DE102014115395A1 - Process and plant for the separation of ammonia from a gas mixture - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Abtrennen von Ammoniak aus einem ammoniakhaltigen Gasgemisch 1‘ durch Mischen des Gasgemischs mit einer wässrigen Flüssigkeit von der Ammoniak mindestens teilweise absorbiert wird, wobei das Gasgemisch und die wässrige Flüssigkeit getrennt voneinander in die Eintrittshaube 15 eines Rohrbündelwärmetauschers 16 eingeleitet und darin zu einem zweiphasigen Gas-Flüssiggemisch vermengt werden, wobei anschließend das Gas-Flüssiggemisch durch die Rohre des Rohrbündelwärmetauschers 16 geleitet wird, wobei das Gas-Flüssiggemisch durch ein mantelseitig geführtes Kühlmedium gekühlt wird, anschließend das Gas-Flüssiggemisch aus dem Wärmetauscher 16 in einen Abscheider 18 zur Trennung der Gas- und der Flüssigphase überführt wird, wobei eine an Ammoniak abgereicherte Gasphase 19 und eine an Ammoniak angereicherte Flüssigphase 12‘ erhalten und jeweils zur weiteren Verwendung aus dem Abscheider 18 ausgeleitet werden. A method for separating ammonia from an ammonia-containing gas mixture 1 'by at least partially mixing the gas mixture with an aqueous liquid from which ammonia is introduced, the gas mixture and the aqueous liquid being introduced separately into the inlet hood 15 of a shell-and-tube heat exchanger 16 and into a biphasic gas therein Liquid mixture are mixed, in which case the gas-liquid mixture is passed through the tubes of the tube bundle heat exchanger 16, wherein the gas-liquid mixture is cooled by a shell-side guided cooling medium, then the gas-liquid mixture from the heat exchanger 16 in a separator 18 for separating the gas - And the liquid phase is transferred, wherein an ammonia-depleted gas phase 19 and an ammonia-enriched liquid phase 12 'is obtained and discharged for further use from the separator 18.
Description
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Abtrennen von Ammoniak aus einem ammoniakhaltigen Gasgemisch durch Mischen des Gasgemischs mit einer wässrigen Flüssigkeit, von der Ammoniak mindestens teilweise absorbiert wird. The invention relates to a method and a plant for separating ammonia from an ammonia-containing gas mixture by mixing the gas mixture with an aqueous liquid from which ammonia is at least partially absorbed.
Stand der Technik State of the art
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind an sich bekannt. Eine wichtige Anwendung dafür besteht im Rahmen der Aufarbeitung von bei der Festbettkohlevergasung nach dem Sasol-Lurgi-Verfahren entstandenem Gaskondensat. Bei dieser Aufarbeitung werden nacheinander Teer, Öl, Phenole und anschließend nacheinander Sauergas und Ammoniak aus dem Gaskondensat abgetrennt. Beschrieben sind diese Prozesse in
Die Abtrennung von Ammoniak wird dabei in der Praxis häufig durch Absorption des Ammoniaks in einer Absorptionskolonne durchgeführt. Dabei durchströmt das ammoniakhaltige Gasgemisch die Kolonne von unten nach oben und wird dabei durch eine oder auch mehrere, z.B. drei Füllkörperpackungen geführt. Im Gegenstrom dazu wird Wasser, als Absorptionsmittel, von oben nach unten durch die Packungen geführt. Bei der untersten Packung, bei der das ammoniakhaltige Gasgemisch zuerst mit der wässrigen Absorptionsflüssigkeit in Kontakt kommt, wird, wegen der großen, bei diesem Kontakt absorbierten Ammoniakmenge und zur Abfuhr des damit verbundenen großen Anfalls an Absorptionswärme, die wässrige Absorptionsflüssigkeit über jeweils einen externen Wärmetauscher im Kreis geführt. Diese Maßnahme wird häufig auch bei der zweiten Füllkörperpackung durchgeführt. The separation of ammonia is often carried out in practice by absorption of the ammonia in an absorption column. In this case, the ammonia-containing gas mixture flows through the column from bottom to top and is characterized by one or more, e.g. led three packings. In countercurrent to water, as an absorbent, passed from top to bottom through the packs. In the lowermost packing, in which the ammonia-containing gas mixture first comes into contact with the aqueous absorption liquid, the aqueous absorption liquid is in each case via an external heat exchanger, because of the large amount of ammonia absorbed in this contact and the associated large accumulation of heat of absorption Circle led. This measure is often carried out in the second packed pack.
