniak 6f de kooldioxide in een vloeistof. In de gepubliceerde Nederlandse Octrooiaanvrage no. 143.063 wordt bijvoorbeeld een werkwijze beschreven waarbij men bij verhoogde druk 25 ammoniak absorbeert in een waterige oplossing van een ammoniumzout van een sterk zuur, zoals ammoniumnitraat. Een selectieve absorptie van kooldioxide door een gasmengsel te wassen met een waterige alkanola-mine oplossing, zoals monoethanolamine, wordt beschreven in het Duitse Octrooischrift 669.314. Al deze werkwijzen hebben echter het nadeel 30 dat de geabsorbeerde component daarna uit het absorptiemiddel dient te worden verwijderd en dient te worden gezuiverd.

Voorgesteld is verder ammoniak en kooldioxide af te scheiden uit mengsels van ammoniak, kooldioxide en water door in een eerste stap het grootste deel van de ammoniak af te destilleren en in een 35 tweede stap, bij een hogere systeemdruk, de kooldioxide af te destilleren. De uitdrukking ’systeemdruk' zoals hier gebruikt betekent 8200905 * i 4 de som van de partiaaldrukken van ammoniak, kooldioxide en water.

Werkwijzen van dit type zijn beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3.112.177 en 4.060.591 en In de Britse octrooischrif-ten 916.945 en 1.129.939.

5 In het Amerikaanse octrooischrift 3.112.177 wordt een werk wijze beschreven waarbij men In een eerste stap bij een systeemdruk tussen 1 en 5 ata gasvormige kooldioxide afscheidt uit een mengsel van ammoniak, kooldioxide en water, welk mengsel arm is aan ammoniak. De resterende vloeistof wordt daarna gestript met, bijvoorbeeld, methaan 10 bij een totale druk van 1 bar. Hierdoor wordt de systeemdruk verlaagd en ontwijkt er ammoniak en een hoeveelheid kooldioxide, zodat men een mengsel van methaan, ammoniak en kooldioxide met een totale druk van 1 bar verkrijgt. Ter verwijdering van sporen kooldioxide in het gasmengsel, wordt een deel van het mengsel gecondenseerd, waardoor de 15 kooldioxide wordt geabsorbeerd door de vloeibare ammoniak.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.060.591 beschrijft een werkwijze voor het winnen van ammoniak uit waterige mengsels die tevens CO2 en H2O bevatten waarbij men het mengsel eerst ontzuurt door bij verhoogde druk uitstrippen van CO2· Uitr de resterende vloeistof 20 verwijdert men dan door strippen alle NH3, CÖ2 en H^0 en het - resulterende gasmengsel wordt daarna, bij verlaagde druk ten opzichte van de ontzuringsstap gewassen of gestript waarbij een gasstroom van zuivere ammoniak wordt verkregen.

Een vergelijkbare werkwijze wordt beschreven in het Britse 25 octrooischrift 916.945 waarbij men een ammoniak-houdende vloeistof bij een verhoogde druk ontzuurt in een kolom waarin men het opstijgend gas door wassen met koud water bevrijdt van ammoniak, waardoor gasvormig kooldioxide overblijft. De resterende vloeistof wordt daarna geëxpandeerd en in een stripper geleid, waarin het wordt bevrijd van alle 30 ammoniak en kooldioxide. Het daardoor ontstane gasvormige mengsel wordt daarna gewassen met het geheel of een gedeelte van de aange— voerde ammoniak-houdende vloeistof voordat laatstgenoemde wordt ont- • * zuurd, waarbij een in hoofdzaak zuivere ammoniakstroom wordt verkregen.

35 In het Brits octrooischrift 1.129.939 wordt een ammoniak- rijk gasmengsel van ammoniak en kooldioxide geabsorbeerd in water of 8200905 \ 4 x 5 een waterige oplossing. Uit de daaruit verkregen waterige oplossing wordt bij atmosferische druk ammoniak gedestillerd. De overblijvende oplossing onderwerpt men daarna bij gelijktijdig verwarmen aan een gefractioneerde destillatie bij een druk tussen 5 en 20 bar ter ver-5 wijdering van de kooldioxide.

