BE895557Q - Procede de recuperation d'ammoniac a partir de courants aqueux - Google Patents

Description

  Procédé de récupération d'ammoniac à partir de courants aqueux La présente invention concerne la récupération d'ammoniac fixé à partir d'un courant aqueux en traitant  le courant par de la chaux et de la vapeur d'eau en vue de séparer l'ammoniac libre résultant du courant traité par la chaux.

  
Un certain nombre de procédés industriels produisent des courants aqueux contenant de l'ammoniac fixé qui peut être transformé en ammoniac libre en solution en traitant le courant aqueux par un alcali, typiquement une suspension de chaux. Telle qu'on l'utilise dans le présent mémoire, l'expression ' 'ammoniac fixé' ' désigne l'ammoniac présent sous

  
forme de sel d'ammonium dissous, tel que le fluorure d'ammonium, le sulfate d'ammonium ou le carbonate d'ammonium.

  
L'ammoniac fixé ne peut pas être séparé de la solution par distillation, par exemple, par entraînement à la vapeur d'eau. Il est déjà connu de traiter de telles solutions par un alcali , notamment une suspension de chaux (hydroxyde de calcium) afin d'élever le pH de la solution. Le calcium réagit sur l'anion,

  
par exemple l'anion fluorure, sulfate ou carbonate,

  
du sel d'ammonium et convertit l'ammoniac fixé en ammoniac libre en solution. L'expression t'ammoniac libre*' désigne l'ammoniac qui a été séparé de la solution par distillation, comme par entraînement à

  
la vapeur d'eau. 

  
Après le traitement à la chaux, la solution est mise.en contact avec de la vapeur d'eau dans une colonne ou zone d'extraction ou séparation. L'ammoniac libre dans la solution passe dans la phase vapeur et est évacué de la zone d'extraction en mélange à de la vapeur d'eau. Le liquide résiduel, à présent débarrassé de l'ammoniac libre, est évacué de la zone d'extraction sous forme de produit résiduel. Le mélange d'ammoniac et de vapeur d'eau est condensé pour former une solution aqueuse d'ammoniac ou est traité de toute autre manière en vue d'en récupérer l'ammoniac. Un problème qui se pose lors de la mise en oeuvre pratique d'un procédé tel qu'esquissé ci-dessus est le dépôt d'incrustations minérales dans la colonne ou zone d'extraction.

   De telles incrustations peuvent se produire lorsque la suspension ou le mélange aqueux traité par la chaux est introduit dans la zone d'extraction à une température relativement faible et est chauffé par la vapeur d'eau dans la zone d'extraction. Le mélange aqueux contient des composés de calcium dissous et de tels composés peuvent former des incrustations ou revêtements fortement adhérents qui encrassent les surfaces internes de la colonne d'extraction.

  
Ce problème a été reconnu par le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 3 428 426 qui propose, en guise de solution, l'emploi d'une colonne d'extraction verticale contenant une garniture constituée de petites sphères. Le gaz d'extraction, tel que de la vapeur d'eau ou de l'air chaud, passe de manière ascendante

  
à travers la colonne à une vitesse qui suffit à conférer un mouvement stochastique à la garniture

  
de la colonne. Le mouvement assure une action de frottement qui enlève les incrustations de la garniture et des surfaces internes de la colonne. D'autres brevets illustratifs.qui décrivent des procédés de récupération d'ammoniac à partir de courants aqueux par distillation après traitement à la chaux, sont les brevets des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 1 012 273,

  
1 925 799, 1 566 796 et 3 961 027.

  
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 2 635 073 décrit un procédé et un appareil de récupération de l'ammoniac possédant un distillateur libre, un distillateur fixe et un bras à chaux. Le courant d'alimentation est introduit dans le distillateur libre et est mis en contact à contre-courant avec

  
de la vapeur d'eau et les vapeurs qui proviennent

  
du distillateur fixe. La solution du fond du distillateur libre est introduite dans le bras à chaux où elle entre en réaction avec une suspension de chaux en vue de libérer l'ammoniac fixé et est chauffée par contact avec de la vapeur d'eau. La suspension chaude, traitée à la chaux, est introduite dans le distillateur fixe où l'ammoniac à présent libre est entraîné hors de la suspension par la vapeur d'eau. Les vapeurs riches en ammoniac qui proviénnent du distillateur fixe sont introduites dans le distillateur libre et mises en contact à contre-courant avec le courant d'alimentation. Ce brevet ne décrit pas la mise en contact des vapeurs provenant du distillateur fixe avec la suspension traitée à la chaux dans le bras à chaux.

