DE1118765B - Process for the production of gaseous ammonia from strong ammonia water - Google Patents
Process for the production of gaseous ammonia from strong ammonia waterInfo
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Description
Bei der Kühlung und Reinigung von Kohlendestillationsgasen gewinnt man bekanntlich ammoniakhaltige Wässer, die durch Abtreiben zu sogenanntem Starkwasser, einem etwa 20- bis 25%igen Ammoniakwasser, verarbeitet werden können. Neben Ammoniak enthält dieses Starkwasser im allgemeinen etwa 2 bis 6 % H2 S und 8 bis 12% CO2 in Form von Ammoniumsulfid bzw. Ammoniumcarbonat. Die Gewinnung von reinem Ammoniak in Gasform aus diesem Starkwasser ist auf ökonomische Weise durch Entsäuern unter sehr hohen Drücken von 40 bis 60 atü und an schließendes Abtreiben des entsäuerten Wassers möglich. Es liegt auf der Hand, daß man ungern Kolonnen unter so hohen Drücken betreibt, zumal erhebliche Betriebstemperaturen von etwa 200° C zur Anwendung gelangen müssen und die Aggressivität des Starkwassers bei so hohen Temperaturen besondere Vorsichtsmaßnahmen verlangt. Die Energie- und Materialkosten stehen dadurch in einem ungünstigen Verhältnis zum angestrebten Erfolg.When cooling and cleaning coal distillation gases, it is known that water containing ammonia is obtained, which can be processed into so-called strong water, an approximately 20 to 25% ammonia water, by being driven off. In addition to ammonia, this strong water generally contains about 2 to 6% H 2 S and 8 to 12% CO 2 in the form of ammonium sulfide or ammonium carbonate. The recovery of pure ammonia in gaseous form from this strong water is possible in an economical way by deacidifying under very high pressures of 40 to 60 atmospheres and then driving off the deacidified water. It is obvious that one does not like to operate columns under such high pressures, especially since considerable operating temperatures of about 200 ° C. have to be used and the aggressiveness of the strong water at such high temperatures requires special precautionary measures. The energy and material costs are therefore in an unfavorable relationship to the desired success.
Für die Entsäuerung von weniger konzentrierten, also 4 bis 8%igen Ammoniakwässern genügen Entsäuerungskolonnen für Drücke bis etwa 10 atü, die man auch materialmäßig gut beherrscht. In einer solchen Kolonne würde der Schwefelwasserstoff aus etwa 4 bis 8%>igem Ammoniakwasser vollständig entfernt werden, hingegen nicht das gesamte CO2, von dem auch bei diesem weniger konzentrierten Ammoniakwasser höchstens etwa zwei Drittel über Kopf der Kolonne entweichen würden.For the deacidification of less concentrated, i.e. 4 to 8% ammonia water, deacidification columns are sufficient for pressures of up to about 10 atmospheres, which can also be well controlled in terms of material. In such a column, the hydrogen sulfide would be completely removed from about 4 to 8% ammonia water, but not all of the CO 2 , of which at most about two thirds would escape at the top of the column even with this less concentrated ammonia water.
Die Erfindung löst die Aufgabe, aus Starkwasser reines gasförmiges Ammoniak zu gewinnen, unter Verwendung von bis zu Drücken von etwa 10 atü Belastung ausgelegten Kolonnen und unter Ausnutzung der Erkenntnis, daß ein weniger konzentriertes Ammoniakwasser bei 5 bis 10 atü zumindestens leichter zu entsäuern ist. Die Erfindung geht aber im übrigen völlig neue Wege zur Lösung dieser Aufgabe. Sie beruht vor allem auf der Erkenntnis, daß der Entsäuerungseffekt bezüglich der CO2-AuS-treibung nur abhängig vom Ammoniakgehalt der Lösungen und vor allem unabhängig von ihrem absoluten CO2-Gehalt ist. Das heißt z.B., daß die Entsäuerung eines 10°/cigen Ammoniakwassers bei 10 atü stets zu einem Ammoniakwasser mit etwa 3% CO2 führt, unabhängig davon, wie groß der ursprüngliche CO2-Gehalt ist. Sie beruht weiterhin auf der Feststellung, daß das Starkwasser in der Lage ist, im Zuge einer Wäsche noch wesentliche Mengen an CO2 aufzunehmen.The invention solves the problem of obtaining pure gaseous ammonia from strong water using columns designed for pressures of up to about 10 atmospheres and utilizing the knowledge that less concentrated ammonia water is at least easier to deacidify at 5 to 10 atmospheres. However, the invention is also completely new ways of solving this problem. It is based above all on the knowledge that the deacidification effect with regard to the CO 2 evacuation is only dependent on the ammonia content of the solutions and, above all, independent of their absolute CO 2 content. This means, for example, that the deacidification of a 10 ° / cigen ammonia water at 10 atm always leads to an ammonia water with about 3% CO 2 , regardless of how large the original CO 2 content is. It is also based on the finding that the strong water is able to absorb substantial amounts of CO 2 in the course of a wash.
