PROCESS AND DEVICE FOR CARRYING OFF FREE AND COMBINED AMMONIA FROM AQUEOUS SOLUTIONS CONTAINING BOTH COMPONENTS

Abstract: 1. Process for stripping free and combined ammonia from aqueous solutions containing these two components, in which the combined ammonia is liberated by treatment with caustic soda and the free ammonia is stripped from the solution with steam and/or exhaust vapours and in which the process is carried out in columns fitted with suitable internals, characterized by the use of the following process features : a) The treatment of the ammoniacal feed solution is carried out in a single column consisting of three sections, of which the first (top) section and the second section below it are connected by a plate which is permeable to gas and liquid while the second and third sections are separated from each other by an impermeable plate : b) the ammoniacal feed solution is introduced at the head of the column into the first section of the same and after passing through the first section is divided into two component streams of which one component steam flows directly into the second section below while the other component stream is fed directly into the third section of the column via a by-pass line, in which the stripping vapour is introduced into the third and second sections of the column and the caustic soda is also fed into the second section, and c) the vapours rising in the third section of the column are introduced via a by-pass line into the second or the first sections of the same, while the regenerated solution leaving the third section of the column is transferred for re-use and the solution leaving the second section is rejected from the process after appropriate waste water treatment.

Description: Verfahren und Vorrichtung zum Abtreiben von freiem und gebundenem Ammoniak aus diese beiden Bestandteile enthaltenden wässrigen Lösungen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtreiben von freiem und gebundenem Ammoniak aus diese beiden Bestandteile enthaltenden wässrigen Lösungen, wobei das gebundene Ammoniak durch 3handlung mit Natronlauge in Freiheit gesetzt und das freie Ammoniak mit Wasserdampf und/oder Brüden aus der Lösung abgetrieben wird und wobei das Verfahren in mit geeigneten Einbauten versehenen Kolonnen durchgeführt wird. Die Erfindung betrifft hierbei ferner eine spezielle Kolonne, die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gut geeignet ist. Wässrige Lösung, die freies und gebundenes Ammoniak enthalten, fallen als Abwasser bei verschiedenen chemischen Verfahren und Waschprozessen an. Hierbei stellen insbesondere die sogenannten Kokereiwässer, die bei der Auswaschung von Ammoniak aus dem Koksofengas anfallen, ein Beispiel für eine derartige wässrige Lösung dar. Wegen ihres Ammoniakgehakes können derartige Lösungen einerseits nicht ohne weiteres als Abwasser abgestossen werden. Andererseits ist man auch in vielen Fällen bestrebt, den Ammoniakgehalt derartiger Lösungen möglichst vollständig zurückzugewinnen um danach die regenerierte Lösung wieder im Verfahren nutzen zu können. So ist es beispielsweise bei Kokereiwässern bekannt, den Ammoniakgehalt der beladenen Lösung mit Wasserdampf abzutreiben und ihn daran anschliessend wirtschaftlich zu nutzen bzw. ihn durch Verbrennung zu vernichten. Dabei wird der Abtrieb des Ammoniaks in der Regel in zwei mit Einbauten (Böden) versehenen Kolonnen vorgenommen, die entweder gleichzeitig mit der zu behandelnden Einsatzlösung beschickt werden oder von dieser nacheinander durchflossen werden. Der Abtrieb des in der Einsatzlösung enthaltenen