Deze laatstgenoemde werkwijzen zijn gebaseerd op het principe dat men door de druk van een systeem bestaande uit ammoniak, kooldioxide en water te veranderen ammoniak kan afscheiden bij de laagste druk en kooldioxide bij de hoogste druk. Bij deze werkwijzen 10 met toepassing van drukverschil dient de systeemdruk in de kooldioxdeafscheidingszone ten minste tweemaal zo groot te zijn als de druk in de ammoniakafscheidingszone. De verhouding tussen de systeemdrukken in de ammoniak- en in de kooldioxideafscheidingszones dient bij voorkeur te liggen tussen ongeveer 1 : 5 en 1 : 20 wanneer 15 men de afscheiding goed wil doen verlopen.

De werkwijze met toepassing van drukverschil hebben echter het. nadeel dat, indien het ammoniak en kooldioxide mengsel voorligt bij een druk van meer dan 1 atmosfeer, dit mengsel eerst geëxpandeerd dient te worden tot 1 atmosfeer. Daarbij komt gasvormig ammoniak vrij 20 met een druk van hoogstens 1 atmosfeer of nog lager wanneer een grote hoeveelheid van een ander gas aanwezig is. Indien deze ammoniak verder verwerkt moet worden, zoals bij een ureumsyntheseproces, dient het onder een hogere druk gebracht te worden. De hiervoor benodigde compressie-energie is zeer aanzienlijk. Verder dient de kooldioxide 25 concentratie in het ammoniak uiterst laag te worden gehouden om het ontstaan en het neerslaan van vast ammoniumcarbamaat in de compressor en de hogedruk leidingen te voorkomen.

Een andere werkwijze waarbij dit drukverschil niet vereist is wordt beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 7612163. Door 30 middel van de hierin beschreven werkwijze kan men ammoniak en kooldioxide afzonderlijk uit dergelijke mengsels scheiden zonder dat men zulk een drukverschil nodig heeft, indien men de ammoniak en kooldioxide bevattende stroom die naar een kooldioxideafscheidingszone wordt gevoerd verdunt door, toevoeging van water in een hoeveelheid 35 die 0.2 tot 6 maal het totale gewicht is van een dergelijke ammoniak-en kooldioxide-bevattende toevoer. Ter vereenvoudiging wordt deze 8200905 6 laatstgenoemde werkwijze hierna een 'verdunningsmethode' genoemd*

Volgens één uitvoeringsvorm van de verdunningsmethode wordt eerst in een ammoniakafscheidingszone ammoniak in hoofdzaak vrij van kooldioxide en water afgescheiden uit een ammoniak-*rijk mengsel 5 bestaande uit ammoniak, kooldioxide en eventueel water. Uit de overblijvende vloeibare fase die deze ammoniakafscheidingszone aan de bodem verlaat wordt kooldioxide afgescheiden in een kooldioxideafscheidingszone waarin de uit de ammoniakafscheidingszone naar de kooldioxideafscheidingszone gevoerde overblijvende vloeibare fase ver-10 dund wordt met éen hoeveelheid van 0.2 tot 6 maal zijn gewicht in water.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de verdunningsmethode wordt eerst in een kooldioxideafscheidingszone kooldioxide in hoofdzaak vrij van ammoniak en. water gescheiden uit een ammoniak-arm 15 mengsel bestaande uit ammoniak, kooldioxide en eventueel water. Vanaf de bodem van deze kooldioxideafscheidingszone voert men de overblij— vende· vloeibare fase naar een desorptiezone waarin nagenoeg alle ammoniak. en. kooldioxide worden gedesorbeerd waarna men de resulterende gasfase aan de ammoniakafscheidingszone toevoert. Uit deze 20 resulterende gasfase scheidt men in de ammoniakafscheidingszone ammo— — niak in hoofdzaak vrij van kooldioxide en water af, waarna men de overblijvende vloeibare fase aan de kooldioxideafscheidingszone toevoert. Aan deze kooldioxideafscheidingszone voert men ter verdunning water toe in een gewichtshoeveelheid van 0.2 tot 6 maal het 25 gecombineerde totale gewicht van het te scheiden uitgangsmengsel en de overblijvende in de kooldioxideafscheidingszone gevoerde vloeibare fase uit de ammoniakafscheidingszone.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de verdunningsmethode, waarbij het te scheiden ammoniak en kooldioxide bevat-30 tende mengsel tevens een aanzienlijke hoeveelheid water bevat, kan het een voordeel zijn dit mengsel eerst naar de desorptiezone te voeren waarin het ammoniak en de kooldioxide worden gedesorbeerd en, samen met een hoeveelheid waterdamp, in de ammoniakafscheidingszone worden geleid. Vanuit de top van de ammoniakafscheidingszone verkrijgt men 35 ' ammoniak in hoofdzaak vrij van kooldioxide en waterdamp, en de overblijvende ammoniak, kooldioxide en water bevattende vloeibare fase 8200905 ' It “9 7 leidt men vervolgens in de kooldioxideafscheidingszone. Tevens wordt verdunningswater in de kooldioxideafscheidingszone gevoerd in een gewichtshoeveelheid van ongeveer 0.2 tot 6 maal de totale hoeveelheid van de overblijvende uit de ammoniakafscheidingszone in de kooldioxi-5 deafscheidingszone gevoerde vloeibare fase. Vanuit de top van de kooldioxideafscheidingszone verkrijgt men kooldioxide in hoofdzaak vrij van ammoniak en water, en de overblijvende vloeibare fase vanuit de bodem van de kooldioxide-afscheidingszone wordt naar de desorp-tiezone gevoerd.

