DEST000596MA

DEST000596MA - Process for scrubbing ammonia or at the same time ammonia and hydrogen sulfide from carbon distillation gases

Info

Publication number: DEST000596MA
Authority: DE
Inventors: Fritz Breitbach; Josef Dr. Schmidt
Original assignee: Firma Carl Still, Recklinghausen
Publication date: 1950-10-26

Description

In neuerer Zeit hat sich bekanntlich für die Behandlung von Wässern mit Karbonathärte, die bei Anwendungen oder Transporten in technischen Vorrichtungen zu festen Absetzungen aus Kalziumkarbonat neigen, die Zusetzung von sehr geringen Mengen Natriumhexametaphosphat (NaPO(sub)3)(sub)6, die sogenannte Phosphatimpfung, weitgehend eingebürgert, um solche Absetzungen von vornherein zu verhüten oder sogar bereits aufgetretene Ansätze wieder loszulösen. Bei den bisher bekannten Anwendungen ist jedoch dieses Mittel durchweg auf solche Fälle beschränkt worden, wo lediglich das Wasser für sich allein durch die jeweils in Frage kommenden Vorrichtungen wie Rohrleitungen, Pumpen, Kühler, Kondensatoren und dgl. transportiert wurde. Dabei hat es sich mitunter auch um solche Fälle gehandelt, wobei neben ursprünglich frischem Wasser im Verlauf der technischen Anwendung Alkali oder Ammoniak zugeführt wurde, welches ohne vorangegangene Enthärtung oder ohne die Zugabe eines Schutzmittels, wie erwähnt, die Karbonatausscheidungen bewirkt. Neu ist demgegenüber die Ausnutzung der besagten Phosphatimpfung für Fälle, wo durch die jeweiligen technischen Vorrichtungen sowohl Wasser als auch gleichzeitig Gas transportiert wird, d.h. in Gaswaschvorrichtungen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in einem bestimmt gearteten Fall von Gaswaschung, nämlich bei der Auswaschung von Ammoniak oder zugleich Ammoniak und Schwefelwasserstoff aus Kohlendestillations- und ähnlichen Gasen mittels Frischwasser und ammoniakhaltigem Wasser in solchen Waschvorrichtungen mit Austauschelementen, welche kurze Berührungszeiten zwischen dem Gas und dem Wasser ermöglichen, die Zusetzung von Natriumhexametaphosphat zu den Waschwässern vorteilhafte fortschrittliche Wirkungen im Gefolge hat, welche über die bekannten, lediglich mit der Vermeidung oder Beseitigung von Karbonatansätzen verknüpften Wirkungen hinausgehen und für den besagten Fall spezifisch sind. Diese spezifischen neuen Wirkungen bestehen in der günstigen Beeinflussung des Wascherbetriebes und des Auswaschungseffketes, sowohl hinsichtlich des Ammoniaks als auch des Schwefelwasserstoffs, durch das Freihalten der Austauschelemente und Austauschräume der Waschvorrichtung von den sonst unvermeidlichen festen Ansätzen. Praktisch in Betracht kommende Zusatzmengen von Natriumhexametaphosphat sind etwa 0,5 bis 20 g des käuflichen Salzes für 1 m(exp)3 Wasser.In recent times, as is known, for the treatment of water with carbonate hardness, which tend to form solid deposits of calcium carbonate when used or transported in technical devices, the addition of very small amounts of sodium hexametaphosphate (NaPO (sub) 3) (sub) 6, the so-called Phosphate vaccination, largely naturalized in order to prevent such discontinuations from the outset or even to loosen approaches that have already occurred. In the previously known applications, however, this means has been consistently limited to those cases where only the water was transported by itself through the devices in question, such as pipelines, pumps, coolers, condensers and the like. Occasionally there were cases where, in addition to originally fresh water, alkali or ammonia was added in the course of the technical application, which, as mentioned, causes the carbonate excretion without prior softening or without the addition of a protective agent. What is new, on the other hand, is the use of the said phosphate vaccination for cases where the respective technical devices transport both water and gas at the same time, i.e. in gas scrubbing devices. The invention is based on the knowledge that in a certain type of case of gas scrubbing, namely the scrubbing of ammonia or at the same time ammonia and hydrogen sulfide from carbon distillation and similar gases by means of fresh water and ammonia-containing water in such scrubbing devices with exchange elements, which short contact times between the gas and allow the water, the addition of sodium hexametaphosphate to the washing waters has advantageous progressive effects in consequence which go beyond the known effects which are only associated with the prevention or elimination of carbonate deposits and which are specific to the said case. These specific new effects consist in the favorable influence of the washing operation and the washing out effect, both with regard to the ammonia and the hydrogen sulfide, by keeping the exchange elements and exchange spaces of the washing device free from the otherwise unavoidable solid deposits. Practical additional amounts of sodium hexametaphosphate are about 0.5 to 20 g of the commercially available salt for 1 m (exp) 3 of water.

