DD280044A1

DD280044A1 - PROCESS FOR THE ABSORPTION OF AMMONIA FROM POLLUTANT-BASED EXHAUST GASES

Info

Publication number: DD280044A1
Application number: DD32593189A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Meinel; Werner Wondraczek; Manfred Herklotz; Juergen Knoch; Matthias Pilz
Original assignee: Leipzig Chemieanlagen
Priority date: 1989-02-22
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1990-06-27

Abstract

Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die Reinigung einer vorwiegend ammoniakhaltigen Abluft, wie sie bei der industriellen Tierhaltung entsteht. Bei dem erfindungsgemaessen Verfahren entsteht bei Gasgeschwindigkeiten von 3 bis 5 m/s, Gasverweilzeiten von 0,3 bis 1 s, Fluessigkeitsbelastungen L/G von 0,5 bis 1 l/m3 Gas und im p H-Bereich von 6 bis 10 eine vorwiegend ammoniumbicarbonathaltige Loesung. Diese ammoniumbicarbonathaltige Loesung wird bei einem NH3-Absorptionsgrad von ueber 90% auf vorzugsweise 10 bis 15 Massenanteile (NH4)HCO3 in % aufkonzentriert.The main field of application of the invention is the purification of a mainly ammonia-containing exhaust air, as it arises in industrial animal husbandry. In the process according to the invention, at gas velocities of 3 to 5 m / s, gas residence times of 0.3 to 1 s, fluid loads L / G of 0.5 to 1 l / m 3 gas and in the p H range of 6 to 10 predominantly occur ammonium bicarbonate-containing solution. This Ammoniumbicarbonathaltige solution is concentrated at an NH3 absorption of more than 90% to preferably 10 to 15 parts by mass (NH4) HCO3 in%.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absorption von Ammoniak aus Abgasen, insbesondere aus vorwiegend NH₃- und CO₂-haltigen Abgasen, mit Wasser als Absorptionsmittel. Dabei entsteht eine ammoniumbicarbonathaltige Lösung, die als Absorptionsmittel für die Rauchgasentschwefelung und zur Herstellung von Ammoniumsulfat eingesetzt werden kann. Das Hauptanwendungsgebiet des Verfahrens ist die Reinigung einer vorwiegend ammoniakhsltigen Abluft, wie sie bei der industriellen Tierhaltung, z. B. in Großmastanlagen, entsteht.The invention relates to a method for the absorption of ammonia from exhaust gases, in particular from predominantly NH ₃ - and CO ₂ -containing exhaust gases, with water as an absorbent. This produces an ammonium bicarbonate-containing solution which can be used as an absorbent for flue gas desulfurization and for the production of ammonium sulfate. The main field of application of the method is the purification of a predominantly Ammoniakhsltigen exhaust air, as in industrial animal husbandry, z. B. in large mast systems arises.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, Ammoniak mit Wasser bis zur Löslichkeitsgrenze physikalisch zu absorbieren und Ammoniakwasser mit einer dem NH₃-Partialdruck des Abgases entsprechenden Konzentration zu erzeugen. Diese bekannten Vorfahren zur physikalischen MH₃-Absorption versagen aber bei sehr kleinen NH₃-Partialdrücken im Abgas, wie sie z. B. bei der industriellen Tierhaltung vorhanden sind.It is known to physically absorb ammonia with water up to the solubility limit and to produce ammonia water at a concentration corresponding to the NH ₃ partial pressure of the exhaust gas. However, these known ancestors for the physical absorption of MH ₃ fail at very low NH ₃ partial pressures in the exhaust gas, as described, for example, in US Pat. B. in industrial animal husbandry are available.