10 Een aantal modificaties van deze werkwijzen voor de scheiding van gasmengsels bestaande uit ammoniak, kooldioxide en water is beschreven in de ter inzage gelegde Europese octrooiaanvragen 5292 en 18.028.

Bij deze· werkwijzen doet zich het probleem voor dat in de 15 desorptiezone de totale hoeveelheid vloeistof volledig ammoniakvrij gemaakt moet worden.

Dit betekent onder meer dat de totale vloeistofstroom op zeer hoge temperatuur verhit moet worden. Vooral in het geval grote hoeveelheden gedesorbeerde vloeistof gerecirculeerd worden in het pro— 20 ces, betekent dit dat hetzij veel warmte op een minder geschikte plaats in het proces vrijkomt, danwel dat veel en kostbare warm-tewisselingen toegepast moeten worden. Bovendien worden hierdoor de recirculatiestromen vergroot, zodat grotere apparatuur nodig is, en het energieverbruik toeneemt.

• 25 Het is een doel van de uitvinding een werkwijze te verschaf fen waarbij dit probleem zich niet voordoet.

De uitvinding wordt gekenmerkt, doordat men de- uit de kooldioxide afscheidingszone verwijderde vloeibare fase toevoert aan een eerste desorptiezone waarin een gasmengsel, in hoofdzaak bestaande 30 uit ammoniak, kooldioxide en water en een verdunde oplossing van ammoniak, kooldioxide en water gevormd wordt, welke verdunde oplossing gedeeltelijk aan de kooldioxide afscheidingszone en gedeeltelijk aan een tweede desorptiezone toegevoerd wordt, in welke tweede desorptiezone uit de verdunde oplossing nagenoeg alle ammoniak en 35 kooldioxide gedesorbeerd wordt onder vorming van een gasmengsel in hoofdzaak bestaande uit water, ammoniak en kooldioxide enerzijds, en 8200905 8 anderzijds nagenoeg zuiver water.·

In een voorkeursuitvoeringsvorm voert men 50-90 % van de vloeistof afkomstig uit de eerste desorptiezone naar de C02“afschei-dingszone.

'5 De eerste desorptiezone wordt bij voorkeur zo bedreven dat het gehalte aan ammoniak in de vloeistof afkomstig uit de eerste desorptiezone, ligt tussen 0,1 en 5 gew.-Z en bij voorkeur < 2,5 gew--%, meer in het bijzonder < 0,5 gew.-% is. Bij deze verhoudingen verkrijgt men een goed functionerend proces, waarbij zich geen proble-10 men voordoen ten aanzien van het functioneren van de CO2 afscheidings— zone.

Bij voorkeur voert men het gasmengsel dat afkomstig is uit de tweede desorptiezone terug naar de eerste desorptiezone.

