專利名稱：從含有nh的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從含有NH3、CO2和H2O的混合物中分離NH3的方法，所述方法包括在NH3分離設(shè)備中進(jìn)行的精餾步驟，其中將一股或多股含有NH3、CO2和H2O的流，包括所述混合物提供給該設(shè)備，在NH3分離設(shè)備中形成的主要由氣態(tài)NH3組成的流從所述混合物中分離并被移出。
此類方法從NL 7804668 A中已知。該已知的方法可用于制備三聚氰胺或尿素或聯(lián)合制備三聚氰胺和尿素的方法，提供給NH3分離設(shè)備的混合物是氣態(tài)或液態(tài)。該NH3分離設(shè)備被設(shè)計(jì)為蒸餾設(shè)備，能量要求通過水蒸汽來達(dá)到。所形成的氣態(tài)NH3流包含大于95wt％的NH3，并包含其它惰性氣體。該氣態(tài)NH3流不含CO2。該氣態(tài)NH3流被部分冷凝，形成液態(tài)NH3。該液態(tài)NH3被送回到NH3分離設(shè)備。從NH3分離設(shè)備中排出剩下的混合物。在后續(xù)步驟中，可從該混合物中分離出主要由CO2組成的流和主要由H2O組成的流。
該已知方法的缺點(diǎn)在于NH3分離設(shè)備難以控制。組成、壓力和溫度如此以致工藝操作中的正常波動(dòng)會(huì)招致固體形成的危險(xiǎn)。如果這種情況發(fā)生，必須通過沖水來去除固體，結(jié)果導(dǎo)致NH3分離設(shè)備的效率降低。
本發(fā)明的目的是減少所述缺陷。
所述目的在根據(jù)本發(fā)明的方法中實(shí)現(xiàn)，在該方法中，主要由氣態(tài)NH3組成的流或提供給NH3分離設(shè)備的一股或多股含有NH3、CO2和H2O的流中的至少之一進(jìn)行冷凝步驟，所存在的CO2至少部分被轉(zhuǎn)化為液相。
根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是在NH3分離設(shè)備中形成固體的危險(xiǎn)要小于已知的NH3分離設(shè)備。這減少了對(duì)造成效率降低措施的需求，例如所述的沖水操作，從而該方法在更低的能耗下，例如以水蒸汽形式而更穩(wěn)定，結(jié)果就是更加便宜。
并非意在對(duì)根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)給出理論解釋，假設(shè)向液相CO2的轉(zhuǎn)化影響NH3精餾步驟中NH3、CO2和H2O的比例和/或它們所存在的相，使得固體形成的危險(xiǎn)更小。此外，假設(shè)可以以使固體形成的危險(xiǎn)更小的方式來增大對(duì)NH3分離設(shè)備中組成、壓力和溫度的操作可能性。
根據(jù)本發(fā)明的方法用于含有NH3、CO2和H2O的混合物。NH3、CO2和H2O之間的比例可以在寬范圍內(nèi)變化，如混合物的壓力和溫度那樣。優(yōu)選地，混合物中不存在固體物質(zhì)。此外，下文中要討論的進(jìn)行NH3精餾步驟的方式可能影響到NH3、CO2和H2O之間可能的比例，例如在NH3精餾步驟中應(yīng)用蒸餾的情況下。在這種情況下，考慮NH3、CO2和H2O混合物的共沸性質(zhì)是重要的，如NL 7804668 A中提到的。結(jié)果，在給定的組成和壓力下，如果該組成在所謂的富含NH3范圍中，即NL 7804668 A

圖1中的范圍I，使用普通蒸餾就只分離出純的NH3。類似地，如果該組成在富含CO2的范圍中，即NL 7804668 A圖1中的范圍II，使用普通蒸餾就只分離出純的CO2。
如果所述混合物存在于或源自本身已知的用于制備三聚氰胺或尿素的方法，則該混合物通常含有20％至70％的NH3、10％至50％的CO2和10％至70％的H2O。優(yōu)選地，該混合物含有25％至60％的NH3、15％至40％的CO2和20％至55％的H2O。更優(yōu)選地，該混合物含有30％至50％的NH3、15％至25％的CO2和25％至50％的H2O。除非另有指明，此處和下文所述的百分比都是重量百分比。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，NH3精餾步驟被理解為作用于混合物的、其中分離技術(shù)用來形成主要由NH3組成的流的步驟。原則上，每種確保主要由氣態(tài)NH3組成的流能形成、從混合物中分離并且能排出的分離技術(shù)都是合適的?？赡艿姆蛛x技術(shù)的例子是膜分離和蒸餾。優(yōu)選地，使用蒸餾。