Erfindungsgemäß wird gasförmiges Ammoniak aus Starkwasser der Kokereien oder ähnlich zusammen-Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Ammoniak aus AmmoniakstarkwasserAccording to the invention, gaseous ammonia is obtained from strong water from coking plants or a similar joint process for the extraction of gaseous ammonia from strong ammonia water
Anmelder:Applicant:
Bergwerksverband G.m.b.H., Essen, Dortmunder Str. 151Mining Association G.m.b.H., Essen, Dortmunder Str. 151
Dr. Georg Huck, Dortmund-Eving, und Dr. Paul Opgenhoff, Essen, sind als Erfinder genannt wordenDr. Georg Huck, Dortmund-Eving, and Dr. Paul Opgenhoff, Essen, have been named as the inventor
gesetzten Lösung dadurch gewonnen, daß das Starkwasser verdünnt und unter Drücken bis zu 15 atü entsäuert wird, wobei neben einem Teil des CO2 praktisch sämtlicher H2S entfernt wird, das teilweise entsäuerte Ammoniakwasser abgetrieben und der NH3- und CO2-haltige Schwaden in einen Wascher geleitet wird, die Schwaden hier mit dem für die Entsäuerung bestimmten Starkwasser oder einem Teil desselben unter Aufnahme des im Abtreiberschwaden noch enthaltenen CO2 gewaschen und auf Ammoniak aufgearbeitet werden, während das vom Schwadenwascher abfließende und gegebenenfalls das restliche Starkwasser vorzugsweise mit dem heißen Ablaufwasser des Abtreibers verdünnt wird.Set solution obtained by diluting the strong water and deacidifying under pressures of up to 15 atm, removing practically all of the H 2 S in addition to some of the CO 2, removing the partially deacidified ammonia water and driving off the NH 3 and CO 2 -containing fumes is passed into a washer, the vapors are washed here with the strong water intended for deacidification or a part of it, taking up the CO 2 still contained in the abortion swath, and processed for ammonia, while the steam flowing off from the steam washer and, if necessary, the remaining strong water, preferably with the hot Abortion drain water is diluted.
Das Entsäuern und anschließende Abtreiben von Ammoniakwässern ist in der Kokereitechnik seit langem bekannt. Insofern besteht das neue Verfahren aus einer Kombination an sich bekannter Verfahrensschritte. Es erreicht insbesondere einen ausgezeichneten Effekt bezüglich der C O2-Entfernung aus Ammoniakwasser ohne Anwendung noch nicht erprobter Einrichtungen. Trotz der Verdünnung des Starkwassers, z. B. auf das doppelte Volumen oder darüber, arbeitet es durchaus ökonomisch, da, wie gesagt, bei einer Entsäuerung bei 50 atü mit besonders hohen Dampfkosten zu rechnen ist, die größer sind als die Kosten für das Verarbeiten der vergrößerten Flüssigkeitsmenge. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt demgegenüber mit Drücken von 10 bis 15 atü aus. Im übrigen kann durch Wärmeaustauscheinrichtungen der gesamte Dampfbedarf so niedrig wie möglich gehalten werden.The deacidification and subsequent removal of ammonia water has long been known in coking technology. In this respect, the new process consists of a combination of process steps that are known per se. In particular, it achieves an excellent effect with regard to the removal of CO 2 from ammonia water without the use of devices that have not yet been tested. Despite the dilution of the strong water, e.g. B. to twice the volume or more, it works quite economically because, as I said, with a deacidification at 50 atm, particularly high steam costs are to be expected, which are greater than the costs of processing the increased amount of liquid. In contrast, the process according to the invention manages with pressures of 10 to 15 atmospheres. In addition, the total steam requirement can be kept as low as possible by means of heat exchange devices.
