NO153488B

NO153488B - Fremgangsmaate ved rensing av urea- inneholdende avfallsvann

Info

Publication number: NO153488B
Application number: NO801366A
Authority: NO
Inventors: Josephus Johannes Petr Goorden
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1979-05-09
Filing date: 1980-05-08
Publication date: 1985-12-23
Also published as: CS221908B2; NO153488C; HU180579B; ES491280A0; US4308385A; MX6297E; IN152912B; BR8002794A; ATE4496T1; EP0019326A1; DD150601A5; ZA802477B; YU284782A; RO81470A; RO81470B; PL123687B1; EG14770A; NL7903623A; ES8107126A1; PL224050A1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved rensning av ureainneholdende avfallsvann ved at dette behandles ved forhøyet temperatur og trykk slik at en ureahydrolyse finner sted og desorberer ammoniakk og karbondioksyd som dannes derved.

En liknende fremgangsmåte er kjent fra Proceedings, The Fer-tilizer Institute, Environmental Symposium, 13-16 Januar, 1976, s. 91 et seq.

Ved fremstilling og behandling av urea oppstår det et problem ved at det erholdes ureainneholdende avfallsvann og dette kan ikke uten videre utføres til en resipient.

Biologisk avfallsrensning kan være en potensiell løsning av dette problem, men er beheftet med den ulempe at minst to-trinns rensning alltid er nødvendig, d.v.s. aerob-' og anaerob rensning,og ytterligere resirkulering av NH^ og/eller urea er utelukket ved en slik fremgangsmåte.

Av økonomiske hensyn vil man tilsikte å fjerne NH^ og/eller urea fra avfallsvannet. For dette formål er forskjellige fremgangsmåter foreslått, som generelt ender opp med desorp-sjon av tilstedeværende MH^ og C0? fra ureainneholdende avfallsvann og etter hydrolyse av urea i avfallsvannet, etterfulgt av en fullstendig eller partial desorpsjon av således dannet NH3 og C02.

En fremgangsmåte av denne art er beheftet med den ulempe at én separat installasjon omfattende et antall destillasjons-og hydrolysekolonner er nødvendig for å behandle det urea-inneholdende avfallsvann.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for rensing av ureainneholdende avfallsvann som eliminerer disse ulemper.

Oppfinnelsen er særpreget ved at rensningen utføres i kom-binasjon med separasjon av i det vesentlige rent NH^ og i det vesentlige rent CC>2 fra en blanding av disse, eventuelt sammen med vann, i en NH^ separas jonssone, en CC>2 separa-' sjonssone og en desorpsljonssone. Det ureainneholdende avfallsvann innføres til en av disse soner.

Oppfinnelsen,samt foretrukne utførelser derav, fremgår av kravene. Por en tilstrekkelig rensning av det ureainneholdende avfallsvann er det ønskelig at desorpsjonssonen arbeider ved et trykk i området 5-50 bar, mere spesielt i området 20-40 bar.

i

Ved lavere trykk i desorpsjonssonen er det ikke mulig å anvende en normal kolonne', for desorpsjon og det må i stedet anvendes modifiserte kolonner med en lengre væskeoppholds-

tid enn for en normal destillasjonskolonne. Det er mulig

i

å anvende trykk høyere enn 50 bar, men dette gir ingen ytterligere fordeler,og mer korrosjonsresistente og derfor mer kost-

bare materialer er nødvendig.

Trykk i området 2 0 - 40'bar anvendes fortrinnsvis da prosessen forløper optimalt ved disse trykk og det kan anvend-

es normale kolonner.

I

i

Foreliggende fremgangsmåte er basert på den overraskende oppdagelse at under betingelser med hensyn til temperatur, væskeoppholdstid, gass-<v>æskeforhold og antall bunner ved separering av i det vesentlige rent NH^ °3 i det vesentlige rent CC>2 og mer spesielt i én desorps jonssone, så oppnås det fullstendig eller i det vesentlige fullstendig hydrolyse av urea og desorpsjon av derved dannet NH^ og CO^ i slik at væsken som utføres fra separasjonsprosessen inneholder intet eller i det vesentlige intet urea og NH^.

