DE1022571B

DE1022571B - Process for expelling free ammonia from waste water containing such

Info

Publication number: DE1022571B
Application number: DEST10955A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ludwig Gscheidmeyer
Original assignee: STEINKOHLENGAS AG
Current assignee: STEINKOHLENGAS AG
Priority date: 1956-03-12
Filing date: 1956-03-12
Publication date: 1958-01-16

Description

Verfahren zum Austreiben von freiem Ammoniak aus solches enthaltenden Abwässern Es ist bekannt, die Gewinnung des nicht chemisch gebundenen, sogenannten freien Ammoniaks aus solches enthaltenden Industrieabwässern, wie sie z. B. in Kokereien, Schwelereien und ähnlichen Betrieben anfallen, derart vorzunehmen, daß aus dem Rohwasser in einer Abtreibekolonne mit direktem Dampf das Ammoniak frei gemacht wird und das aus Ammoniak und Wasserdampf bestehende Gemisch in einen Sättiger eingeleitet wird, in welchem es entweder auf konzentriertes Ammoniakwasser aufgearbeitet, oder von Säuren - z. B. Schwefelsäure - aufgenommen und zu Ammonsalzen verarbeitet wird.Process for stripping free ammonia from containing ammonia Sewage It is known the extraction of the not chemically bound, so-called free ammonia from such containing industrial wastewater, as z. B. in coking plants, Exhilaration and similar operations arise in such a way that from the raw water in a stripping column with direct steam the ammonia is released and that mixture consisting of ammonia and water vapor is introduced into a saturator, in which it is worked up either on concentrated ammonia water, or from Acids - e.g. B. sulfuric acid - is absorbed and processed into ammonium salts.

Es ist auch bekannt, zur Austreibung des Ammoniaks statt Dampf Luft oder inerte Gase zu verwenden. Hierbei mußte das Abtreibemittel durch Zusatz von Dampf oder in anderer Weise hoch erwärmt werden oder auf andere Weise der zu behandelnden Flüssigkeit eine entsprechende Wärmemenge zugeführt werden. Dadurch mußte mit einem zusätzlichen Wärmeaufwand gerechnet werden, wenn eine glatte Austreibung des Ammoniaks erzielt werden sollte. Es ist bekannt, hierbei durch eine abgeänderte Kolonnenbauweise wärmewirtschaftliche Vorteile zu erzielen.It is also known to use air to drive off the ammonia instead of steam or to use inert gases. Here, the abortion agent had to be added by Steam or otherwise highly heated or in some other way of being treated Liquid a corresponding amount of heat can be supplied. As a result had to with one additional heat input can be expected if the ammonia is expelled smoothly should be achieved. It is known to use a modified column design to achieve thermal economic advantages.

Die Erfahrungen des praktischen Betriebs solcher Anlagen haben ergeben, daß bei immer geringer werdenden Ausgangskonzentrationen an Ammoniak im Rohwasser die Mengen an Dampf, welche zum Abtreiben verwendet werden müssen, immer größer werden, obwohl die Wärmemenge zur Erhitzung des Abwassers wie auch die Wärmemenge, welche zur Deckung der Wärmeverluste der Vorrichtung notwendig ist, je Mengeneinheit des Abwassers etwa konstant bleibt. Diese vergrößerten Dampfmengen haben aber den weiteren Nachteil, daß sie im Sättiger entweder eine Verringerung der Konzentration des konzentrierten Ammoniakwassers oder eine Verringerung der Salzkonzentration verursachen, welche es erforderlich macht, daß neue zusätzliche Dampfmengen bzw. Wärmemengen aufgewendet werden müssen, um aus der Salzlösung so viel Wasser zu verdampfen, wie zum Auskristallisieren des Salzes notwendig ist.Experience in the practical operation of such systems has shown that that with ever decreasing initial concentrations of ammonia in the raw water the amounts of steam that must be used to drive off are increasing although the amount of heat used to heat the wastewater as well as the amount of heat which is necessary to cover the heat losses of the device, per unit of quantity of the wastewater remains roughly constant. However, these increased amounts of steam have the Another disadvantage is that they either reduce the concentration in the saturator of concentrated ammonia water or a decrease in salt concentration cause, which makes it necessary that new additional amounts of steam or Amounts of heat have to be expended to evaporate enough water from the salt solution as is necessary for the salt to crystallize out.