Im allgemeinen erzielt man ausgezeichnete Resultate, wenn Starkwasser mit 20 bis 25% AmmoniakIn general, excellent results are obtained using strong water with 20 to 25% ammonia
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auf einen Ammoniakgehalt von etwa 7 bis 10% verdünnt wird. Bei höheren Konzentrationen, z. B. einem Ammoniakgehalt von 12 bis 15%, kann die Absorption des CO2 bei der Wäsche der Abtreiberschwaden unzulänglich werden. Auch steigt der Dampfverbrauch beim Entsäuern und Abtreiben mit steigender Konzentration des Ammoniakwassers stark an, da dann höhere Zersetzungs- und Verdampfungsenergien aufgebracht werden müssen. Auf der anderen Seite würde eine zu starke Verdünnung des Starkwassers ebenfalls den Dampfaufwand für die Entsäuerung und den anschließenden Abtreibungsprozeß unerwünscht erhöhen, da größere Flüssigkeitsmengen aufgeheizt werden müßten. Im übrigen wären auch größere Entsäurer und Abtreiber erforderlich. Ein brauchbarer Anhaltspunkt für die optimale Verdünnung ist die Austreibung des Schwefelwasserstoffs in der Entsäuerungskolonne. Es ist zweckmäßig, das Starkwasser gerade so weit zu verdünnen, daß bei der Entsäuerung praktisch sämtlicher Schwefelwasserstoff ausgetrieben wird.is diluted to an ammonia content of about 7 to 10%. At higher concentrations, e.g. B. an ammonia content of 12 to 15%, the absorption of the CO 2 in the washing of the abortion swaths can be inadequate. The steam consumption during deacidification and stripping also rises sharply with the increasing concentration of the ammonia water, since higher decomposition and evaporation energies then have to be applied. On the other hand, too much dilution of the strong water would also undesirably increase the amount of steam required for deacidification and the subsequent abortion process, since larger amounts of liquid would have to be heated. In addition, larger deacidifiers and aborters would also be required. A useful guide for the optimal dilution is the expulsion of the hydrogen sulfide in the deacidification column. It is advisable to dilute the strong water just enough that practically all of the hydrogen sulfide is expelled during the deacidification.
Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand der Zeichnung näher erläutert.The method according to the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.
Der Druckentsäurer 1 besteht wie üblich aus einer Kolonne mit Verteilerorganen im unteren und mittleren Raum und Kühlschlangen im oberen Teil. Über die Leitungen 2 und 3 wird Ammoniakwasser eingeführt, über Leitung 4 etwas Frischwasser zur Kühlung der aufsteigenden Dämpfe und Rückführung von Ammoniak. Entsäurerschwaden verlassen die Kolonne über Leitung 5 bzw. das Ventil 6. Die Kolonne kann indirekt, z. B. über die Schlangen 7, oder auch direkt geheizt werden.The pressure deacidifier 1 consists, as usual, of a column with distributor elements in the lower and middle Space and cooling coils in the upper part. Ammonia water is introduced via lines 2 and 3, some fresh water via line 4 to cool the rising vapors and to recirculate Ammonia. Deacid vapor leave the column via line 5 or valve 6. The column can indirect, e.g. B. via the snakes 7, or be heated directly.
Das teilweise entsäuerte Wasser läßt man aus dem Sumpf der Kolonne 1 über Leitung 8 in den Abtreiber 9 überströmen, der wie üblich direkt mit Dampf betrieben wird. Die Leitung 10 deutet an, daß man den Dampf der indirekten Beheizung des Entsäurers für den Abtreiber benutzen kann.The partially deacidified water is left from the bottom of column 1 via line 8 into the stripper 9 overflow, which is operated directly with steam as usual. The line 10 indicates that the steam from the indirect heating of the deacidifier can be used for the abortionist.
Die Leitung 11 dient zur Abführung des praktisch NH3- und CO2-freien Abwassers. Die Abtreiberschwaden verlassen den Abtreiber 9 über Leitung 12, werden auf 50 bis 70° C gekühlt und durchströmen den Wascher 13, der zweckmäßigerweise im oberen Teil indirekt gekühlt wird, was durch die Kühlschlange 14 veranschaulicht ist. Die Schwaden, die nunmehr ausschließlich aus Ammoniak und etwas Wasserdampf bestehen, verlassen den Wascher über die Leitung 15. Spuren von H2S können in einer zweiten Wäsche mit Ammoniakwasser oder Alkalilauge aus dem Ammoniak entfernt werden.The line 11 serves to discharge the practically NH 3 - and CO 2 -free wastewater. The expeller fumes leave the expeller 9 via line 12, are cooled to 50 to 70 ° C. and flow through the washer 13, which is expediently indirectly cooled in the upper part, which is illustrated by the cooling coil 14. The vapors, which now consist exclusively of ammonia and some water vapor, leave the washer via line 15. Traces of H 2 S can be removed from the ammonia in a second wash with ammonia water or alkali lye.
