DE3707446A1 - Verfahren zum entfernen von ammoniak aus einem abwasser eines rauchgasreinigungsprozesses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Entfernen von Ammoniak aus einem Abwasser eines einer Brennstoffeuerung nachgeschalteten Rauchgasreinigungsprozesses durch Begasen des Abwassers mit einem gasförmigen Medium unter erhöhter Temperatur.

Ein in einer Flüssigkeit absorbiertes Gas läßt sich aus der Flüssigkeit aufgrund einer durch eine Partialdruckerniedrigung hervorgerufene Desorption, beispielsweise durch Entspannen, durch Begasen mit einem Inertgas (Strippen), durch Anwendung von Vakuum bei normaler oder erhöhter Temperatur, kontinuierlich entfernen und wieder gewinnen.

Für ein mit Ammoniak beladenes Abwasser, das aus einem Rauchgasreinigungsprozeß mit katalytischer Reduktion von Stickstoffoxiden mittels Ammoniak anfällt oder in dem das Ammoniak nicht nur physikalisch gelöst, sondern auch chemisch gebunden vorliegt, wird das Abwasser bevorzugt durch Strippen behandelt. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 35 25 770 bekannt, bei dem ein mit Ammoniak beladenes Abwasser mit Luft als Strippmedium begast wird. Hierzu wird das aus dem Rauchgasreinigungsprozeß anfallende Abwasser auf einen pH-Wert von 11-12 alkalisiert, auf eine Temperatur zwischen 60-95°C vorgewärmt und in einer ein- oder mehrstufigen Sprühturmanlage bei Normaldruck verdüst, indem gleichzeitig ein auf 100-180°C heißer Luftstrom in einer Gewichtsmenge, die einem Gewichtsverhältnis der Luft zum Abwasser von ca. 0,5-2 entspricht, eingeblasen wird. Dabei wird das Ammoniak aus dem Abwasser ausgetrieben, das im Gemisch mit der wasserdampfgesättigten Luft zur Wiederverwendung in den Rauchgasstrom zurückgeführt wird.

Dieser Prozeß ist in wirtschaftlicher Hinsicht sehr aufwendig. So werden zum Begasen des Abwassers relativ große Luftmengen benötigt. Die Vorwärmung der Luft und des Abwassers belastet die Energiebilanz des Prozesses in ungünstiger Weise. Da der unter atmosphärischen Druckbedingungen geführte Prozeß die Alkalisierung des Abwassers auf einen pH-Wert von 11-12 erforderlich macht, werden darüber hinaus relativ große Laugenmengen benötigt. Dieser Laugenbedarf erhöht sich aufgrund einer Veränderung des pH-Wertes, die aus einem Lösen von mit der Luft mitgeführtem Kohlendioxid im Abwasser resultiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Entfernen von Ammoniak aus einem Abwasser aufzuzeigen, durch das ein gegenüber dem bekannten Verfahren geringerer Bedarf an Strippmedium und Lauge sowie an Wärmeenergie erforderlich ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Abwasser in einer Desorptionskolonne mit mindestens einem theoretischen Boden mit im Kolonnensumpf eingeblasenem Wasserdampf im Gegenstrom behandelt wird.

Der Einsatz einer Desorptionskolonne, die aufgrund gleicher Gesetzmäßigkeiten in apparativer Hinsicht einer Absorptionskolonne bzw. Rektifikationskolonne entspricht, bietet sich insbesondere wegen der optimalen Stoffaustauschvorgänge im Gegenstrom an, wobei je nach den gewählten oder vorgegebenen Betriebsbedingungen und vorliegenden Stoffmengen sowohl Füllkörper als auch Bodenkolonnen, beispielsweise Glockensieb oder Ventilbodenkolonnen eingesetzt werden können. Eine Behandlung von Ammoniakabwasser mit Wasserdampf bietet sich in vorteilhafter Weise stets dann an, wenn aus einem dem Rauchgasreinigungsprozeß vorhergehenden Feuerungsprozeß gleichzeitig Wasserdampf verfügbar ist. Da dieser Wasserdampf meist in verschiedenen Temperaturstufen einem Dampferzeugungsprozeß entnommen werden kann, kann dieser ohne zusätzliche apparative oder verfahrenstechnische Maßnahmen unter Einsatz geringster Mengen direkt für den Strippprozeß, beispielsweise zum Vorwärmen des Abwassers genutzt werden. Bei der Abwasserbehandlung in der Kolonne kann nicht vermieden werden, daß ein bestimmter Anteil des Wasserdampfes kondensiert und das Abwasser verdünnt wird. Diese Verdünnung ist für den Fall von Vorteil, wenn das aus dem Rauchgasreinigungsprozeß anfallende Abwasser mit gelösten Salzen gesättigt beladen ist, wobei durch die Abwasserverdünnung ein Ausfällen dieser Salze während des Strippvorganges vermieden wird.

In dieser Hinsicht ist es zweckmäßig, wenn das Abwasser auf einen pH-Wert von 9-10 eingestellt in einer Füllkörperkolonne bei einem Druck von 0,1-0,4 bar, vorzugsweise von 0,2-0,3 bar, und einer Temperatur von 45-70°C, vorzugsweise 55-65°C, behandelt wird.

Mit der Einstellung der Betriebsbedingungen auf einen Druck von 0,1-0,4 bar, vorzugsweise 0,2-0,3 bar, und einer Temperatur von 45-70°C, vorzugsweise 55-65°C, kann der Strippprozeß so geführt werden, daß die Salze im Abwasser stets gelöst bleiben und keine Ausfällungen auftreten. Mit einer Betriebsweise von beispielsweise 0,3 bar und einer Temperatur von ca. 60°C läßt sich verhindern, daß im Abwasser gelöstes Calciumsulfat, dessen Löslichkeitsmaximum bei ca. 60°C liegt, weitestgehend gelöst bleibt. Ein Betriebsdruck von 0,1-0,4 bar erlaubt es ferner, das Abwasser nurmehr auf einen pH-Wert von 9-10 einzustellen, wodurch ein gegenüber dem bekannten Verfahren geringerer Mengenbedarf an Lauge zur Abwasseralkalisierung erforderlich ist. Ein Unterdruckbetrieb für den Strippvorgang, für den sich für einen optimalen Stoffaustausch insbesondere eine Füllkörperkolonne eignet, reduziert ferner das Temperaturniveau in der Kolonne, womit auch ein größerer Spielraum für den Einsatz von korrosions- und wärmebeständigen Werkstoffen, beispielsweise Kunststoff, gummierten Metallen usw. gegeben ist.

Das Verfahren wird nachfolgend anhand eines in der beigefügten Figur dargestellten Anlagenschemas näher erläutert.

Über eine Leitung (1) wird kontinuierlich ein Abwasserstrom, der aus einem Rauchgasreinigungsprozeß mit katalytischer Reduktion von Stickstoffoxiden mittels Ammoniak und mit chemiesorptiver Entfernung von Schwefeloxiden mittels Erdalkali- und/oder Alkalicarbonaten bzw. Hydroxiden entstammt und dessen pH-Wert auf 9-10 eingestellt worden ist, einer Füllkörperkolonne (2) zugeführt und zwischen einem Abtriebteil (2′) und einem Verstärkerteil (2′′) der Kolonne eingedüst. Das Abwasser, das neben Ammoniak in überwiegend freier und auch gebundener Form noch gelöste Salze, beispielsweise Calciumsulfat, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid usw. enthält, rieselt über den mindestens einen theoretischen Boden umfassenden Abtriebteil (2′) der Füllkörperkolonne (2) der Schwerkraft folgend in den im unteren Kolonnenunterteil befindlichen Kolonnensumpf (3). In diesen Kolonnensumpf (3) wird über eine Leitung (4) kontinuierlich überhitzter oder gesättigter Wasserdampf eingebracht, wodurch infolge der direkten Abwasserbeheizung aus dem Abwasser Ammoniak ausgetrieben wird, das in einem Gemisch mit einem Teil des Wasserdampfes aus dem Kolonnensumpf (3) entweicht. Das Ammoniak-Wasserdampf-Gemisch strömt über den Abtriebteil (2′) der Kolonne (2) im Gegenstrom zum eingebrachten Abwasserstrom nach oben, wo es nach einer Durchströmung des Verstärkerteils (2′′) der Kolonne (2) diese an ihrem Kolonnenkopf (5) verläßt.

Die Füllkörperkolonne (2) wird unter einem Betriebsdruck von 0,1-0,4 bar, vorzugsweise 0,2-0,3 bar, und einer Temperatur von 45-70°C, vorzugsweise 55-65°C, betrieben. Die Wahl des Betriebsdruckes und der Betriebstemperatur richtet sich nach der Löslichkeit der im Abwasser vorliegenden gelösten Salze. So besitzt beispielsweise Calciumsulfat sein Löslichkeitsmaximum in einem aus einem Rauchgasreinigungsprozeß stammenden Abwasser bei einer Temperatur von ca. 60°C, die sich auch als Betriebstemperatur für den in der Füllkörperkolonne (2) stattfindenden Strippvorgang anbietet, um ein Ausfällen von Calciumsulfat zu vermeiden.

Aus dem Kolonnensumpf (3) wird über eine Leitung (6) kontinuierlich mittels einer Pumpe (7) ein im wesentlichen von Ammoniak befreites Abwasser nach außen abgeführt, das noch die Salze gelöst enthält.

Das am Kolonnenkopf (5) kontinuierlich abgeführte Ammoniak-Wasserdampf-Gemisch gelangt in einen mit Kühlwasser (KW) betriebenen Kondensator (8), wo die gasförmigen Bestandteile von den Kondensierbaren des Gemisches getrennt werden. Die gasförmigen Gemischbestandteile werden über eine Unterdruckpumpe (9) nach außen abgeführt, während das Kondensat, das Ammoniakwasser, in einem Vorlagebehälter (10) aufgefangen und/oder in die Füllkörperkolonne (2) zurückgeführt wird.

Das in dem Vorlagebehälter (10) aufgefangene Ammoniakwasser wird mittels einer Pumpe (11) zur weiteren Entsorgung aus der Anlage transportiert. Eine dieser Entsorgungsmöglichkeiten besteht in einem Wiedereinsatz des Ammoniakwassers in dem Rauchgasreinigungsprozeß mit katalytischer Reduktion von Stickoxiden mittels Ammoniak. Dabei wird das Ammoniakwasser in den heißen Rauchgasstrom vor dem Katalysator zur Reduktion der Stickoxide nochmals eingedüst, wodurch sich der Bedarf an Ammoniak für den Entstickungsprozeß reduzieren läßt.

Bezüglich der Begriffe theoretischer Boden, Abtriebteil und Verstärkerteil einer Kolonne wird beispielsweise auf die Ausführungen in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Aufl., 2. Bd., Seite 489-509 im Kapitel "Destillation und Rektifikation" verwiesen.

Claims (3)

1. Verfahren zum Entfernen von Ammoniak aus einem Abwasser eines einer Brennstoffeuerung nachgeschalteten Rauchgasreinigungsprozesses durch Begasen des Abwassers mit einem gasförmigen Medium unter erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in einer Desorptionskolonne (2) mit mindestens einem theoretischen Boden mit im Kolonnensumpf (3) eingeblasenen Wasserdampf im Gegenstrom behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser auf einen pH-Wert von 9-10 eingestellt in einer Füllkörperkolonne (2) bei einem Druck von 0,1-0,4 bar und einer Temperatur von 45-70°C behandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser auf einen pH-Wert von 9-10 eingestellt in einer Füllkörperkolonne (2) bei einem Druck von 0,2-0,3 bar und einer Temperatur von 55-65°C behandelt wird.