  
La présente invention a pour objet un procédé

  
pour récupérer de l'ammoniac de courants aqueux contenant de l'ammoniac fixé sous la forme de composés d'ammonium dissous, tels que le fluorure d'ammonium, le sulfate d'ammonium et le carbonate d'ammonium. En vue de la mise en oeuvre pratique suivant la présente invention, un courant aqueux contenant de l'ammoniac fixé est mélange à une suspension de chaux dans une zone de mélange pour former un mélange liquide contenant de l'ammoniac libre en solution. Le mélange liquide est mis en contact avec la vapeur d'eau contenant de l'ammoniac libre et de

  
la vapeur d'eau provenant de la zone d'extraction décrite dans la suite du présent mémoire, en vue de produire un mélange liquide chauffé et une vapeur

  
de produit riche en ammoniac. La vapeur de produit riche en ammoniac est prélevée de la zone de mélange et condensée ou traitée de toute autre manière en vue d'en récupérer l'ammoniac. Une partie du mélange liquide chauffé est prélevée de la zone de mélange

  
et mise en contact avec de la vapeur d'eau dans une zone d'extraction, comme une colonne garnie. Un courant résiduel liquide débarrasé de l'ammoniac

  
est prélevé de la zone d'extraction. Un courant de vapeur contenant de l'ammoniac libre et de la vapeur d'eau est prélevé de la zone d'extraction et utilisé pour chauffer le mélange liquide comme décrit plus haut.

  
L'invention apporte deux avantages: En premier lieu, lorsque le mélange chauffé, qui se trouve de préférence à au moins environ 95[deg.]C, est introduit dans la zone d'extraction, il ne se forme que peu

  
ou pas d'incrustations, parce que le mélange ne

  
subit qu'une faible élévation-de température dans

  
la zone d'extraction. En second lieu, étant donné

  
que les vapeurs contenant de l'ammoniac et dé la vapeur d'eau qui proviennent de la zone d'extraction entrent en contact avec le mélange de-suspension de chaux et de charge aqueuse d'alimentation pour produire la vapeur de produit riche en ammoniac dans la zone de mélange, la composition de la vapeur du produit peut être réglée par des conditions régulatrices, comme en agissant sur la température, la pression

  
et la durée de séjour dans la zone de mélange, indépendamment des conditions qui règnent dans la zone d'extraction, de façon à permettre la régulation de la zone d'extraction en vue d'une efficience d'extraction élevée, sans courir le risque d'une dilution excessive de la vapeur du produit riche

  
en ammoniac par la vapeur d'eau.

  
La figure unique annexée au présent mémoire illustre une forme de réalisation de la présente invention.

  
On voit, en consultant la figure, que celle-ci esquisse globalement une forme de réalisation du procédé suivant l'invention. Un réservoir de mélange
10 contient une suspension ou mélange liquide chauffé

  
12. Le mélange 12 est constitué par une suspension de chaux continuellement introduite par une conduite
14 et un courant d'alimentation aqueux contenant un composé d'ammonium capable de réagir sur la chaux pour engendrer de l'ammoniac libre en solution,

  
que l'on introduit continuellement par une conduite

  
16. Le réservoir de mélange 10 possède un espace

  
de vapeur 18 contenant une vapeur de produit riche en ammoniac et le courant d'alimentation aqueux est, de préférence, introduit sous forme d'un

  
produit pulvérisé finement divisé en vue de mettre le courant d'alimentation en contact avec la vapeur de produit, de manière que l'ammoniac libre présent dans la charge d'alimentation puisse passer dans la vapeur de produit. 

  
Le courant d'alimentation aqueux peut être n'importe quel courant contenant de l'ammoniac fixé, c'est-à-dire de l'ammoniac présent sous forme d'un

  
ou plusieurs composés d'ammonium dissous qui ne se dissocient pas dans des conditions d'extraction à la vapeut d'eau pour donner de l'ammoniac libre, mais

  
qui peuvent réagir sur de la chaux pour engendrer de l'ammoniac libre en solution. Le courant peut également comprendre de l'ammoniac libre. Les composés d'ammonium et l'ammoniac libre peuvent être présents dans le courant d'alimentation en n'importe quelle concentration substantielle, c'est-à-dire depuis plus d'une trace jusqu'à la limite de solubilité. Des composés d'ammonium en suspension, non dissous, peuvent également être présents.