Weiterhin ist bekannt, die NH₃-Absorption durch einen gemeinsamen Absorptionsmittelkreislauf mit einer Rauchgasentschwefelung zu verbinden und das Ammoniak mit einer leicht sauren, ammoniumsulfat, -sultit- und -bisulfithaltigen Lösung zu absorbieren (DD-PS 248856). Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil der Rückkoppelung und der damit verbundenen Schwierigkeiten beim Gas- und/oder Absorptionsmitteltransport sowie einer stabilen und störungsfreien Prozeßführung.It is also known to combine the NH ₃ absorption by a common absorption medium circuit with a flue gas desulfurization and to absorb the ammonia with a slightly acidic, ammonium sulfate, -sultit- and -bisulfithaltigen solution (DD-PS 248856). However, these methods have the disadvantage of feedback and the associated difficulties in gas and / or absorbent transport as well as a stable and trouble-free process control.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Ammoniumbicarbonat verwenden synthetisch hergestellte NH₃-Reichgase und Abfallgase mit hohem CO₂-Gehalt. Die mit NH₃ angereicherte wäßrige Lösung wird ind sog. Sättigern mit CO₂-GaS carbonisiert. Voraussetzung für diese Verfahren ist eine Ammoniaksynthese.The known processes for the production of ammonium bicarbonate use synthetically produced NH ₃ -riching gases and waste gases with high CO ₂ content. The enriched with NH ₃ aqueous solution is carbonized in so-called. Saturators with CO ₂ -GaS. Prerequisite for these procedures is an ammonia synthesis.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, NH₃-haltige Abgase, wie sie bei der industriellen Tir.-haltung entstehen, mit möglichst geringem ökonomischen und technischen Aufwand zu reinigen und dabei ein verwertbares Abprodukt zu erzeugen.The aim of the invention is to purify NH ₃ -containing exhaust gases, as they arise in the industrial Tir.-attitude, with the least possible economic and technical effort and thereby to produce a usable waste product.

Presentation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ökonomisches Absorptionsverfahren mit einem geeigneten und billigen Absorptionsmittel zu finden, welches neben dem Staubgehalt den NH₃-Gehalt der Stallabluft bei industriellen Tierhaltungen um mindestens 90% verringert, ohne daß ein nicht verwertbares Abprodukt entsteht.The invention has for its object to find an economical absorption method with a suitable and cheap absorbent, which reduces the NH ₃ content of the stable exhaust air in industrial animal husbandry by at least 90% in addition to the dust content, without a non-recyclable waste product is formed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der NH₃-Gehalt der Stallabluft von 15 bis 20mg/m³ auf 1 bis 2mg/m³ verringert werden kann, wenn diese Abluft bei etwa 15 bis 3O⁰C mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3 bis 5 m/s, vorzugsweise 4 m/s, im Gegenstrom zu einer wäßrigen vorwiegend ammoniumbicarboriathaltigen Lösung geführt wird und durch zweckmäßige Einbauten eine intensive Gas-Flüssigkeits-Kontaktierung erfolgt.According to the invention, the object is achieved in that the NH ₃ content of the stable exhaust air of 15 to 20mg / m ³ can be reduced to 1 to 2mg / m ³ , if this exhaust air at about 15 to 3O ⁰ C with a flow rate of 3 to 5 m / s, preferably 4 m / s, is passed in countercurrent to an aqueous solution predominantly Ammoniumbicarboriathaltigen and carried out by appropriate internals, an intensive gas-liquid contacting.

Erfindungsgemäß reicht bei einem pH-Wert zwischen pH6 und 10 eine Verweilzeit von 0,3 bis 1 Sekunden, vorzugsweise 0,6 Sekunden aus, um einen nahezu vollständigen Stoffaustausch mit chemischer Umsetzung, vorzugsweise zu (NH₄)HCO₃, zu bewirken. Der Partialdruck des CO₂ in der Stallabluft ist ausreichend, um folgende Hauptreaktion während dieser Verweilzeit ablaufen zu lassen:According to the invention, at a pH of between pH 6 and 10, a residence time of 0.3 to 1 second, preferably 0.6 seconds, is sufficient to effect a nearly complete mass transfer with chemical conversion, preferably to (NH ₄ ) HCO ₃ . The partial pressure of the CO ₂ in the spent exhaust air is sufficient to allow the following main reaction to take place during this residence time:

