JP2010126370A - アンモニア蒸留塔の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンモニア蒸留塔内部に設置されているトレイ、バブルキャップ等に付着したタールピッチ等を短期間で効率的に、かつ安価に除去することが可能なアンモニア蒸留塔の洗浄方法を提案する。
【解決手段】コークス炉から発生するガスの冷却に用いた安水中に含まれるアンモニアを除去するアンモニア蒸留塔内部に洗浄液を循環させて付着物を除去する洗浄方法において、上記洗浄液として、コールタールを蒸留することによって得られる吸収油あるいは上記吸収油と安水との混合液を用いる。
【選択図】図８

Description

本発明は、コークス炉から発生するガスの冷却に用いた安水中に含まれるアンモニアを除去するアンモニア蒸留塔の洗浄方法に関するものである。

コークス炉で石炭を乾留してコークスを製造する際に発生するコークス炉ガス（ＣＯＧ）は、約８００℃と高温であるため、冷却水を噴霧して直接冷却し、ガス温度を下げる操作が行われる。ＣＯＧの中には、アンモニアやタール、フェノール等が多量に含まれており、そのため、循環して使用される冷却中には、アンモニア等の成分が多量に溶解している（以下、この冷却水を「安水」という。）。安水は、循環して使用されるので、アンモニア濃度は増加していくが、安水中のアンモニア濃度が高くなると、噴霧装置等が腐食してコークス炉の操業に支障をきたすことになる。

そこで、図１に示すように、ＣＯＧ中のアンモニアを多量に吸収した安水の一部を抜き出してアンモニア蒸留塔へ送り、蒸留塔の塔頂から供給して、塔底から吹き込んだ水蒸気と向流接触させて、アンモニアを蒸留除去することが行われている。発生したアンモニア蒸気は、アンモニア蒸留塔塔頂の排出口から排出し、その後、アンモニア燃焼炉で燃焼処理される。一方、アンモニアが除去され、塔底に溜まった脱安水は、循環ポンプによって再び塔頂部から塔内に供給され、循環するが、その一部は分流し、活性汚泥処理してから系外に放流するのが一般的である。

図２は、アンモニア蒸留塔の内部構造を模式的に示したものである。アンモニア蒸留塔の内部には、所定の間隔を開けて複数段のトレイが棚段構造に配置されている。図２中、２は安水供給口、３は安水排出口、４は水蒸気供給口、５は循環液供給口、６はアンモニア蒸気排出口であり、また、実線の矢印は液の流れを、破線の矢印はガスの流れを示している。供給された安水は、供給口２から最上段のトレイ７に入り、上昇してきた水蒸気と気液接触した後、オーバーフローし、ダウンカマー８を経て、次のトレイ７へ入る。そして、供給された安水は、順次、各段のトレイを通って流下する間にアンモニアが除去される。

また、上記トレイ７の構造について、図３に平面図を、図４に部分拡大断面図を示した。トレイ本体９には多数の孔１０が設けられており、この孔１０にはノズル１１が取り付けられている。さらに、ノズル１１には、側面下部に開口１３を有するバブルキャップ１２が被せられている。１４はトレイの堰である。トレイ上には一定のレベルで安水１５が溜まっているので、下方からきた水蒸気はノズル１１を通過してキャップ１２内に入り、その側部の開口１３から安水１５の中へ噴出し、アンモニアを除去する。

ところで、安水中には、アンモニアの他に、タール分や無機物質などを含むスラッジが混入している。そのため、安水中のアンモニアを除去する操業を長期間継続していると、上記タール分に由来するピッチ類やスラッジがトレイ７や塔底に堆積して付着し、その量は次第に増加する。このような付着物が増加すると、トレイ７の通気経路が詰まって、塔内を通過するガスの圧力損失が大きくなり、操業を続けることができなくなる。そこで、このような状態になると、操業を停止して、アンモニア蒸留塔内の洗浄を行わなければならない。

アンモニア蒸留塔の洗浄方法としては、開放洗浄法やベンゾール洗浄法などが知られている。開放洗浄法は、操業を停止して塔を開放した後、水蒸気やジェット水流を噴射して付着しているピッチ類やスラッジを剥がして取り除く方法である。しかし、この方法は、人力によって行うので、作業費が高くなる上に、長期間の日数が必要である。また、ベンゾール洗浄法は、ベンゾールを塔内に張り込み、これを洗浄液として塔内を循環させ、ピッチ類やスラッジを溶解させて除去する方法である。しかし、この方法は、溶解できる成分が限られているので、洗浄力が十分ではない。

上記問題点を解決する技術として、特許文献１には、安水に消泡剤を添加することによってタールピッチ等の付着を抑制する技術が開示されている。しかし、この技術は、長期間操業しているうちにタールやピッチ等の付着が進み、蒸留塔内の圧力損失の上昇を招く。また、特許文献２には、アンモニアストリッパーの上部から、安水とコールタールの混合物を洗浄液として供給して、タールピッチやスラッジを洗い流す技術が開示されている。しかし、この技術をもってしても、洗浄液にコールタールを含んでいるため、洗浄後にトレイ等に残留したタールが重質化し、洗浄効果が長続きしないという問題点がある。
特関２００６−２３３１５９号公報 特開平０８−１９８６１９号公報

