FI92979B

FI92979B - Menetelmä ammoniakin poistamiseksi poistokaasuista

Info

Publication number: FI92979B
Application number: FI910106A
Authority: FI
Inventors: Bernd Meyer; Rainer Wunder; Robert E Nitzschmann
Original assignee: Basf Ag
Priority date: 1990-01-10
Filing date: 1991-01-09
Publication date: 1994-10-31
Also published as: NO174768B; EP0440932A3; NO910094L; ES2050348T3; DE4000540A1; FI92979C; FI910106A0; DE59005024D1; EP0440932B1; EP0440932A2; FI910106A; NO910094D0; NO174768C; ATE102847T1

Description

1 92979

Menetelmä ammoniakin poistamiseksi poistokaasuista

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää ammoniakin ja mahdollisesti pölyn poistamiseksi poistokaasuista, joi-5 ta esiintyy lannoiteaineiden valmistuksen yhteydessä.

Ammoniumpitoisten lannoiteaineiden valmistuksessa tai lannoiteaineissa, jotka voivat lohkaista ammoniakkia, esim. ureaa sisältävissä lannoiteaineissa, esiintyy eri valmistusvaiheissa määrältään ja pitoisuuksiltaan vaihte-10 leviä ammoniakkipitoisia poistoilmavirtoja, jotka täytyy ennen ympäristöön päästöä puhdistaa.

Niin esiintyy esim. niin sanotun nitrofosfaatti-prosessin mukaan, jossa raakafosfaatit liuotetaan typpihapolla, kalkkisalpietaritetrahydraatin muuntumia- ja NP-15 hapon neutraloimisvaiheissa ja seuraavissa rakeistus-, kuivaus-, päällystys- ja jäähdytysvaiheissa ammoniakkipitoisia poistokaasuja, jotka voivat sisältää mahdollisesti myös pölyä.

Ammoniakin poistamiseksi tällaisista poistokaasuis-20 ta tunnettua on käsitellä nämä absorptiomenetelmässä happoa sisältävällä pesuaineella (vrt. Preprinats 1988 Technical Conference, Edmonton, Canada, 12. - 15. syyskuuta 1988 (TA/88/12), ja VDJ-selostukset nro 730, 1989, sivut : 395 - 415). Ammoniakin absorptio typpihapolla ei ole kui- 25 tenkaan aivan niin ongelmatonta, kuin miltä se ensin näyt tää. Itse pienen konsentraation omaavalla typpihapolla on kyseeseen tulevissa lämpötiloissa HNO^-osapaine, mikä vääjäämättömästi johtaa ammoniumnitraattiaerosolien muodostumiseen, jos ammoniakkia ei absorboida täysin. Tähän tar-.30 vittava sopiva happokonsentraatio täytyy ottaa selville kokeellisesti ottaen huomioon absorboitava ammoniakki-määrä ja absorptiolaitteen lämpötila (vrt. VDJ-selostukset, loc.cit. sivu 400). Aerosolimuodostumisen välttäminen on sen tähden erityisen tärkeää, koska aerosoleja ei 35 voida poistaa tavallisilla kaasupesureilla tai pisaran-erottimilla kaasuvirrasta.

s 2 92979

Esillä olevan keksinnön tehtävänä on siten antaa käyttöön menetelmä ammoniakin ja mahdollisesti pölyn poistamiseksi poistokaasuista, joita esiintyy lannoite-aineiden valmistuksen yhteydessä, käsittelemällä poisto-5 kaasuja absorptiovyöhykkeessä kiertokulkuun johdetulla ammoniumnitraattiliuoksella, jossa menetelmässä ammonium-nitraattiaerosolien muodostuminen voidaan varmuudella välttää .

Nyt havaittiin, että tämä tehtävä voidaan ratkaisit) ta siten, että ammoniumnitraattiliuoksella on lämpötila 20 - 100°C ja absorptiovyöhykkeen tulokohdassa pH-arvo, joka vastaa vähintään yhtä seuraavasta kaavasta saatavaa arvoa

105 YNH

15 pH > -Ί Ί - R- + 0,16 In -- - 117,5 100 jossa Y tarkoittaa käsiteltävän kaasun anunoniakkikonsent- 3 raatiota yksikössä mg/Nm .

Kaavasta käy ilmi, että pH-arvo täytyy säätää 20 sisääntulossa sitä korkeammalle, mitä korkeampi on valittu lämpötila alueella 20 - 100°C ja mitä suurempi on ammoniakkikonsentraatio, ilmaistuna yksikkönä mg NH^/Nm^, jotta aerosolien muodostuminen vältetään varmuudella.