向NH3精餾步驟提供一股或多股影響熱力學(xué)平衡的其它流是有用或必要的。也可以出于從其中分離NH3的目的而提供其它流，如混合物的情況下。所述其它流可以含有NH3和/或CO2和/或H2O。其它流的例子是液態(tài)NH3和來自用于混合物的其它工藝步驟的再循環(huán)流。NH3精餾步驟在NH3分離設(shè)備中進(jìn)行。如果選擇蒸餾作為分離技術(shù)，壓力通常在0.1至6MPa之間，優(yōu)選在0.3至4MPa之間，更優(yōu)選在0.6至3MPa之間；溫度通常在5至160℃之間。
將在NH3分離設(shè)備中形成的并從混合物中分離出的該主要由氣態(tài)NH3組成的流排出。除NH3外，所述流還可以含有少量的其它化合物，例如CO2和H2O；優(yōu)選地，該主要由氣態(tài)NH3組成的流含有少于15％的其它化合物，更優(yōu)選地少于10％，甚至更優(yōu)選地少于8％，最優(yōu)選地少于5％，或者甚至少于1％。根據(jù)主要由氣態(tài)NH3組成的流的進(jìn)一步應(yīng)用所允許的其它化合物的量，可以確定進(jìn)一步減少其它化合物的量所需的分離作用。此外，如果允許主要由氣態(tài)NH3組成的流中存在一定量的CO2，例如5％或更少，會(huì)導(dǎo)致NH3分離設(shè)備操作的簡化或穩(wěn)定，至少對(duì)主要由氣態(tài)NH3組成的流應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的冷凝步驟是有利的，這將在后面討論。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，冷凝步驟應(yīng)用于主要由氣態(tài)NH3組成的流或提供給NH3分離設(shè)備的一股或多股含有NH3、CO2和H2O的流中的至少之一。所述冷凝步驟可以通過本身已知的技術(shù)進(jìn)行。這種技術(shù)的例子是通過直接接觸冷卻介質(zhì)的冷卻和/或通過在熱交換器中并/或接觸液體吸收介質(zhì)的間接冷卻。所存在的至少部分CO2被轉(zhuǎn)化為液相。液相可以在冷凝步驟期間就已經(jīng)存在，例如因?yàn)閷?duì)氣/液混合物進(jìn)行冷凝步驟；液相也可以在冷凝步驟期間形成，例如因?yàn)闅鈶B(tài)H2O冷凝，并吸收CO2以及NH3到其中；液相也可以是提供的，例如上述的液體吸收介質(zhì)。優(yōu)選地，所存在的40％至基本上全部的CO2轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?；更?yōu)選地，所存在的50％至基本上全部的CO2轉(zhuǎn)化為液相；甚至更優(yōu)選地，75％至99％或95％的CO2轉(zhuǎn)化為液相。
為從混合物中獲得主要由氣態(tài)NH3組成的流，可應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法。此外，除NH3之外，還從該混合物中除去CO2和H2O可能是所期望的。因此為了從該混合物中分離出CO2和H2O，根據(jù)本發(fā)明的方法還優(yōu)選地包括CO2精餾步驟，在CO2分離設(shè)備中對(duì)來自NH3分離設(shè)備的混合物應(yīng)用該步驟，同時(shí)提供來自解吸設(shè)備的流，這樣在CO2分離設(shè)備中形成主要由CO2組成的流，并從混合物中分離出，以及解吸步驟，在解吸設(shè)備中對(duì)來自CO2分離設(shè)備的混合物應(yīng)用該步驟，這樣形成主要由H2O組成的流并從混合物中分離出，隨后該混合物返回NH3分離設(shè)備和/或CO2分離設(shè)備中。
