DD299053A5 - Verfahren zur reinigung von harnstoff- und ammoniakhaltiger abluft - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von harnstoff- und ammoniakhaltiger Abluft, die im Formgebungsteil von Harnstoffanlagen anfaellt. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, die in der Abluft enthaltenen Wertstoffe unter Verwendung von Kreislaufnaszwaeschern weitgehend abzutrennen und ohne zusaetzlichen Energieaufwand zur Herstellung von Duengemitteln zu nutzen. Erfindungsgemaesz werden die in der Abluft enthaltenen Wertstoffe in Kreislaufnaszwaeschern durch salpetersaure Ammonnitrat-Harnstoff-Loesung als Waschmedium gebunden und die ausgekreiste aufkonzentrierte Waschloesung wird einem Neutralisator zugefuehrt, in dem unter Zusatz von Harnstoff soviel gasfoermiges Ammoniak mit handelsueblicher Salpetersaeure neutralisiert wird, dasz ein Ammonnitrat-Harnstofffluessigduenger mit einem N-Gehalt von 27,5 bis 30,5% entsteht. Das bei der Neutralisationsreaktion verdampfende Wasser wird in den Waschprozesz zurueckgefuehrt.{Reinigung von harnstoff- und ammoniakhaltiger Abluft; Formgebungsteil von Harnstoffanlagen; Kreislaufnaszwaescher; salpetersaure Ammonnitrat-Harnstoff-Loesung; Waschloesung; Neutralisator; Harnstoff; gasfoermiges Ammoniak; Salpetersaeure; Abwasser}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von in den Formgebungsstufen von Harnstoffanlagen anfallenden harnstoff- und ammoniakhaltigen Abluftströmen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In allen Harnstoff anlagen, in denen der Harnstoff in fester Form als Prill oder Granulat hergestellt wird, erfolgt der Übergang von der flüssigen in die feste Phase durch direkte Kühlung mit Luft. Auf Grund der in üblichen Granulatoren bzw. Prilltürmen für die Kühlung erforderlichen Luftgeschwindigkeit werden staubförmige Harnstoffpartikel mit dem Luftstrom ausgetragen.

Insbesondere in Harnstoffanlagen, in denen zur Niedrighaltung des Biuretanteüs im Endprodukt der Formgebungsstufe eine Kristallisationsstufe vorgeschaltet ist, treten verfahrensbedingt neben Harnstoffstaub erheblichen NHa-Mengon mit dem Luftstrom aus.

Zur Abscheidung von Harnstoffstaub werden zunehmend Kreislaufnaßwäscher eingesetzt, denen zur Ergänzung der Kreislaufwaschlösung Kondensat zugesetzt wird. Diese- Verfahren haben den Nachteil, daß das Ammoniak nicht zurückgewonnen wird und daß die Kreislaufwaschlösung einen Kristallisationspunkt von über O⁰C aufweist, was bei niedrigen Außentemperaturen zu Kristallisationserscheinungen führt. Die ausgekieiste Waschlösung enthält trotz des hohen Kristallisationipunktes erheblilche Mengen an Wasser, die im Eindampfabschnitt der Harnstoffanlagen ausgetrieben werden müssen.

Im EP-Patent 0C84669 wird ein Vorfahren beschrieben, bei dem als Zusatz für die Kreislaufwaschlösung Formalin genutzt wird.

Bei diesem Verfahren wird sowohl Ammoniak als auch Harnstoff zurückgewonnen.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß durch nicht völlig zu unterbindende Sprühverluste Form·.' lehyd als Schadstoff in die Umwelt gelangt. Darüber hinaus muß die in den ^rnstoffprozeß eingebundene Waschlösung durch zusätzliche Wärmeenergie aufgearbeitet werden. Ein weiterpr Nachteil besteht darin, daß bei Einsatz der entstehenden Waschlösung im Harnstoff prozeß ein technologisch überholtes Konditionierungsverfahren zur Verbesserung der Produktqualität vorgegeben ist.

Ziel der Erfindung

"Ziel der Erfindung ist es, Ammoniak- und Harnstoffverluste im Formgebungsteil von Harnstoffanlagen weitgehend zu vermeiden und durch Senkung der Harnstoff- und Ammoniakemissionen den Harnstoffherstellungsprozeß umweltfreundlicher zu gestalten.

