JPS63501549A - アンモニア処理法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 アンモニア処理法および装置 本発明はガスをアンモニアで処理する技術に関する。

本発明は、特に、約８ないし２０％のＣＯ２を含む燃焼煤煙あるいは２０ないし ５０％の００２を含むセメントエ堝煤煙又は石灰炉煤煙のような、比較的ＣＯ２ の少ない煤煙からの００２の回収に関する。

本発明は、高温で入手し得るガスの他の種類の処理にも適用し得、例えば、酸性 ガスの浄化、特に、不純物が大気に排出され、あるいはＰＳＡ（圧力揺動吸着： Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎコ）で引き続いて処理され る前に、ＳＯｘ、ＮＯｘ又はＨＣＩを含む煤煙の浄化にも連用し得る。

工業諸国において、ＣＯの生産は、ＣＯ２が！冨で（９７％）かつ極めて少量の 不純物を含んでいる産業又は自然源からほとんど発展し、従って比較的安価なＣ Ｏ２が得られた。

前述した他の応用分野のような、ＣＯ２回収のこの分野で、アンモニアはその特 性と適度なコストにより興味のある吸着剤であるが、これは設備からのガスの除 去に関して困難な問題を呈する。事実、除去されたガスは、比較的大量のアンモ ニアを含み、またこれは経済性及び環境汚染の回避の理由で回収されねばならな い。

本発明の目的は、特に経済的な方式でこの問題点を解決するための方法と装置を 提供することである。

それゆえ本発明は、本質的に水を含んでいる液体でスフラッパ処理することによ りガス状流出物がらアンモニアを排除すること、処理すべきガスに自流方式でス フラッパ液を蒸溜することによりスフラッパ液を再生すること、次いで再生され たスフラッパ液を再生すべきスフラッパ液と熱交換することにより、再生された スフラッパ液の少なくとも大部分を再循環することよりなることを特徴とする高 圧で入手し得るガスのアンモニア処理法を提供するものである。

こうして、これはエネ７レギによりそれ自体処理すべきガスであり、これはスフ ラッパ水の再生を達成し、また同時にガスを冷却しかつそれ自体のアンモニアに よる処理を容易にすることより成る。

もしアンモニアによる処理が、ＣＯ２の吸着の場合のように、少なくとも１つの 動力学的に遅い反応を呈するならば、本発明の第１実施例に従って、前記蒸溜部 の下流で、処理すべきガスは、アンモニア溶液が供給される吸着装置内を循環さ せられ、次いでアンモニアは、前記スフラッパ処理によってこの装置のガス流出 物から除去される。

この場合、吸着装置を離れる液体流出物は、圧力の降下によって脱着されるのが 都合良い。

他方、もし酸性煤煙の浄化の場合のように、問題の反応が十分に速ければ、本発 明の他の実施例に従って、前記蒸溜部の下流で、ガスは前記スフラッパ処理を直 接受け、従って、前記アンモニアによる処理はスフラッパ液の前記再生によって 構成される。この煤煙は必要ならば、脱炭酸のような少なくとも１つの動力学的 に遅い反応を呈する処理を受けても良い。

本発明は前述した方法を実施するための装置も提供するものである０本発明の装 置は、底部にアンモニア処理装置のガス状流出物が供給され、また頂部に本質的 に水から成る液体が供給されるスフラッパ塔と、頂部が第１の導管を介してスフ ラッパ塔の底部に連結され、また底部に処理すべきガスが供給される蒸溜装置と 、前記第１の導管と熱交換関係にあり、かつ蒸溜装置をスフラッパ塔の頂部に連 結する再循環導管とを備える。

本発明を実施する２つの方法が添付図面を参照して以下詳細に説明される。

第１図は、本発明によるＣｏ２回収装置を図式的に示す。

第２図は、本発明による煤煙浄化装置の図式図である。

第１図に示す装置は基本的に、吸着塔１、真空下で作動する脱着装置２、及びス フラッパユニット３を備える１図において、細い線は液体の流れを示し、また太 い線はガスの流れを示す。