CO2精餾步驟可以在本身已知技術(shù)的幫助下在CO2分離設(shè)備中進(jìn)行。此類技術(shù)的例子是膜分離和蒸餾。在蒸餾的情況下，主要由CO2組成的流是塔頂產(chǎn)物。如果對(duì)混合物應(yīng)用蒸餾，并且如通常情況下主要存在NH3、CO2和H2O，則希望必須考慮前述的共沸行為。CO2分離設(shè)備，即其中進(jìn)行CO2精餾步驟的設(shè)備中的組成必須在主要壓力下在富含CO2的范圍內(nèi)。如果由NH3分離設(shè)備提供的混合物的組成，并考慮來自解吸步驟的流的組成，將導(dǎo)致CO2分離設(shè)備中的組成在富含CO2的范圍以外，則其它措施就是必須的。這種其它措施的例子有改變壓力，例如壓力增加，和/或改變組成，例如通過提供其它流，例如H2O流。如果采用增加壓力，則CO2分離設(shè)備中的壓力通常在0.5至10MPa之間，更優(yōu)選在1至6MPa之間，特別地在1.5至5MPa之間。此時(shí)CO2分離設(shè)備的塔頂溫度通常在30至175℃之間，優(yōu)選在100至150℃之間，塔底溫度通常在100至250℃之間，優(yōu)選在150至200℃之間。
如上所述，從CO2精餾步驟中釋放出主要由CO2組成的流。此外，釋放出混合物；該混合物從CO2分離設(shè)備中移出，隨后提供給其中進(jìn)行解吸步驟的解吸設(shè)備。解吸步驟的目的是從混合物中去除主要由H2O組成的流。這可以在本身已知技術(shù)的幫助下來進(jìn)行，例如通過蒸餾，這種情況下主要由H2O組成的流是塔底產(chǎn)物。在解吸步驟中已從混合物中分離出主要由H2O組成的流之后，剩余量的混合物仍然含有NH3、CO2和H2O，返回到NH3分離設(shè)備和/或CO2分離設(shè)備中。
在該實(shí)施方式中，對(duì)來自NH3分離設(shè)備的主要由氣態(tài)NH3組成的流和/或來自解吸設(shè)備并被提供給NH3分離設(shè)備的流的至少部分進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的冷凝步驟。
在本發(fā)明的特別實(shí)施方式中，解吸步驟在兩個(gè)解吸區(qū)進(jìn)行，其中一個(gè)區(qū)在壓力幾乎等于NH3分離設(shè)備中的壓力下操作，第二區(qū)在壓力幾乎等于CO2分離設(shè)備中的壓力下操作。離開解吸區(qū)的流在幾乎相應(yīng)的壓力下被轉(zhuǎn)移到這兩套分離設(shè)備中。已發(fā)現(xiàn)這可以減少水蒸汽的消耗。
如果根據(jù)本發(fā)明的冷凝步驟作用到主要由氣態(tài)NH3組成的流，則優(yōu)選在具有含水流和/或液態(tài)NH3提供作為吸收介質(zhì)的潛管(submerged)冷凝器中完成。潛管冷凝器本身是已知的，例如從NL 8400839 A中已知。該含水流主要由水組成，但此外也可以含有其它化合物；例子是NH3、CO2、氨基甲酸銨、三聚氰胺或尿素。在潛管冷凝器中，主要由氣態(tài)NH3組成的流與也被提供的含水流和/或液態(tài)NH3直接接觸，其中CO2將吸收。這樣的優(yōu)點(diǎn)是相比已知方法，對(duì)NH3分離設(shè)備中CO2的移除不用再規(guī)定嚴(yán)格的要求，從而增加了操作穩(wěn)定性，并降低了固體形成的風(fēng)險(xiǎn)。如前所述，固體形成導(dǎo)致水蒸汽的消耗偶爾地和/或結(jié)構(gòu)性地更高。此外，通過選擇進(jìn)料流及其溫度，可以選定最佳的傳熱和傳質(zhì)條件，這對(duì)于潛管冷凝器中CO2從氣相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗵貏e有利。
如果主要由氣態(tài)NH3組成的流在離開潛管冷凝器、與含水流接觸之后，含有所不期望量的H2O，則優(yōu)選地對(duì)主要由氣態(tài)NH3組成的流應(yīng)用吸收步驟，其中所述流與液態(tài)NH3接觸。結(jié)果，H2O將被液態(tài)NH3吸收。該吸收步驟可在本身已知技術(shù)的協(xié)助下進(jìn)行，例如在篩板塔中。
在根據(jù)本發(fā)明的冷凝步驟的另一實(shí)施方式中，該步驟作為部分冷凝步驟對(duì)來自解吸設(shè)備并被提供給NH3分離設(shè)備的流進(jìn)行。優(yōu)選地，該部分冷凝步驟優(yōu)選通過與冷卻介質(zhì)的間接冷卻來進(jìn)行，例如在熱交換器中。來自解吸設(shè)備的流還含有H2O和NH3；部分冷凝步驟的結(jié)果是至少部分H2O將變成液態(tài)，部分CO2和部分NH3被吸收在其中。結(jié)果，由于固體形成的風(fēng)險(xiǎn)更小，NH3分離設(shè)備的操作變得更簡單，更穩(wěn)定。優(yōu)選地，NH3分離設(shè)備中存在的混合物用作部分冷凝步驟中的冷卻介質(zhì)。
