Способ очистки аммиаксодержащего газа и получения аммиачной воды

Изобретение относится к химической и нефтехимической промышленности и может быть использовано для производства аммиачной воды (водного раствора аммиака) марки А (содержание NH₃ - не менее 25% масс) из аммиаксодержащего газа, в котором помимо аммиака содержатся примеси кислых газов (сероводород H₂S, углекислых газ СО₂), меркаптаны (RSH) и пары воды (H₂O). Суммарное содержание кислых газов и меркаптанов в очищаемом газе может достигать величины - до 50% масс.

Из уровня техники известен способ получения аммиачной воды, в котором растворение аммиака в воде с одновременным отводом выделяющейся теплоты ведут в две ступени, при этом на второй ступени газообразный аммиак с первой ступени растворяют в исходной воде в изотермических условиях, а на первой ступени сжиженный или частично испаренный аммиак растворяют в адиабатических условиях в аммиачной воде, поступающей со второй ступени (см. патент RU 2105716, С01С 1/00, опубл. 27.02.1998).

Однако сырьем для получения аммиачной воды, является сжиженный аммиак, получение которого представляет собой специфическую и достаточно сложную энергозатратную техническую задачу.

Также известен способ получения аммиачной воды из газообразного аммиака (см. патент RU 2598461, С01С 1/00, опубл. 01.09.2016), в котором аммиачную воду получают попеременно в двух абсорбционных емкостях, соединенных с атмосферой через дыхательный скруббер.

К недостаткам данного способа следует отнести:

- получение аммиачной воды происходит попеременно в двух контурах, что усложняет контроль над процессом;

- установка соединена с атмосферой посредством дыхательного скруббера, что может привести к выбросу аммиака;

- отсутствие возможности получения аммиачной воды с концентрацией выше 30% масс, т.к. процесс ведется при атмосферном давлении и температуре окружающей среды.

И в том, и в другом случае для получения аммиачной воды используется предварительно очищенный поток аммиака (аммиак высокой степени чистоты - жидкий или газообразный).

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ, в котором при очистке аммиаксодержащего газа получают газообразный аммиак, высокой степени чистоты, из которого затем в отдельной секции, обустроенной по типу, описанной в патенте RU 2598461, получают аммиачную воду (см. патент RU 2556634, C10G 19/02, опубл. 10.07.2015). Упомянутый способ включает в себя взаимодействие аммиаксодержащего газа с водой и возврат части аммиачной воды в процесс очистки аммиаксодержащего газа.

Однако технологическая сложность и аппаратурная избыточность, т.к. для получения аммиачной воды из газообразного аммиака требуется секция получения аммиачной воды, состоящая из двух работающих попеременно абсорбционных емкостей и скруббера дыхания, дыхательная линия которого соединена с атмосферой, не позволяют получить аммиачную воду требуемой концентрации из «грязного» газообразного аммиака, содержащего посторонние примеси, в одном аппарате. Кроме того, наличие связи абсорбционных емкостей с атмосферой создает потенциальную опасность проскока газообразного аммиака со всеми возможными отрицательными экологическими последствиями для окружающей среды.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, 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.

Технический результат обеспечивается тем, что в способе очистки аммиаксодержащего газа и получения аммиачной воды, включающем в себя взаимодействие аммиаксодержащего газа с водой и возврат части аммиачной воды в процесс очистки аммиаксодержащего газа, взаимодействие аммиаксодержащего газа с водой осуществляют 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, часть собранной на глухой коллекторной тарелке абсорбера аммиачной воды охлаждают и подают на верх верхней и нижней насадочных секций в качестве орошения, при этом 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.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором показана схема установки получения аммиачной воды, состоящей из следующих основных элементов:

1 - абсорбер (колонного типа); 2 - верхняя насадочная секция; 3 - нижняя насадочная секция; 4 - распределитель аммиачной воды для орошения нижней секции; 5 - распределитель воды на верхнюю насадочную секцию; 6 - распределитель аммиачной воды для орошения верхней секции; 7 - глухая коллекторная тарелка; 8 - газоход; 9 - вход для аммиаксодержащего газа; 10 - вход для подачи аммиачной воды на нижнюю секцию; 11 - вход для подачи воды на верхнюю секцию; 12 - вход для подачи аммиачной воды на верхнюю секцию; 13 - выход для аммиачной воды с глухой коллекторной тарелки; 14 - вход для инертного газа; 15 - выход загрязненного потока; 16 - выход для сброса газов; 17 - первый холодильник; 18 - второй холодильник; 19 - поточный анализатор; 20 - первый регулирующий клапан; 21 - третий регулирующий клапан; 22 - датчик температуры; 23 - второй регулирующий клапан; 24 - датчик давления; 25 - пятый регулирующий клапан; 26 - четвертый регулирующий клапан; 27 - трубопровод подачи аммиаксодержащего газа; 28 - трубопровод подачи воды; 29 - первый трубопровод подачи аммиачной воды; 30 - второй трубопровод подачи аммиачной воды; 31 - трубопровод подачи инертного газа; 32 - трубопровод вывода аммиачной воды; 33 - трубопровод вывода загрязненного потока; 34 - трубопровод вывода сбросного газа.