Da NH^/CC^ systemet danner en azeotrop er det nødvendig

med spesielle forholdsregler for å separere NH3, C02 og Ho0 systemet til dets erikelte bestanddeler (for nærmere

omtale av systemet så henvises det til P.J.C. Kaasenbrood, Chemical Reaction Engineering Proceedings of the fdurth European Symposium, Sept. 9-11, 1968, Pérgamon Press (1971),

s. 317-328).

i

Hovedprosessene for separering av i det vesentlige rent NH^ og i det vesentlige rent CO^ fra blandinger som også kan inneholde vann er vist i den.offentlig tilgjengelige holland-ske patentsøknad 6706135 og US-patent nr. 4.163.648, samt tysk patentsøknad nr. 2.6 46.804.

I henhold til fremgangsmåten ifølge hollandsk patentsøknad nr. 6706135 separeres NH^ i en første sone fra en vandig oppløsning av NH^ og C02, inneholdende et overskudd av NH^, ved atmosfæretrykk. Det forblir her en vandig oppløsning av NH^ og C02 med en såkalt "grenselinje" sammensetning. Uten ytterligere forhåndsregler er det ikke mulig å separere rent NH^ eller rent C02 fra denne oppløsning. I henhold til fremgangsmåten ifølge denne patentsøknad så heves trykket over oppløsningen til en verdi mellom 5 og 20 bar, hvor-etter det er mulig å separere C02.

Fremgangsmåten i henhold til hollandsk patentsøknad nr. 7612163.er basert på prinsippet at tilførselen til C02 separas jonssonen fortynnes og hvor denne tilførsel opprinne-lig kommer fra NH^ separasjonssonen og har en såkalt "grenselinje" sammensetning, sammen med en viss vannmengde. På denne måte kan grenselinjen iNH^/ C0,> og vannsystemet overskrides og en vesentlig andel av C02 kan fjernes uten å gjøre det nødvendig å arbeide ved forskjellige trykk.

Temperaturen som holdes i de forskjellige soner er avhengig av trykkene, sammensetningen av tilførselen og kravene som stilles til produktene som skal separeres. Hvis rektifi-seringskolonner anvendes i separasjonssonene vil temperaturene generelt ligge mellom grensene vist i den etterfølg-ende tabell.

Temperaturene i desorpsjonssonene styres av de anvendte trykk. Generelt ligger disse temperaturer over kokepunktet for væskéfasen.

Det ureainneholdende avfallsvann kan eksempelvis stamme fra en ureafabrikk, en melaminfabrikk eller annet anlegg hvori urea anvendes som tilførsel eller dannes som biprodukt og/eller mellomprodukt. Mere spesielt vedrører oppfinnelsen behandling av ureainneholdende prosesskondensat som erholdes i en ureafabrikk.

I denne forbindelse skal et prosesskondensat forstås å være en ureainneholdende oppløsning erholdt ved kondensering av en gassblanding inneholdende urea, NH^, CC>2 og 1^0 eller ved absorpsjon av en slik gassblanding i en vandig væske. Denne gassblanding kan eksempelvis stamme fra behandling

av en vandig ureainneholdende oppløsning for fremstilling av i det vesentlige vannfritt urea eller en konsentrert ureaoppløsning.

Det urea-inneholdende avfallsvann kan innmates i en hvilken som helst sone i NH^/CC^ separasjonssystemet. Det er imid-lertid foretrukket å innføre avløpet til CC>2 separasjonssonen eller desorpsjonssonen fordi det totale energiforbruk ved prosessen da er mindre.

Fordelene- ved foreliggende fremgangsmåte er at en separat seksjon for rensning av ureainneholdende avfallsvann ved gjenvinning av NH^ kan utelates ved fremstilling eller behandling av urea: dette avløp kan innmates som helhet til ammoniakk/karbondioksyd-separasjonsenheten som anvendes ved behandling av blandinger som oppstår ved fremstilling og etterbehandling av urea.eller ved fremstilling og behandling av produkter fremstilt fra urea eller ved operasjoner som henger sammen med ureafremstilling.

Oppfinnelsen skal nærmere belyses under henvisning til de vedlagte figurer, hvor: Fig. 1 viser skjematisk en mulig utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte ved rensning av et ureainneholdende avfallsvann, og

fig. 2 viser skjematisk en utførelsesform av oppfinnelsen

ved fremstilling av urea og melamin.