吸着塔１には、その底部に、ブロワまたはファン６が設けられる導管５を通して 供給源４から来る煤煙が供給される。この煤煙は吸着塔１内を、はぼ周囲温度（ 例えば、１０〜３０℃のオーダー）で、またおよそ大気圧で、ＣＯ２を吸着する アンモニア溶液に関して向流状態で上昇する。

アンモニア溶液は、流れ調整弁９が設けられる導管８を介して、塔１の頂部に配 置される分配装置７に供給される。真空下で作動している脱着すなわち再生装置 ２は、主として２つの、膨張容器１０．１１を備える。

第１の容器１０は、膨張弁１３が設けられる導管１２を介して塔１の底部に連結 される。この容器の頂部から生産導管１４が導かれ、この導管には真空ポンプ１ ５が設けられ、またその下流に相分離器１６が設けられる。容器１０の底部は、 膨張弁１８が設けられる導管１７を介して容器１１に連結され、また容器１１の 頂部は真空ポンプ２０が設けられる専管１９を介して容器１０に連結される。

その結果、容器１０内には例えば２００　ｎｎＨｇの絶対圧力の第１のレベルの 降下が維持され、この圧力はほぼ大気圧で分離器１６にガスを分配するポンプ１ ５の入口圧力を構成し、また容器１１内には例えば１１００ｎｎＨの絶対圧力の 一層低い第２のレベルの降下が維持され、ポンプ２０はこの圧力でガスを引きか つこれを２００　ｉｉＨｇで分配する。

再循環ポンプ２１は、導管２２を介して容器１１の底部に連結される入口オリフ ィス、及び導管８に連結される分配オリフィスを備える。弁２４を備える回収分 岐導！２３は導管２２に連結され、また補充のアンモニア溶液を所定の容量供給 するための装Ｗ２５は導管８に連結される。

スフラッパユニット３は塔１の頂部でつくりだされるガス状の流出物用の排出導 管２７内に挿入されるスフラッパ塔２６、及び処理すべき煤煙を供給する導管５ 内に挿入されるスフラッパ水を再生するための塔２８を備える。

塔２６の底部は導管２９を介して塔２８の頂部に連結され、また塔２８の底部は 、導管３１を介して再循環ポンプ３０の入口に連結され、このポンプの出口は導 管３２を介して塔２６の頂部に連結されている。導管２９と３２は、熱交換器３ ３により熱交換関係に置かれ、また導管３２には、その下流側で、水または空気 を使用している補助の冷却器３４が設けられる。弁３６が設けられる回収分岐導 管３５は導管３１に連結され、また補充の水供給導管３７は導管３２に連結され る。

前述の装置は次のように作動する。

ＣＯ２の豊富なアンモニア溶液は、塔１を通過した後、導管１２を介してこの塔 の底部から引き出され、弁１３内で膨張されて容器１０に入る。この膨張はフラ ッシュを発生し、また残りの液は、第２の膨張を受けながら、またそれ故、弁１ ８内で新たなフラッシュを発生して、導管１７を介して容器１１に入る。

容器１１内に残っている液は、ポンプ２１によって導管２２と８を介して塔１に 再循環される。容器１１内で発生されるフラッシュガスは、ポンプ２０によりパ イプ１９を介して容器１０に戻され、そこで容器内の水とアンモニアの一部が凝 縮される。残りのガスと容器１０内で発生されるフラッシュガスは、ポンプ１５ により導管１４を介して共に排出され、このポンプによ、り作り出される圧縮は 、水とアンモニアが分離器１６内、で液体の形に分離するのを可能にし、またこ れが装置の製品を構成している９９％以上のＣＯ２を含んでいるガスであり、こ のガスは引き続く処理のため通常の要領で分離器を離れる。ポンプ２０の圧縮熱 は、脱着を改善するため容器１０内で回収され、また容器１０はポンプ用の冷却 器として作用することが認められよう、更に、一連の付加の投資コストを犠牲に して、逆の手順に更に手掛かりをつけるので、フラッシュの数が多ければ多いほ ど、再圧縮に必要とされるエネルギの量は小さくなることは理解されよう。

導管２２を通して流れている少量の液体は、不純物が初期の煤煙内に存在すると き、Ｓｏ　Ｎｏ　不純物ｘｌ　× によるアンモニアの反応生成物の溶液の濃縮を回避するように、必要ならば専管 ２３を介して除去し得る。