NH₃ + CO₂ + H₂O-.(NH₄)HCO₃ NH ₃ + CO ₂ + H ₂ O - (NH ₄ ) HCO ₃

Erfindungsgemäß wird durch Kreislaufführung des Absorptionsmittels eine Flüssigkeitsbelastung von 0,5 bis 1 ,Ol/m³ Gas aufrechterhalten, das entspricht einer auf den Kolonnenquerschnitt bezogenen Benetzungsdichte von 5 bis 15m³/m²h. Erfindungsgemäß kann bei einem Absorptionsgrad von über 90% eine 10 bis 15 Massenanteile (NH₄)HCO₃-Lösung in % erzeugt werden, die auch noch andere gelöste Komponenten in geringerer Konzentration enthalten kann. Außerdem werden die in der Stallabluft enthaltenen staubartigen Verunreinigungen nahezu vollständig abgeschieden und können durch Absetzen oder Filtern von der Lösung getrennt werden.According to the invention by recycling the absorbent a liquid load of 0.5 to 1, oil / m ³ gas is maintained, which corresponds to a related to the column cross section wetting density of 5 to 15m ³ / m ² h. According to the invention, at a degree of absorption of more than 90%, a 10 to 15 mass fraction (NH ₄ ) of HCO ₃ solution can be produced in%, which may also contain other dissolved components in a lower concentration. In addition, the dust-like impurities contained in the stable exhaust air are almost completely separated and can be separated from the solution by settling or filtering.

Zur Einsparung von Aufheizenergie, vor allem in den Wintermonaten, kann das Absorptionsmittel erfindungsgemäß desinfiziert werden und ein Teil der erwärmten und gereinigten Stalluft der angesaugten Frischluft wieder beigemischt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet infolge der hohen Gasgeschwindigkeiten und geringen Verweilzeit im Absorber sehr ökonomisch in bezug auf die Investkosten. Durch die geringen Druckverluste beim Stoffaustausch (max. 1 kPa) und die verhältnismäßig niedrigen Flüssigkeitsbelastungen (Pumpenleistung) ist dieses Verfahren auch sehr energiesparend. Das entstehende Abprodukt kann z. B. zu Ammoniumsulfat mittels Rauchgaswäsche weiterverarbeitet werden, oder es können durch Erhitzen und NH₃-Austreibung NH₃-Reichgase hergestellt werden.To save on heating energy, especially in the winter months, the absorbent can be disinfected according to the invention and a part of the heated and purified stable air of the fresh air sucked back be mixed. The inventive method works due to the high gas velocities and low residence time in the absorber very economically in terms of investment costs. Due to the low pressure losses during mass transfer (max 1 kPa) and the relatively low liquid loads (pump capacity), this process is also very energy efficient. The resulting waste product can, for. B. to ammonium sulfate by means of flue gas scrubbing, or it can be prepared by heating and NH ₃ -Expiration NH ₃ -riching gases.

Ausführungsbeispielembodiment

30000m³/h Stallabluft einer Großmastanlage mit einem mittleren NH₃-Gehalt von 17 mg/m³ werden bei 25°C Stalltemperatur von einem Lüfter angesaugt und mit einem Druck von 0,9 kPa durch eine Absorptionskolonne gefördert. Bei einem Kolonnendurchmesser von 1,6m herrscht im Querschnitt der Kolonne eine Strömungsgeschwindigkeit von 4,1 m/s. Im Gegenstrom zur Abluft werden 15m³/h wäßrige, vorzugsweise (NH4)HCO₃-haltige Lösung, mittels Pumpe im Kreislauf gefördert, so daß eine Flüssigkeitsbelastung L/G von 0,5l/m¹ Gas entsteht, das entspricht einer Benetzungsdichte des Kolonnenquerschnittes von 7,4m³/m²h. Bei 2m wirksamer Absorberhöhe liegt die Gasverweilzeit in diesem mit effektiven gitterförmigen Einbauten versehenen Absorberabschnitt bei 0,5s.30000m ³ / h of stable exhaust air of a large farm with an average NH ₃ content of 17 mg / m ³ are sucked in at 25 ° C stall temperature from a fan and conveyed through a absorption column at a pressure of 0.9 kPa. With a column diameter of 1.6 m, there is a flow velocity of 4.1 m / s in the cross-section of the column. In countercurrent to the exhaust air are 15m ³ / h aqueous, preferably (NH 4) HCO ₃ -containing solution, pumped by pump, so that a liquid load L / G of 0.5l / m ¹ gas is formed, which corresponds to a wetting density of the column cross-section of 7.4m ³ / m ² h. At an effective absorber height of 2 m, the gas residence time in this absorber section provided with effective grid-like internals is 0.5 s.