Suoritettaessa keksinnön mukaista menetelmää 25 kiertokulkuun johdettuun ammoniumnitraattiliuokseen lisätään ennen sen uudelleensaapumista absorptiovyöhykkeeseen typpihappoa, jonka määrä on luonnollisesti mitattu siten, että se vastaa stökiometrisesti ammoniakin määrää, jonka on määrä absorboitua absorptiovyöhykkeessä ja muuntua am-30 moniumnitraatiksi. Jotta edellä olevan yhtälön avulla määrätty vähimmäis-pH-arvo voidaan pitää, täytyy kiertokulkuun johdetun ammoniumnitraattiliuoksen olla sitä suurempi, mitä korkeampi on käytettävä pH-arvo ja mitä suurempi

on NH_-konsentraatio puhdistettavissa kaasuissa. Kierto-35 J

kulkuun johdettavan ammoniumnitraattiliuoksen vähimmäismäärä ilmenee absorboitavasta NH^-määrästä ja tämän mää- 92979 3 rän neutralisoimiseksi tarvittavasta typpihappomäärästä olettaen, että typpihappo on vesipitoisessa ammoniumnit-raattiliuoksessa täysin dissosioituneena seuraavasti: 1 000 ίή NH3

5 ""kiertokulku ,, x ) 17 03 · io"pH

U ΧΝΗ.ΝΟ-,' 4 3 Tässä yhtälössä m, . = absorptioliuoksen massavirta j^q kiertokulku r m NH3 = NH3-massavirta x = NH^N03:n konsentraatio. ammoniumnitraatti- liuoksessa kg/kg.

Tämä vähimmäismäärä pätee siihen tapaukseen, kun typpihappo johdetaan absorptiovyöhykkeeseen yhdessä ammo-niumnitraattiliuoksen kanssa. Luonnollisesti typpihappo voidaan jakaa useiksi virroiksi, lisätä myös eri korkeuksilla absorptiovyöhykettä, jolloin vähimmäismäärä vastaten lisättyjen typpihappovirtojen lukumäärää alenee. Jokaisessa tapauksessa pätee kuitenkin, ettei yhtälön 20 avulla esitettyä vähimmäis-pH-arvoa ylitetä.

Koska kiertokulusta sulutetut pesuliuokset käsitellään edelleen tarkoituksenmukaisesti lannoiteainetuotannon : puitteissa ja ne siten johdetaan tähän takaisin,esim.

nitrofosfaattiprosessissa neutralointivaiheeseen, tulisi 25 pesuliuoksen ammoniumnitraattikonsentraation olla tarkoituksenmukaisesti 40 - 60 paino-%. Siinä tapauksessa, että keksinnön mukaisella menetelmällä on määrä käsitellä poistokaasuja, jotka sisältävät myös pölyä, joka sisältää aineosia, jotka eivät liukene pesuliuokseen, liukenematto- ’ 30 mien aineosien pitoisuuden ei tulisi ylittää 30 paino-%, jotta tukkeutumien ja kasautumien aiheuttamilta häiriöiltä vältytään.

Laitteiston käyttöönottamiseksi riittää, että ab-sorbtiovyöhykkeessä on typpihappoa, jolla on edellä kuvat- . 35 .· tu konsentraatio, koska käytön aikana muodostuu ilman muuta 4 92979 airunoniumnitraattia. Absorptiovyöhykkeenä voidaan käyttää täyteainekolonnia.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä esiintyy ammo-niumnitraattiliuoksia tai ammoniumnitraatista ja muista 5 lannoiteainekomponenteista muodostuneita liuoksia määrä nä, joka vastaa absorboitua ammoniakkimäärää ja poispestyä lannoiteainepolymäärää. Nämä määrät täytyy poistaa systeemistä. Esiintyviä ammoniumnitraatti- ja mahdollisesti muita lannoiteainekomponentteja sisältävät pesuliuokset 10 voidaan edullisesti lisätä lannoiteainerakeistukseen syö tettyyn mäskiin ja yhdessä tämän kanssa käsitellä edelleen lannoiteaineiksi, niin että poistoilmasta erotetut haitta-aineet käytetään jälleen hyväksi.

Esimerkeissä esiintyvät prosenttimäärät tarkoitta-15 vat, mikäli toisin ei mainita, painoprosentteja.

Esimerkki 1

Kanavan 1 kautta täyteainekolonniin 2 johdetaan 3 poistokaasua, jossa NH^-pitoisuus on 1 g/Nm , ja pestään siellä vastavirrassa 50-%:isella ammoniumnitraattiliuok-20 sella 40°C:n lämpötilassa. Täyteainepanostuskorkeus on 4 m. Kolonnin läpimitta on mitoitettu niin, että kutakin 2 3 m kohti vapaata poikkipintaa voidaan 6 000 m /h poistokaasua viedä läpi.

: Kolonnin päässä kutakin kohti poistokaasua syö- 25 tetään 6 1 50-%:ista ammoniumnitraattiliuosta, jonka pH-arvo säädetään arvoon > 1,7 60“%sisen typpihapon avulla, joka kanavan 3 kautta johdetaan pesukiertoon. Kolonnin kanavan 4 kautta jättävän kaasuvirran 5 NH--pitoisuus on

3 J

< 50 mg/fin ja sen ammoniumnitraattiaerosolikuorma on 30 <10 mg/Nm^.