煤煙は塔１内で脱炭酸した後、溶液上のアンモニアの部分的な圧力により、例え ば０．うないし３％のアンモニアを含む、それ故、この流出物は浄化されねばな らず、またこのため、塔１の頂部からのガスは導管２７を通してスフラッパ塔２ ６に送られ、ここで実質的に全てのアンモニアは、塔１に供給されるアンモニア 溶液の流れの５ないし１０％のオーダーに似通った流れで、導管３２を通って塔 の頂部に供給される水によって吸着される。

それ故、塔２６を離れ、かつ２７Ａで大気に排出される脱炭酸されたガスは、ア ンモニア含有量として許容し得る基準に適合する。アンモニアで僅かに飽和され たスフラッパ水は、導管２９を介して塔２６を離れ、また交換器３３で加熱され た後、塔２８を通して下方に移動し、ここでスフラッパ水は導管５内をまた内腔 ２８内を上方に流れる煤煙によって確保される加熱による蒸溜によって再生され 、この煤煙は初めに高温であり、通常は１５０°Ｃ以上である。従って塔２８は 、塔１内の吸着を促進する供給源４の煤煙を冷却すること、および装置のガス状 流出物のスフラッパ水を再生することの両方に役立ち、スフラッパ水の再生は、 水によって吸着されるアンモニアを回収し、また同時に環境の汚染を防止する。

塔２８の底部に受け入れられる再生された水は、ポンプ３０によって導管３１と ３２を介して再循環され、交換器３３内で予冷され、また交換器３４内で周囲温 度の付近に冷却される。少量の水の流れは、必要ならば導管３５を介して再度排 除し得、ＳＯｘ、ＮＯｘ不純物の濃縮を回避して、付加の水は導管３７を介して 供給される。

数値的な例として、２５％のＣＯ２，７％の水、４％の酸素及び６４％の不活性 物質を含む１８０℃の煤煙で開始し、またリッター当り４モルのアンモニアの溶 液が供給される３つの理論的なレベルを有している塔１を使用して、５０％ない し９０％のオーダーのＣＯ３の抽出収量が得られ、消費された特定のエネルギー は、全て電気的な形（ブロワ６、循環ポンプ２１と３０、真空ポンプ１５と２０ ）であり、同一の供給源からのＣＯ２を回収する従来の方法よりも一層低いもの である。スフラッパ水の流れは、アンモニア溶液の流れの５ないし１０％のオー ダーである。これに関して、アンモニア溶液の流れに関して、（それ故処理すべ きガスの流れに関して）必要とされる少ない流れのスフラッパ水はいくつかの観 点から都合が良い。すなわち、一方でポンプ３０は小さな動力のものであり、ま た他方で煤煙により与えられる熱はスフラッパ水を有効に再生するのに十分であ り、また従って、導管２７を介して大気に極めて少量のアンモニアの排出を得る のに十分であることに注目されたい。

さらに、煤煙がｓｏ、Ｎｏ、不純物を含む頻繁な場合、これらの不純物はアンモ ニアと反応し、また２３と３６で都合良く副産物を生産するということも注目し 得る。事実、Ｓｏｘ、ＮＯｘによる反応は、Ｅｆｌとして用いられる副産物を構 成する。

第１図に示すように、本発明に幾つかの変形をなし得る。

浄化部２３は、ポンプ２１の高圧側である２３Ａで導管８に連結し得る。

同様に、浄化部３５は、塔２８内の３５Ａに、またはポンプ３０の下流側の３５ Ｂに連結し得る。

必要ならば、生産されるＣ　Ｏ２中の残りのアンモニアは、塔１からのガス状流 出物中のアンモニアと同様にして除去し得、ＣＯ□の液化のための引き続く圧縮 に基づき、不溶性の炭酸塩の形成を回避する。このなめ、第１図に一点鎖線で示 すように、製品導管１４は第２のスフラッパ塔２６Ａの底部と連通するようにな され、この塔はその頂部に、熱交換器３４の下流側の導管３２に連結される導管 ３２Ａを介して供給される。