Als Wascher mit den besagten Merkmalen kommen vornehmlich Glockenbödenkolonnen oder Kombinationen von solchen mit entsprechend konstruierten andersgearteten Waschern, z.B. mit Horden- und anderen Füllwerksberieselungswaschern, auch mit rotierenden Waschern in Betracht. Die Bevorzugung solcher Wascher in neuerer Zeit ist auf ihre gedrängte Bauart d.h. ihr beschränktes Gesamtvolumen und ihre darin zum Ausdruck kommenden Intensivwirkung zurückzuführen. Eben dies ermöglichst über auch kurze Berührungszeiten, und diese wiederum verbessern die Auswaschung von Schwefelwasserstoff. Die Auswaschung von Ammoniak bzw. auch Schwefelwasserstoff in solchen Waschvorrichtungen mit nicht enthärtetem Wasser ist betriebspraktisch überhaupt nicht durchführbar, weil die auftretenden und durch die gelösten Stoffe (NH(sub)3, CO(sub)2) begünstigten Ausscheidungen von Karbonaten zu festen Ansätzen führen, welche die engen Austauschräume binnen kurzer Zeit verstopfen. Hiergegen schafft die Erfindung durchgreifende Abhilfe. Bei den früher gebräuchlichen Gaswaschern von großem Gesamtvolumen und reichlichen Durchgangsquerschnitten, z.B. bei umfangreichen, in Mehrzahl vorgesehenen Hordenwaschern, tritt die Verstopfungsschwierigkeit praktisch nicht auf, weil etwaige feste Ansätze sich erst nach langer Zeit, nach Jahren, störend bemerkbar machen, wo man ohnehin mit Erneuerung der abgenutzten Austauschelemente rechnen muß. Derartige großräumige Gaswascher ergeben aber nicht kurze Berührungszeiten mit den aus ihnen resultierenden Vorteilen für den Auswaschungseffekt. Sie bieten daher nicht die Vorteile der Erfindung.As washers with the features mentioned above, bubble-cap columns or combinations of those with correspondingly constructed different types of washers, e.g. with tray and other filling plant sprinkler washers, also with rotating washers, come into consideration. The recent preference for such washers is due to their compact design, i.e. their limited overall volume and their intensive effect expressed in them. This is precisely what enables short contact times, which in turn improve the leaching of hydrogen sulfide. The washing out of ammonia or hydrogen sulphide in such washing devices with non-softened water is not practical at all because the carbonate precipitates that occur and are favored by the dissolved substances (NH (sub) 3, CO (sub) 2) lead to solid deposits which clog up the narrow exchange spaces within a short period of time. The invention provides a radical remedy for this. With the gas washers that were used in the past with a large total volume and ample passage cross-sections, e.g. with extensive rack washers provided in large numbers, the problem of clogging practically does not arise because any solid deposits only become noticeable after a long time, after years, where one can in any case with renewal must reckon with worn replacement elements. Such large-scale gas washers do not result in short contact times with them resulting advantages for the washout effect. They therefore do not offer the advantages of the invention.

Zur Erläuterung diene die Schilderung einer die Merkmale der Erfindung aufweisenden Waschung mit Hilfe der in der Zeichnung schematisch dargestellten Waschvorrichtung, auf deren Anwendung jedoch das Verfahren durchaus nicht beschränkt ist.The description of a washing having the features of the invention with the aid of the washing device shown schematically in the drawing serves as an explanation, but the method is by no means limited to its use.

