NL8900005A - Werkwijze voor het zuiveren van ammoniak bevattende lucht en daarbij toe te passen inrichting. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het zuiveren van ammoniak bevattende lucht en daarbij toe te passen inrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het zuiveren van ammoniak bevattende lucht afkomstig uit een bio-industrieel procédé, door uit het luchtmengsel ammoniak te verwijderen. De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze. De terugdringing van de ammoniakemissie is in het kader van de problematiek aangaande zure-regen noodzakelijk. De totale ammoniak-emissie bedraagt in Nederland ongeveer 200.000 tonper jaar waarvan een groot deel wordt veroorzaakt door de bio-industrie. De schadelijke gevolgen van deze ammoniak-uitstoot zijn vooral op korte afstand van de bron merkbaar.

Er zijn geen methoden beschikbaar voor het goed en goedkoop verwijderen van ammoniak uit de afgevoerde lucht. Biologische luchtwassing en biofiltratie vergen hoge investerings- en exploitatiekosten. Daarom is thans gezocht naar een werkwijze voor het op goedkope en efficiënte wijze reinigen van ammoniak houdende lucht afkomstig uit een bio-industrieel procédé met terugwinning van ammoniak in een waardevolle vorm. Als voorbeeld voor een dergelijk bio-industrieel procédé is genomen een werkwijze voor het bereiden van compost. Het zal echter duidelijk zijn dat de thans ontwikkelde werkwijze en inrichting ook kan worden gebruikt voor het zuiveren van luchtstromen die ammoniak bevatten afkomstig uit andere bronnen zoals lucht afkomstig uit stallen gebruikt door de intensieve veehouderij. Tevens kunnen ammoniak houdende luchtstromen, die bij industriële processen vrijkomen, van ammoniak worden ontdaan.

Bij de bereiding van compost die wordt gebruikt door champig-nontelers wordt als uitgangsmateriaal gebruikt paardemest, kuikenmest, stro, gips, water en als toeslagstoffen kan men ureum, ammoniumsulfaat en koolzure kalk gebruiken. In dit uitgangsmateriaal begint zich een microflora te ontwikkelen die de koolhydraten afbreekt waarbij warmte vrijkomt. Door de afbraak van eiwitten ontstaat ammoniak en stijgt de temperatuur. Door de inwerking van ammoniak op het stro wordt dit zacht. De ammoniakconcentratie en de temperatuur mogen echter niet te hoog worden want dit is schadelijk voor de microflora. De afbraakprodukten van polysacchariden en eiwitten vormen het uitgangsmateriaal voor steeds nieuwe cellen die polysacchariden (de celwand) en eitwitten (de celinhoud) bevatten. Op deze wijze wordt de compost bereid voor champignontelers. De hoeveelheid ammoniak die vrijkomt bij dit procédé is het netto-resultaat van voortdurende afbraakprocessen (ammonificatie) en op-bouwprocessen (N-immobilisatie). Deze vrijgekomen ammoniak werd tot nu toe gespuid in een Luchtstroom van verhoogde temperatuur (40-70 °C), volledig verzadigd met waterdamp. De werkwijze voor het verminderen van deze ammoniak-uitstoot wordt volgens de uitvinding hierdoor gekenmerkt dat het bij de ammoniak-verwijdering door wassen met een zuur ontstane produkt wordt teruggevoerd als uitgangsmateriaal voor het bio-industrieel procédé van de compostbereiding. Meer algemeen wordt de werkwijze voor het zuiveren van ammoniak bevattende lucht afkomstig uit een bio-industrieel procédé uitgevoerd door uit het luchtmengsel ammoniak te verwijderen en hierdoor gekenmerkt dat het vocht en ammoniak bevattende luchtmengsel wordt gekoeld, in een of meer trappen gewassen met zuur en een geconcentreerde oplossing van ammoniumzout bereid.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de volgende beschrijving waarbij is verwezen naar de bijgevoegde tekening waarin: fig. 1 een schematische weergave is van de werkwijze voor het verwijderen van ammoniak uit lucht afkomstig uit de compostbereiding waarbij het gevormde ammoniumzout wordt teruggevoerd naar de uitgangsmaterialen, fig. 2 een schematisch overzicht is van een werkwijze volgens de uitvinding waarbij de ammoniak bevattende lucht wordt gekoeld en een geconcentreerde ammoniumzoutoplossing wordt bereid die aan het systeem wordt onttrokken.