Da grundsätzlich mit steigender Temperatur das Absorptionsvermögen der wässrigen Absorptionsflüssigkeit sinkt, ist es erforderlich, durch eine entsprechend große Flüssigkeitsmenge den durch die Absorption des Ammoniaks verursachten Temperaturanstieg niedrig zu halten. Dies führt aber dazu, dass die Kolonne im Bereich der untersten, mit dem Gasgemisch zuerst in Kontakt kommenden Füllkörperpackung mit einem sehr großen Durchmesser ausgelegt werden muss, um die große Flüssigkeitsmenge gleichmäßig über die Füllkörperpackung verteilen zu können. Diese große, umzuwälzende Flüssigkeitsmenge führt zu großen Apparateabmessungen und entsprechenden Kosten, die die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens senken. Since the absorption capacity of the aqueous absorption liquid generally decreases with increasing temperature, it is necessary to keep the temperature rise caused by the absorption of the ammonia low by means of a correspondingly large amount of liquid. However, this leads to the fact that the column must be designed in the region of the lowest, with the gas mixture first coming into contact Füllkörperpackung with a very large diameter in order to distribute the large amount of liquid evenly over the Füllkörperpackung. This large volume of liquid to be circulated leads to large apparatus dimensions and corresponding costs, which reduce the economic efficiency of the method.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine nach diesem Verfahren arbeitende Anlage zur Verfügung zu stellen, bei dem der Kontakt zwischen dem ammoniakhaltigen Gasgemisch und der Absorptionsflüssigkeit in einer weniger voluminösen, und damit kostengünstigeren Apparatur, durchgeführt wird. The object of the present invention is to provide an improved process and a plant operating according to this process, in which the contact between the ammonia-containing gas mixture and the absorption liquid is carried out in a less voluminous, and thus more cost-effective apparatus.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zum Abtrennen von Ammoniak aus einem ammoniakhaltigen Gasgemisch durch Mischen des Gasgemischs mit einer wässrigen Flüssigkeit, von der Ammoniak mindestens teilweise absorbiert wird, wobei das Gasgemisch und die wässrige Flüssigkeit getrennt voneinander in die Eintrittshaube eines Rohrbündelwärmetauschers eingeleitet und darin zu einem zweiphasigen Gas-Flüssiggemisch vermengt werden, wobei anschließend das Gas-Flüssiggemisch durch die Rohre des Rohrbündelwärmetauschers geleitet wird, wobei das Gas-Flüssiggemisch durch ein mantelseitig geführtes Kühlmedium gekühlt wird, anschließend das Gas-Flüssiggemisch aus dem Wärmetauscher in einen Abscheider zur Trennung der Gas- und der Flüssigphase überführt wird, wobei eine an Ammoniak abgereicherte Gasphase und eine an Ammoniak angereicherte Flüssigphase erhalten und jeweils zur weiteren Verwendung aus dem Abscheider
Erfindungsgemäß wird das Mischen des aus der Totalabtreibekolonne kommenden, ammoniakhaltigen Gasgemischs mit der wässrigen Flüssigkeit, die Absorption des Ammoniaks und die Abführung der Absorptionswärme in einem Rohrbündelwärmetauscher durchgeführt. Dabei werden das Gasgemisch und die wässrige Flüssigkeit getrennt voneinander in die Eintrittshaube des Rohrbündelwärmetauschers eingeleitet und darin zu einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeitsgemisch vermengt werden, wobei anschließend das Gas-Flüssigkeitsgemisch durch die Rohre des Rohrbündelwärmetauschers geleitet wird, wobei das Gas-Flüssiggemisch durch ein mantelseitig geführtes Kühlmedium gekühlt wird. Indem das ammoniakhaltige Gasgemisch und die absorbierende wässrige Flüssigkeit gemeinsam durch die Rohre des Wärmetauschers strömen, wird die Absorptionswärme zum Teil direkt bei ihrer Entstehung abgeführt, der Temperaturanstieg der Flüssigkeit gesenkt und damit die Absorptionsfähigkeit der Flüssigkeit erhöht. Anschließend wird das Gas-Flüssiggemisch aus dem Wärmetauscher in einen Apparat zur Trennung der Gas- und der Flüssigphase überführt. According to the invention, the mixing of the ammonia-containing gas mixture coming from the total stripping column with the aqueous liquid, the absorption of the ammonia and the removal of the heat of absorption in a shell-and-tube heat exchanger are carried out. In this case, the gas mixture and the aqueous liquid are introduced separately into the inlet hood of the tube bundle heat exchanger and mixed into a two-phase gas-liquid mixture, wherein the gas-liquid mixture is then passed through the tubes of the tube bundle heat exchanger, wherein the gas-liquid mixture guided by a shell side Cooling medium is cooled. By flowing together the ammonia-containing gas mixture and the absorbing aqueous liquid through the tubes of the heat exchanger, the heat of absorption is partly dissipated as they are formed, lowering the temperature rise of the liquid, thereby increasing the absorbency of the liquid. Subsequently, the gas-liquid mixture is transferred from the heat exchanger in an apparatus for separating the gas and the liquid phase.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung Preferred embodiments of the invention
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die wässrige Flüssigkeit mittels mindestens einer Düse in der Eintrittshaube des Rohrbündelwärmetauschers in das ammoniakhaltige Gasgemisch eingeführt wird. Dies ist eine einfache Methode, eine Flüssigkeit gleichmäßig in einem Gas zu verteilen. An expedient embodiment of the invention is that the aqueous liquid is introduced into the ammonia-containing gas mixture by means of at least one nozzle in the inlet hood of the shell-and-tube heat exchanger. This is a simple way to evenly distribute a liquid in a gas.