Volgens een uitvoeringsvorm die bijzonder de voorkeur geniet, 15 voert men alle; warmte die in de eerste en in de tweede desorptiezone nodig zijn. voor het desorberen van de aanwezige ammoniak en kooldioxide toe ia de tweede desorptiezone.

Het is gebleken, dat bij deze voorkeurswerkwijze een bijzonder gunstige gas/vloeistof verhouding optreedt in de tweede 20 desorptiezone. Daardoor bereikt men onder meer, dat zonder enig probleem zeer zuiver water uit de bodem van de desorptiezone vrijkomt. Dit water kan zonder veel problemen als ketelvoedingswater toegepast worden.·

Een tweede voordeel van deze gunstige gas/vloeistofverhouding 25 is,, dat het eventueel in de vloeistof aanwezige ureum snel gehydroly-seerd wordt tot ammoniak en kooldioxide.

Een derde voordeel is gelegen in het feit dat men aldus met behoud van dezelfde hoge zuiverheidsgraad als in de bekende processen met minder energie kan volstaan.

30 Tenslotte is in dat geval de damp-vloeistof-verhouding in de eerste desorptiezone bijzonder gunstig, waardoor de hoeveelheid water in het afgas verlaagd is. Daardoor komt veel minder water in de M^-afscheidingszone wat op de grootte van de recirculatiestromen en dus' op het energieverbruik van de scheiding een positief effekt heeft. 35 Bij deze werkwijze verkrijgt men aldus aanzienlijk zuiverder water uit de desorptiezone zonder dat meer energie gebruikt wordt.

8200905 9

De werkwijze volgens deze uitvoeringsvorm heeft derhalve het voordeel, dat bij toepassing van minder energie in de desorptiezone dan bij de bekende werkwijze, de zogenaamde stripfaktor voor ammoniak in de top van de eerste desorptiezone zo laag wordt, dat op de 5 bovenste schotels van deze zone het ammoniakgehalte van de gasfase gelijk of lager kan zijn dan op de direkt daaronder gelegen schotels ('pinching' van de kolom).

Dit heeft het grote voordeel dat de temperatuur bovenin deze zone in dat géval lager is dan bij de bekende werkwijze.

10 Deze lagere temperatuur op de bovenste schotels van de desorptiezone brengt automatisch met zich mee, dat vergeleken met dé bekende werkwijzen, minder water in het gasmengsel afkomstig uit de desorptiezone aanwezig is. Dit is een zeer belangrijk voordeel omdat het watergehalte van dit gasmengsel een grote invloed heeft op het 15 totale energieverbruik van de scheiding, waarbij een lager waterga— halte- tot een lager energieverbruik leidt.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm voert men het gasmengsel afkomstig uit de eerste desorptiezone tenminste gedeeltelijk toe aan de ammoniak afscheidingszone.

10 Een deel van dit gas kan met voordeel aan de bodem van de CO2 afscheidingszone toegevoerd worden.

Daarnaast kan men met voordeel een overmaat C02~houdende e gasstroom, bij voorkeur nagenoeg zuiver CO2, toevoeren aan de bodem van de ammoniak afscheidingszone.

25 De vloeistof die afkomstig is uit de eerste desorptiezone voert men toe als verdunningswater aan de C02~afscheidingszone.

De hoeveelheid water in deze vloeistof bedraagt bij voorkeur 0,2 tot 6 maal (op gewichtsbasis) de totale voeding aan deze afscheidingszone, met uitzondering van. het verdunningswater zelf.

30 Met voordeel kan men de druk in de kooldioxi- deafscheidingszone hoger kiezen dan in de ammoniakafscheidingszone. Hierdoor bevordert men de efficiëntie van de scheiding.

De drukken in de verschillende afscheidingszones dienen bij voorkeur te liggen tussen ongeveer 50 en 5000 kPa. In de ammo-35 niakafscheidingszone heeft een druk van ongeveer 1800 kPa of meer, afhankelijk van de temperatuur van het Beschikbare koelwater zoals 8200905 10 hierna genoemd, het voordeel dat het afgescheiden ammoniak vrij gemakkelijk en goedkoop vloeibaar kan worden gemaakt door met koelwater te koelen* Bij toepassing van de verdunningsmethode kan de systeemdruk in de kooldioxideafscheidingszone dezelfde zijn als in de 5 ammoniakafscheidingszone, maar deze druk kan ook hoger zijn. Bij voorkeur, echter, bedraagt de systeemdruk in de kooldioxideafscheidingszone niet meer dan tweemaal de systeemdruk in de ammoniakaf-scheidingszone.