Absorptiokolonnin 2 seisotusaltaaseen valutettu neste kierrätetään kolonnin päähän ja sen jälkeen, kun se on uudestaan tehty happamaksi typpihapolla pH-arvoon > 1,7, käytetään pesunesteenä.

5 92979

Kanavan 5 kautta voidaan osa pesuliuoksesta, vastaten muodostunutta NH^NO^-määrää, valuttaa pois ja lisätä esimerkiksi rakeistukseen vietyyn mäskiin. Pestyn kaasuvirran ja ammoniumnitraattiliuoksen kanssa sys-5 teemistä sulutettua vettä voidaan täydentää kanavan 6 kautta.

Esimerkki 2

Kuten esimerkissä 1 on kuvattu kanavan 1 kautta johdettua poistokaasua pestään täyteainekolonnissa 2 10 50-%:isella ammoniumnitraattiliuoksella. Poistokaasu si- 3 3 sältää 150 mg/Nm ammoniakkia ja 250 mg/Nm lannoiteaine-pölyä. Vastaten poistokaasun vesihöyrypitoisuutta lämpötila kolonnissa on 78°C. Kolonnin läpimitta on mitoitettu 2 . 3 niin, että kutakin m kohti vapaata poikkipintaa 2 000 m /h 15 poistokaasua voidaan viedä läpi.

3

Kolonnin päässä kutakin m kohti poistokaasua syötetään 60 1 50-%: ista ammoniumnitraattiliuosta, jonka pH-arvo säädetään arvoon > 2,7 60“%:isen typpihapon avulla, joka kanavan 3 kautta johdetaan pesukiertoon. Kolonnin 20 kanavan 4 kautta jättävän kaasuvirran NH--pitoisuus on

3 J

< 50 mg/Nm ja sen kokonaispölypitoisuus, koostuen lan- noiteainepölystä ja ammoniumnitraattiaerosoleista, on <50 mg/Nm3.

Pesunestettä kierrätetään kuten esimerkissä 1 25 on kuvattu, pH-arvo säädetään arvoon > 2,7 ja se käytetään jälleen pesunesteenä.

Pesuliuoksen poistaminen ja hyödyksikäyttö sekä veden täydentäminen tapahtuvat kuten esimerkissä 1 on kuvattu.

30 Esimerkki 3

Kuten esimerkissä 2 on kuvattu kanavan 1 kautta johdettua poistokaasua pestään täyteainekolonnissa 2 50-%:isella ammoniumnitraattiliuoksella. Poistokaasu 3 sisältää 150 mg/Nm ammoniakkia. Vastaten poistokaasun 35 vesihöyrypitoisuutta on lämpötila kolonnissa 78°C. Ko- 2 lonnin läpimitta on mitoitettu niin, että kutakin m kohti 6 92979 . . . 3 vapaata poikkipintaa 6 000 m /h poistokaasua voidaan viedä läpi.

3

Kolonnin päässä kutakin m kohti poistokaasua syötetään 3 1 50-%:ista ammoniumnitraattiliuosta, jonka pH-5 arvo säädetään arvoon 1,0 60-%:isen typpihapon avulla, joka kanavan 3 kautta johdetaan pesukiertoon. Kolonnin kanavan 3 4 kautta jättävän kaasuvirran NH^-pitoisuus on < 50 mg/Nm ja kuitenkin sen ammoniumnitraattiaerosolipitoisuus on 125 mg/Nm^.

li

Claims

92979 7

1. Menetelmä ammoniakin ja mahdollisesti pölyn poistamiseksi poistokaasuista, joita esiintyy lannoite- 5 aineiden valmistuksen yhteydessä, käsittelemällä poisto- kaasuja absorptiovyöhykkeessä kiertoon johdetulla ammonium-nitraattiliuoksella, tunnettu siitä, että ammo-niumnitraattiliuoksen lämpötila /& on 20 - 100°C ja absorp-tiovyöhykkeen tulokohdassa sillä on pH-arvo, joka vastaa 10 vähintään yhtä seuraavasta kaavasta saatavaa arvoa Y , Λ NH, PH > -12!- + 0,16 In -- 117,5 -ftr 100 jossa Y tarkoittaa käsiteltävän kaasun ammoniakkikonsent-15 raatiota yksikössä mg/Nm .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ammoniumnitraattiliuos sisältää liukenemattomia kiintoaineita.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että ammoniumnitraattiliuoksen konsentraatio on 40 - 60 paino-%.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että absorptio suoritetaan täyteainekolonnissa.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiertoon johdetusta ammoniumnitraattiliuoksesta haarautetaan osavirta ja tämä johdetaan takaisin lannoiteainetuotantoon. 8 92979