Eine Variante der Erfindung besteht darin, die Absorption des Ammoniaks in einem mehrstufigen Verfahren durchzuführen, wobei die erste Stufe gemäß Anspruch 1 oder 2 erfolgt und dann, in einer zweiten Stufe, die dabei erhaltene, an Ammoniak abgereicherte Gasphase in eine Absorptionskolonne geleitet wird und diese von unten nach oben durchströmt, und wobei in diese Kolonne Frischwasser eingeleitet wird, das die Kolonne im Gegenstrom zur Gasphase von oben nach unten durchströmt und wobei das dabei weiter an Ammoniak abgereicherte Gas zur weiteren Verwendung aus der Kolonne ausgeleitet wird und wobei das dabei mit Ammoniak beladene Wasser als wässrige Flüssigkeit aus der Kolonne ausgeleitet und im ersten Schritt verwendet wird, indem es in die Eintrittshaube des Rohrbündelwärmetauschers eingeleitet wird. A variant of the invention is to carry out the absorption of the ammonia in a multi-stage process, wherein the first stage according to
Durch diese Maßnahme werden Restgehalte an Ammoniak auf konventionelle Weise, d. h. durch Kontakt der Gas- und der Flüssigphase in einer bzw. mehreren Füllkörperschichten, aus der Gasphase entfernt. Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vermischung der Gasphase und der wässrigen Flüssigkeit im Rohrbündelwärmetauscher können so besonders hohe Abscheidegrade für Ammoniak bei insgesamt kleiner Baugröße der verwendeten Apparate erzielt werden. By this measure, residual contents of ammonia in a conventional manner, d. H. removed by contact of the gas and the liquid phase in one or more Füllkörperschichten, from the gas phase. In connection with the inventive mixing of the gas phase and the aqueous liquid in the tube bundle heat exchanger so particularly high separation efficiency for ammonia can be achieved with a small overall size of the apparatus used.
Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die in der zweiten Stufe verwendete Absorptionskolonne mit zwei getrennten, übereinanderliegenden Stoffaustauschvorrichtungen, beispielsweise Füllkörperpackungen oder strukturierten Packungen, ausgestattet ist, wobei die wässrige Phase über die untere Packung im Kreis und zur Kühlung über einen außerhalb der Kolonne liegenden Wärmetauscher geführt wird. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn, gemäß Stand der Technik, im ersten Schritt die Absorption in einer Füllkörperpackung durchgeführt wird. A further particular embodiment of the invention is characterized in that the absorption column used in the second stage is equipped with two separate, superimposed mass transfer devices, for example random packings or structured packings, wherein the aqueous phase in a circle over the lower packing and for cooling via an outside the column lying heat exchanger is performed. This embodiment is particularly advantageous if, according to the prior art, in the first step, the absorption is carried out in a packed body.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch eine Anlage zum Abtrennen von Ammoniak aus einem ammoniakhaltigen Gasgemisch, umfassend folgende Anlagenteile:
- (a) einen
Rohrbündelwärmetauscher 16 mit Zuleitungen für ein ammoniakhaltiges Gasgemisch1‘ und einewässrige Flüssigkeit 14 und einer Ableitung für ein zweiphasiges Gas-Flüssiggemisch17‘ , geeignet zur Vermischung des Gasgemischs1‘ und derwässrigen Flüssigkeit 14 zu dem zweiphasiges Gas-Flüssiggemisch17‘ und zur Kühlung desselben, - (b) einen dem Anlagenteil (a) strömungsmäßig
nachgeschalteten Abscheider 18 zur Trennung in eine an Ammoniak angereicherte Flüssigphase12‘ und eine an Ammoniakabgereicherte Gasphase 19 , - (c) einen dem Anlagenteil (b) in Bezug auf die Gasphase strömungsmäßig nachgeschaltete Absorptionskolonne
2‘ , enthaltend eine Zuleitung für Frischwasser6‘ , eine Ableitung für mit Ammoniak beladenes Wasser alswässrige Flüssigkeit 14 , eine Ableitung für an Ammoniak abgereichertes Gas13‘ sowie mindestens eine Stoffaustauschvorrichtung4‘ , wobei ein erster Teil derwässrigen Flüssigkeit 14 mittels einer Fördervorrichtung8‘ über einen Wärmetauscher10‘ gefördert, dort gekühlt und anschließend der Absorptionskolonne2‘ oberhalb der Stoffaustauschvorrichtung4‘ aufgegeben wird und wobei ein zweiter Teil derwässrigen Flüssigkeit 14 zum Anlagenteil (a) zurückgeführt wird.