I henhold til fig. 1 innmates en blanding av NH^, CO^ og <H>2° gjennom rørledningen (1) og pumpen (2) til en NH^ rek-tifiseringskolonne (3). Ved toppen av kolonnen (3) utføres NH^ gjénnom rørledningen (4). Denne NH^ kan kondenseres

i en kondenser (5) ved avkjøling. En ikke-kondensert gassblanding bestående av NH^ og inert gass avgår fra kondenseren. Den inerte gass stammer fra lufttilførsel til in-stallasjonen for å holde det anvendte konstruksjonsmat-eriale i kar og rør i en passiv tilstand slik at en uaksep-tabel korrosjon ikke finner sted. I stedet for luft kan oksygen eller en oksygenkilde naturligvis anvendes for dette formål. Luft tilføres via kompressoren (6) og rørledning-ene (7) og (8) og reduksjonsventilen D delvis til NH^ rektifiseringskolonnen (3) og delvis gjennom rørledningen (9) . til desorberen (10).

Gassblandingen som stammer fra kondenseren (5) befris fra NH-j i en vaskeanordning (11) ved vasking med vann som til-føres via rørledningen (34) og en viss mengde adsorpsjons-varme fjernes ved avkjøling av den således erholdte NH^-oppløsning, som via pumpen (12) føres til resirkulasjons-kjøleren (13) og resirkulerer den til vaskeanordningen (11) via rørledningen (14). Den således erholdte oppløsning resirkuleres til NH^ rektifiseringskolonnen (3) via rørled-ningen (15) .

Den inerte gass utføres via rørledningen (16) og innføres gjennom rørledningen (17) til bunnen av CC>2 rektif iserings-kolonnen 118) etter trykkforøkning i kompressoren A. Om nødvendig kan den inerte gass også helt eller delvis blåses av gjennom rørledningen (19). En del av NH^ som er flytende-gjort i kondenseren (5) returneres via rørledningen (20) til NH^ rektifiseringskolonnen og tjener der som tilbakeløp.

Fra bunnen av NH^ rektifiseringskolonnen (3) utføres en oppløsning av NH^ og CO^ i vann via rørledningen (21) og pumpen B. Denne oppløsning innføres i CO2 rektifiseringskolonnen (18) som arbeider ved praktisk talt det samme trykk som NH^ rektifiseringskolonnen (3). En del av varmen som er nødvendig i rektifiseringskolonnen (18) erholdés ved å la bunnprodukter fra desorberen frigi en del av sin varme i bunnen av kolonnen (18). Resten av den nødvendige varme for rektifisering tilføres her ved hjelp av varmespiraler (24) under anvendelse av eksempelvis damp.

Som fortynningsmiddel tilføres en viss mengde ureainneholdende avfallsvann til kolonnen (10) gjennom rørledningen (40) og pumpen (41) og eventuelt også en del av strømmen

(23) som har avgitt varme i bunnen av kolonnen (18) og i kjøleren (26). En ytterligere mengde vaskevann tilføres kolonnen (18) gjennom rørledningen (29) for å fjerne NH^

så fullstendig som mulig fra CO^- Ved toppen av kolonnen (19) utføres via rørledningen (30) en gass bestående av CO2 og i visse tilfeller inert gass og som i det vesentlige ikke inneholder noe NH^.

Bunnprodukter fra kolonnen (18) bestående av en fortynnet oppløsning av NH^ og CO^ i vann føres via rørledninger (31) til desorberen (10) hvorved i det alt vesentlige NH^ og C02 fjernes ved oppvarmning, eksempelvis med damp i varmespiral-ene (32). Væsken som i det vesentlige er befridd for NH^

og CC>2 og som heller ikke inneholder noe eller i det vesentlige ingen urea føres gjennom rørledninger (23) til C02 rektifiseringskolonnen (18) og gassblandingen av NH^, C02

og H20 dannet i desorberen (10) føres gjennom rørledningen (33) og reduksjonsventilen C delvis til NH^ rektifiseringskolonnen (3) og gjennom rørledningen (38) delvis til bunnen av C02 rektifiseringskolonnen.