そこで、本発明の目的は、アンモニア蒸留塔内部に設置されているトレイ、バブルキャップ等に付着したタールピッチ等を短期間で効率的に、かつ安価に除去することが可能なアンモニア蒸留塔の洗浄方法を提案することにある。

発明者らは、上記課題を解決する方法について鋭意検討を重ねた。その結果、アンモニア蒸留塔内部の洗浄に用いる洗浄液として、アンモニア蒸留塔内部に滞留している安水と、コークス炉ガス中のベンゼンやキシレン、トルエン、ナフタリン等を吸収して回収するのに用いられている吸収油との混合液を用い、これを蒸留塔内で循環させることにより、蒸留塔内のトレイ、バブルキャップ等に付着したタールやピッチ等を短時間で効率的にしかも安価に除去することができることを見出し、本発明を開発した。

すなわち、本発明は、コークス炉から発生するガスの冷却に用いた安水中に含まれるアンモニアを除去するアンモニア蒸留塔内部に洗浄液を循環させて付着物を除去する洗浄方法において、上記洗浄液として吸収油または吸収油と安水の混合液を用いることを特徴とするアンモニア蒸留塔の洗浄方法を提案する。

また、本発明の洗浄方法における上記吸収油は、コークス炉ガスを冷却した際に得られるコールタールを蒸留したものであることを特徴とする。

また、本発明の洗浄方法における上記吸収油は、コークス炉ガスを冷却した際に得られるコールタールを蒸留したナフタリン油から、ナフタリン蒸留によりナフタリンを１ｍａｓｓ％以下に低減した残渣であることを特徴とする。

また、本発明の洗浄方法における上記吸収油は、アンモニア蒸留塔内部の洗浄に使用した洗浄液を分離して得たコールタールを蒸留したものであることを特徴とする。

また、本発明の洗浄方法においては、上記洗浄液を４０〜６０℃の温度に保持することを特徴とする。

本発明によれば、アンモニア蒸留塔内部のトレイやバブルキャップ等に付着したタールやピッチ等を、蒸留塔やトレイを解体したり、トレイやバブルキャップを取替えたりすることなく、しかも、安価な洗浄液を用いて、短期間でほぼ完全に除去することができる。したがって、本発明の洗浄方法は、アンモニア蒸留塔の機能回復に極めて有効な手段となる。

本発明に係るアンモニア蒸留塔の洗浄方法は、コークス炉から発生するコークス炉ガス（ＣＯＧ）の冷却に用いた冷却水（安水）中に含まれるアンモニアを除去するアンモニア蒸留塔内部に洗浄液を循環させて、トレイやバブルキャップ等に付着したタールやピッチ等の付着物を除去する洗浄方法において、上記洗浄液として、吸収油あるいは吸収油と安水の混合液を用いることを特徴とするものである。

洗浄液に用いる吸収油は、コールタールを蒸留することによって得られるものであればよく、ナフタリン油からナフタリン蒸留によってナフタリンの濃度を１ｍａｓｓ％以下としたものが好適である。ナフタリンは、昇華しやすく、蒸留塔内に付着することがあるため、低濃度であることが好ましい。２−メチルナフタリンと１−メチルナフタリンを合計で４０ｍａｓｓ％以上含有するものであるのが好ましい。この吸収油は、コークス製造工場において、コークス炉ガス中のベンゼンやキシレン、トルエン、ナフタリン等を吸収するために定常的に用いているものであり、それをそのまま流用することができる。

また、本発明出で洗浄液に用いる吸収油には、安水が含まれていてもよいので、洗浄を行うためにアンモニア蒸留塔の操業を停止した際、塔内部のトレイに滞留している安水を除去することなく、そのまま用いることができる。したがって、本発明で用いる洗浄液は、入手が容易でかつ安価で、洗浄操作も簡便かつ容易である。

また、本発明でアンモニア蒸留塔内部の洗浄に用いる洗浄液は、洗浄したい蒸留塔の容量に応じて適宜、吸収油を投入すればよい。吸収油と安水の比率は、特に規定するものではないが、安水が多すぎると洗浄効果が低下するため、吸収油の１体積に対して、安水は０〜２体積の範囲であることが好ましい。

また、アンモニア蒸留塔内部を洗浄するには、上記洗浄液を蒸留塔内部で循環させることが必要であるが、その際の洗浄液の温度は４０〜６０℃に保持することが好ましい。洗浄液の温度が４０℃未満では洗浄効果が小さく、一方、６０℃を超えると、洗浄に有効な成分が蒸発し、洗浄効果が低下するからである。上記洗浄液の加温は、アンモニア蒸留塔底部から水蒸気を吹き込むことによって行うことが好ましい。

なお、本発明で用いる吸収油は、上述したように、コールタールを蒸留して得られるものが好適であるが、アンモニア蒸留塔内部の洗浄に用いた洗浄液を、系外に設置されたタールデカンターあるいは分離機でコールタールと安水とに分離し、得られたコールタールを蒸留して得られるものであってもよい。