  
Un tel courant d'alimentation aqueux est obtenu sous forme de courant résiduel provenant d'un procédé de récupération de l'ammonium conformément auquel de l'UF6 est dissous dans de l'eau et mis en réaction

  
sur un excès d'une solution aqueuse d'ammoniac

  
pour former un précipité de diuranate d'ammonium

  
(DUA), comme le décrit le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 3 961 027 dont la description est incorporée au présent mémoire à titre de référence. Après la précipitation du DUA, un résidu aqueux contenant jusqu'à environ 15 % en poids de fluorure d'ammonium et de l'hydroxyde d'ammonium ou de l'ammoniac libre dissous subsiste. Pour des raisons

  
de simplicité, on décrira le reste du procédé en référence à un tel courant résiduel. Il faut cependant bien comprendre que l'on peut cependant également traiter d'autres courants contenant de l'ammoniac fixé conformément à la présente invention. 

  
La vitesse d'addition de la suspension de

  
chaux qui peut contenir, par exemple, d'environ

  
2 à 20 parties de chaux par 100 parties d'eau, est régulée de manière à maintenir un pH alcalin élevé dans le réservoir de mélange, de préférence suffisant pour entraîner la réaction de sensiblement la totalité du composé d'ammonium présent. Une pompe 20 fait circuler un courant dérivé du mélange ou suspension 12

  
à travers un moniteur de pH 22 qui commande un régulateur 50 qui détermine la vitesse d'addition de la suspension de chaux. La circulation du mélange maintient les solides de chaux en suspension. Lorsque la charge d'alimentation aqueuse contient du fluorure d'ammonium, la suspension contient également du fluorure de calcium précipité qui est maintenu en suspension par la circulation de la suspension provoquée par la pompe 20. La suspension 12 contient de

  
la chaux en suspension, du sel de calcium en suspension comme du fluorure de calcium formé par la réaction de la chaux sur le composé d'ammonium, de l'ammoniac libre dissous et des concentrations mineures de composés de calcium dissous comme de la chaux et

  
du fluorure de calcium.

  
La pompe 20 fait également circuler un courant de recyclage de la suspension 12 chauffée à travers

  
la conduite 24 et un mélangeur a venturi 26 et pompe une autre fraction de suspension 12 à travers la conduite 28 pour l'envoyer dans la zone d'extraction

  
30. La zone d'extraction 30 se compose, de préférence, d'une colonne garnie en vue d'obtenir une efficience d'extraction élevée.

  
Dans la zone d'extraction 30, la suspension chauffée.entre en contact à contre-courant avec de

  
la vapeur d'eau qui est introduite par une entrée 32. 

  
De l'ammoniac libre est distillé de la suspension et une vapeur contenant de l'ammoniac et de la vapeur d'eau passe d'une sortie 34 dans le mélangeur a venturi

  
26. La phase liquide est sensiblement débarrassée d'ammoniac libre, en contenant une quantité aussi faible qu'environ 100 parties par million et contient de la chaux et du fluorure de calcium en suspension

  
et dissous. Ce liquide est prélevé de la colonne d'extraction par une sortie 48 et peut être davantage traité en vue d'en récupérer les composés de calcium.

  
Dans le mélangeur a venturi 26, la vapeur provenant de la zone d'extraction 30 est intimement mise

  
en contact avec le courant de recyclage de la suspension chauffée s'écoulant à travers la conduite 24. Le liquide ainsi obtenu et la vapeur s'écoulent dans le réservoir de mélange 10. La vapeur est partiellement condensée, de façon à chauffer la suspension 12 et la vapeur capte de l'ammoniac libre supplémentaire de

  
la suspension 12. De la vapeur d'eau additionnelle

  
est fournie au mélangeur a venturi par l'intermédiaire d'une entrée 36, en une quantité qui suffit à maintenir le corps de la suspension 12 dans le réservoir de mélange à la température souhaitée, de préférence au moins environ 95[deg.]C. Le contact liquide-vapeur dans

  
le mélangeur a venturi est avantageusement suffisamment intime pour que la suspension 12 et la vapeur

  
dans l'espace de vapeur 18 se trouvent sensiblement

  
en équilibre chimique et thermique.