浄化したＣｏ２は、導管１４Ａを介して塔２６Ａの頂部を離れ、またこの塔の底 部の液体は、導管２９Ａを介して熱交換器３３の上流側の導管２９に戻る。

アンモニア溶液の付加の供給は、Ｓｏ　Ｎｏ　のよｘ、ｘ うな酸性不純物が塔１に入らないことを確実にするように、３８で導管２９に導 入し得る。

第２図は、アンモニアのみによる処理が、運動力学的に速い反応を含む場合に対 応している同様な装置の線図を示す、この処理は塔２８内で生じ、これはそれ故 、脱着装置２人に対応する。このため、導管５は塔２８の頂部を塔２６の底部に 直接連結し、またそれ故、アンモニアによる処理のガス状流出物を移送する導管 ２７に対応する。

さらに、付加のアンモニア溶液は、３８で熱交換器３３の下流側の導管２９に供 給されて、塔２８における処理を制御する。このため、一定の付加の水の流れと して、導管２９中を流れる水内のアンモニア金兄の分析器によって調整されるア ンモニアの流れが加えられる０図示された実施例において、塔２８の上部に３５ Ａで回収が生じる。

第２図に示す装置は次のように作動する。

供給源４から高温でやってくる処理すべき煤煙は、ファン６によって僅かに圧縮 され、また導管５を介して蒸溜塔２８の底部に送られる。煤煙は熱により再生し 、これはスフラッパ塔から専かれる導管２９を介して塔２８の頂部に供給される アンモニアで飽和した水を含む６再生した溶液は導管３１を介して塔２８の底部 を離れ、かつポンプ３０によって導管３２および熱交換器３３と３４を介して塔 ２６に再循環される。塔２８を支配している温度は、周囲温度よりも僅かに高く 、例えば、３０ないし５０°Ｃのオーダーである。

さて、煤煙の不純物＜ｓｏ、とＮ０ｘ）は、塔２８の上方部中で希釈されるアン モニア溶液と反応する。

液体流の一部分は、煤煙の吸着された不純物を除去するよう導管３ジ、３５Ａま たは３５Ｂを介して塔２８から引き出される。

ＳＯとＮＯｘが浄化されるが、アンモニア蒸気で飽和される煤煙は塔２８を離れ 、また塔２６の底部に供給される。この煤煙は、０．５ないし３％のアンモニア を含み、これはほとんど純粋な水によって形成される冷たい再生される溶液によ って塔２６内で吸着され、純粋な水はこの塔の頂部に供給され、かつ周囲温度（ 例えば１０ないし４０℃）の付近の温度で自流方式で煤煙と接触される。

アンモニアで浄化した煤煙は、大気中に排出するかまたは次の処理のため導管２ ７Ａを介して塔２６の頂Ｏ及びＮＨ３の存在が性能を大中に低減するｐ、ｓ。

Ａ、システムによって引き続いて脱炭酸される。

アンモニアで飽和されたスフラッパ溶液は、導管２９を介して塔２６を離れ、熱 交換器３３内で加熱された後、塔２８の頂部に供給され、この塔を通してスフラ ッパ溶液は処理すべき煤煙に関して自流で下方に進行する。

数値的な例としして、１５０１）ＤＩ（容積）のＳＯｘと１５０００ＩＩ１１（ 容積）のＮＯｘを含有する２５％のＣＯ２，７％の水、４％の酸素及び６４％の 不活性物質により構成される１８０℃の煤煙から開始し、また蒸溜塔２８内でリ ッター当り０．２ないし０．５モルのアンモニア溶液により、第２図に示す装置 によるガスノ処理後、１００１］ｐ１１以下のＮＨ３と１０ｐｐｍ以下のＳＯｘ とＮＯｘを含有する煤煙が得られた。