図５に示したように、ドラム缶の内部に、トレイとその上にタールピッチ等が付着したバブルキャップを配置し、ドラム缶の底部に洗浄液を張り込み、小型ポンプを使って底部から洗浄液をポンプアップし、ドラム缶の上部からバブルキャップに洗浄液を散布することができる試験装置を製作し、この試験装置を用いて、安水１００ｖｏｌ％、吸収油１００ｖｏｌ％および吸収油５０ｖｏｌ％：安水５０ｖｏｌ％の混合液の３種類の洗浄液を用いて２２ｈｒの洗浄試験を行った。なお、ドラム缶底部に溜まった洗浄液は、循環して使用し、洗浄液の温度は、水蒸気を吹き込むことにより５０℃に保持した。

上記洗浄試験の結果を表１に示した。なお、洗浄液の洗浄効果は、洗浄試験前後のバブルキャップの質量差から付着物除去による質量減少率を算出し、この質量減少率が大きいほど洗浄効果が大きいと評価した。表１の結果から、吸収油１００ｖｏｌ％および吸収油５０ｖｏｌ％：安水５０ｖｏｌ％の混合洗浄液を用いて洗浄を行った場合には、安水１００ｖｏｌ％のみで洗浄を行った場合の約２倍の減少率が得られ、バブルキャップの付着物をほぼ完全に除去することができた。図６は、吸収油５０ｖｏｌ％：安水５０ｖｏｌ％の混合液を洗浄液に用いた洗浄後のバブルキャップの外観写真であり、図５と比較することにより、洗浄効果が優れていることを見て取れる。

図７に示した、アンモニア処理能力が９０ｍ^３／日の実機アンモニア蒸留塔に、本発明の方法を適用して洗浄実験を行った。
洗浄液は、アンモニア蒸留塔の操業を停止した際、塔内のトレイ上に残留していた安水約２０ｍ^３に対して、それと同量の吸収油２０ｍ^３を塔底部に張り込んで混合した、吸収油５０ｖｏｌ％：安水５０ｖｏｌ％の混合液を用いた。また、アンモニア蒸留塔内の洗浄は、図７に示した脱安水ポンプを用いて、蒸留塔底部の洗浄液をポンプアップして塔頂部から供給し、棚段構造のトレイを順次流下させ、塔底部に溜まった洗浄液は、再び蒸留塔の塔頂から内部に供給して循環させることで行った。この際、洗浄液の温度は、塔底部より水蒸気を吹き込み、５０℃に保持した。なお、洗浄時間は２２時間とし、洗浄完了後、洗浄に使用した洗浄液（安水と吸収油の混合液）は、タールデカンターに回収した。

上記洗浄の効果を、洗浄効果の指標として、安水流量１ｍ^３／ｈｒ当たりの蒸留塔塔底圧力（ｍｍＨ_２Ｏ）を用い、洗浄を実施した日の前後における上記値の変化を調べた。その結果を図８に示したが、洗浄の効果が大きいことがわかる。

本発明の技術は、アンモニア蒸留塔の洗浄の他、タールが付着する装置、例えば、硫安製造設備における母液予熱器等の洗浄にも適用することができる。

アンモニア蒸留塔の設備フローを説明する図である。 アンモニア蒸留塔の内部構造を模式的に示した図である。 トレイの構造を説明する平面図である。 トレイの構造を説明する部分拡大断面図である。 ドラム缶内へのトレイ、バブルキャップの設置状況を説明する写真である。 洗浄後のバブルキャップの外観写真である。 実機洗浄試験に用いたアンモニア蒸留塔の設備フローを説明する図である。 実機アンモニア蒸留塔の洗浄前後の安水装入量と塔底圧力の変化を示すグラフである。

符号の説明

１：アンモニア蒸留塔
２：安水供給口
３：安水排出口
４：水蒸気供給口
５：循環液供給口
６：トレイ
７：ダウンカマー
８：トレイ本体
９：孔
１０：ノズル
１１：バブルキャップ
１２：開口
１３：トレイの堰
１４：安水

Claims (5)

1. コークス炉から発生するガスの冷却に用いた安水中に含まれるアンモニアを除去するアンモニア蒸留塔内部に洗浄液を循環させて付着物を除去する洗浄方法において、上記洗浄液として、吸収油または吸収油と安水の混合液を用いることを特徴とするアンモニア蒸留塔の洗浄方法。
2. 上記吸収油は、コークス炉ガスを冷却した際に得られるコールタールを蒸留したものであることを特徴とする請求項１に記載の洗浄方法。
3. 上記吸収油は、コークス炉ガスを冷却した際に得られるコールタールを蒸留したナフタリン油から、ナフタリン蒸留によりナフタリンを１ｍａｓｓ％以下に低減した残渣であることを特徴とする請求項１に記載の洗浄方法。
4. 上記吸収油は、アンモニア蒸留塔内部の洗浄に使用した洗浄液を分離して得たコールタールを蒸留したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の洗浄方法。
5. 上記洗浄液を４０〜６０℃の温度に保持することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の洗浄方法。

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