freien Ammoniaks erfolgt dabei durch den von unten in die Kolonnen eingeleiteten Wasserdampf oder Brüden, der im Gegenstrom zur Einsatzlösung in der Kolonne aufsteigt. Der Abtrieb des gebundenen Ammoniaks wird in der Weise bewerkstelligt, dass normalerweise in der zweiten Kolonne eine stark alkalisch reagierende Lösung, wie z.B. Natronlauge, zugesetzt wird, wodurch das gebundene# Ammoniak in Freiheit gesetzt wird und danach ebenfalls durch Wasserdampf oder Brüden abgetrieben werden kann. Es liegt jedoch auf der Hand, dass diese Arbeitsweise mit zwei Kolonnen relativ hohe Anlagekosten verursacht, zumal wegen des Arbeitens mit stark alkalischen Reagenzien, wie sie die Natronlauge nun einmal darstellt, beide Kolonnen mit einer entsprechenden Schutzauskleidung versehen sein müssen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abtreiben von freiem und gebundenen Ammoniak aus diese Bestandteile enthaltenden wässrigen Lösungen zu schaffen, das einen geringeren apparativeb Aufwand erfordert als die bisher bekannten Verfahren und sich gleichzeitig durch niedrige Betriebskosten und eine hohe Flexibilität auszeichnet. Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch die Anwendung der Verfahrensmerkmale a) bis c) des Hauptanspruches. Das heisst, beim erfindungsgemassen Verfahren erfolgt die Behandlung der ammoniakhaltigen Einsatzlösung nur noch in einer einzigen aus drei Teilen bestehenden Kolonne, in der sowohl das freie als auch das gebundene Ammoniak in Freiheit gesetzt werden. Hierbei wird allerdings erfindungsgemäss nur ein Teil der insgesamt auf die Kolonne aufgegebenen Einsatzlösung einer Behandlung mit Natronlauge unterworfen, wodurch das gebundene Ammoniak in Freiheit gesetzt wird. Nach Abtrieb des freien und gebundenen Ammoniaks wird dieser Teil der Einsatzlösung einer Abwasserbehandlung zugeführt und daran anschliessend aus dem Verfahren abgestossen; Der Teil der Einsatzlösung, der dagegen einer Wiederverwendung zugeführt werden soll, wird keiner Behandlung mit Natronlauge unterworfen. In diesem Teil der Einsatzlösung wird durch Behandlung mit Abtreibedampf und Brüden lediglich das freie Ammoniak aus der Lösung abgetrieben. Hier- bei kann nach den Gegebenheiten der Praxis die Aufteilung der beiden Teilströme frei gewählt werden, wobei es in erster Linie darauf ankommt, wie gross einerseits der Anteil der Einsatzlösung sein soll, der einer Wiederverwendung zugeführt werden soll und wie gross andererseits der Anteil der Einsatzlösung sein kann, der aus dem Verfahren abgestossen werden darf. Im Normalfall wird man davon ausgehen können, dass dieser zuletzt genannte Anteil, der dementsprechend einer Behandlung mit Natronlauge unterworfen wird, bei etwa 50 bis 65 Vol. - 7, der insgesamt aufgegebenen Einsatzlösung liegt. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den vor liegenden -Unteransprüchen und sollen an Hand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen Fig. 1 ein Fliessschema, - das zur näheren Erläuterung des Verfahrensbeispieles dient und Fig. 2 die vereinfachte schematische Darstellung einer Kolonne, die zur Durchführung des erfindungsge müssen Verfahrens gut geeignet ist. Im Fliessschema in Fig. 1 besteht die zur Durchführung des er findungsgemässen Verfahrens eingesetzte Kolonne 1 aus drei über- einander angeordneten Teilen I, II und m. Der oberste Teil I ist dabei von dem darunter liegenden Teil II durch den Gas- und flts- sigkeitsdurchlässigen Boden 2 getrennt, whhrend Teil II von dem darunter liegenden Teil III durch einen undurchlässigen Boden 3 abgetrennt ist. Die einzelnen Teile der Kolonne 1 sind