Diese Vorrichtung der Zeichnung ist eine Glockenbödenkolonne a mit einer beschränkten Anzahl, nach der Darstellung im ganzen 12 Glockenböden, in welche Kohlendestillationsgas z.B. aus Koksöfen durch den unteren Rohrstutzen b eintritt, um am obersten Rohrstutzen c auszutreten. Als Waschmittel werden auf den obersten Boden durch den Rohrstutzen d Frischwasser und auf den von unten her gerechneten fünften, eventuell statt dessen auch vierten Boden durch den Stutzen e ein ammoniakhaltiges Wasser z.B. wässriges Kondensat aus der Rohgaskühlung zugeführt. Wenn man beispielsweise die je Stunde durchgeleitete Gasmenge auf etwa 1600 Nm(exp)3 je m(exp)2 Lichtquerschnitt der Kolonne und die oben zugeführte Frischwassermenge auf etwa 0,3 ltr. je Nm(exp)3 Gas, die im unteren Teil bei e zugeführte Ammoniakwassermenge auf etwa 0,45 ltr. je Nm(exp)3 bemißt, so erhält man im unteren bis etwa zum Stutzen e reichenden Kolonnenteil eine solche Beschränkung der mit der Flüssigkeit in Austausch kommenden Ammoniakmenge, daß einerseits in den unteren Kolonnenteil wegen der hier bestehenden kurzen Berührungszeiten der Schwefelwasserstoff zu etwa 60% seiner ursprünglich mit dem Gas herangebrachten Gesamtmenge und im oberen Teil der verhältnismäßig kleine Rest des Ammoniaks praktisch vollständig ausgewaschen wird, ohne daß hier beträchtliche Mengen von Kohlensäure miterfaßt werden, welche im unteren Abschnitt die Schwefelwasserstoffauswaschung beeinträchtigen würden. Es ist hiernach schon einzusehen, daß die ganze Glockenbodenkolonne für die ihr zugewiesene Durchsatzleistung und den gedachten Auswaschungseffekt weder zu klein noch zu groß sein darf, da die zu kleine Kolonne natürlich die verlangte Durchsatzleistung nicht bewältigen bzw. die Auswaschung nur unvollkommen bewirken kann, jedoch die zu große Kolonne nicht mehr für den Waschvorgang wesentliche Kürze der Berührungszeiten sichern würde; dies würde zu einer wesentlich kleineren Auswaschung des Schwefelwasserstoffs, wenn auch zu einer genügend vollkommenen Auswaschung des Ammoniaks führen.This device of the drawing is a bubble-cap column a with a limited number, according to the illustration a total of 12 bubble-cap trays, into which coal distillation gas e.g. from coke ovens enters through the lower pipe socket b to exit at the uppermost pipe socket c. As a detergent, fresh water is supplied to the top floor through the pipe socket d and an ammonia-containing water, e.g. aqueous condensate from the raw gas cooling, is supplied to the fifth, possibly also the fourth floor, calculated from below, through the socket e. If, for example, the amount of gas passed through per hour is set to about 1600 Nm (exp) 3 per m (exp) 2 light cross-section of the column and the amount of fresh water supplied above to about 0.3 ltr. per Nm (exp) 3 gas, the amount of ammonia water supplied in the lower part at e to about 0.45 ltr. measured per Nm (exp) 3, one obtains in the lower part of the column reaching approximately to the nozzle e such a limitation of the amount of ammonia exchanged with the liquid that, on the one hand, the hydrogen sulfide in the lower part of the column is about 60% due to the short contact times that exist here. its original total amount brought up with the gas and in the upper part the relatively small remainder of the ammonia is practically completely washed out without considerable amounts of carbonic acid being detected here, which would impair the hydrogen sulfide washing out in the lower part. From this it can already be seen that the entire bubble-cap tray column must neither be too small nor too large for the throughput assigned to it and the intended leaching effect, since the column which is too small can of course not cope with the required throughput or only incompletely effect the leaching can, but the column that is too large would no longer ensure substantial shortening of the contact times for the washing process; this would lead to a much smaller leaching of the hydrogen sulfide, albeit to a sufficiently complete leaching of the ammonia.

Nimmt man jetzt an, daß durch irgendwelche, aus dem Wasser herrührende Ausscheidungen die Austauschelemente, in diesem Fall die Glocken und Böden in beachtlichem Maße mit festen Ansätzen bedeckt und dadurch die Durchgangswege von Gas und Flüssigkeit beengt oder verstopft würden, so käme dies mindestens auf eine Verkleinerung des Kolonnenaustauschraumes hinaus; darüber hinaus würden aber natürlich vor allen Dingen diese Wege über den Kolonnenquerschnitt in ganz unregelmäßiger Weise verteilt, d.h. ungleichmäßig gemacht werden. Diese Auswirkungen müßten zweifellos mindestens die gesamte Waschwirkung der Glockenbodenkolonne verkleinern, d.h. man würde jedenfalls eine kleinere Menge an Schwefelwasserstoff und außerdem natürlich auch weniger Ammoniak auswaschen, d.h. man müßte auf eine unvollkommene und damit nicht tragbare Entfernung des Ammoniaks rechnen. Dadurch käme aber auch wiederum weniger Ammoniak in den unteren Abschnitt für die Schwefelwasserstoffauswaschung hinein, was diese noch stärker beeinträchtigt.If one now assumes that the exchange elements, in this case the bells and bottoms, are covered to a considerable extent with solid deposits by any excretions originating from the water and the passages of gas and liquid are thereby narrowed or blocked, this would come to at least one Reduction of the column exchange space; In addition, of course, above all, these paths would be distributed over the cross-section of the column in a very irregular manner, i.e. made uneven. These effects would undoubtedly have to reduce at least the entire washing effect of the bubble-cap column, i.e. one would in any case wash out a smaller amount of hydrogen sulfide and, of course, also less ammonia, i.e. one would have to count on incomplete and therefore unsustainable removal of the ammonia. As a result, however, less ammonia would in turn get into the lower section for the hydrogen sulfide leaching, which has an even greater impact on it.