In fig. 1 wordt de lucht afkomstig uit tunnel 10 in een eerste wasser 1 gewassen met zwavelzuur. Hierdoor ontstaat ammoniumsulfaat dat in een concentratie van 5-20% als grondstof kan worden teruggevoerd naar het toe te voeren materiaal aan tunnel 10. De in het luchtzuiverings-procédé ontstane ammoniumsulfaatoplossing vervangt geheel of gedeeltelijk andere stikstof houdende grondstoffen ten behoeve van de fermentatie zoals ureum, kuikenmest en extern aangevoerde ammoniumsulfaat. Bij voorkeur wordt deze luchtzuivering uitgevoerd als een wasprocédé in een tweetraps-kruisstroomwasser zoals aangegeven in fig. 1. Indien een verwijderings-rendement van 95% voldoende is kan worden volstaan met het wassen in één trap. Een wasser met twee trappen heeft, naast het voordeel van een hoger rendement 099%) ook het voordeel dat het uiteindelijke verbruik aan zwavelzuur over beide trappen minder is dan bij het gebruik van één wasser. Bij de toepassing van de tweetrapswasser wordt een Lager verbruik aan zwavelzuur bereikt wanneer de pH in de eerste trap, bij doorleiden van ammoniak houdende lucht, op ongeveer 6,5-7 wordt ingesteld terwijl in de tweede trap een pH-waarde wordt gehandhaafd van ongeveer 5 tijdens het doorleiden van de lucht. Uit de tweede wastrap 2 wordt gezuiverde lucht afgevoerd via leiding 12. Het zal duidelijk zijn dat indien de tweede trap niet aanwezig is gezuiverde lucht wordt afgevoerd uit de eerste wastrap 1 via leiding 11. Indien de tweede trap 2 wel aanwezig is dan wordt via leiding 11 nog verder te zuiveren lucht toegevoerd aan de tweede wastrap 2.

De wasvloeistof die wordt afgevoerd uit trap 1 via Leiding 13 komt in buffervat 3 en de overloop uit buffervat 3 wordt via leiding 14 toegevoerd aan het waterbassin 5. Bij het gebruik van een tweede wastrap kan water worden toegevoerd via leiding 15 aan buffervat 4 aan welk buffervat 4 ook het waswater uit de tweede trap via leiding 16 wordt toegevoerd.

De overloop uit buffervat 4 wordt dan via leiding 17 gecombineerd met de overloop 14 en toegevoerd aan waterbassin 5. Het waterbassin 5 is voorzien van een niveauregeling en aan dit waterbassin wordt via leiding 18 eventueel water toegevoerd. Het regelen van de pH in de wassers 1 en 2 heeft plaats vanuit het voorraadvat 6 met zwavelzuur, welk zwavelzuur wordt toegevoerd aan de buffervaten 3 en 4 via de leidingen 20 en 21 terwijl er een recirculatie van waswater plaatsheeft tussen de buffervaten 3 en 4 met de wassers 1 en 2 via de respectieve leidingen 22 en 23. Door middel van de stippellijnen 24 en 25 is aangegeven dat de sturing van de pH plaatsheeft in de buffervaten 3 en 4, waarbij volgens een voorkeur de pH in buffervat 3 wordt gehouden op 6,5 en in buffervat 4 wordt de pH gehouden op 5. Eventueel aanwezige aminen in de lucht worden ingevangen in de tweede wastrap en via waterbassin 5 samen met de waterige oplossing van ammoniumsulfaat via leiding 26 teruggevoerd naar de toevoer voor grondstoffen 27. Via leiding 28 wordt aan de gesloten tunnel met geforceerde luchtcirculatie verse lucht toegevoerd. De gefermenteerde compost wordt uit de tunnel 10 afgevoerd via leiding 29.

De lucht, die trap 1 verlaat, zal na enkele dagen na het opstarten van het proces een relatieve vochtigheid bezitten tussen 95 en 98%, terwijl de ingaande lucht 100% verzadigd is. De oorzaak hiervan is dat het gevormde ammoniumsulfaat hygroscopisch is. Hoe hoger het zoutgehalte des te lager de evenwichtsrelatieve vochtigheid van de zoutoplossing en des te meer water er uit de Lucht wordt afgevangen. Als gevolg van deze toevoer van gecondenseerd water én de zuurdosering zal buffervat 3 gaan over lopen via leiding 14.

Na enkele dagen ontstaat een evenwicht: de hoeveelheid condenserend water is in volume gelijk aan de hoeveelheid afgevoerd water.

In de praktijk gebeurt dit bij een ammoniumsulfaatconcentratie in het waswater tussen 5 en 20%, afhankelijk van de temperatuur en het NH^-gehalte van de aangevoerde lucht. Een waterdosering bij trap 1 is dan overbodig.