De in de verschillende afscheidingszones aangehouden tem-10 peraturen zijn afhankelijk van de drukken, de samenstelling van de voeding en de vereiste zuiverheid van de af te scheiden produkten. Bij de verdunningsmethode, waarbij rectificatiekolommen in de scheidingszones worden toegepast, bevinden deze temperaturen zich in het algemeen binnen de in de volgende tabel aangegeven grenzen: bodem top

N^-afscheiding +60 tot +170 °G —35 tot +66 °C

CO^-afscheiding +75 tot +200 °C 0 tot +100 °C

15 De temperaturen in de desorptiezone worden eveneens bepaald door de drukken, de samenstelling van de voeding naar de zone en de zuiverheidseisen (hoeveelheid ammoniak en kooldioxide) met betrekking tot het. uit de bodem van deze zone verwijderde desorptiewater. In het algemeen worden deze temperaturen gekozen boven het kookpunt van de 20 bij de toegepaste drukken te desorberen vloeibare fase.

De afscheidingszone waaraan het te scheiden mengsel in eerste instantie wordt toegevoerd wordt gekozen afhankelijk van onder andere de samenstelling van dit mengsel. Zo wordt het, indien het rijk is aan ammoniak (in gebied I in figuur 1), met veel voordeel toege-25 voerd aan de ammoniakafscheidingszone. Indien het daarentegen arm is aan ammoniak (op grenslijn III of binnen gebied II in figuur 1), dan wordt het met veel voordeel in eerste instantie naar de kooldioxideafscheidingszone gevoerd. Indien, ten slotte, het te scheiden mengsel rijk is aan ammoniak en indien het tevens een aanzienlijke 8200905 > re.

11 hoeveelheid water bevat, kan het met veel voordeel in eerste instantie naar de desorptiezone worden gevoerd.

De ammoniak-' en kooldioxideafscheidingzones kunnen bestaan uit elk willekeurig apparaat dat geschikt is voor het scheiden van de 5 gasvormige en vloeibare componenten volgens de uitvinding met inbegrip, hoewel hiertoe niet beperkt, van rectificatie—, destillatie-en waskolommen. Rectificatiekolommen of kolommen met rectificatiezones zijn echter zeer geschikt om te worden toegepast bij de werkwijze van deze uitvinding.

10 Γη de stromen tussen de verschillende scheidlngszones van het scheidingsproces waarop de onderhavige werkwijze betrekking heeft kunnen enige variaties worden aangebracht die niettemin binnen het raam en de strekking van deze uitvinding vallen.

KORTE OMSCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN 15 Figuur 1 geeft een schema weer van het systeem NH3/GO2/H2.O

bij constante druk., welk systeem hierboven uitvoerig is beschreven.

Figuur 2 geeft een schema weer voor de werkwijze volgens de uitvinding waarbij de NH3- en C02-afscheidingszones bij nagenoeg dezelfde druk werken.

20 Figuur 3 geeft een schema weer van een soortgelijke werk wijze waarbij de scheidingen bij verschillende drukken worden uitgevoerd.

UITVOERIGE OMSCHRIJVING VAN DE VOOBKEURSUITVOERINGSVORMEN

Eén voorkeursuitvoeringsvorm van deze uitvinding wordt 25 weergegeven in figuur 2 waar de ammoniak wordt toegevoegd aan een var-dunningsproces waarbij de ammoniak- en kooldioxideafscheidingszones bij in hoofdzaak dezelfde druk werken. In deze figuur 2 omvat de ammo-niakafscheidingszone de NH3-rectificatiekolom (3), de kooldioxi-deafscheidingszone de C02~rectificatiekolom (18), de eerste 30 desorptiezone de desorbeur (10) en de tweede desorptiezone de desor-beur (22).