  
La température de la suspension 12 dans le réservoir de mélange 10 est maintenue aussi élevée

  
 <EMI ID=1.1> 

  
ceci pour deux raisons. En premier lieu, la solubilité de composés de calcium peut être inversement proportionnelle à la température, de façon qu'un tel composé puisse précipiter lorsque l'on élève la température d'une solution de celui-ci. Par conséquent, lorsque la suspension chauffée est introduite dans la colonne d'extraction à la vapeur d'eau 30, la température de la suspension ne s'élève que légèrement seulement et les composés de calcium dissous n'ont

  
que peu tendance à sortir de solution dans la

  
colonne d'extraction et provoquer l'apparition d'incrustations. Les solides, tels que la chaux et

  
le fluorure de calcium, qui demeurent aisément en suspension dans la suspension chauffée, n'adhèrent

  
pas fermement à la garniture ou aux surfaces internes de la colonne d'extraction et n'apportent par conséquent pas de contribution importante à la formation d'incrustations. En second lieu, la teneur en ammoniac de la vapeur de produit dans l'espace de vapeur 18

  
est plus élevée aux températures supérieures parce

  
que la solubilité de l'ammoniac dans la suspension diminue lorsque la température décroît.

  
La vapeur de produit riche en ammoniac est prélevée de 1 espace de vapeur 18 par une conduite 40.

  
Une chicane 38 dans l'espace de vapeur aide à limiter la quantité de brouillard qui s'évacue avec la vapeur de produit. La vapeur de produit passe ensuite à travers un échangéur de chaleur 42 où la chaleur est transférée de la vapeur de produit au courant d'alimentation aqueux qui est introduit dans l'échangeur

  
de chaleur par une entrée 44 et qui en sort par la conduite 16. La vapeur de produit refroidie est prélevée de l'échangeur de chaleur par une sortie 46, en même temps que tout condensat qui pourrait avoir été formé dans l'échangeur de chaleur. La vapeur de produit peut être traitée de n'importe quelle manière classique en vue d'en récupérer l'ammoniac. Par exemple, la vapeur peut être totalement condensée pour former une solution aqueuse d'ammoniac de concentration utile.

  
Bien que l'on ait décrit la présente invention en se référant à l'une de ses formes de réalisation particulières, il est bien évident que d'autres formes de réalisation de l'invention sont à la portée des spécialistes de la technique sans pour autant qu'on s'écarte de l'esprit et du cadre de l'invention.

  
Par exemple, la vapeur provenant de la colonne d'extraction peut être pulvérisée directement dans

  
la suspension dans le réservoir de mélange pour chauffer et agiter la suspension et la charge d'alimentation aqueuse peut être introduite en-dessous

  
du niveau du liquide de la suspension. 

REVENDICATIONS

  
1.- Procédé de récupération d'ammoniac à partir d'un courant aqueux contenant un composé d'ammonium capable de réagir sur la chaux, pour former de l'ammoniac libre en solution, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
(a) mettre le courant aqueux en contact avec une suspension de chaux pour former un mélange contenant de l'ammoniac libre en solution,
(b) mettre le mélange de l'étape (a) en contact avec le courant de vapeur contenant l'ammoniac libre et la vapeur d'eau provenant de l'étape (c) de façon à former un mélange liquide chauffé et une vapeur de produit riche en ammoniac,
(c) mettre une partie du mélange liquide chauffé provenant de l'étape (b) en contact avec de la vapeur d'eau dans une zone d'extraction pour former un courant résiduel liquide et un courant de vapeur contenant de l'ammoniac libre et de la vapeur d'eau, et
(d)

   à récupérer la vapeur de produit riche en ammoniac.

Claims (1)

1. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à :

   (a) introduire continuellement dans un réservoir de mélange une solution de chaux et un courant d'alimentation aqueux qui contient un composé d'ammonium capable de réagir sur la chaux pour que se produise une réaction de ce composé d'ammonium sur la chaux et que se forme de l'ammoniac libre en solution,: maintenir le mélange de réaction dans le réservoir de mélange à un pH alcalin élevé et maintenir les solides du mélange en suspension, le réservoir de mélange précité comportant une zone de vapeur qui contient une vapeur de produit riche en ammoniac ;

   (b) pomper continuellement une partie de la solution chaude contenue dans le réservoir de mélange dans une zone d'extraction et recycler une autre partie de la solution chaude du réservoir de mélange à travers un mélangeur à venturi ; (c) dans la zone d'extraction, maintenir continuellement la solution chaude en contact à contre-courant avec de la vapeur d'eau, si bien que l'ammoniac libre est distillé à partir de la solution, envoyer la vapeur qui contient de l'ammoniac et de la vapeur d'eau dans le mélangeur à venturi de l'étape b) et prélever la phase liquide susmentionnée exempte d'ammoniac libre de la zone d'extraction ;

   (d) mettre en contact intime continu dans le mélangeur à venturi la vapeut provenant de la colonne d'éxtraction avec le courant de recyclage de suspension chaude, si bien que le liquide et la vapeur résultante pénètrent dans le réservoir de mélange, que la vapeur se condense partiellement réchauffant la solution contenue dans le réservoir et que la vapeur existant dans le réservoir en question capte une quantité supplémentaire d'ammoniac libre ; (e) prélever continuellement la vapeur provenant de l'étape (d) du réservoir de mélange et extraire de façon continue la vapeur de produit refroidie de l'échangeur thermique et récupérer l'ammoniac qu'elle contient.