De met waterdamp onverzadigde tucht wordt via leiding 11 in trap 2 gevoerd en de resterende ammoniak en amines worden uitgewassen met een meer verdunde oplossing. Dit waswater heeft een hoge evenwichts-relatieve vochtigheid, ca. 98-99%. Zodoende zaL de lucht over trap 2 water opnemen zodat een waterdosering via leiding 15 hier wel nodig is. Er wordt gewerkt met een vast waterdebiet, zodanig dat de ammoniumsulfaatoplossing bij een lage concentratie (ca. 0,1-1%) via de overloop 17 wordt afgevoerd naar waterbassin 5.

De pH in de tweede trap bedraagt 5 om ook alle aminen te vangen. Bij een pH boven 5,0 is het rendement voor het uit de lucht verwijderen van aminen laag. De uiteindelijke pH van het mengsel van de overlopen van beide trappen ligt zodoende op ca. 6,5 terwijl toch een vrijwel volledige ammoniak en amineverwijdering 099%) wordt verkregen hetgeen met een ééntrapswasser bij pH 6,5 niet mogelijk is.

Beide trappen bezitten elk een apart watercircuit te weten 22 en 23. De afvoer van beide trappen komt samen in de aanvoer naar het waterbassin 5 met het door een eventuele druppelvanger (niet weergegeven in fig. 1) afgevangen water.

In fig. 2 is een alternatief weergegeven voor een werkwijze zoals beschreven in fig. 1, waarbij het niet alleen mogelijk is uit ammoniak ammoniumsulfaat te vormen dat kan worden teruggevoerd naar de grondstoffen voor de compostbereiding, maar waarbij tevens een sterk geconcentreerde zoutoplossing wordt bereid zoals ammoniumfosfaat, die door de hoge, te regelen concentratie aan ammoniumfosfaat wordt gezien als een waardevol pro-dukt. In de gegeven uitvoeringsvorm volgens fig. 2 is in de tweede wastrap de wassing uitgevoerd met zwavelzuur, doch het zal duidelijk zijn dat ook de tweede wastrap een ander zuur kan worden toegepast waarbij een produkt ontstaat dat niet wordt teruggevoerd maar de grondstoffen voor de compostbereiding. De verwijzingscijfers in fig. 2 zijn zoveel mogelijk gelijk gehouden aan de verwijzingscijfers van fig. 1, waarbij dezelfde onderdelen zijn aangegeven met dezelfde verwijzingscijfers. Daarom is het ook niet nodig het volledige schema te beschrijven omdat voor dat gedeelte in fig. 2 waarvoor de verwijzingscijfers in overeenstemming zijn met de verwijzings-cijfers in fig. 1 kan worden terugverwezen naar de eerder gegeven beschrijving in verband met fig. 1.

Het belangrijkste verschil tussen de werkwijze die is weergegeven in fig. 2 ten opzichte van fig. 1 is dat de lucht die wordt afgevoerd uit tunnel 10 volgens fig. 2 eerst wordt afgekoeld in koeler 7 van een temperatuur van 40-70 °C naar 30-35 °C met name van 50 °C naar 30 °C. Hierdoor wordt het watergehalte van de Lucht die wordt toegevoerd aan koeler 7 via leiding 33 met een faktor 2-5 verlaagd terwijl het condensaat dat uit koeler 7 wordt afgevoerd via leiding 34 naar een hieronder gelegen waterbassin 5 slechts een fraktie van de toegevoerde ammoniak (ongeveer 10%) meevoert, omdat de in de lucht aanwezige ammoniak zich bevindt in de gasfase. De koeler 7 is nog verbonden met een druppelvanger 9 waarvan het opgevangen water ook wordt afgevoerd naar waterbassin 5. Een verder verschil tussen het schema dat weergegeven is in fig. 2 ten opzichte van het schema dat is weergegeven in fig. 1 is dat de wassers 1 en 2 worden voorzien van verschillende toevoeren van zuur, respectievelijk vanuit voorraadvat 6a en 6/ waarbij via voorraadvat 6a aan de eerste wasser fosforzuur wordt toe-gevoerd/ waardoor uit de eerste wastrap, met name uit buffervat 3 via leiding 30 geconcentreerd ammoniumfosfaat wordt opgevangen in opvangvat 31.

Het is ook mogelijk in plaats van fosforzuur salpeterzuur, zwavelzuur of zoutzuur te gebruiken afhankelijk van het in 31 gewenste zout. De pH wordt zodanig geregeld in buffervat 3 dat bij het doorleiden van ammoniak de pH 6,5-7 is om het verbruik aan zuur te minimaliseren en aminen door te Laten naar de tweede wastrap. Omdat daar wordt gewerkt bij een pH van ongeveer 5 bij het door lei den van de ammoniak houdende lucht worden de eventueel aanwezige aminen ingevangen in trap 2.