I fig. 2 er i form av et blokkdiagram vist fremstilling av urea og melamin kombinert med fremgangsmåten for separasjon av NH og CO„ og for rensning av ureainneholdende avfallsvann.

Gjennom "rørledningene (51) og (52) innmates NH^ og C02 til produksjonsenheten vist med E. Vannfri urea utføres fra denne ureafremstillingsenhet gjennom hhv. rørledningene (53) og (54) til et melaminfremstillingsanlegg og f.eks.

for lagring eller annen anvendelse av urea.

Fra melaminfremstillingsenheten, merket F, utføres melamin fra rørledningen (55). Fra melaminfremstillingsenheten og fra ureafremstillingsenheten utføres ureainnholdende avfalls-vannstrømmer som også kan inneholde NH^ og C02 gjennom hhv. rørledningene (57) og T 58) . Disse kombineres i rørledning-ene (58) og føres til en NH3/C02 separasjonsenhet.

Fra melaminproduksjonsenheten innmates én oppløsning av

NH3 og C02 i vann til en første sone i denne NH3/C02 separasjonsenhet via rørledningen (59). I denne sone merket G, tilføres også en gassblanding bestående av NH3, C02 og vann via rørledningen (62). Denne"blanding stammer fra desorb-sjonssonen K.

Fra toppen av sonen G utføres i det vesentlige rent NH3 gjennom rørledningen (61) og resirkuleres delvis til ureaenheten E og melaminenheten F, mens det fra bunnen utføres en oppløsning av NH^/ CO^ og vann til sonen H via rørléd-ningen (65). Det urea-inneholdende avfallsvann som stammer fra urea- og melaminenhetene innmates til denne sone via rør-ledningen (58). På samme tid kan en viss mengde fortynningsvann tilføres gjennom rørledningen (66). Fra toppen av sonen H utføres i det vesentlige rent CO^ gjennom rørled-ningen (64) og kan resirkuleres til ureaenheten E, mens det fra bunnen utføres en fortynnet vandig oppløsning av NH^

og i som generelt også inneholder urea, gjennom rørled-ningen (63). I desorpsjonssonen K hydrolyseres urea ytterligere til NH^ og CG^, mens i det vesentlige alt allerede tilstedeværende NII^ og CG^ samt det som ytterligere dannes desorberes.

Gassblandingen som stammer fra sonen K, som også inneholder vann i tillegg til NH^ og CO2 innmates til sonen G gjennom rørledningen (62) . Fra sonen K utføres vann som nå kun inneholder spor av NH^, CG^ og/eller urea via rørledningen (60).

EKSEMPEL

I en installasjon ifølge fig. 1 er i det vesentlige rent NH^ og i det vesentlige rent C02 separert fra en blanding av NH3, CC>2 og H20 kombinert med rensning av ureainneholdende avløp. Henvisningstallene henfører seg til fig. 1 og alle prosent-andeler er vekt-%. Trykkangivelsene henfører seg til NH^/ CO2/H2O systemet.

Som følge av tilstedeværelse av inert gass kan det virkelige trykk være noe høyere. Ved et trykk på 18 bar ble 56489 kg/h av en oppløsning av NH^ og C02 i vann, bestående av 32,8% NH3, 18,3% CG^ og 48,9% vann, innført i NH3 rektifiseringskolonnen (3). Ved hjelp av kompressoren (6) ble 635 kg/h luft tilført hvorav 248 kg/hbleført til NH3 rektif iseringskolonnen (3) og 387 kg/h til desorberen (10).

31647 kg/h av en gassblanding bestående av 55,6% NH3, 6,4% CO^f 38,0% H2O og 1,5% inerte gasser som stammet fra desorberen (10) ble også tilført etter ekspansjon til 18 bar, via ventilen C til NH3 rektifiseringskolonnen 13). Ved topp på denne kolonne ble 4 54 55,7 kg/h av en gassblanding bestående av 98,6% NH3, 0,1% 1^0 og 1,3% inerte gasser utført. Ved hjelp av avkjøling ble en del av gassblandingen forvæsket i kondenseren (5). En del av denne resirkuleres til kolennen (3) som tilbakeløp.