- (a) a shell and
tube heat exchanger 16 with supply lines for an ammonia-containing gas mixture1' and anaqueous liquid 14 and a derivative for a two-phase gas-liquid mixture17 ' , suitable for mixing the gas mixture1' and theaqueous liquid 14 to the two-phase gas-liquid mixture17 ' and to cool it, - (B) a downstream of the plant part (a)
separator 18 for separation into an ammonia-enriched liquid phase12 ' and an ammonia-depletedgas phase 19 . - (c) an absorption section downstream of the plant section (b) with respect to the gas phase
2 ' containing a supply line for fresh water6 ' , a discharge for ammonia-laden water as anaqueous liquid 14 , a discharge for ammonia-depleted gas13 ' and at least one mass transfer device4 ' , wherein a first part of theaqueous liquid 14 by means of a conveyor8th' via a heat exchanger10 ' promoted, cooled there and then the absorption column2 ' above the mass transfer device4 ' is abandoned and wherein a second part of theaqueous liquid 14 to the plant part (a) is returned.
Ausführungsbeispiel embodiment
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and the drawings. All described and / or illustrated features alone or in any combination form the invention, regardless of their combination in the claims or their dependency.
Es zeigen Show it
Aufgrund der großen Volumenströme des teilbeladenen Absorptionsmittels muss insbesondere die unterste Füllkörperpackung
Gewerbliche Anwendbarkeit Industrial Applicability
Die Erfindung stellt eine kostengünstige Alternative zu einem praktisch angewandten Verfahren dar und ist daher gewerblich anwendbar. The invention is a cost effective alternative to a practical method and is therefore industrially applicable.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 1‘ 1, 1 '
- Gasgemisch, ammoniakhaltig Gas mixture, containing ammonia
- 2, 2‘ 2, 2 '
- Absorptionskolonne absorption column
- 3 3
- Stoffaustauschvorrichtung Mass transfer device
- 4, 4‘ 4, 4 '
- Stoffaustauschvorrichtung Mass transfer device
- 5, 5‘ 5, 5 '
- Stoffaustauschvorrichtung Mass transfer device
- 6, 6‘ 6, 6 '
- Frischwasser oder demineralisiertes Wasser Fresh water or demineralized water
- 7 7
- Pumpe pump
- 8, 8‘ 8, 8 '
- Pumpe pump
- 9 9
- Wärmetauscher heat exchangers
- 10, 10‘ 10, 10 '
- Wärmetauscher heat exchangers
- 11, 11‘ 11, 11 '
- Pumpe pump
- 12, 12‘ 12, 12 '
- wässrige Flüssigkeit, an Ammoniak angereichert aqueous liquid, enriched in ammonia
- 13, 13‘ 13, 13 '
- Inertgas, an Ammoniak abgereichert Inert gas, depleted of ammonia
- 14 14
- wässrige Flüssigkeit aqueous liquid
- 15 15
- Eintrittshaube inlet hood
- 16 16
- Rohrbündelwärmetauscher Tube heat exchanger
- 17‘ 17 '
- Gas-Flüssiggemisch Gas-liquid mixture
- 18 18
- Abscheider separators
- 19 19
- Gasphase gas phase
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
-
GASIFICATION, 2. Ed., Christopher Higman/Maarten van der Burgt, Gulf Professional Publishing, Chapter 5.1.1 und in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6. Ed., Vol. 15, Chapter 6, Seite 430 ff [0002] GASIFICATION, 2nd ed., Christopher Higman / Maarten van der Burgt, Gulf Professional Publishing, Chapter 5.1.1 and in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Ed., Vol. 15,
Chapter 6, page 430 et seq. [0002]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R163 | Identified publications notified | ||
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |