DE4116576C2

DE4116576C2 - Verfahren zur Gewinnung des Kokereiüberschußwassers als Umkehr-Osmose-Permeat

Info

Publication number: DE4116576C2
Application number: DE19914116576
Authority: DE
Inventors: Georg Dr Pollert
Original assignee: Still Otto GmbH
Current assignee: Thyssen Still Otto Anlagentechnik GmbH
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2011-05-22
Also published as: DE4116576A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung des beim Verkokungsprozeß anfallenden Überschußwassers als Umkehr-Osmo se-Permeat aus dem Kondensat der Vorkühlung unter Einschaltung eines Stoffabscheiders, vorzugsweise eines Elektrofilters, zwischen Vorlage und Vorkühlung.

Neben der Möglichkeit, das Überschußwasser nach einer herkömm lichen Reinigung in einem Abtreiber und gegebenenfalls einer Vorreinigung in einer Mikrofiltrationsanlage in einer Umkehr- Osmose-Anlage zu behandeln, gibt es auch die Möglichkeit - wie in der DE-PS 34 23 798 beschrieben -, das Überschußwasser durch Einschaltung eines E-Filters in den Gasweg zwischen Vor lage und Vorkühlung in eine kleine salzreiche Fraktion, die gesondert behandelt wird, und eine große salzarme Fraktion als Kondensat der Vorkühlung aufzuteilen sowie das Vorkühlerkon densat einer weiteren Reinigung mit abschließender Behandlung in einer Umkehr-Osmose-Anlage zuzuführen. Des weiteren wird in dieser Schrift vorgeschlagen, eine fraktionierende Kühlung durchzuführen und das Kondensat der ersten Kühlstufe (Gasaus trittstemperatur ca. 70°C) nach Entfernung der flüchtigen Schadstoffe, z. B. in einem Abtreiber mit Dampf, in einer wei teren Reinigungsstufe, z. B. einer Umkehr-Osmose-Anlage, wei terzubehandeln, während das Kondensat der zweiten Kühlstufe in den Vorlagenkreislauf zurückgeführt werden soll, um die Ver dampfungsverluste in der direkten Vorlagenkühlung zu ergänzen.

Diese Methode, bei der möglichst geringe Mengen an Kondensat ausgeschleust werden, wurde deshalb vorgeschlagen, weil die Entfernung der flüchtigen Inhaltsstoffe, wie z. B. Ammoniak und Schwefelwasserstoff, in einem Abtreiber kostenintensiv ist und durch Dampfkondensat zu einer Vermehrung des Abwasserstro mes führt, hat aber den Nachteil, daß man das Konzentrat hoch aufkonzentrieren muß und sich dadurch ein schlechteres Fluß- und Retentionsverhalten der Umkehr-Osmose-Anlage ergibt. Schaltet man vor die Umkehr-Osmose-Anlage noch eine Mikrofil trationsanlage, so verstärkt sich dieses Problem, weil ein zu sätzliches Konzentrat gebildet und entsorgt werden muß. Wollte man aber auf den Abtrieb der flüchtigen Inhaltsstoffe vor Auf gabe auf die Mikrofiltration oder die Umkehr-Osmose-Anlage ganz verzichten, ergäben sich relativ hohe osmotische Drücke in der Aufgabelösung und hohe Ammoniakkonzentrationen im Per meat der Umkehr-Osmose.

Vor allem aber würde es zu einem Scaling-Prozeß auf den Mem branen der Umkehr-Osmoseanlage kommen, da das Kondensat der Vorkühlung so hohe Naphthalinkonzentrationen enthält, daß es entweder schon während der Abkühlung auf die Betriebstempera tur der Umkehr-Osmose oder aber während der Aufkonzentrierung im osmotischen Prozeß die Sättigungsgrenze überschreiten und als Feststoff im Konzentrat ausfallen würde.

Hier nun setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, bei der Anwendung der Umkehr-Osmose und gegebenenfalls einer vorgeschalteten Mikrofiltration mit einer möglichst großen Konzentratmenge arbeiten zu können und die Einschaltung eines mit Dampf gespeisten Abtreibers vor Aufgabe auf die Um kehr-Osmose ganz zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine weitere Ausgestaltung und Verbesserung erfolgt entsprechend Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13.

Erfindungsgemäß wird dabei das Kondensat als Ablauf eines Küh lers gewonnen, in dem das Gas ihm von unten nach oben entge genströmt, und/oder in einem Austauscher zwischen Stoffab scheider und Vorkühler im Gegenstrom zum heißen Rohgas in Aus tausch gebracht wird. Bevor das heiße Kondensat in ein Filtra tions- und/oder ein Umkehr-Osmose-System gegeben wird, wird es in einem Stoffaustauscher mit einem naphthalinarmen oder -freien Gas gestrippt.

Entsprechend der hohen Ablauftemperatur des Kondensates sowie dem Austausch mit dem heißen Rohgas ergibt sich eine sehr ge ringe Beladung dieses Wassers mit anorganischen Inhaltstoffen. Der Gehalt an gelöstem Naphthalin ist allerdings noch hoch, da die Löslichkeit mit steigender Temperatur stark ansteigt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise der Aufgabe des Kondensates auf einen Stoffaustauscher ermöglicht nun die Entfernung des Naphthalins aus diesem Kondensat mit extrem geringem Aufwand. Da der Dampfdruck von Naphthalin mit steigender Temperatur stark ansteigt und die Löslichkeit in Wasser gering ist, genü gen schon sehr niedrige Gasmengen zur Aufnahme des im Wasser gelösten Naphthalins. Aus diesem Grunde ist es ausreichend, gemäß Anspruch 9 gekühltes Koksofenrohgas als Strippgas einzu setzen. Um den Stoffaustauscher wirksamer werden zu lassen, kann das Strippgas gemäß Anspruch 10 zusätzlich aufgeheizt werden. Um den Gehalt des Kondensates an anorganischen Inhalt stoffen noch zu senken, kann auch gemäß Anspruch 11 gereinig tes Koksofengas verwendet werden. Gemäß Anspruch 12 beträgt das Verhältnis Gas zu Wasser zwischen 1 : 1 und 50 : 1, vor zugsweise zwischen 2 : 1 und 10 : 1. Durch die Verwendung von so geringen Gasmengen kann man auf eine vorhergehende Aufsät tigung des Strippgases mit Wasserdampf verzichten, da die fühlbare Wärme des Kondensates ausreicht, das Gas vollständig aufzuheizen und mit Wasserdampf zu sättigen. Lediglich die Hö he des Strippers ist entsprechend zu vergrößern. Das Strippgas kann anschließend gemäß Anspruch 13 in das Rohgas zurückge führt werden.

Die nach dem Strippen durchgeführte Umkehr-Osmose erfolgt nun ohne Überschreiten der Löslichkeitsgrenze des Naphthalins. Aufgrund der geringen Konzentration an anorganischen Inhalts stoffen ergibt sich außerdem ein sehr niedriger osmotischer Druck, eine dementsprechend hohe Flußrate sowie nur eine sehr niedrige Konzentration an freiem Ammoniak im Permeat. Dieses von der Umkehr-Osmose nicht zurückgehaltene Ammoniak kann ko stengünstig z. B. mit einem Ionenaustauscher aus dem Umkehr- Osmose-Permeat entfernt werden oder durch Zugabe von Salzsäure in eine der Umkehr-Osmose-Stufen gemäß DE-PS 40 12 144 als Am moniumchlorid zurückgehalten werden.

Die Konzentrate der Mikrofiltrations- und/oder Umkehr-Osmose- Anlage können gemäß Anspruch 2 in den Vorlagenkreislauf zu rückgeführt werden.

Führt man diese Konzentrate gemäß Anspruch 3 über einen Flüs sig/Flüssig-Austausch in den Vorlagenkreislauf zurück, wie es für das Umkehr-Osmose-Konzentrat auch gemäß DE-PS 36 15 132 vorgeschlagen wird, so ist es nicht nur möglich, das aufkon zentrierte Phenol in den Teer zu überführen, sondern auch, den Gehalt des Teeres an fixen Salzen entscheidend zu mindern, da die Umkehr-Osmose- und Mikrofiltrationskonzentrate nur Spuren an fixen Salzen enthalten.

Gemäß Anspruch 4 werden weitere zu entsorgende Wässer, wie z. B. Dampfkondensate oder Sperrwasser, zusätzlich ins Filtra tions-/Umkehr-Osmose-System gegeben.

Entsprechend Anspruch 5 führt man diese Wässer vorher eben falls über den Stoffaustauscher.

Gemäß Anspruch 6 werden die Wässer vorher in einer Wäsche ein gesetzt.

Nach Anspruch 7 gibt man die Wässer auf die Vorkühlung oder den Stoffaustauscher im heißen Rohgas, während man sie gemäß Anspruch 8 in den Vorlagenkreislauf leitet und die als Konden sate der Vorkühlung auszuschleusende Menge entsprechend er höht.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Fig. 1 beispiels weise näher erläutert.