基于附圖，進(jìn)一步解釋根據(jù)本發(fā)明的方法。
在附圖中，圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種實(shí)施方式，其中主要由氣態(tài)NH3組成的流從吸收塔中NH3、CO2和H2O的氣態(tài)混合物中分離出；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其中對(duì)主要由氣態(tài)NH3組成的流和來自解吸設(shè)備并被提供給NH3分離設(shè)備的流進(jìn)行冷凝步驟。
附圖中標(biāo)號(hào)的第一位數(shù)字與圖號(hào)相同。如果不同附圖的標(biāo)號(hào)的最后兩位數(shù)字相同，則這些部分相同。
在圖1中，NH3、CO2和H2O的混合物通過管線102提供給NH3分離設(shè)備104，其被設(shè)計(jì)為蒸餾塔，優(yōu)選在15-160℃的溫度和0.6至6MPa的壓力下操作。通過管線106將空氣也提供給NH3分離設(shè)備104，以保護(hù)設(shè)備避免腐蝕。主要由氣態(tài)NH3組成的流通過管線108排送到氨冷卻器110中；混合物作為NH3和CO2的液態(tài)水溶液通過管線111排出，并被轉(zhuǎn)移到未示出的CO2分離設(shè)備中。在氨冷卻器110中，幾乎全部的NH3都被液化，并通過管線112排出，部分通過管線114再循環(huán)回NH3分離設(shè)備104，部分通過113用于其它地方。從氨冷卻器110還得到氣相，該氣相主要由惰性氣體和一些NH3組成，并通過管線116轉(zhuǎn)移到洗滌器118中。在洗滌器118中，來自管線116的流與洗滌水接觸，該洗滌水是主要由水組成的流，通過管線120提供，結(jié)果NH3被吸收在洗滌水中，形成NH3的水溶液。惰性氣體通過管線122排出；NH3的水溶液通過管線124進(jìn)料到冷卻器126中，隨后部分通過管線128再循環(huán)到洗滌器118中，部分通過管線130再循環(huán)到NH3分離設(shè)備104中，對(duì)于NH3分離設(shè)備104，還通過管線132進(jìn)料H2O流以及通過管線134進(jìn)料來自未示出的解吸設(shè)備的混合物。通過管線132提供的H2O流主要起防止NH3分離設(shè)備104中固體形成的作用，或者在固體已形成的情況下對(duì)其進(jìn)行沖洗。
圖2中，NH3、CO2和H2O的混合物通過管線202進(jìn)料到NH3分離設(shè)備204中；通過234提供的、來自解吸設(shè)備的混合物在冷卻器236中經(jīng)歷根據(jù)本發(fā)明的部分冷凝步驟。使用來自NH3分離設(shè)備204的混合物作為冷卻介質(zhì)，并通過管線238提供，隨后該混合物通過240返回到NH3分離設(shè)備204中。來自解吸設(shè)備的、經(jīng)部分冷凝的混合物通過管線242提供給NH3分離設(shè)備204。主要由氣態(tài)NH3組成的流通過管線244進(jìn)料到潛管冷凝器246中，在其中它與來自冷卻器226的部分NH3水溶液和通過214提供的液態(tài)NH3流相接觸，這導(dǎo)致氣/液混合物形成，該混合物通過管線248被提供給氣/液分離器250。在分離器250中，液相分離出，并通過管線252排出，隨后液相與通過202提供的混合物混合；氣相分離出，并通過管線208排出并提供給氨冷卻器210。
基于對(duì)比實(shí)驗(yàn)和實(shí)施例，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步的解釋。對(duì)比實(shí)驗(yàn)是根據(jù)圖1的實(shí)施方式進(jìn)行的；實(shí)施例是按照?qǐng)D2的實(shí)施方式進(jìn)行的。結(jié)果示于下表中。
表1-對(duì)比實(shí)驗(yàn)(見圖1)的結(jié)果
對(duì)比實(shí)驗(yàn)中需要的4MPa和430℃下的水蒸汽總量是700kg/h。為防止操作期間的固體形成，有必要通過132提供水流。
表2-實(shí)施例(見圖2)的結(jié)果