Eine vergrößerte Dampfmenge beim Abtreiben verursacht also einen doppelten Dampfaufwand. Dieser tritt um so mehr auf, als bei absinkender Konzentration an Ammoniak im Rohwasser und ganz besonders bei niedrigsten Konzentrationen die Neutralisationswärme zwischen Säure und Ammoniak pro Volumeneinheit des Rohwassers immer mehr abnimmt und dann keineswegs zur Verdampfung der eingebrachten Wassermengen bzw. zum Auskristallisieren des Salzes genügt.An increased amount of steam during the expulsion therefore causes a double Steam consumption. This occurs all the more than when the concentration drops Ammonia in the raw water and, especially at the lowest concentrations, the heat of neutralization between acid and ammonia per unit volume of the raw water decreases more and more and then by no means for evaporation of the introduced amounts of water or for crystallization of the salt is enough.

Die Wirkung des zum Abtreiben des Ammoniaks verwendeten Dampfes ist die einer Wasserdampfdestillation, welche das Ammoniak aus dem Abwasser durch Partialdruckverminderung entfernt.The effect of the steam used to drive off the ammonia is that of a steam distillation, which removes the ammonia from the wastewater by partial pressure reduction removed.

Es ist daher auch bekannt, diese Wirkung der Partialdruckverminderung auch dadurch zu erzielen, daß man statt Dampf inerte Gase, z. B. Luft, verwendet. Hierbei ist bekannt, daß man die zum Abtreiben verwendete Dampfmenge herabsetzen kann, wenn man statt des Dampfvolumens ein entsprechendes Luftvolumen verwendet, welches man - um den Wärmeverlust, welcher durch Aufheizen der Luft durch den Dampf entsteht, zu verringern bzw. zu verhindern - zweckmäßig vorerhitzt.It is therefore also known to have this effect of reducing partial pressure can also be achieved by using inert gases instead of steam, e.g. B. air is used. It is known here to reduce the amount of steam used for stripping can, if one uses a corresponding air volume instead of the steam volume, which one - about the heat loss, which is caused by the heating of the air by the steam arises, reduce or prevent - appropriately preheated.

Bei diesem Verfahren sind jedoch schon bei einer Destillation von Abwässern mit über 5 g/1 Ammoniakgehalt entweder die Dampfmengen, welche zu einer über 99°/oigen Gewinnung des Ammoniaks notwendig sind, so groß, daß die Neutralisationswärme im Sättiger nicht mehr ausreicht, um die überdestillierenden Wassermengen zu verdampfen, oder die große dem Partialdruckverhältnis angepaßte Luftmenge bewirkt eine erhebliche Abkühlung der Abtreibkolonne bzw. eine unvollständige Absorption des Ammoniaks im Sättiger, weil die austauschenden Oberflächen nicht beliebig groß gewählt werden können. So wurde festgestellt, daß der Ersatz von 10 °(o des Abtreibdampfvolumens durch ein gleiches Luftvolumen zwar eine geringfügige Erhöhung der Ausbeute ergab, welche jedoch nicht ins Gewicht fiel, da sie ja nur eine Verbesserung von höchstens 10/0 geben konnte und, wie erkannt wurde, nur einer ausreichenden Dimensionierung des Sättigers zu verdanken war.In this process, however, are already in a distillation of Wastewater with more than 5 g / 1 ammonia content either the amount of steam which leads to a over 99% recovery of ammonia are necessary, so great that the heat of neutralization in the saturator is no longer sufficient to evaporate the water that is distilled over, or the large amount of air adapted to the partial pressure ratio causes a considerable amount Cooling of the stripping column or incomplete absorption of the ammonia in the More saturated because the surfaces to be exchanged are not chosen arbitrarily large can. It was found that the replacement of 10 ° (o of the exhaust steam volume the same volume of air resulted in a slight increase in the yield, which, however, was irrelevant, since it was only an improvement of at most 10/0 and, as was recognized, only of sufficient dimensioning thanks to the saturator.

Eine weitere Drosselung der Dampfmenge ergab wieder wesentlich schlechtere Ausbeuten. In gleicher Weise erbrachte eine stärkere Verringerung der Dampfmenge und entsprechende Vergrößerung der Luftmenge durch Ersatz des fehlenden Dampfvolumens durch ein gleiches Luftvolumen nur eine Verringerung der Ausbeute.A further reduction in the amount of steam resulted again in significantly poorer conditions Exploit. In the same way produced a greater reduction in the amount of steam and a corresponding increase in the amount of air by replacing the missing steam volume with the same volume of air only a reduction in the yield.