Nimm man jetzt an, daß man, um solche die Auswaschwirkung verkleinernde Ansätze bis zu einem gewissen Grade zulassen zu müssen, die Glockenkolonne von vornherein größer, als ohne diese Vorsorge notwendig wäre, ausbildet, so wird wiederum, wie oben dargelegt, die Auswaschung des Schwefelwasserstoffs verkleinert, weil die Berührungszeiten überall, jedenfalls aber in dem unteren Auswaschungsabschnitt für den Schwefelwasserstoff vergrößert werden. Dieser Ausweg wäre daher erst recht nicht statthaft. Es käme natürlich hinzu, daß feste Karbonatabsetzungen, wenn sie überhaupt auftreten, dann sich fortschreitend vermehren und verstärken würden, bis eine Säuberung der Waschvorrichtung nicht mehr aufschiebbar wäre, und daß der Betrieb vom Anfangsstadium der Ansatzfreiheit bis zu diesem Endstadium dau- ernd verändert, d.h. verschlechtert würde.If one now assumes that, in order to have to allow such approaches to reduce the washout effect to a certain extent, the bell column is made larger from the start than would be necessary without this precaution, then again, as explained above, the washout of the hydrogen sulfide will take place reduced, because the contact times are increased everywhere, but at least in the lower leaching section for the hydrogen sulfide. This way out would therefore be even more inadmissible. Of course, there would also be the fact that solid carbonate deposits, if they occur at all, would then progressively multiply and intensify until cleaning of the washing device could no longer be postponed, and that the operation lasted from the initial stage of freedom from formation to this final stage. would be changed, i.e. worsened.

Aus dem vorgeschilderten Beispiel und seinen gedachten Abwandlungen ersieht man die außerordentliche Wichtigkeit des gänzlichen und dauernden Freihaltens einer solchen für die Auswaschung von Ammoniak bzw. von Ammoniak und Schwefelwasserstoff bestimmten Waschvorrichtung von störenden festen Ansätzen und damit die spezifische Bedeutung der Erfindung in diesem Fall.From the above example and its imaginary modifications, one can see the extraordinary importance of completely and permanently keeping such a washing device intended for washing out ammonia or ammonia and hydrogen sulfide free from troublesome solid deposits and thus the specific importance of the invention in this case.

Die im Zeichnungsbeispiel angenommene Ausbildung der Gaswaschvorrichtung als einheitliche Glockenbodenkolonne ist keine unbedingte Voraussetzung für die Anwendung der Erfindung. Es sind auch andere, mit Austauschelementen ausgestattete und damit Gefährdungen durch feste Ansätze ausgesetzte Vorrichtungen denkbar und anwendbar, wenn sie nur durch ihre Gesamtkonstruktion kurze Berührungszeiten ermöglichen. Allerdings sind Glockenkolonnen für den hier gedachten Zweck am günstigsten wirksam und dadurch am vorteilhaftesten; mindestens gilt dies für den untersten, hauptsächlich dem Schwefelwasserstoff zugewiesenen Waschungsabschnitt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Waschvorrichtung in der vom Gase zuerst betretenen Waschungsstufe als Glockenkolonne mit einer beschränkten Anzahl z.B. 4 bis 6 Böden und in dem vom Rohgas als zweite Waschungsstufe durchzogenen Teil als Horden- oder Füllwerksberieselungswascher auszubilden, der für die ihm hauptsächlich zugewiesene, vollständige Auswaschung des restlichen Ammoniaks gerade ausreichend groß ist.The design of the gas scrubbing device as a uniform bubble-cap tray column assumed in the drawing example is not an absolute prerequisite for the application of the invention. Other devices equipped with replacement elements and thus exposed to hazards from fixed attachments are also conceivable and applicable if they only allow short contact times due to their overall construction. However, bell columns are most effective and therefore most advantageous for the purpose envisaged here; at least this applies to the lowest washing section, which is mainly assigned to hydrogen sulfide. However, there is also the possibility of designing the scrubbing device in the scrubbing stage entered first by the gas as a bell column with a limited number, e.g. 4 to 6 trays, and in the part permeated by the raw gas as the second scrubbing stage, as a tray or filling plant sprinkler washer, the one mainly assigned to it , complete washing out of the remaining ammonia is just sufficient.

Claims

1. A method for washing ammonia or at the same time ammonia and hydrogen sulfide from carbon distillation and similar gases by means of fresh water and ammonia-containing water in such washing devices equipped with exchange elements, which allow the observance of short contact times, characterized in that the washing water with very small amounts of about 0 , 5 - 20 g / m (exp) 3 of sodium hexametaphosphate are added.

2. The method according to claim 1, characterized in that bubble cap columns are used as washing devices.