   3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :

   (a) mélanger le courant aqueux à une solution de suspension de chaux dans une zone de mélange pour former un mélange contenant de l'ammoniac libre en solution; (b) chauffer le mélange par contact avec un gaz contenant de la vapeur d'eau pour former un mélange liquide chauffé et une vapeur de produit riche en ammoniac ; (c) prélever le mélange de liquide chauffé de la zone de mélange et mettre le mélange ainsi prélevé en contact avec de la vapeur d'eau dans une zone d'extraction pour former un liquide résiduel et une vapeur contenant de l'ammoniac libre et de la vapeur d'eau ; (d) prélever de la vapeur contenant de l'ammoniac libre et de la vapeur d'eau de la zone d'extraction et utiliser au moins une partie de ladite vapeur comme gaz contenant de la vapeur d'eau dans l'étape (b) ; et (e) prélever de la vapeur de produit riche en ammoniac de la zone de mélange.

   4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :

   (a) établir un mélange liquide chauffé dans une zone de mélange, le mélange comprenant un composé d'ammonium capable de réagir sur de la chaux pour former de l'ammoniac libre en solution et de la chaux en une proportion qui suffit à réagir sur au moins une partie dudit composé d'ammonium; (b) introduire un courant de suspension de chaux et un courant aqueux contenant ledit composé d'ammonium dans la zone de mélange ; (c) prélever un courant de mélange liquide chauffé de la zone de mélange et introduire le courant dans une zone d'extraction à la vapeur d'eau pour produire de la vapeur contenant de l'ammoniac et de la vapeur d'eau et un liquide résiduel débarrassé d'ammoniac; (d) prélever un courant de recyclage de mélange liquide chauffé de la zone de mélange, mettre le courant

   de recyclage en contact avec la vapeur provenant

   de la zone d'extraction et introduire le liquide ainsi obtenu et de la vapeur dans la zone de mélange, de façon que le mélange liquide dans la zone de mélange soit chauffé et qu'une vapeur de produit riche en ammoniac soit produite ; et

   (e) prélever la vapeur de produit riche en ammoniac de la zone de mélange.

   5.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'au cours de l'opération qui consiste à mettre le mélange du réservoir de mélange en contact avec le courant de vapeur et avec la vapeur d'eau, le mélange et le courant de vapeur se mélangent intimement pendant un temps qui suf fit à établir un équilibre thermique entre le mélange et

   le courant de vapeur et un équilibre thermique entre l'ammoniac contenu dans le courant de vapeur et l'ammoniac contenu dans le mélange.

   6.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par l'opération qui consiste à mettre en contact le mélange avec le courant de vapeur et avec la vapeur d'eau, chauffe le mélange liquide à une température qui suffit à empêcher la formation d'incrustations dans la zone d'extraction.

   7.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'opération qui consiste à mettre le mélange en contact avec le courant de vapeur et avec la vapeur d'eau, chauffe le mélange liquide à une température qui permet d'obtenir, lorsque l'on introduit le mélange liquide dans la zone d'extraction, une différence de température suffisamment petite entre le mélange liquide et la zone d'extraction pour empêcher la formation d'incrustations dans la zone d'extraction. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le courant aqueux contient un composé d'ammonium choisi dans le groupe formé par le fluorure d'ammonium , le sulfate d'ammonium et le carbonate d'ammonium.

   9.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en.ce qu'on ajoute la chaux en solution ou en suspension en au moins environ la proportion stoechiométrique pour réagir sur le composé d'ammonium dans le courant aqueux.

   10.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone d'extraction est une colonne garnie.

   11.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange liquide est chauffé jusqu'à une température d'au moins environ 95[deg.]C.

   12.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à équilibrer la vapeur de produit riche en ammoniac avec le mélange liquide chauffé.

   13.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à mettre le courant aqueux en contact avec la vapeur de produit riche

   en ammoniac avant de mélanger le courant aqueux à la solution de suspension de chaux.

   14.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fait aussi passer la vapeur du réservoir de mélange par un échangeur thermique dans lequel la chaleur est transférée de la vapeur de produit au courant d'alimentation aqueux.

   15.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à condenser la vapeur de produit riche en ammoniac prélevée de la zone

   de mélange.