19497 kg/h flytende NH3 ble avtappet og 2464 kg/h av en gassblanding bestående av 74,2% NH3 og 25,8% inerte gasser avgår fra kondenseren (5). Denne gass vaskes i vaskeanordningen (11) med vann. Varme fjernes fra vaskeren (11) ved hjelp av resirkulasjonskjøleren (13). En oppløsning av 4229 kg/h resirkuleres til NH3 rektifiseringskolonnen. Via rørledningene TI6) og (17) og kompressoren A innmates 635 "kg/h inert gass til C02 rektifiseringskolonnen (18) som arbeider ved et systemtrykk på 3 0 bar.

Fra bunnen av NH3 rektifiseringskolonnen (3) innmates 71039 kg/h væske til CG^ rektifiseringskolonnen (18) via rørledningen (21) og pumpen B.

Til denne kolonne (18) tilføres 10852 kg/h av en gassblanding som stammer fra desorberen (10) via rørledningen (38). Til kolonnen (18) tilføres også via rørledningen (23) 35994 kg/h fortynningsvann bestående av vann med spor av NH^, C02 og urea, hvilken væske har en temperatur på 231°C når den forlater desorberen, og via rørledningen (40) tilføres et ureaavløp bestående av 276 kg/h urea, 470 kg/h CO^ >

811 kg/h NH3 og 19697 kg/h H20. En del av varmen avgis ved bunnen av C02 rektifiseringskolonnen (18). Fra desorberen utføres totalt 94027 kg/h væske, slik at 47216 kg/h vann utføres etter kjøling'i kjøleren {27), hvilken væske eksempelvis kan anvendes for absorpsjon av NH^ og CO,,.

Ved toppen av C02 rektifiseringskolonnen tilføres 8425 kg/h vaskevann som tjener til å vaske ut,siste spor av NH^. I C02 rektifiseringskolonnen frigjøres 11623 kg/h gassblanding bestående bl.a. av 94,3% C02 i hvilken blanding det er mindre enn 100 ppm NH^.

Fra bunnen av kolonnen (18) innmates til desorberen (10) 136.526 kg/h av en oppløsning véd en temperatur på 181°C og bestående av 80,7% H20, 17,3% NH^ og 2,0% C02. Sammensetningen av denne væske er på den NH^-rike side av grenselinjen. Under anvendelse av damp oppvarmes oppløsningen i desorberen (10) slik at urea ytterligere hydrolyseres og all NH^ og C02 desorberes, slik at 44027 kg/h vann kan ut-føres.

Claims

1. Fremgangsmåte ved fjerning av urea fra ureaholdig avfallsvann ved forhøyet temperatur og forhøyet trykk under hydrolyse av urea og desorpsjon av det slik dannete karbondioksyd, hvorved det ureaholdige avfallsvann béhandles i en fremgangsmåte hvorved en karbondioksydseparasjonssone be-nyttes, karakterisert ved at fjerning av urea gjennomføres sammen med adskillelse av ammoniakk og karbondioksyd fra en prosessgass-strømblanding i følgen-de trinn: (a) adskillelse i en ammoniakkseparasjonssone av en i det vesentlige fri for karbondioksyd og vann, ammoniakkgass fra en første tilbakeblivende fase som inneholder ammoniakk, karbondioksyd og vann, og tilføring av denne første tilbakeblivende fase i en karbondioksydseparasjonssone; (b) adskillelse i en karbondioksydseparasjonssone av en i det vesentlige fri for ammoniakk og vann, karbondioksydgass fra en annen tilbakebleven flytende fase, som inneholder ammoniakk, karbondioksyd og vann, og innføring av denne annen tilbakeblivende fase i en desorpsjonssone, og (c) adskillelse i en desorpsjonssone av en ammoniakk-, karbondioksyd- og vanndampinneholdende avgass fra en flytende fase som i det vesentlige er fri for ammoniakk og karbondioksyd, og innføring i det minste av en del av denne avgass i ammoniakkseparasjonssonen, hvorved det ureaholdige avfallsvann bringes inn i et av trinnene (å), (b) eller (c) .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det i desorpsjonssonen holdes et trykk på mellom 5 og 50 bar.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det i desorpsjonssonen holdes et trykk på mellom 20 og 40 bar.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det ureaholdige avfallsvann føres inn i karbondioksydseparasjonssonen i trinn (b).