對(duì)比實(shí)驗(yàn)中需要的4MPa和430℃的水蒸汽量是650kg/h。在裝置操作期間，已發(fā)現(xiàn)實(shí)施例中沒有形成固體，雖然沒有如對(duì)比實(shí)驗(yàn)中所必須的那樣通過232提供水流。這證明根據(jù)本發(fā)明的冷凝步驟的穩(wěn)定效應(yīng)。此外證明實(shí)施例中所需的水蒸汽量要比對(duì)比實(shí)驗(yàn)中低，雖然被處理的混合物的量相同。這種更低的水蒸汽要求是根據(jù)本發(fā)明的方法的附加優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種從含有NH3、CO2和H2O的混合物中分離NH3的方法，所述方法包括在NH3分離設(shè)備中進(jìn)行的NH3精餾步驟，將一股或多股含有NH3、CO2和H2O的流，包括所述混合物進(jìn)料到所述NH3分離設(shè)備中，在其中主要由氣態(tài)NH3組成的流形成、從所述混合物中分離并排出，其特征在于對(duì)主要由氣態(tài)NH3組成的流或提供給NH3分離設(shè)備的一股或多股含有NH3、CO2和H2O的流的至少之一進(jìn)行冷凝步驟，在所述冷凝步驟中，所存在的CO2的至少部分被轉(zhuǎn)化為液相。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述冷凝步驟通過冷卻待冷凝的流和/或?qū)⑵渑c吸收介質(zhì)接觸來進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，為了從所述混合物中分離出CO2和H2O，所述方法還包括CO2精餾步驟，在CO2分離設(shè)備中對(duì)來自NH3分離設(shè)備的混合物應(yīng)用該步驟，同時(shí)提供來自解吸設(shè)備的流，這樣在CO2分離設(shè)備中形成主要由CO2組成的流，并從混合物中分離出，以及解吸步驟，在解吸設(shè)備中對(duì)來自CO2分離設(shè)備的混合物應(yīng)用該步驟，這樣形成主要由H2O組成的流并從混合物中分離出，隨后該混合物返回NH3分離設(shè)備和/或CO2分離設(shè)備中，其中，對(duì)來自NH3分離設(shè)備的主要由氣態(tài)NH3組成的流和/或來自解吸設(shè)備并被提供給NH3分離設(shè)備的流的至少部分進(jìn)行所述冷凝步驟。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中在潛管冷凝器中對(duì)來自NH3分離設(shè)備的主要由氣態(tài)NH3組成的流進(jìn)行所述冷凝步驟，同時(shí)提供含水流和/或液態(tài)NH3作為吸收介質(zhì)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在冷凝步驟之后，對(duì)主要由氣態(tài)NH3組成的流進(jìn)行吸收步驟，其中所述流與液態(tài)NH3接觸。
6.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中作為部分冷凝步驟，通過用冷卻介質(zhì)的間接冷卻，對(duì)來自解吸設(shè)備并被提供給NH3分離設(shè)備的流進(jìn)行所述冷凝步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中存在于NH3分離設(shè)備中的混合物用作部分冷凝步驟中的冷卻介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從含有NH
文檔編號(hào)C01C1/00GK1745037SQ200480003187
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2004年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月30日
發(fā)明者安德烈亞斯·約翰內(nèi)斯·比耶曼斯, 約翰內(nèi)斯·亨利克斯·孟內(nèi), 凱斯·喬科斯, 諾拉·安娜·德·威特, 赫伯特·威廉·格瑞特·霍埃杰卡斯, 巴斯特安·瑞納·阿格納斯·馬里亞·科克霍夫·萬·德 申請(qǐng)人:帝斯曼知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司