Aus den Öfen (1) einer Kokerei strömen stündlich 70 000 m³ i.N. Rohgas in die Vorlage (2), in der dieses mit Kreislauf wasser durch Leitung (3) aus dem Teerscheider (4) durch di rekten Kontakt auf ca. 83°C gekühlt und mit Wasserdampf ge sättigt wird. Von hier aus gelangt das Gas über die Leitungen (5) und (6) in das Elektrofilter (7), während das nicht ver dampfte Kreislaufwasser und der auskondensierte Teer über Lei tungen (5) und (8) in den Teerscheider (4) ablaufen. Im Elek trofilter (7) werden die nicht gasförmigen Bestandteile des Gases wie Teer- und Wassertropfen abgeschieden. Das vom Elek trofilter ablaufende Teer-Wasser-Gemisch gelangt über Leitung (9) in den Teerscheider (4).

Das Gas wird nun über Leitung (10) in den Stoffaustauscher (11) und anschließend über die Leitungen (12) und (13) in den ersten Vorkühler (14) geführt, von dem aus es über die Leitung (15) in den zweiten Vorkühler (16) gelangt, den es über Lei tung (17) verläßt. Das Kondensat des zweiten Vorkühlers (16), der zusätzlich über Leitung (18) mit einem Teer-Wasser-Gemisch aus dem Teerscheider (4) berieselt wird, gelangt über Leitung (19) in den Teerscheider (4). 59 m³ stündlich vom ersten Vor kühler (14) mit 75°C ablaufendes Kondensat werden über Lei tung (20) auf den Kopf des Stoffaustauschers (11) gegeben, der z. B. mit einer geordneten Packung bestückt ist. Von diesem läuft es über Leitung (21) mit 82°C auf den Kopf des Stoff austauschers (22). Im Stoffaustauscher (11) wird der Gehalt an flüchtigen Inhaltsstoffen folgendermaßen gesenkt:

NH₃: von 3,0 g/l auf 0,6 g/l
H₂S: von 0,5 g/l auf 0,2 g/l
CO₂: von 3,0 g/l auf 0,7 g/l
HCN: von 0,2 g/l auf 0,1 g/l

Der Phenolgehalt bleibt unverändert bei 1,5 g/l, der Gehalt an fixem Ammoniak bei 0,1 g/l. In den Stoffaustauscher (22) wer den über Leitung (23) stündlich 118 m³ i. N. gekühltes, unge reinigtes Koksofengas mit einem Naphthalingehalt von 0,4 g/m³ i. N. geleitet. Damit wird das Kondensat in seinem Naphthalin gehalt von 30 g/m³ auf 5 g/m³ gesenkt. Die restliche Zusammen setzung ändert sich praktisch nicht. Das Gas verläßt den Stoffaustauscher (22) mit einem Naphthalingehalt von 12,9 g/m³ i. N. über Leitung (24) und gelangt über Leitung (13) in den ersten Vorkühler (14) zurück. Das vom Stoffaustauscher über Leitung (25) abfließende Kondensat wird über den Kühler (26) und Leitung (27) in die Mikrofiltrationsanlage (28) geführt. Hier werden stündlich 50 m³ Permeat gewonnen, die über Leitung (29) in die Umkehr-Osmose-Anlage (30) geführt werden. Hier werden die organischen Inhaltsstoffe, z. B. Phenol, und die noch enthaltenen anorganischen Inhaltsstoffe bis auf einen Am moniakrestgehalt im Permeat von 0,20 g/l zurückgehalten und in stündlich 15 m³ Konzentrat über die Leitungen (31) und (32) zusammen mit den aus der Mikrofiltration (28) über Leitung (33) kommenden 9 m³ Konzentrat in den Wärmeaustauscher (34) geführt. 35 m³ Umkehr-Osmose-Permeat werden über Leitung (35) in den Ionenaustauscher (36) geführt, in dem sie von ihrem Restgehalt Ammoniak befreit werden und verlassen das System über Leitung (37) als Brauchwasser. In dem Wärmetauscher (34) werden die insgesamt 24 m³ Konzentrate, die einen Phenolgehalt von 3,69 g/l und einen Gehalt von 0,25 g/l an fixem Ammoniak aufweisen, auf eine Temperatur von 80°C aufgeheizt und an schließend über Leitung (38) in den Flüssig/Flüssig-Austau scher (39) eingebracht. In diesem strömen ihm aus Leitung (40) stündlich 8 t Teer mit einem Phenolgehalt von 15 g/kg sowie einem Gehalt an fixem NH₃ von 2,4 g/kg entgegen. Der über Lei tung (41) austretende Teer enthält noch 0,03 g fixes Ammo niak/kg und ist auf einen Phenolgehalt von 20,06 g/kg angerei chert worden. Das am Kopf des Flüssig/Flüssig-Austauschers austretende Wasser hat noch einen Phenolgehalt von 2 g/l und ist in seinem Gehalt an fixem Ammoniak auf 1,04 g/l gestiegen. Es wird über Leitung (42) in den Teerscheider geführt.