Das Starkwasser wird über die Leitung 16 ganz oder teilweise nach Umweg über den Wascher 13 zum Entsäurer 1 geführt. Die Zufuhr zum Wascher 13 geschieht über Leitung 17, die Abführung vom Wascher über Leitung 18, die wieder in die Leitung 16 einmündet. Zur Verdünnung des Starkwassers zweigt von der Abwasserleitung 11 eine Leitung 19 ab, die gleichfalls in die Rohrleitung 16 einmündet. Zweckmäßigerweise werden an den Stellen, an denen zwei Flüssigkeitsströme vereinigt werden, Mischbehälter vorgesehen. Das verdünnte Starkwasser wird schließlich über eine Flüssigkeitspumpe 20 in den Entsäurer 1 eingepumpt.The heavy water is wholly or partially via the line 16 after a detour via the washer 13 led to deacidifier 1. The supply to the washer 13 takes place via line 17, the discharge from Washer via line 18, which opens into line 16 again. For diluting strong water A line 19 branches off from the sewage line 11 and also opens into the pipeline 16. Mixing containers are expediently placed at the points at which two liquid streams are combined intended. The diluted strong water is finally via a liquid pump 20 in the Deacidifier 1 pumped in.
Bei der Entsäuerung eines Kokereistarkwassers mit 2OVoNH3, 10%CO2 und 4%H2S ergibt sich etwa folgende Verfahrensbilanz, falls 40% dieses Wassers über den Wascher 13 geleitet werden und das Starkwasser mit Wasser aus dem Abtreiber etwa auf das Dreifache verdünnt wird: Das in den Entsäurer eintretende Wasser enthält 8% NH3, 6% CO2 undWhen deacidifying a coke oven water with 2OVoNH 3 , 10% CO 2 and 4% H 2 S, the following process balance results if 40% of this water is passed through the washer 13 and the strong water is diluted approximately three times with water from the stripper : The water entering the deacidifier contains 8% NH 3 , 6% CO 2 and
ίο 1,4% H2 S. Nach der Entsäuerung bei 8 atü enthält dieses Wasser 7,9% Ammoniak, 2,5% CO2 und 0,08% H2S. Es wird in der Kolonne 9 vollständig abgetrieben, so daß der Ablauf vom Abtreiber nur noch 0,01% Ammoniak und weder CO2 noch H2S enthält.ίο 1.4% H 2 S. After deacidification at 8 atm this water contains 7.9% ammonia, 2.5% CO 2 and 0.08% H 2 S. It is completely driven off in the column 9, so that the drain from the aborter contains only 0.01% ammonia and neither CO 2 nor H 2 S.
Aus 1 m3 verarbeitetem Starkwasser erhält man hinter dem Abtreiber einen Schwaden mit 227 kg NH3 und 72 kg CO2. Dieser Schwaden wird im Wascher 13 mit 0,4 m3 Starkwasser gewaschen, dadurch wird das gesamte Kohlendioxyd vom Ammoniak getrennt. Der Ablauf vom Wascher 13 enthält 27,5% NH3 und 28% CO2. Es wird also im Wascher 13 auch ein geringer Teil des Ammoniaks vom Starkwasser ausgewaschen. Nach Mischen mit dem Rohwasser beträgt die Konzentration des Starkwassers 23% NH3, 17,5% C O2 und 4% H2S.From 1 m 3 of processed strong water, a vapor with 227 kg of NH 3 and 72 kg of CO 2 is obtained behind the drift. This vapor is washed in the washer 13 with 0.4 m 3 of strong water, thereby separating all of the carbon dioxide from the ammonia. The drain from the scrubber 13 contains 27.5% NH 3 and 28% CO 2 . A small part of the ammonia is also washed out by the strong water in the washer 13. After mixing with the raw water, the concentration of the strong water is 23% NH 3 , 17.5% CO 2 and 4% H 2 S.
Das vorstehende Zahlenbeispiel zeigt, daß mit der Erfindung mühelos aus Starkwasser ein 100%iges Ammoniak gewonnen werden kann. Es sei jedoch bemerkt und dürfte aus den vorstehenden Darlegungen klar erkennbar sein, daß das Verfahren hinsichtlich der einzustellenden Konzentrationen der Lösungen in den einzelnen Abschnitten des Verfahrens und hinsichtlich der Bedingungen für die Entsäuerung, die Abtreibung und die abschließende Wäsche in gewissen Grenzen variiert werden kann.The above numerical example shows that with the invention a 100% strength water can easily be obtained Ammonia can be obtained. It should be noted, however, and should be understood from the foregoing be clearly recognizable that the process with regard to the concentrations to be set Solutions in the individual sections of the procedure and with regard to the conditions for deacidification, the abortion and the final wash can be varied within certain limits.
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