in an sich bekannter Weise mit Einbauten (Böden) 4 versehen. Das Bezugs zeichen 4 ist dabei jeweils nur an einer Stelle eines jeden Kolonnenteiles angebracht. Die Darstellung in Fig. 1 Bsst jedoch klar erkennen, wie die Einbauten (Böden)jeweils übereinander angeordnet sind. Die aufzuarbeitende Einsatzlösung wird über die Leitung 5 am Kopf der Kolonne 1 auf den obersten Teil I aufgegeben. Im vorliegenden Verfahrensbeispiel handelt es sich bei der Einsatzlösung um die angereicherte Waschlösung, die beim Auswaschen des Ammoniaks aus dem Koksofengas anfällt. Diese Einsatzlösung hat in etwa folgende ZLisarnrnen#etzung NH3, frei 47 Gew. - NH3, gebunden 8 CO2 18 8 " 2 23 ri HCN N 4 und wird in einer Menge von 30 000 kg/h sowie mit einer Tempera tur von 70 C über die Leitung 5 auf die Kolonne 1 aufgegeben. Die aufgegebene Einsatzlösung kommt dabei zunächst mit den im Gegenstrom zur Lösung aufsteigenden Brüden und Abtreibedampf in Berührung, wodurch freies Ammoniak aus der Lösung abgetrieben wird. Nach Passieren von Teil I der Kolonne 1 gelangt ein Teilstrom der Lösung über die Öffnung 6 im Boden 2 in den darunter liegenden Teil II, während der andere Teilstrom über Überlauf 7 und die Umgehungsleitung 8 in den Teil III der Kolonne 1 eingeleitet wird. Zur Steuerung dieses zweiten Teilstromes ist in der Um gehungsleitung 8 das Ventil 9 vorgesehen. Die Betätigung des Ventiles 9 kann dabei in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsstand erfol- gen, der sich im Kolonnensumpf in Teil m einstellt, Hierbei wird der vom Messgerät 10 erfasste Flüssigkeitsstand als Regelgrösse benutzt und über die Impulsleitung 11 auf den Stellantrieb 12 über- tragen, der eine Verstellung des Ventiles 9 in der Weise bewirkt, dass bei einem Absinken des Flüssigkeitsstandes unter einen vorgegebenen Sollwert das Ventil 9 weiter geöffnet wird, während umgekehrt bei einem tfberschreiten dieses Sollwertes das Ventil 9 stärker gedrosselt wird. Der erforderliche Abtreibedampf wird der Kolonne 1 über die Lei tung 13 mit einer Temperatur von 127' C und einem Druck von 2, 5 bar zugeführt. Von diesem Dampf werden 2 200 kg/h mit ei nem Druck von 2, 5 bar und einer Temperatur von 127 C über die Leitung 14 von unten in Teil III der Kolonne eingeleitet. Wei tere 3 500 kg/h Dampf werden mit einem Druck von 2, 5 bar und einer Temperatur von 1270 C über die Leitung 15 von unten in Teil II der Kolonne 1 eingeleitet. Zusätzlich werden auf Teil II 200 kg/h 50 %ige Natronlauge mit einer Temperatur von 300 C über die Leitung 16 aufgegeben. Ausserdem werden die in Teil III der Kolonne 1 aufsteigenden Brüden über die Umgehungsleitung 17 abgezogen und gelangen ebenfalls in Teil II, wo sie im mittle ren Bereich dieses Teiles eingeleitet werden. Die sich im Sumpf der Kolonne 1 ansammelnde regenerierte Lösung wird über die Leitung 18 abgezogen und erneut als Waschlösung in der im Fliess schema nicht dargestellten Ammoniak-Wäsche der Koks ofengas be - handlungsanlage eingesetzt. Hierbei werden ins gesamt 12 900 kg/h regenerierte Lösung mit einer Temperatur von 109, 5 ¯ C aus Teil m der Kolonne 1 abgezogen. Die sich auf dem undurchlässigen Boden 3 ansammelnde Lösung wird über die Leitung 19 aus Teil 11 der Kolonne abgezogen, In die ser Leitung befinden sich die beiden Wärmetauscher 20 und 21, nach deren Passieren die Lösung bis auf etwa 33. C abgekühlt ist. Insgesamt werden 22800 kg/h Lösung durch die Leitung 19 abgezo gen und der im Fliessschema nicht dargestellten Abwasserbehand lungsanlage zugeführt. Der Wärmetauscher 20 dient dabei der Vor- wärmung der Einsatzlösung in der Leitung 5, die