Аммиаксодержащий газ, содержащий кислые примеси (сероводород, углекислый газ) и меркаптаны по трубопроводу 27 подачи аммиаксодержащего газа через вход 9 для аммиаксодержащего газа абсорбера 1, подают под нижний слой нижней насадочной секции 3. При этом сверху на насадочную секцию 3 по второму трубопроводу 30 через вход 10 для подачи аммиачной воды на нижнюю секцию с помощью распределителя 4 подается охлажденная аммиачная вода собственной выработки (в начальный период работы подается вода, направляемая с глухой коллекторной тарелки 7 по второму трубопроводу 30 подачи аммиачной воды). Поступающие в составе аммиаксодержащего газового потока через трубопровод 27 кислые примеси и меркаптаны при контакте в объеме насадки 3 с аммиачной водой поглощаются последней с образованием раствора соответствующих аммонийных солей (сульфидов, карбонатов и меркаптидов). Образовавшийся загрязненный поток, состоящий из воды, аммиака и поглощенных кислых примесей через выход 15 и по трубопроводу 33 выводится с низа абсорбера 1 и направляется на утилизацию или разделение. Далее очищенный таким образом от кислых примесей газообразный аммиак поступает в верхнюю часть абсорбера 1, которая отделена от нижней глухой коллекторной тарелкой 7 с газоходом 8. Одновременно с этим по трубопроводу 28 через вход 11 с помощью распределителя 5 сверху на насадочную секцию 2 подается вода, а по первому трубопроводу 29 через вход 12 с помощью распределителя 6 - охлажденная аммиачная вода собственной выработки. За счет подачи воды и охлажденной аммиачной воды собственной выработки на верхнюю насадочную секцию 2 происходит полное поглощение поступающего в секцию аммиака с образованием аммиачной воды, которая собирается на глухой коллекторной тарелке 7 и выводится из установки через выход 13 по следующим направлениям и со следующими целями:

- после охлаждения в холодильнике 17 подается на верхний слой верхней насадочной секции 2 в качестве верхнего циркуляционного орошения через вход 12 и распределитель 6 для поддержания температурного режима в верхней насадочной секции 2;

- после охлаждения в холодильнике 18 подается на верхний слой нижней насадочной секции 3 через вход 10 и распределитель 4 в качестве абсорбента кислых газов и меркаптанов для очистки аммиака, поступающего на абсорбцию в верхнюю часть аппарата через газоход 8 на глухой тарелке 7;

- выводится на сторону из абсорбера 1 как целевой продукт по трубопроводу 32 для дальнейшего использования.

Насадочные секции 2 и 3 представляют собой конструктивно оформленные секции абсорбера, основными элементами которых являются массообменные устройства различного типа и конструкции (регулярная или насыпная насадка), выполненные из различных материалов (металла, пластмассы, керамики и др.), химически и коррозионностойких по отношению к активным компонентам среды.

Для контроля качества получаемой аммиачной воды и ее концентрации на трубопроводе 32 вывода аммиачной воды (на участке трубопровода до соответствующих отборов аммиачной воды в первый трубопровод 29 подачи аммиачной воды на орошение верхней насадочной секции 2 и в второй трубопровод 30 подачи аммиачной воды на орошение нижней насадочной секции 3) расположен поточный анализатор 19, по показаниям которого (измеряется концентрация аммиачной воды и содержание примесей - сульфидной серы, карбонатов и меркаптидов - продуктов поглощения кислых газов аммиачной водой) осуществляется регулирование процесса. При наличии (превышении содержания) в аммиачной воде контролируемых примесей увеличивается расход аммиачной воды с глухой коллекторной тарелки 7 на нижнюю насадочную секцию 3 за счет открытия второго регулирующего клапана 23. В случае снижения концентрации аммиака в полученной аммиачной воде до величины менее 25% масс происходит уменьшение подачи воды, направляемой по трубопроводу 28 на верхнюю насадочную секцию 2 за счет закрытия первого регулирующего клапана 20, расположенного на линии подачи воды 28.

Температура верха абсорбера 1 контролируется по показаниям датчика температуры (термопары) 22, расположенного в верхней части абсорбера 1 над верхней насадочной секцией 2, и поддерживается на уровне не более 40-50°С изменением расхода аммиачной воды третьим регулирующим клапаном 21.

Давление в абсорбере 1 поддерживается на уровне 1-3 кг/см² (изб.) за счет подачи в абсорбер 1 по трубопроводу 31 через вход 14 инертного газа (азота) по показанию датчика давления 24, расположенного над верхней насадочной секцией 2 абсорбера 1. При превышении давления в абсорбере 1 выше указанных параметров за счет открытия пятого регулирующего клапана 25 происходит сброс избытка газов через выход 16 по трубопроводу 34 в закрытую факельную систему (во избежание попадания загрязняющих веществ в атмосферу).

Пример реализации способа очистки аммиаксодержащего газа и получения аммиачной воды, реализуемого на установке очистки аммиаксодержащего газа и получения аммиачной воды, представлен в Таблицах 1-3.

Из примера следует, что предлагаемое изобретение позволяет получить аммиачную воду высокой степени чистоты требуемой концентрации из «грязного» газообразного аммиака, содержащего посторонние примеси в одном аппарате-абсорбере колонного типа.