Darlegung den Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfanren zu entwickeln, das es ermöglicht, die in der Abluft des Formgebungsteils der Harnstoffanlagen enthaltenen Wertstoffe unter Verwendung von Kreislaufnaßwäschern abzutrennen und ohne zusätzlichen Energieaufwand zur Herstellung von Düngemitteln zu nutzen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die in den Forrngebungsstufen von Harnstoffanlagen anfallende harnstoff- und ammoniakhaltige Abluft in Kreislaufnaßwäschern mit salpetersaurer Ammonnitrat-Harnstoff-Lösung (AHL) als Waschmedium bei einem pH-Wert von 2 bis 4,5 und einem Kristallisationspunkt der salpetersauren AHL von -10 bis -25⁰C in Kontakt gebracht wird und die ausgekreiste Waschlösung nach Aufheizung auf eine Temperatur von 100 bis 115°C einem Neutralisutor zugeführt wird, in dem solche Mengen an gasförmigem Ammoniak mit mindestens 50%iger Salpetersäure unter Zugabe von Harnstoff neutralisiert werden, daß ein Ammonnltrat-Harnstoffflüssigdünger mit einem N-Gehalt von 27,5 bis 30,5% entsteht. Der bei der Neutralisationsreaktion anfallende Brüden wird in den Waschprozeß zurückgeführt Durch den Salpetersäuregehalt der Kreislaufwaschlösung wird das in der Abluft enthaltene Ammoniak chemisch gebunden und der Harnstoff geht in Lösung. Es entsteht eine AHL als Kreislnufwaschlösung, in der auf Grund des EinsaLeffektes des Systems Ammonnitrat/Harnstoff/Wasser der Kristallisationspunkt stark absinkt, sich die Lesegeschwindigkeit für Harnstoff erhöht und damit hohe Salzkonzentrationen möglich sind. Damit gelingt es, den Kristallisationspunkt der Kreislaufwaschlösung auf -10 bis -25⁰C einzustellen, so daß auch bei niedrigen Außentemperaturen die Gefahr des Zukristallisierens von Apparaten und Rohrleitungen ausgeschlossen ist.

Nach dem erfindunfisgemäßen Verfahren darf die Kreislaufwaschlösung einen pH-Wert von 2 nicht unterschreiten, da sonst Nitratharnstoff ausfällt, der die Kreislaufnaßwäscher verstopft.

Bei pH-Werten von über 4,5 ist, bedingt durch den extrem steilen Verlauf der Neutralisationskurve im Bereich des Neutralpunktes von AHL bei 5,2, keine sicheiO Neutralisation des in dar Abluft vorhandenen Ammoniaks durch Salpetersäure möglich.

Die zur Ergänzung der ausgekreisten Waschlösung in den Waschkreislauf eingespeiste salpetersäure Lösung darf zur Verhinderung der Nitratharnstoffbildung beim Zusammentreffen mit Kreislaufwaschlösung einen HNO₃-Gehalt von 15% nicht überschreiten. Deshalb wird als Zulauflösung zum Waschkreislauf ein salpetersaures Kondensat mit einem HNOa-Gehalt von <15% eingesetzt. Dieses Kondensat wird vorzugsweise durch Vermischen von Abfallkondensat aus der AHL- und Harnstoffproduktion, das einen Harnstoffgehalt von <2% aufweist, mit Salpetersäure hergestellt.

Durch die in den Abluftströmen vorhandene fühlbare Wärme wird Wasser aus der Kreislaufwaschlösung verdunstet. Dieses Wasser wird ebenfalls über die in den Waschkreislauf eingespeiste salpetersaure Lösung ergänzt. Die aus den Wasshkreislauf ausgekreiste Lösung gelangt nach erfolgter Auf heizung in den Neutralisator. Durch die bei der Neutralisationsreaktion von gasförmigem Ammoniak mit Salpetersäure freiwerdende Reaktionswärme verdampft das über die ausgekreiste Waschlösung dem Neutralisator zugeführte überschüssige Wasser.

Der im Neutralisator entstehende harnstoff-, ammonnitrat- und ammoniakhaltige Brüden wird entweder der in die Kreislaufnaßwäscher eintretenden Abluft zugemischt oder in kondensierter Form in die Kreislaufnaßwäscher eingeleitet.

Harnstoff wird dem Neutralisator in solchen Mengen zugeführt, daß sich ein äquimolares Verhältnis von Ammonnitrat und Harnstoff einstellt, wobei der Harnstoff in fester Form, vorzugsweise jedoch als im Harnstoff orozeß anfallende Lösung mit einem Mindestgehalt von 70%, eingesetzt wird.

Der den Neutralisator verlassende Ammonnitrat-Harnstoffflüssigdünger wird zur Aufheizung der aus dem Waschkreislauf ausgekreisten Lösung genutzt. Damit erhöht sich die Verdampfungsrate im Neutralisator.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Schadstoffbelastung der aus den Formgebungsstufen der Harnstoffanlagen austretenden Abluft um mindestens 80% gesenkt werden. Dabei ist zur Aufarbeitung der Kreislaufwaschlösung zu Ammonnitrat· Harnstoffflüssigdünger keine äußere Zufuhr von Wärmeenergie erforderlich. Gleichzeitig können harnstoff- und ammoniakhaltige Abwässer energetisch optimal aufgearbeitet werden.

Ausführungsbeispie!

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

In einer Harnstoffanlage mit Kristallisationseinrichtung fallen kontinuierlich 20000CNmVh Abluft in der Granulierungssektion und 200000 Nm³/h Abluft in der Prillierungssektion an. Der Gesamtabluftstrom, der 46kg/h Harnstoff und 48kg/h Ammoniak enthält, wird über die Rohrleitungen 13 und 14 auf zwei Abluftwäscher 1,2 vom Typ ROTADYN verteilt. Über zwei Umlaufpumpen 10 werden den Abluftwäschern 1,2 jeweils 100 mVh salpetersaure AHL mit einem pH-Wert von 3 zugeführt. Be einer Ablufttemperatur von 60⁰C verdunsten aus der Waschlösung 4028kg/h Wasser.