im indirekten Wär metausch mit der in der Leitung 19 fliessenden Lösung von 30 C auf 70 C aufgewärmt wird. Im Wärmetauscher 21 erfolgt ein weiterer indirekter Wärmetausch zwischen der Lösung in der Leitung 19 und dem Kühlwasser in der Leitung 22. Dieses Kühlwasser ist für den auf die Kolonne aufgesetzten Kondensator 23 bestimmt, in dem die aus der Kolonne 1 aufsteigenden Ammoniak-Brüden bis auf eine Temperatur von 78 C abgekühlt werden. Insgesamt werden durch die Leitung 24 Ammoniak-Brüden in einer Menge von 605 kg/h abgezogen. Diese Brüden haben in etwa folgende Zusammensetzung: NH3 52 Vol. - H20 35 t tt?? CO 7 " I1 4 4 11 HCN 2 " " Bezogen auf die Einsatzlösung beträgt somit die Ammoniak-Aus- beute 98,4% . Diese Brüden können danach ihrer weiteren Ver- wendung zugeführt werden. Durch die Leitung 25 wird das erwärmte Kühlwasser aus dem Kondensator 23 abgezogen. Die Kolonne in Fig. 2, die ebenfalls zur Durchführung des erfin dungsgemäsaen Verfahrens gut geeignet ist, unterscheidet sich von der Kolonne 1 in Fig. 1 vor allem dadurch, dass hier die Teile II und m nicht übereinander sondern nebeneinander angeordnet sind. Diese Konstruktion ermöglicht eine besonders niedrige und kompakte Bauweise. Der undurchlässige Boden 3 besteht also hier aus einem waagerechten und einem senkrechten Teil, so dass Teil III der Kolonne völlig von den beiden benachbarten Teilen 1 und II getrennt ist. Die Verbindung zwischen Teil I und Teil II besteht auch hier über die Ofiung 6. Im Gegensatz zur Kolonne 1 in Fig. 1 gelangen die im Teil m aufsteigenden Brüden hier nicht in Teil II sondern werden über die Umgehungsleitung 17 in Teil I eingeleitet. Der Teilstrom der Ein satzlösung, welcher aus Teil 1 unmittelbar in Teil III eingeleitet werden soll, wird wiederum über die Umgehungsleitung 8 von einem Teil der Kolonne zum anderen transportiert. Auch im übrigen haben die übereinstimmenden Bezugszeichen in Fig. 2 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1, so dass sie keiner weiteren Erläuterung mehr bedürfen. Zur Vereinfachung der Darstellung in Fig. 2 sind in der Kolonne die Einbauten 4 nicht eingezeichnet, da es hier lediglich um die Darstellung des Konst#ktionsprinzips geht. Es ist je doch davon auszugehen, dass die Kolonne in der Praxis ebenfalls solche Einbauten aufweisen wird. Ebenso sind die im Fliessschema in Fig. 1 vorgesehenen übrigen Einrichtungen in Fig. 2 nicht dargestellt. Es ist aber auch hier davon auszugehen, dass diese Einrichtungen bei der Kolonne gemäss Fig. 2 m entsprechender Weise zur Anwendung gelangen. Bei den Darstellnngen in Fig. 1 und 2 handelt es sich, worauf bereits hingewiesen wurde, lediglich um schematische DarsteliLingen. Die vorliegenden Abmessungen lassen deshalb keine Rückschlüsse auf die tatsächlichen Verhältnisse in der Praxis zu. Das gilt insbesondere im Hinblick auf die Abmessungen der Teilt I, II und m der Kolonne sowie auf die Zahl der vorhandenen Einbauten 4. Wegen des Einsatzes von Natronlauge muss Teil II der Kolonne natürlich aus einem hierfür geeigneten korrosionsbeständigen Material bestehen oder eine entsprechende Schutzausklei- dung aufweisen. Die Anwendbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens ist natür- lich nicht auf die im Verfahrensbeispiel genannte Ammoniak-Waschl lösung beschränkt. Das Verfahren kann selbstverständlich auch in allen anderen Fällen angewandt werden, in denen Einsatzlösungen mit vergleichbarer Zusammensetzung vorliegen. Die dabei zu erzielenden Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen Durch das Arbeiten mit einer einzigen Kolonne anstelle von zwei Kolonnen