Een mengsel van NH3, CO2 en H2O wordt via de leiding (1) en pomp (2) aan een NHj-rectificatiekolom (3) toegevoerd. Aan de top van kolom (3) wordt NH3 afgevoerd via leiding (4). Deze NH3 kan, in con- 8200905 Λ 12 densor (5) met behulp van (diep)koeling gecondenseerd worden. Uit de condensor ontwijkt een niet gecondenseerd gasmengsel bestaande uit NH3 en inert gas. Dit inert gas is afkomstig van de lucht die aan de installatie is toegevoerd om de in vaten en leidingen gebruikte 5 constructiematerialen in·gepassiveerde toestand te houden, zodat geen onacceptabele corrosie kan optreden. In plaats van lucht kan uiteraard zuurstof of een zuurstofafgevende stof voor dit doel worden gebruikt.· De lucht wordt via compressor (6), en de leidingen (7) en (8) gedeeltelijk aan de NH3-rectificatiekolom (3) en gedeeltelijk via 10 leiding (9) aan de tweede desorbeur (22) gesuppleerd.

Het gasmengsel afkomstig uit condensor (5) wordt in wasser (11) ontdaan van NH3 door wassing met water dat via leiding (34) aangevoerd wordt, waarbij een hoeveelheid adsorptiewarmte wordt afgevoerd door een deel van de verkregen waterige NH3-oplossing die wordt afgevoerd 15 door pomp (12) te koelen in recirculatiekoeler (13) en terug te voeren naar wasser (11) via leiding (14). De hierbij gevormde oplossing wordt teruggevoerd naar de NH3-rectificatiekolom (3), via leiding (15).

Het inerte gas wordt via leiding (16) afgevoerd en via leiding (17) onder in C02-rectificatiekolom (18) geleid. Het kan des-20 gewenst ook geheel of gedeeltelijk worden gespuid via leiding (19).

Een deel van de in condensor (5) vloeibaar gemaakt NH3 gaat via leiding (20) terug naar de NR3-rectificatiekolom om als reflux te dienen. Via leiding. (32) kan aan de NH3-rectificatiekolom een CO^-houdend gas toegevoerd worden.

Uit de bodem van de NH3-rectificatiekolom (3) wordt een oplossing van NH3 en CO2 ia water afgevoerd via leiding (21).

Deze oplossing wordt in de C02",aectificatiekolom (18) geleid, die bij praktisch dezelfde systeemdruk werkt als de NH3-rectificatiekolom (3). 30 Als verdunningsmiddel wordt via leiding (23) een deel van het bodemprodukt van de eerste desorbeur (10) aan kolom (18) toegevoerd.

De de benodigde warmte voor de rectificatie wordt hier via de verhit-tingsspiralen (24) met behulp van, bijvoorbeeld, stoom toegevoerd.

Via leiding (29) wordt nog een hoeveelheid waswater aan kolom (18) 35 toegevoerd om de NH3 zo volledig mogelijk uit de CO2 te verwijderen. Aan de top van de kolom (18) ontwijkt via leiding (30) een gas dat 8200905 13 bestaat uit CO2 so eventeel inert gas, dat geen of nagenoeg geen M3 meer bevat»

Het bodemprodukt van kolom (18), een verdunde oplossing van M3 en CO2 io water, wordt via leiding (31) naar de eerste desorbeur (10) 5 geleid, waarin een deel van de aanwezige M3 en CO2 verwijderd wordt.

Een deel van de in de eerste desorbeur (10) verkregen vloeistof wordt via leiding (23) naar de C02~rectificatiekolom (18) gevoerd.

Het in de eerste desorbeur (10) gevormde gasmengsel gaat via 10 leiding (33) tenminste gedeeltelijk naar de M3-rectificatiekolom (3). Een deel kan via leiding (38) naar de bodem van de C02~tectificatie-kolom gaan.

Het resterende deel van de vloeistof afkomstig uit de eerste desorbeur 10 wordt via leiding (25) toegevoerd aan de tweede desorbeur 15 (22) waarin via verhittingsspiralen (26) de totale warmte die in de eerste en in de tweede desorbeur benodigd is, toegevoerd wordt»

Via leiding (27) wordt zuiver water afgevoerd. De daarin aanwezige warmte kan via warmtewisseling elders in het proces gebruikt worden,, bijvoorbeeld in rectificatiekolom (18).