De afvoer uit trap 2 via de overloop uit buffervat 4 die wordt afgevoerd via leiding 17 wordt gecombineerd met het condensaat uit de koeler afgevoerd via leiding 34 en door de aanwezige ammoniak in het condensaat in leiding 34 wordt de pH van ongeveer 5 verhoogd tot een pH van ongeveer 9 omdat het condensaat dat wordt afgevoerd via leiding 34 ongeveer 0,5 g/l ammoniak bevat. Door het meten van de geleidbaarheid in trap 1, hetgeen plaatsheeft met behulp van de geleidbaarheidsmeter 35 wordt de hoeveelheid koelwater geregeld in de leidingen 36 en 37 en de hoeveelheid toegevoerd water via leiding 18. Een en ander bepaalt het concentraat van het zout in opvangvat 31.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de volgende tabellen waaruit de stofbalans blijkt. In tabel A is de stof-balans weergegeven over trap 1 volgens schema 2. Indien koeler 7 niet aanwezig is en zodoende wordt gewerkt via schema 1 is de concentratie ammonium-sulfaat 12%. Wanneer de koeler 7 wel wordt gebruikt en men dus werkt via fig. 2 , is de concentratie ammoniumsulfaat 3Q%r ongeveer overeenkomend met 430 g/kg water. In tabel B is de stofbalans gegeven over trap 2.

TABEL A

Trap 1

Opmerkingen: *) ERV = evenwichtsrelatieve vochtigheid.

TABEL B

Trap 2

Ten aanzien van de toe te voeren grondstoffen via leiding 27 aan tunnel 10 is het nog van belang op te merken dat bij een totale hoeveelheid grondstoffen van 1.000 kg bestaande uit wisselende hoeveelheden paar-demest, kuikenmest, stro, gips, kalk, ammoniumsulfaat, ureum en water na compostering 600 kg compost ontstaat. Droge stof is verdwenen door de omzetting van polysacchariden in en H^O. Verder heeft er een gewichtsvermindering plaats omdat water is verdampt. De ammoniakontwikkeling is sterk afhankelijk van de receptuur en de procesomstandigheden maar kan variëren van 0,25 kg/ton tot 1,25 kg/ton respectievelijk zonder en met kuikenmestdosering.

De materiaalbalans over de koeler 7 is weergegeven in tabel C.

TABEL C

Koeler

Bij de compostbereiding is het mogelijk dat meerdere tunnels achtereenvolgens worden gevuld en geleegd. De ammoniak houdende lucht wordt gedurende ongeveer 5 dagen geproduceerd en in de beschreven inrichting gezuiverd. De fase waarbij ammoniak vrijkomt duurt ongeveer 4-6 dagen. Omdat een groot aantal tunnels te weten meer dan 20 is aangesloten op de inrichting volgens de uitvinding en de tunnels achtereenvolgens worden gevuld wordt continu ammoniak houdende lucht aan de installatie volgens de uitvinding toegevoerd en gezuiverde lucht afgevoerd.

Het zal duidelijk zijn dat de pricipes zoals weergegeven in fig. 1 en 2 ook toepasbaar zijn op andere bronnen voor ammoniak houdende Lucht zoals varkensstallen.

Claims (6)

1. Werkwijze voor het zuiveren van ammoniak bevattende Lucht afkomstig uit een bio-industrieel procédé door uit het luchtmengsel ammoniak te verwijderen, met het kenmerk, dat het bij de ammoniakverwijdering door wassen met zuur ontstane produkt wordt teruggevoerd als uitgangsmateriaal voor de compostbereiding.

2. Werkwijze voor het zuiveren van ammoniak bevattende lucht afkomstig uit een bio-industrieel procédé door uit het luchtmengsel ammoniak te verwijderen, met het kenmerk, dat de vocht en ammoniak bevattende lucht eventueel wordt gekoeld en vervolgens in een of meer trappen gewassen met zuur en een geconcentreerde oplossing van het ammoniumzout wordt bereid.

3. Werkwijze volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat het wassen gebeurt met zwavelzuur.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat een met waterdamp verzadigde en NH^ bevattende Lucht van 40-70 °C wordt gekoeld tot ongeveer 30-35 °C, het condensaat wordt opgevangen en samen met ammonium-sulfaatoplossing wordt teruggevoerd naar het uitgangsmateriaal voor de compostbereiding.

5. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting bestaat uit een waskolom waarin de lucht kan worden gewassen met zuur welke waskolom kan zijn gekoppeld aan een tweede waskolom, welke kolom is verbonden met een buffervat.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat voor de waskolom een koeler met warmtewisselaar is aangebracht en de eerste en tweede waskolom zijn voorzien van afzonderlijke toevoeren voor zuur en afzonderlijke afvoeren voor de ontstane zoutoplossing.