本発明は、ガス状混合物が大気圧付近の圧力でも高い圧力でもいずれにせよ、窩 温で入手し得る種々のガス状混合物のアンモニアによる処理に適用し得る。

フ７Δ 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ｆＮＴＥＲＮＡτｒＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．高圧で入手し得るガスのアンモニア処理法において、本質的に水を含んでい る液体でスクラッバ処理することによりガス状流出物からアンモニアを排除する こと、処理すべきガスに向流方式でスクラッバ液を蒸溜することによりスクラッ バ液を再生すること、次いで再生されたスクラッバ液を再生すべきスクラッバ液 と熱交換することにより、再生されたスクラッバ液の少なくとも大部分を再循環 することより成ることを特徴とするガスのアンモニア処理法。
2. ２．蒸溜装置（２８）の中間区域（３５Ａ）から液体を回収することより成るこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記スクラッバ液に付加のアンモニア溶液（３８）を加えることにより、再 生すべきスクラッバ液のアンモニア含量を調整することより成ることを特徴とす る請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。
4. ４．アンモニア溶液が供給される吸着装置（１）内で処理すべきガスを前記蒸溜 装置の下流で循環すること、次いで前記スクラッバ処理によって前記吸着装置の ガス状流出物からアンモニアを排除することより成ることを特徴とする請求の範 囲第１項ないし第３項の任意の１項に記載の方法。
5. ５．圧力降下によって吸着装置（１）を離れる液体流出物を脱着することより成 ることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。
6. ６．圧力降下が少なくとも２つの引き続く段（１０，１１）を備え、各段より出 てくる噴出ガスが望ましくは前の段に戻されることを特徴とする請求の範囲第５ 項に記載の方法。
7. ７．少なくとも脱着された液体の大部分を吸着装置（１）に再循環することより 成ることを特徴とする請求の範囲第４項ないし第６項の任意の１項に記載の方法 。
8. ８．吸着装置から出てくる液体流出物を脱着した後、アンモニアが吸着装置のガ ス状流出物から除去されるのと同じ要領で、脱着したガスからアンモニアを除去 することより成ることを特徴とする請求の範囲第４項ないし第７項の任意の１項 に記載の方法。
9. ９．前記アンモニア処理がスクラッバ液の前記再生によって構成されるように、 前記蒸溜の下流部でガスに直接前記スクラッバ処理を受けさせることより成るこ とを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項の任意の１項に記載の方法。
10. １０．高温で入手し得るガスのアンモニア処理装置において、底部にアンモニア 処理装置（１）のガス状流出物が供給され、また頂部に本質的に水から成る液体 が供給されるスクラッバ塔（２６）と、頂部が第１の導管（２９）を介してスク ラッバ塔の底部に連結され、また底部に処理すべきガスが供給される蒸溜装置（ ２８）と、前記第１の導管（２９）と熱交換関係にあり、かつ蒸溜装置（２８） をスクラッバ塔（２６）の頂部に連結する再循環導管（３２）とを備えることを 特徴とするアンモニア処理装置。
11. １１．再循環導管（３２）を通して移送される液体の捕足の冷却を達成するため の手段（３４）を備えることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。
12. １２．アンモニア処理装置が前記蒸溜装置とは別個で、かつその頂部からガスが 供給される吸着装置（１）であることを特徴とする請求の範囲第１０項または第 １１項に記載の装置。
13. １３．真空下で作動し、かつ膨張弁（１３）を介して吸着装置（１）の液体出口 に連結される入口と、真空ポンプ（１５）の入口に連語される出口とを含んでい る脱着容器（１０）を備えることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置 。
14. １４．高真空下で作動し、かつ脱着容器（１０）の液体出口に連結される入口と 、真空ポンプ（２０）を介して脱着容器に連結される出口とを含んでいる少なく とも１つの第２の脱着容器（１１）を備えることを特徴とする請求の範囲第１３ 項に記載の装置。
15. １５．第２の脱着容器（１１）の液体出口が再循環ポンプ（２１）の設けられる 導管（２２，８）を介して吸着装置（１）に連結されることを特徴とする請求の 範囲第１３項または第１４項に記載の装置。
16. １６．脱着ガスを発生する脱着装置（２）、及び初めに述べたスクラッバ塔（２ ６）と同じ要領で作動するが、底部に前記脱着ガスが供給される第２のスクラッ バ塔（２６Ａ）を備えることを特徴とする請求の範囲第１２項ないし第１５項の 任意の１項に記載の装置。
17. １７．前記アンモニア処理装置が前記蒸溜装置（２８）を備えることを特徴とす る請求の範囲第１０項または第１１項に記載の装置。