20 Via leiding (28) kan een gasmengsel dat in hoofdzaak bestaat uit water, ammoniak, kooldioxide en inertgas, toegevoerd worden aan de eerste desorbeur .·

In de hierboven beschreven uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding dient dit uit de eerste desorptiezone 25 (10) afkomstige gasmengsel van M3, CO2 en H2O, waarvan de samenstelling in het M3-rijke gebied ligt, ervoor te zorgen dat de waterige vloeibare fase aan de bodem van de C02“tectif'icatiekolom.rijk wordt aan M3.

Een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding waarbij 30 de verdunningsmethode wordt toegepast wordt weergegeven in figuur 3 waarin de C02“tectificatie wordt bedreven bij een druk die hoger is dan bij de M3~rectificatie.

Deze figuur is nagenoeg gelijk aan figuur 2 en de verwij-zingscijfers hebben dezelfde betekenis. De verschillen liggen hierin,

35 dat in de leidingen (17) en (21) een compressor A resp. een pomp B

zijn aangebracht om de gas- resp. vloeistofstromen op een hogere druk 8200905 y> Λ 14 te brengen. Verder bevindt zich in leiding (33) een reduceerklep (C) via welke klep een deel van het gasmengsel afkomstig uit de eerste desorbeur (10) in druk verminder wordt. Hierbij werken de desorp-tiekolommen (10) en (22) bij een systeemdruk die nagenoeg gelijk is 5 aan de systeemdruk van de C02“rectificatie. Bovendien is in leiding (8) een reduceerklep (D) aangebracht waarmee een deel van de toegevoerde lucht in druk verlaagd wordt.

In de hierboven gegeven figuur-beschrijving is er van uitgegaan, dat de eerste en tweede desorptiezone uitgevoerd zijn als twee 10 aparte kolommen* Het ligt echter binnen het normale kunnen van de vakman deze twee kolommen uit te voeren als een, gemodificeerde, kolom.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van enkele voorbeelden, maar is daar niet toe beperkt.

Voorbeeld en Vergelijkend Voorbeeld 15 Bij een druk van 1800 kPa werd 44348 kg/h van een oplossing van NH3 en CO2 in water waarin zich 38,2 gew.% NH3 en 21,1 gew.% CO^ bevond, toegevoerd aan de NH3“afscheidingszone van een scheidingsinstallatie zoals beschreven in fig. 3, met dit verschil, dat' via leiding 32 geen CO2 aan de NH3 kolom toegevoerd werd.

20 Na koeling werd uit de NH3 afscheidingszone 16.959 kg/h vloeibaar NH3 verkregen. Uit de CO 2~afscheidingszone die, evenals de beide desorptiezones bij een systeemdruk van 3000 kPa' werkt, werd een gasmengsel verkregen dat 9400 kg/h CO2 en een hoeveelheid inert gas bevatte. Uit de bodem van de tweede desorptiezone verkreeg men 17.989 25 kg/h water dat minder dan 50 ppm ammoniak en kooldioxide bevatte.

Eenzelfde werkwijze werd uitgevoerd, waarbij in plaats van twee desorptiezones slechts één desorptiezone werd gebruikt. Een vergelijking van de totale energieverbruiken voor beide werkwijzen, waarbij uitgegaan werd van hetzelfde zuiveringsresultaat leerde dat de 30 werkwijze volgens de uitvinding 20% minder energie (stoom) nodig had, dan de bekende werkwijze.

8200905

Claims

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat men de warmte die benodigd is voor in de eerste en in de tweede desorptiezone volledig toevoert in de tweede desorptie-zone. 8200905 * ï-
4. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men het gasmengsel afkomstig uit de eerste desorptiezone tenminste gedeeltelijk toevoert aan de ammoniakafscheidingszone.
5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men aan de 5 kooldioxideafscheidingszone een hoeveelheid verdunningswatar toevoert die 0,2 tot 6 maal zo groot is als de aan deze zone toegevoerde voeding.
6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de systeemdruk in de kooldioxideafscheidingszone hoger is dan in de ammo- 10 niakafscheidingszone. 8200905