Es wurde nun gefunden, daß die Anwendung eines der bisherigen Theorie von der Wirkung der Partialdruckverminderung und allen Erfahrungen widersprechenden Verhältnisses von Dampf und Luft die Gewinnung des Ammoniaks aus Abwässern selbst geringster Konzentration mit höchster prozentualer Ausbeute und überraschend geringem Dampfverbrauch ermöglicht.It has now been found that applying one of the previous theory of the effect of the partial pressure reduction and contradicting all experiences Ratio of steam and air the extraction of the Ammonia Wastewater of even the lowest concentration with the highest percentage yield and allows surprisingly low steam consumption.

Hierbei wurde gefunden, daß sowohl bei Rohwässern mit einem Ammoniakgehalt von 7 bis 9 g/1, also normalen Konzentrationen, als auch bei 5 g/1, bereits sehr geringen Konzentrationen, als auch bei 3,7 g(1, d. h. geringsten, technisch bisher nicht oder kaum verwerteten Konzentrationen, ein Gewinnungsprozentsatz von über 99 °% möglich ist, wenn man wie folgt verfährt: Man bestimmt diejenige Mindestdampfmenge, welche notwendig ist, um das mit 100°C angelieferte Rohwasser mit Dampf allein mit einem Gewinnungsprozentsatz von 99 °/o an Ammoniak abzutreiben. Wird das Abwasser mit einer niedrigeren Temperatur als 100°C in die Kolonne eingeführt, so tritt ein zusätzlicher Heizdampfverbrauch auf, welcher vom Dampfaufwand der Kolonne zur Bemessung des Abtreibedampfes abzuziehen ist.It was found that both raw water with an ammonia content from 7 to 9 g / 1, i.e. normal concentrations, as well as 5 g / 1, already very much low concentrations, as well as 3.7 g (1, i.e. the lowest, technically so far no or hardly used concentrations, a recovery percentage of over 99% is possible if you proceed as follows: You determine the minimum amount of steam which is necessary for the raw water supplied at 100 ° C with steam alone to remove ammonia with a recovery percentage of 99%. Will the sewage introduced into the column at a temperature lower than 100 ° C., it occurs additional heating steam consumption, which depends on the steam consumption of the column for dimensioning of the stripping steam is to be withdrawn.

Der Dampfverbrauch wird nun in der Weise reduziert, daß das der Verminderung des Dampfvolumens entsprechende Volumen durch 1/1o bis 1/40, vorzugsweise 1/1s bis 1,130, dieses Volumens an Luft oder inerten Gasen ersetzt wird. Hierbei wird die größere Luftmenge vorzugsweise bei Vollast, die kleinere vorzugsweise bei Teillast der Abtreibeanlage angewendet.The steam consumption is now reduced in such a way that the volume corresponding to the reduction in the steam volume is replaced by 1/10 to 1/40, preferably 1/1 s to 1.130, of this volume of air or inert gases. Here, the larger amount of air is preferably used at full load, the smaller one preferably at part load of the abortion plant.

Die Verminderung des Dampfvolumens und die vorstehender Regel entsprechende Vermehrung des Luftvolumens wird unter Beibehaltung einer Ausbeute von über 99 % so lange fortgesetzt, bis eine weitere Verminderung der Dampfmenge und der Regel entsprechende Erhöhung der Luftmenge eine Abnahme der Ausbeute von über 99117, auf unter 99 °/a ergibt.The reduction in the steam volume and the above rule corresponding increase in the air volume is continued while maintaining a yield of over 99 % until a further reduction in the amount of steam and the increase in the amount of air corresponding to the rule, a decrease in the yield from over 99117 to below 99 ° / a results.

Wendet man dieses Verfahren auf Rohwässer mit einem Ammoniakgehalt von 7 bis 8 g/1 an, so gelingt es auf diese Weise, eine Dampfersparnis von etwa 60 °/o zu erzielen, d. h., eine Ausbeute von über 99 % wird mit einer Dampfmenge erzielt, welche etwa 40 °% derjenigen beträgt, die ohne den Luftzusatz nach der Regel der Erfindung angewendet werden muß.If this method is applied to raw water with an ammonia content from 7 to 8 g / 1, it is possible in this way to save about steam To achieve 60 ° / o, d. i.e., a yield in excess of 99% is obtained with an amount of steam achieved, which is about 40% of those without the addition of air after the Rule of the invention must be applied.