werden natürlich die Anlagekosten und der Raumbedarf ganz beträchtlich herabgesetzt. Hierbei ist insbesondere auch zu berücksichtigen, dass beim erfindungsgemässen Verfahren nur Teil II der Kolonne mit einer lauge resistenten Schutzauskleidung versehen werden muss, während Teil I und Teil m in Normalausführung erstellt werden können. Bei der bisher bekannten Arbeitsweise waren dagegen beide Kolonnen mit einer entsprechenden Schutzauskleidiing versehen. Ausserdem ist es beim erfindungs gernässen Verfahren möglich, die aus Teil Dz der Kolonne aufstei genden Brüden für den Abtrieb des gebundenen Ammoniaks in Teil fl der Kolonne mit zu nutzen.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zum Abtreiben von freiem und gebundenem Ammoniak aus diese beiden Bestandteile enthaltenden wässrigen Lösungen, wobei das gebundene Ammoniak durch Behandlung mit Natronlauge in Freiheit gesetzt und das freie Ammoniak mit Wasserdampf und/oder Brüden aus der Lösung abgetrieben wird und wobei das Verfahren in mit geeigneten Einbauten versehenen Kolonnen durchge führt wird, gekennzeichnet durch die Anwendung folgender Verfahrens:nerkmale : : - a) Die Behandlung der ammoniakhaltigen Einsatzl-3sung erfolgt in einer einzigen, aus drei Teilen bestehenden Kolonne, dercn erster (oberster) Teil und daninter- liegender zweiter Teil durch einen gas- und flLssig- keitsdurchlässigen Boden miteinander in Verbidung stehen, während der zweite und der dritte Teil durch einen undurchlässigen Boden voneinander getrennt sind; b) die ammoniakhaltige Einsatzlösung wird am Kcpf der Kolonne in den ersten Teil derselben eingeleitet und nach Passieren des ersten Teiles in zwei Teilströme zerlegt, von denen der eine Teilstrom unmittelbar in den darunter liegenden zweiten Teil der Kolonne fliesst, während der andere Teilstrom über eine Umgehungs- leitung direkt auf den dritten Teil der Kolonne aufgege ben wird, wobei der Abtreibedampf in den dritten und zweiten Teil der Kolonne eingeleitet wird sowie im zweiten Teil zusätzlich die Aufgabe von Natronlauge erfolgt, und c) die im dritten Teil der Kolonne aufsteigenden Brüden werden über eine Umgehungsleitung in den zweiten oder in den ersten Teil derselben eingeleitet, während die aus dem dritten Teil der Kolonne ablaufende regenerier te Lösung einer Wiederverwendung zugef(ihrt und die aus dem zweiten Teil ablaufende Lösung nach entspre chender Abwasserbehandlung aus dem Verfahren abge stossen wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse des Teilatromes der Einsatzlösung, der vom ersten Teil der Kolonne direkt auf den dritten Teil der Ko lonne aufgegeben wird, in Abhängigkeit vom Flüssigkeits - stand im Kolonnensumpf geregelt wird, wobei bei einem Ab sinken des Flüssigkeitsstandes die Zufuhr von Einsatzlösung erhöht wird, während bei einem uner#nschten Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels die Zufuhr von Einsatzlösung ge drosselt wird. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Einsatzlösung mit einer Temperatur von mindestens 70 C auf die Kolonne aufgegeben wird, wo bei die Vorwärmung der Einsatzlösung im indirekten Wfirme- tausch mit der aus Teil n der Kolonne abgezogenen Lösung erfolgt. 4. Kolonne zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprt- cke 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite (Teil II) und der dritte Teil (Teil III) derselben nebeneinander unter dem ersten Teil (Teil I) angeordnet sind.

Inventors: DIEMER, PETER, DR. DIPL.-ING., RIZZON, JOHN
Applicants: KRUPP KOPPERS GMBH
Application year: 1983
Main classification: C01C1
IPC codes: C01C1, C02F1, B01D19