Bezugszeichenliste

(1) Koksöfen
(2) Vorlage
(3) Kreislaufwasser
(4) Teerscheider
(5) Rohgas + Wasser + Teer
(6) Gas
(7) Elektrofilter
(8) Wasser + Teer
(9), (18) Teer-Wasser-Gemisch
(10) Gas
(11), (22) Stoffaustauscher
(12), (13), (15), (17), (23), (24) Gas
(14), (16) Vorkühler
(19), (20), (21), (25), (27) Kondensat
(26) Kühler
(28) Mikrofiltrationsanlage
(29) Permeat
(30) Umkehr-Osmose-Anlage
(31), (32), (33) Konzentrat
(34) Wärmeaustauscher
(35), (37) Permeat
(36) Ionenaustauscher
(38) Konzentrat
(39) Flüssig-Flüssig-Austauscher
(40), (41) Teer
(42) Wasser

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung des Kokereiüberschußwassers als Umkehr-Osmose-Permeat aus dem Kondensat der Vorkühlung unter Einschaltung eines Abscheiders, vorzugsweise eines Elektrofilters, zwischen Vorlage und Vorkühlung, da durch gekennzeichnet, daß

a) das Kondensat in einem Kühler gewonnen wird, in dem das Gas von unten nach oben geführt wird, und/oder daß das auszuschleusende Kondensat in einem Austauscher zwi schen Abscheider und Vorkühler im Gegenstrom zum heißen Rohgas in Austausch gebracht wird,
b) das heiße Kondensat anschließend auf einen Stoffaustau scher gegeben wird, in dem es mit einem naphthalinarmen oder -freien Gas gestrippt wird und
c) das von diesem Stoffaustauscher ablaufende Kondensat gekühlt und in ein Filtrations- und/oder Umkehr-Osmose- System gegeben wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Filtrations- und/oder Umkehr- Osmose-Konzentrat in den Vorlagenkreislauf zur Ergänzung der Verdampfungsverluste gegeben wird.

3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat oder die Konzentrate aufgeheizt und in einem Flüssig-/Flüssigaustauscher mit dem Produktionsteer im Gegenstrom in Austausch gebracht wird/werden.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man weitere zu entsorgende Wässer, wie z. B. Dampfkon densat oder Sperrwasser, zusätzlich ins Filtrations-/Um kehr-Osmose-System gibt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß man diese Wässer vorher ebenfalls zur Entfernung von Naphthalin auf den Stoffaustauscher ge mäß Merkmal b) aus Anspruch 1 führt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß man diese Wässer vorher in der Gaswäsche einsetzt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß man diese Wässer auf die Vorkühlung und/oder den Stoffaustauscher im heißen Rohgas gibt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß man diese Wässer in den Vorlagenkreislauf gibt und die als Kondensat auszuschleu sende Menge entsprechend erhöht.

9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Strippgas für den Stoffaustauscher gemäß Merkmal b) aus Anspruch 1 gekühltes Koksofenrohgas verwendet wird.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strippgas für den Stoffaustauscher gemäß Merkmal b) aus Anspruch 1 zusätzlich aufgeheizt wird.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 10, da durch gekennzeichnet, daß als Strippgas für den Stoffaustauscher gemäß Merkmal b) aus Anspruch 1 teilgereinigtes Koksofengas verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Gas zu Wasser in dem Stoffaustauscher gemäß Merkmal b) in Anspruch 1 zwischen 1 : 1 und 50 : 1, vorzugsweise zwischen 2 : 1 und 10 : 1, beträgt.

13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strippgas aus dem Stoffaustauscher gemäß Merkmal b) in Anspruch 1 anschließend in das Rohgas, vorzugsweise vor der Vorkühlung, geleitet wird.