Die erzielbare Dampfersparnis wird noch größer, wenn man Rohwässer mit 5 g, 4 g und unter 4 g/1 Ammoniakgehalt verarbeitet, welche bisher wegen ihres geringen Ammoniakgehaltes und des noch höheren Dampfverbrauches als nicht wirtschaftlich gewinnbar betrachtet werden konnten. Es gelingt hierbei, eine noch wesentlich weitgehendere Dampfersparnis zu erzielen, für die aber Vergleichsmöglichkeiten fehlen, da beim Abtreiben mit reinem Dampf wegen des hohen Dampfverbrauches und der starken Verdünnung der Sättigerlösung eine Aufarbeitung solcher geringster Konzentrationen betrieblich größte Schwierigkeiten verursachte und kaum vorgenommen wurde.The achievable steam savings are even greater if you use raw water processed with 5 g, 4 g and below 4 g / 1 ammonia content, which so far because of their low ammonia content and the even higher steam consumption than not economical could be considered recoverable. It is possible here to achieve an even more extensive one To achieve steam savings, but for which there are no comparisons, since the Wiping off with pure steam because of the high steam consumption and the strong dilution of the saturator solution, a work-up of such lowest concentrations is operational caused great difficulties and was hardly carried out.

Es muß angenommen werden, daß der Transportmechanismus des Ammoniaks aus dem Abwasser, welcher nach der Erfindung in einem wesentlich kleineren Gesamtvolumen von Dampf und Luft erfolgt als bei Verwendung von Dampf allein, ein wesentlich anderer ist und vielleicht in der Art eines azeotropen Dampf-Luft-Ammoniak-Gemisches erfolgt oder daß der Sättigungsvorgang des mit geringen definierten Luftmengen vermischten Dampfes mit Ammoniak aus dem Abwasser unter wesentlich günstigeren Bedingungen erfolgt. Ausführungsbeispiele In einer betriebsmäßigen, aus Abtreibekolonne und Sättiger zur Herstellung von Ammonsulfat bestehenden Ammoniakgewinnungsanlage ist im Unterteil der Abtreibekolonne eine Luftverteilung angeordnet, so daß neben Direktdampf auch Luft in genau definierten Mengen der Abtreibekolonne zugeführt werden konnte.It must be assumed that the ammonia transport mechanism from the wastewater, which according to the invention in a much smaller total volume steam and air are much different than when steam is used alone and perhaps in the manner of an azeotropic vapor-air-ammonia mixture or that the saturation process of the mixed with small defined amounts of air Steam with ammonia from the wastewater takes place under much more favorable conditions. Exemplary embodiments In an operational one, consisting of a stripping column and a saturator The existing ammonia production plant for the production of ammonium sulphate is in the lower part the stripping column arranged an air distribution, so that in addition to direct steam also Air could be fed to the stripping column in precisely defined amounts.

In den folgenden Beispielen der Tabelle der Betriebsergebnisse werden jeweils Abwässer gleicher oder nahezu gleicher Konzentration durch Abtrieb mit direktem Dampf allein und Abtrieb mit Dampf und Zugabe von Luft nach der Erfindung verglichen. In allen Fällen wurde das Abwasser mit 100°C der Ammoniakgewinnungsanlage zugeführt.In the following examples the table of operating results will be in each case wastewater of the same or almost the same concentration due to downforce with direct Steam alone and output compared with steam and addition of air according to the invention. In all cases, the wastewater was fed to the ammonia recovery plant at 100 ° C.

Es sei darauf hingewiesen, daß beim Abtreiben mit Dampf allein, insbesondere bei niedrigen Ammoniakgehalten im Abwasser, eine Ausbeute von 990 !o nicht erreicht werden konnte, weil eine so weitgehende Verdünnung der Sättigerlösung eingetreten wäre, daß sie zu Betriebsstörungen geführt hätte.It should be noted that when stripping with steam alone, especially with low ammonia content in the waste water, a yield of 990 % could not be achieved because the saturator solution would have been diluted to such an extent that it would have led to operational disruptions.