Das Absorptionsmittel wird über eine Pumpenvorlage geführt, in der sich der große Staub absetzen kann. Oberhalb der gitterförmigen Absorbereinbauten wird das Absorptionsmittel in die Kolonne eingedüst und gleichmäßig über den Kolonnenquerschnitt verteilt. Oberhalb dieser Absorptionsmittelaufgabe ist ein Prallabscheider zur Abscheidung mitgerissener Tropfen vorgesehen.The absorbent is passed through a pump template, in which the large dust can settle. Above the grid-shaped absorber assemblies, the absorbent is injected into the column and evenly distributed over the column cross-section. Above this absorbent task, a baffle separator is provided for the separation of entrained drops.

Die Frischwasserzuführung wird über den Flüssigkeitsstand in der Vorlage geregelt.The fresh water supply is regulated via the liquid level in the original.

Durch die Absorption werden 22 l/h Lösung mit etwa 10 Massenanteile (NH₄)HCO₃ in % erzeugt, die diskontinuierlich aus der Vorlage abgezogen wird.The absorption produces 22 l / h of solution with about 10% by mass (NH ₄ ) of HCO ₃ in%, which is withdrawn discontinuously from the initial charge.

Bei einem mittleren pH-Wert von 8 werden über 90% des NH₃ aus der Stalluft absorbiert, so daß das gereinigte Abgas den Forderungen des Umweltschutzes entspricht. Während düs Winterbetriebes werden 20000 m³/h gereinigte:: und desinfiziertes Abgas mit 10000m³/h Frischluft vermischt und als Warmluft in den Stall zurückgeführt.At a mean pH of 8, more than 90% of the NH _{3 is} absorbed from the stable air, so that the purified exhaust meets the requirements of environmental protection. During düs winter operation 20000 m ³ / h cleaned :: and disinfected exhaust gas with 10000m ³ / h fresh air mixed and returned as warm air in the stable.

Die beim Absorptionsprozeß entstehende mit Ammoniumverbindungen, vorzugsweise Ammoniumbicarbonat, angereicherte wäßrige Lösung kann entweder direkt als Absorptionsmittel zur Rauchgasentschwefelung und Herstellung von Ammoniumsulfat-Dünger oder zur Erzeugung von NH₃-Reichgas durch Erwärmung und NH₃-Austreibung verwendet werden.The resulting during the absorption process with ammonium compounds, preferably ammonium bicarbonate, enriched aqueous solution can be used either directly as an absorbent for flue gas desulfurization and production of ammonium sulfate fertilizer or for the production of NH ₃ -rich gas by heating and NH ₃ -exhaust.

Claims

1. A method for the absorption of ammonia from pollutant-containing exhaust gases ₍ such as those produced in industrial animal husbandry with water as an absorbent, characterized in that at gas velocities of 3 to 5 m / s, gas residence times of 0.3 to 1 s, liquid loads L / G from 0.5 to 1.0 l / m ^{3 of} gas and in the pH range from 6 to 10 a predominantly ammonium bicarbonate-containing solution is formed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the predominantly ammonium bicarbonate-containing solution is concentrated at a NH ₃ -absorption of over 90% to preferably 10 to 15 parts by mass (NH ₄ ) HCO ₃ in%.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the absorbent is disinfected and part of the heated and purified stable air of the fresh air is added again.