DD213600A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die rueckgewinnung von ammoniak - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Wiederaufarbeitung eines beim Parexverfahren als Abprodukt anfallenden ammoniakhaltigen Prozesswassers mit dem Ziel einer vollstaendigen Rueckfuehrung beider Komponenten in den Stoffkreislauf bei Einhaltung vorgegebener Prozessparameter und stark schwankenden Durchsaetzen. Dies wird erreicht, indem die Abtrennung des Ammoniaks von einem Anfangsdruck im Bereich von 0,5-2MPa in zwei Schritten durch Entspannungsdesorption bei Druckentlastung im ersten Schritt auf einen Druck im Verhaeltnis von 0,1-0,6 des Anfangsdrucks und im zweiten Schritt auf einen Druck im Verhaeltnis von 0,1-0,3 des Enddruckes des ersten Schrittes erfolgt unter Einsatz von rohrfoermigen Kontaktelementen und Koaleszenzbeschleunigern in einer Vorentgasungszone, einer gezielt geordneten Packung in einer Feinentgasungszone und von gegeneinander versetzten Rohrzentrifugalabscheidern bei gleichzeitiger Kuehlung in einer Trocknungszone.

Description

a) ffitel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung für die Rückgewinnung von Ammoniak 5

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die entsprechende Vorrichtung zur Abtrennung von Ammoniak aus ammoniakhaltigem Prozesswasser durch Entspannungsdesorption, das bei der Herstellung von η-Paraffinen nach dem Parexverfahren als Abprodukt bei der Absorption des Ammoniaks aus dem Wasserstoffbegleitgaa (Amraoniakgas-Gemisch) anfällt. Das abgetrennte Ammoniak kann wieder in den Desorptionsmittelkreislauf und das niedrig konzentrierte Ammoniakwasser in die Absorptions- und Pufferkolonne eingespeist werden.

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen 20

Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, die zum Abscheiden von (Jas aus unter Druck stehenden Flüssigkeiten, z. B. Abscheidung von Erdgas aus Erdöl (DD-PS 58290), Dekontaminieren vom Abwasser (DE-PS 2548156) nach dem Zyklonprinzip arbeiten. Diese meist einstufig ausgeführten Apparate eignen sich auf Grund der geringen Verweilzeit der Flüssigkeit nur für die Entfernung von physikalisch gelösten Gasen und nur für eine Grobentgasung. Das Abscheiden von weitgehend chemisch gebundenem Gas, wie z.B. in Wasser gelöstem

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Ammoniak, erfordert längere Verweilzeiten gekoppelt mit einer ausreichenden Dureamischung und Oberflächenerneuerung der Flüssigkeit, um ein Durchreagieren bis zum gewünschten oder erforderlichen Maß zu erreichen, so daß die genannten Vorrichtungen hierfür ungeeignet sind·

In der DD-PS 76213 wird ein Verfahren zur Ammoniakrückgewinnung aus Mutterlaugen der Sodaindustrie beschrieben, das ein Hilfsgas benutzt. Dieses Verfahren ist im Rahmen des vorliegenden Gesamtprozesses ökonomisch nicht vertretbar.

Es ist ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt (DD-PS 135968), bei dem das gasbeladene, bei der Reinigung von Synthesegasen anfallende Lösungsmittel durch ein spezielles Aufgaberohr in den oberen Teil der Regenerationskolonne eingeleitet wird und nach Passieren von mindestens zwei mit Kaminen versehenen Entgasungsböden über eine Füllkörperschüttung geleitet wird.

Das genannte Verfahren und die zugehörige Vorrichtung weisen für die vorliegende Aufgabe folgende Nachteile aufι

Die Flüssigkeitsaufgabe ist kompliziert und aufwendig gestaltet, gewährleistet aber trotzdem für den Flashprozeß keine optimalen Bedingungen hinsichtlieh der Separation von Gas- und Flüssigphase, für die erste Entgasung sind mehrere Stufen erforderlich und der Übergang zur Füllkörperschüttung für die weitere Entgasung erfordert eine zusätzliche Verteilungsvorrichtung· Die Füllkörperschüttung selbst mit ihrer relativ geringen und über die Höhe konstanten Porosität gestattet keine optimale Anpassung an die von oben nach unten abnehmende Gasbelastung, so daß der Apparat wesentlich überdimensioniert werden muß und dadurch kostenaufwendig ist, um in Abhängigkeit vom Gasanfall ein Fluten infolge Flüssigkeitsstau in der Schüttung zu vermeiden.

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Der Gehalt an Lösungsmittel im Gas entspricht der sich zufällig einstellenden Temperatur bzw. liegt durch unvollkommene Abscheidung mitgerissener Tropfen noch erheblich darüber.

Die genannten Nachteile verstärken sich zusätzlich noch dadurch, daß prozessbedingt ebenfalls eine Entgasung in zwei Schritten durchgeführt werden müßte,

d) Ziel der Erfindung 10

Das Ziel der Erfindung ist eine vollständige Wiedergewinnung von Einsatzstoffen (Ammoniak und Waschwasser) aus Abprodukten (ammoniakhaltiges Prozeßwasser) mit möglichst niedrigen Material- und Energieaufwand bei Einhaltung vorgegebener Prozeßparameter und dies auch bei stark schwankenden Durchsätzen.

e) Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, die es gestatten, die Zerlegung von ammoniakhaltigem Prozeßwasser wesentlich zu verbessern und den Prozeß unter den gegebenen Randbedingungen auch bei schwankenden Belastungen störungsfrei und wirtschaftlich zu führen.

Es wurde gefunden, daß dies durch Entspannungsdesorption in zwei Schritten gelingt, wobei jeder Schritt die drei aufeinander abgestimmten und in Kombination wirkenden Verfahrensabschnitte Vorentgasung, Feinentgasung und Trocknung enthält.

Erfindungsgemäß wird im ersten Schritt das mit einem Druck von 0,5-2 MPa anfallende ammoniakreiche Prozeßwasser auf einen Druck im Verhältnis 0,1-0,6 entspannt. Das Druckverhältnis für die in der zweiten Stufe erfolgende

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Entspannung beträgt 0,1-0^»

Hierbei wird das ammoniakreiche Prozeßwasser

- jeweils im ersten Verfahrensabschnitt in der Vorentgasungszone durch Druckabsenkung bei gleichzeitiger Ausbreitung über den Kolonnenquerschnitt und unter Verwendung von Koaleszenzbeschleunigern vorentgast,

- im zweiten Verfahrensabschnitt in einer sich nach unten anschließenden Feinentgasungszone unter Verwendung einer geordneten Packung durch in Strömungsrichtung der Flüssigkeit zunehmende Flüssigkeitsoberfläche und abnehmende Flüssigkeitsfilmdicke feinentgast

- und im dritten Verfahrensabschnitt das aufsteigende Ammoniakgas in einer oberhalb der Vorentgasungszone liegenden Trocknungszone mit Hilfe von in Gasströmungsrichtung hintereinander angeordneten Stufen von Rohrzentrifugalabscheidern in Vielfachbauweise und Einbringen von flüssigem Ammoniak durch Auskondensation von Wasser und Abscheidung der mitgerissenen bzw. gebildeten Wassertropfen auf den zulässigen Wassergehalt ^2Vo 1% getrocknet und auf die zulässige Prozeßgastemperatur von T^290 K gekühlt,

Die apparative Gestaltung zur Durchführung der einzelnen Verfahrensabschnitte sieht vor, daß die Vorentgasungszone aus einem Zulaufboden besteht, der erfindungsgemäß mit rohrförmigen Kontaktelementen bestückt ist, die mit auf den Umfang der Rohre verteilten Perforation als Flüssigkeitsaufgabevorrichtungen versehen sind. Oberhalb und unterhalb des Flüssigkeitszulaufes in die Kolonne ist vorzugsweise jeweils mindestens ein Koaleszenzbeschleuniger angeordnet, der sich über den ganzen Kolonnenquerschnitt erstreckt und aus ein- oder mehrlagigem perforierten Material besteht.

Die dem Boden unter Druckabsenkung zulaufende Flüssigkeit

verteilt sich zwischen den Koaleszenzbeschleunigern über den Querschnitt, wobei es zur ersten Gasfreisetzung in Form überwiegend kleiner Blasen kommt. Die Flüssigkeit tritt nach unten durch den unteren Koaleszenzbeschleuniger hindurch, der eine rasche Vergröberung der Blasen und infolgedessen ein schnelleres Aufsteigen derselben und damit die Entgasung fördert. Der obere Koaleszenzbeschleuniger fördert das Zerplatzen der sich an der Flüssigkeitsoberfläche ansammelnden Blasen und verhindert bei starker Entgasung die Ausbildung größerer Schaumschichten und damit das Eindringen größerer Flüssigkeitsanteile in die Trocknungszone.

Die auf dem Zulaufboden vorentgaste Flüssigkeit gelangt über die Flüssigkeitsaufgabevorrichtungen in die Kontaktrohre, fließt dort durch entsprechende Dimensionierung der Elemente weitgehend als Wandfilm unter v/eiterer Entgasung nach unten ab und gelangt gleichmäßig über den Kolonnenquerschnitt verteilt in die Feinentgasungszone.

Die Feinentgasungszone wird durch eine geordnete Packung gebildet, die erfindungsgemäß ein in Strömungsrichtung der Flüssigkeit abnehmendes Lückenvolumen und eine zunehmende spezifische Oberfläche aufweist· Das Lückenvolumen liegt dabei im Bereich von 99 %-80 %, die spezifische Oberfläche im Bereich von 3O...25O m /nr Packung. - Die der Packung zufließende Flüssigkeit wird auf ihrem Weg durch die Packung auf eine zunehmende Packungsoberfläche verteilt. Die dabei sinkende Flüssigkeitsfilmdicke und zunehmende Oberflächenerneuerung wirkt einer Abnahme der Entgasungstendenz infolge fallender treibender Konzentrationsdifferenzen entgegen.

Die geordnete Packungsstruktur schließt störende Verengungen der Strömungsquerschnitte weitgehend aus. Die gezielte Zunahme des Lückenvolumens der Packung in Richtung des aufsteigenden Gasstromes trägt dem in dieser Richtung zunehmenden Gasvolumenstrom Rechnung. Beide

Faktoren beugen sowohl einem unkontrollierten Fluten als auch dem Mitreißen von Flüssigkeitstropfen vor« Das aus der geordneten Packung nach oben abströmende Ammoniakgas wird über die rohrförmigen Eontaktelemente der 5 oberhalb der Vorentgasungszone liegenden Trocknungszone zugeführt.

Innerhalb der rohrförmigen Kontäkteleraente erfolgt dabei bereits eine erste Vorabscheidung mitgerissener Flüssigkeit an den Drallerzeugern durch Prall- und Umlenkwir™

kung. . .

In der Trocknungszone sind mindestens zwei Zentrifugalabscheiderstufen in Strömungsrichtung mit Abstand hintereinander angeordnet, in denen mehrere, Jeweils mit einem feststehenden Drallerzeuger versehene Rohre parallelgeschaltet sind. Die einzelnen Rohrzentrifugalabscheider sind erfindungsgemäß von Stufe zu Stufe zueinander versetzt angeordnet. Außerdem ist vorzugsweise oberhalb und unterhalb der obersten Abscheiderstufe ein Flüssigkeitsverteiler, zum Beispiel aus Rohrhalbschalen bestehend, angeordnet.

Das aus der Vor- und Feinentgasungszone aufsteigende Ammoniakgas durchströmt die Zentrifugalabscheider und wird in Rotation versetzt. Im Gasstrom vorhandene Flüssigkeitstropfen werden am Drallerzeuger und im nachfolgenden Drallfeld abgeschieden und die abgeschiedene Flüssigkeit über Ablaufschächte auf den Zulaufboden zurückgeführt. Der Abstand zwischen den Abscheiderstufen und die Versetzung der einzelnen Zentrifugalabscheider von Stufe zu Stufe verbessert die Abscheidung wesentlich, so daß der zulässige Wassergehalt ^£2 Volumenprozent mit wenigen Abscheiderstufen und damit geringerem Druckverlust eingestellt wird. Die Einführung von flüssigem Ammoniak nach bzw. vor und nach dem letzten Abscheider über den Flüssigkeitsverteiler bewirkt die Absenkung der Gastemperatur auf die optimale Prozeßgastemperatur T^290 K, wobei gleichzeitig noch weiteres Wasser auskondensiert und die Sicherheit bezüglich des zulässigen Wassergehaltes erhöht

wird.

Das nach der ersten Entspannungadesorption anfallende getrocknete Gas steht erfindungsgemäß unter einem Druck von 0,1-0,6 des Anfangsdrucks und kann damit sofort dem Desorptionsmittelkreislauf zugeführt werden.

Das unterhalb der geordneten Packung anfallende und noch Ammoniak enthaltende Wasser wird (im zweiten Schritt) durch eine erneute Entspannungsentgasung bei weiterer Druckabsenkung mit einem Druckverhältnis von 0,1 bis 0,3 weiter abgereichert. Das dabei anfallende Ammoniakgas muß anschließend durch Kompression auf den erforderlichen Prozeßdruck eingestellt werden, während das weiter abgereicherte Wasser nun als Waschwasser der Absorptions- und Pufferkolonne zugeführt und dort erneut zur Entfernung des Ammoniaks aus dem Wasserstoffbegleitgas eingesetzt und dabei wieder mit Ammoniak beladen wird· Die Entgasung und Gastrocknung wird durch die zielgerichtete Verfahrensführung und erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens auch bei schwankenden Belastungen sichergestellt.

Damit wird erreicht, daß das als Abprodukt anfallende Ammoniakwasser mit minimalem Energieaufwand vollständig in den Stoffkreislauf zurückgeführt wird, Störungen im Betriebsablauf durch unkontrollierte Entgasungen ausgeschaltet und Umweltbelastungen vermieden werden sowie die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses erhöht wird.

f) Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert

In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1: Vertikalschnitt durch eine Kolonne für die Entspannungsdesorption,

Das unter einem Druck von ca. 700 kPa stehende zu entgasende ammoniakhaltige Prozeßwasser gelangt über den

S¹IUaaigkeitszulauf I3 unter Druckabsenkung auf etwa 130 kPa über die Flüssigkeitsleiteinrichtung 14 und zwischen den Koaleszenzbeschleunigern 5 in die Vorentgasungszone 2, breitet sich über den ganzen Querschnitt aus, gelangt über die J'lüssigkeitsaufgabevorrichtungen 9 in die rohrförmigen Kontaktelemente 8, fließt dort nach unten ab und wird dabei gleichmäßig auf die darunter liegende geordnete Packung 6 verteilt

Die in der Vorentgasungszone 2 entstehenden Gasblasen steigen auf und koaleszieren dabei innerhalb der Flüssigkeit als auch an der Flüssigkeitsoberfläche, wobei die Koaleszenzzeiten durch die Koaleszenzbeschleuniger 5 verkürzt werden. Das entweichende Gas fließt nach oben der TrocknungszoneΛ zu,

Die der Feinentgasungszone 3 zulaufende Flüssigkeit durchrieselt die geordnete Packung 6, wobei durch die von oben nach unten zunehmende spezifische Oberfläche der Packung die Flüssigkeitsfilmdicke ab- und die Oberflächenerneuerung zunimmt, was die weitere Entgasung fördert. Das von unten nach oben zunehmende Lückenvolumen der Packung 6 fördert den Abtransport des nach oben zunehmenden Gasstromes,

Das in der Feinentgasungszone 3 abgegebene Ammoniak durchströmt die rohrförmigen Kontaktelemente 8, wobei an den Drallerzeugern 10 eine Vorabscheidung mitgerissener Flüssigkeit stattfindet« Oberhalb der Vorentgasungszone passiert das desorbierte Ammoniak die Eohrzentrifugalabscheider 7» wobei mitgerissenes Wasser bis auf einen Gehalt 2g 2 Volumen^ entfernt wird. Durch die Flüssigkeitsverteiler 11 zugeführtes Ammoniak wird das desorbierte Ammoniak auf eine Prozeß temperatur Q?^283 K abgekühlt, wobei durch Auskondensation von Wasser eine zusätzliche Trocknung erfolgt. Das getrocknete und gekühlte Ammoniak wird anschließend in den Desorptionsmittelkreislauf zurückgeführt.

Das in den RohrZentrifugalabscheidern 7 abgeschiedene Wasser wird über die Ablaufschächte 12 der Vorentgasungs-

— 9 —

— Q mm

zone 2 zugeführt. ·

Das entgaste Wasser, das die geordnete Packung 6 nach unten verläßt, wird nach dem ersten Entgasungsschritt über eine weitere Druckabsenkung auf ca·. 23'KPa einer zweiten Entspannungsentgasung unterworfen und nach der zweiten Entspannungsentgasung als Waschmittel mit geringerem Ammoniakgehalt wieder in die Absorptions- und Pufferkolonne des Gesamtverfahrens eingespeist.

Claims (5)

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Rückgewinnung von Ammoniak aus ammoniakhaltigem Prozeßwasser durch Entspannungsdesorption in zwei Schritten, über jeweils drei aufeinander abgestimmte und in Kombination wirkende Verfahrensabschnitte Vorentgasung, Feinentgasung und Trocknung, gekennzeichnet dadurch, daß im ersten Schritt eine Entspannung des Prozeßwassers von einem Anfangsdruck im Bereich von 0,5-2 MPa auf einen Druck im Verhältnis 0,1-0,6 und im zweiten Schritt auf einen Druck im Verhältnis 0,1-0,3 des Enddruckes des ersten Schrittes erfolgt, wobei bei jedem Schritt das ammoniakhaltige Prozeßwasser in einer Vorentgasungszone (2) durch Druckabsenkung bei gleichzeitiger Ausbreitung über den Kolonnenquerschnitt und unter Verwendung von Koales~ zenzbeschleunigern (5) vorentgast wird,

- in einer sich nach unten anschließenden Feinentgasungszone (3) unter Verwendung einer geordneten Packung (6) durch in Strömungsrichtung der Flüssigkeit zunehmende Flüssigkeitsoberfläche und abnehmende Flüssigkeitsfilmdicke feinentgast wird und

- das aufsteigende Ammoniakgas in einer oberhalb der Vorentgasungszone (2) liegenden Trocknungszone (4) mit Hilfe von in Stufen hintereinander angeordneten Rohrzentrifugaläbscheidern (7) in Vielfachbauweise und Einbringen von flüssigem Ammoniak durch weitere Auskondenaation von Wasser und Abscheidung der mitgerissenen bzw. gebildeten Wassertropfen auf den zulässigen Wassergehalt £* 2 Yol% getrocknet und auf die zulässige Prozeßgastemperatur von

- * T ^ 290 K gekühlt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, - daß der Zulaufboden (15) mit rohrförmigen Koηtaktelementen (8) vom Dralltyp mit Flüssigkeitsaufgabevorrichtungen (9) in Form von auf dem Rohrumfang verteilten Perforationen bestückt und

- am Flüssigkeitszulauf (13) zwischen Kolonnenwand und rohrförmigen Kontaktelementen (8) eine Flüssigkeitsleitvorrichtung (14) und

- oberhalb und unterhalb des FlüssigkeitsZulaufes (I3) jeweils mindestens ein Koaleszenzbeschleuniger (5) angeordnet ist,

3· Vorrichtung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Koaleszenzbeschleuniger (5) sich über den ganzen Kolonnenquerschnitt erstrecken und aus ein- oder mehrlagigem perforierten Material bestehen,

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, bei dem die Feinentgasungszone (3) durch eine geordnete Packung (6) gebildet, wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Lückenvolumen in Richtung der Flüssigkeitsgrundströmung abnimmt und die spezifische Oberfläche der Packung (6) zunimmt.

5» Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, bei dem die Trocknungszone (4) mit mehreren Rohrzentrifugalabscheiderstufen ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrzentrifugalabscheider (7) von Stufe zu Stufe zueinander versetzt angeordnet sind und vorzugsweise oberhalb und unterhalb der obersten Abscheiderstufe ein Flüssigkeitsverteiler (11) für flüssiges Ammoniak angeordnet ist.

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