Für die Berechnung der Relation Dampfmindervolumen: Luft wurde dann der sicher etwas niedrigere Wert des Dampfverbrauchs bei Vollast verwendet. Tabelle der Betriebsergebnisse Durchsatz Verbrauch je m3 Verhältnis Betriebs- an @`H3- N H,- Abwasser Dampf- Salzlösung im Gehalt Ausbeute minder- bedingungen Abwasser in g/l in o @o Luft ( Dampf Volumen Sättigerbad in m3/h m3 kg zu Luft a) Vollast 43,3 7,3 97,4 - 66,8 - keine Verdünnung 43,3 7,7 99,1 - 85,8 - desgl. Abtreiben 43,3 7,8 97,2 - 67,3 - desgl. mit Dampf 44,4 6,8 97,6 - 66,6 - geringe allein Verdünnung 43,3 5,0 99,0 - 88,0 starke Verdünnung 45,0 4,3 99,0 - 91,0 desgl. 43,3 7,3 99,2 3,5 41,0 16 :1 Konzentration erhöht Abtreiben 4,0 7,4 99,1 2,8 48,9 16,5:1 desgl. mit Dampf 41,8 7,9 99,2 2,0 41,0 20 : 1 desgl. und Luft 51,0 5,0 99,0 3,9 41,0 15 : 1 desgl. 46,0 3,9 99,0 4,0 37,1 15,5:1 desgl. 45,0 4,3 99,1 3,3 43,9 17,7:1 desgl. 42,0 3,7 99,1 3,8 42,0 16,2:1 desgl. Durchsatz Verbrauch je m3 Verhältnis Betriebs- an NHä NH3- Abwasser Dampf- bedingungen Abwasser Gehalt Ausbeute minder- Sättigenbad in m3/h in g/1 in /a Luft Dampf volumen MS kg zu Luft b) Teillast 27,2 7,7 99,1 - 86,0 - starke Verdünnung 26,6 8,6 98,5 - 63,5 - desgl. Abtreiben 31,1 7,1 98,1 - 67,5 - desgl. mit Dampf 34,0 4,2 88,1 - 50,1 - geringe allein Verdünnung 32,0 4,0 85,0 47,0 - desgl. 25,0 4,3 94,5 79,0 - starke Verdünnung 25,0 4,3 86,6 54,0 - geringe Verdünnung 27,2 7,7 99,2 2,0 40,0 28,5:1 Konzentration Abtreiben erhöht mit Dampf 27,0 7,6 99,3 2,0 35,2 32 : 1 desgl. und Luft 26,0 7,9 99,4 1,2 53,8 33 : 1 desgl. 25,0 4,3 99,1 2,5 51,3 20 :1 desgl. 25,0 4,1 99,1 2,8 52,5 17 :1 desgl. For the calculation of the relation of steam reduction volume: air, the certainly somewhat lower value of steam consumption at full load was used. Table of operating results Throughput consumption per m3 ratio Operational at @ `H3- NH, - waste water, steam, saline solution im Content yield low conditions wastewater in g / l in o @o air (steam volume saturator bath in m3 / h m3 kg to air a) full load 43.3 7.3 97.4 - 66.8 - none dilution 43.3 7.7 99.1 - 85.8 - the same Abortion 43.3 7.8 97.2 - 67.3 - the same with steam 44.4 6.8 97.6 - 66.6 - low dilution alone 43.3 5.0 99.0 - 88.0 strong dilution 45.0 4.3 99.0 - 91.0 the same 43.3 7.3 99.2 3.5 41.0 16: 1 concentration elevated Abortion 4.0 7.4 99.1 2.8 48.9 16.5: 1 the same with steam 41.8 7.9 99.2 2.0 41.0 20: 1 the same. and air 51.0 5.0 99.0 3.9 41.0 15: 1 the same. 46.0 3.9 99.0 4.0 37.1 15.5: 1 same 45.0 4.3 99.1 3.3 43.9 17.7: 1 same. 42.0 3.7 99.1 3.8 42.0 16.2: 1 same. Throughput consumption per m3 ratio Operating at NHä NH3- sewage steam- conditions wastewater content yield poor saturation bath in m3 / h in g / 1 in / a air steam volume MS kg to air b) Partial load 27.2 7.7 99.1 - 86.0 - strong dilution 26.6 8.6 98.5 - 63.5 - the same Abortion 31.1 7.1 98.1 - 67.5 - the same with steam 34.0 4.2 88.1 - 50.1 - low dilution alone 32.0 4.0 85.0 47.0 - same 25.0 4.3 94.5 79.0 - strong dilution 25.0 4.3 86.6 54.0 - minor dilution 27.2 7.7 99.2 2.0 40.0 28.5: 1 concentration Abortion increased with steam 27.0 7.6 99.3 2.0 35.2 32: 1 the same. and air 26.0 7.9 99.4 1.2 53.8 33: 1 the same. 25.0 4.3 99.1 2.5 51.3 20: 1 same. 25.0 4.1 99.1 2.8 52.5 17: 1 same

Claims

PATENT CLAIMS. Process for stripping ammonia from such containing wastewater in a direct steam and inert gases, e.g. B. air, acted upon stripping column, characterized in that the ammonia stripping with a significantly smaller total volume in the compared to pure steam output This is done by reducing the amount of stripping steam and that of the reduction corresponding steam volume in a ratio of 10: 1 to 40: 1, preferably 15: 1 to 30: 1, is replaced by air or inert gases. Considered publications: German patent specifications No. 291038, 373 284.