In den Abluftwäschern 1,2 reagiert die in der Waschlösung enthaltene Salpetersäure mit in der Abluft enthaltenem Ammoniak zu Ammonnitrat und in der Abluft vorhandener Harnstoff löst sich in der Waschlösung.

In der gereinigten Abluft befinden sich noch 9kg/h Harnstoff und 10kg/h Ammoniak, die in die Atmosphäre gelangen.

Die angereicherte Waschlösung kreist über die Rohrleitungen 12 in den Umlaufbehälter 3. 1005kg/h der angereicherten Waschlösung mit einerZusammensetzung von 12,5% Harnstoff, 35% Ammonnitrat,0,02% Salpetersäure und 52,5% Wasser, in derein Kristallisationspunkt von -15⁰C bestimmt wurde, laufen aus dem Umlaufbehälter 3 über Leitung 18 in den Neutralisator4 über. Gevor die Waschlösung in den Neutralisator 4 gelangt, wird sie im Wärmetauscher 6 auf 110°C aufgeheizt.

Zur Ergänzung des verdunsteten und des in der ausgekreisten Waschlösung enthaltenen Wassers wird Abwasser aus der Harnstoffprodukiion eingesetzt. Dazu werden 4436kg/h Brüdenkondensat mit einem Harnstoffgehalt von 2% und einem Ammonikgehalt von 0,5% über Rohrleitung 24 zu einem Mischer 5 gefördert. Über Rohrleitung 19 werden zur Aufrechterhaltung des pH-Wertes von 3 in der Waschlösung im Umlai'fbehälter 3 524kg/h 53%ige Salpetersäure zum Mischer 5 geführt. Das salpetersaure Kondensat aus dem Mischer 5 wird über Rohrleitung 17 zum Umlaufbehälter 3 gegeben.

Im Neutralisator 4 werden 775 kg/h gasförmiges Ammoniak mit über Rohrleitung 20 zugeführter 53%iger Salpetersäure, die im Wärmetauscher 6 auf 60⁰C aufgeheizt wurde, unter Zugabe von über Rohrleitung 23 zulaufender 70%iger Harnstofflösung (4107 kg/h) bei einem pH-Wert von 7,5 neutralisiert. Der bei der Neutralisationsreaktion anfallende Brüden, der aus 1303 kg/h Wasser, 15kg/h Ammoniak und 2 kg/h Harnstoff besteht, wird über Rohrleitung 15 in den Abluftwäscher 2 geleitet. Aus dem Neutralisator 4 werden über den Wärmetauscher 6 mittels Pumpe8 10000 kg/h Ammonnitrat-Harnstoffflüssigdünger mit einem Stickstoffgehalt von 28% und äqunnolaren Anteilen an Harnstoff und Ammonnitrat abgezogen und nach Kühlung im Wärmetauscher 7 über Rohrleitung 21 zum Versand gebracht.

Claims (6)

1. Verfahren zur Reinigung von ammoniak- und harnstoff haltiger Abluft, die in den Formgebungsstufon von Harnstoffanlagen anfällt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft in Kreislaufnaßwäschern mit salpetersaurer Ammonnitrat-Hamstoff-Lösung als Waschlösung bei einem pH-Wert von 2 bis 4,5 und einem Kristallisationspunkt der Waschlösung von -10 bis -25°C in Kontakt gebracht wird und die ausgekreiste Waschlösung nach Aufheizung auf eine Temperatur von 100 bis 115°C einem Neutralisator zugeführt wird, in dem solche Mengen an gasförmigem Ammoniak mit mindestens 50%iger Salpetersäure unter Zugabe von Harnstoff neutralisiert werden, daß ein Ammonnitrat-Harnstoffflüssigdünger mit ninem N-Gehalt von 27,5 bis 30,5% entsteht, wobei der bei der Neutralisationsreaktion anfallende Brüden in den Waschprozeß zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ergänzung der ausgekreisten Waschlösung ein salpetersauras Kondensat mit einem Gehalten HNO₃VOn <15% und einem Harnstoffgehalt von < 2% eingesetzt wird, das durch Vermischen von Abfallkondensat aus der AHL- und/oder Harnstoffproduktion mit Salpetersäure hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutralisation des gasförmigen Ammoniaks mit mindestens 50%iger Salpetersäure bei pH-Werten von 6,5 bis 8 vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Neutralisator Harnstoff in solchen Mengen zugeführt wird, daß sich ein äquimolares Verhältnis von Ammonnitrat und Harnstoff einstellt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Harnstoff in Form einer mindestens 70%igen wäßrigen Lösung eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufheizung der ausgekreisten Waschlösung der aus dem Neutralisator ablaufende Ammonnitrat-Hamstoffflüssigdünger genutzt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung