DE3243188A1

DE3243188A1 - Verfahren zur ueberbrueckung von betriebsstillstaenden des ammoniakwaschers einer nach dem halbdirekten verfahren arbeitenden anlage zur entfernung von ammoniak aus koksofengas

Info

Publication number: DE3243188A1
Application number: DE19823243188
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Dr. 4300 Essen Diemer
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1982-11-23
Filing date: 1982-11-23
Publication date: 1984-05-24
Also published as: DE3243188C2; CA1228570A; JPS5996194A; JPH0333199B2; US4530821A

Description

Essen, den 19. Nov. 1982 N 4884/7C Dr.Ha/W.

KRUPP-KOPPERS GMBH, Moltkestraße 29, 4300 Essen 1

Verfahren zur überbrückung von Betriebsstillständen des Ainmon i akw a s ehe rs einer nach dem halbdirekten Ver fahren arbeitenden Anlage zur Entfernung von Ammoniak aus Koksofengas.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überbrückung von Betriebsstillständen des Ammoniakwaschers einer nach dem halbdirekten Verfahren arbeitenden Anlage zur Entfernung von Ammoniak aus Koksofengas, wobei das Koksofengas im Anschluß an die Ammoniakwäsche einer direkten Schlußkühlung unterworfen und in den Prozeßwässern enthaltenes Ammoniak durch Abtrieb mit Wasserdampf unter Zugabe von Alkali in Freiheit gesetzt wird.

Für die Entfernung des Ammoniaks aus dem-Koksofengas sind verschiedene Verfahren bekannt. Beim sogenannten direkten Verfahren wird das entteerte Gas direkt in einen mit Säure, vorzugsweise Schwefelsäure, beschickten Sättiger geleitet, in dem sich das im Gas vorhandene Ammoniak unter Salzbildung umsetzt. In der Praxis hat sich allerdings das direkte Verfahren bisher nicht durchsetzen können. Beim halbdirekten Verfahren wird dagegen das Koksofengas zunächst in einer Vorkühlung bis auf 2o bis 3o°C abgekühlt, wobei bereits ein Teil des im Gas vorhandenen Ammoniaks zusammen mit dem Gaswasser (Gaskondensat) abgeschieden wird. Erst im Anschluß daran wird das vorgekühlte und entteerte Koksofengas zur Entfernung des restlichen Ammoniaks in eine ebenfalls mit einer Säure beaufschlagte Einrichtung

BAD ORIGINAL

-^- 19.11.82

ψ N 4884/7C

eingeleitet. Im nachfolgenden Text wird diese Einrichtung im Interesse einer einheitlichen Nomenklatur immer als Amraoniakwascher bezeichnet. Dem Fachmann ist dabei jedoch klar, daß diese Einrichtung durchaus unterschiedliche Konstruktionsmerkmale aufweisen kann und in der Praxis vielfach auch als Sättiger bezeichnet wird. Hierbei wird der sogenannte Ammoniakwascher mit Schwefelsäure oder Phosphorsäure beaufschlagt, so daß es zur Bildung der entsprechenden Ammoniumsalze kommt. Diese Reaktion ist jedoch mit einer Temperatur- und Wasserdampftaupunkterhöhung des Koksofengases verbunden, weshalb das Gas im Anschluß an die Ammoniakwäsche noch einer sogenannten Schlußkühlung unterworfen werden muß. Diese Schlußkühlung kann zum Beispiel direkt durchgeführt werden, wobei das Koksofengas ein-oder mehrstufig direkt mit im Kreislauf geführtem Kühlwasser berieselt wird. Hierbei wird das anfallende überschüssige Kreislaufwasser normalerweise zusammen mit dem Gaswasser, das bei der Vorkühlung des Koksofengases anfällt, in einem Ammoniakabtreiber behandelt. Dabei werden das freie Ammoniak durch Zugabe von Wasserdampf und das gebundene Ammoniak durch Zugabe von von'Alkali; z.B. Natronlauge oder Kalkmilch, in Freiheit gesetzt und daran anschließend dem Koksofengas vor dem Ammoniakwascher zugesetzt. Das aus dem Ammoniakabtreiber ablaufende gestrippte Wasser wird nach einer entsprechenden Abwasserbehandlung aus dem Verfahren abgestoßen. Im Gegensatz zum weiter oben erwähnten direkten Verfahren hat sich das halbdirekte Verfahren in der Praxis gut durchgesetzt.,

Es kommt jedoch vor, daß der Ammoniakwascher zur Entfernung des Ammoniaks nach dem halbdirekten Verfahren gelegentlich zu Wartungszwecken oder aus anderen Gründen außer Betrieb gehen muß. Nun können aber in einem

- Z - 19.11.82

N 4884/7C

derartigen Falle die Einrichtungen zur Erzeugung des Koksofengases nicht abgestellt werden, und es kann aus Grün^· den der Reinheit des Koksofengases auch nicht darauf verzichtet werden, das Ammoniak aus dem Gas zu entfernen. Deshalb konnten derartige Betriebsstillstände des Ammoniakwaschers bisher nur dadurch überbrückt werden, daß man eine Reserveeinheit vorsah, die beim Ausfall des normalen Ammoniakwaschers dessen Funktion übernahm. Es liegt aber auf der Hand, daß eine derartige Reserveeinheit die Anlage- und Unterhaltungskosten nicht unbeträchtlich erhöht. Zudem ist zu berücksichtigen, daß die Reserveeinheit nur während verhältnismäßig kurzer Ausfallzeiten.benötigt wird und schon unter diesem Gesichtspunkt unrentabel ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur überbrückung von Betriebsstillständen des nach dem halbdirekten Verfahren arbeitenden Ammoniak- · waschers zu schaffen, bei dem auf die Bereitstellung einer Reserveeinheit verzichtet werden kann und räas stattdessen eine wesentlich einfachere und kostengünstigere Lösung des Problems ermöglicht.

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet* daß während des Betriebsstilllstandes des Ammoniakwaschers das Ammoniak im Schlußkühler ausgewaschen wird, wobei dessen Oberteil (Waschstufe I) mit gestripptem Wasser aus dem Ammon&akabtreiber, dessen mittlerer Teil (Waschstufe II) mit Gaswasser und dessen Unterteil (Waschstufe m) mit gekühltem Kreislaufwasser beaufschlagt wird und alle auf den Schluß-

BAD ORIGir
GOPY

- * - 19. 1 1.82

N 4884/7C

kühler aufgegebenen Wässer im Sumpf desselben gesammelt sowie nach Abtrennung des für die Waschstufe III erforderlichen Kreislaufwassers in zwei Teilströme zerlegt werden, von denen der eine Teilstrom, der der Gewinnung des gestrippten Wassers für die Waschstufe I dient, in einen nur —mit Wasserdampf beaufschlagten Aramoniakabtreiber eingeleitet wird, während der andere Teilstrom in einen mit Wasserdampf und Alkali beaufschlagten Ammoniakabtreiber eingeleitet wird.

Das heißt, das erfindungsgemäße Verfahren löst das anstehende Problem dadurch, daß während des Betriebs-. Stillstandes des Ammoniakwaschers der direkte Schlußkühler dessen Funktion übernimmt. Hierbei ist natürlich Voraussetzung, daß die Möglichkeiten für eine Flüssigkeitsaufgabe auf drei Ebenen (Oberteil, Mittelteil und Unterteil) gegeben sind. In der Praxis wird man aber davon ausgehen können, daß die normalen direkten Schlußkühler stets über eine entsprechende Ausstattung verfügen. Sollte dies in ρ Ausnahmefällen nicht der Fall sein, so müßte der Schlußkühler für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst entsprechend umgerüstet werden. Dies ist aber trotzdem in jedem Falle billiger als ein zweiter, als Reserveeinheit dienender Ammoniakwascher.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgeraäßen Verfahrens ergeben sich aus den vorliegenden Unteransprüchen und sollen nachfolgend an Hand der Fließschemata in den Abbildungen näher erläutert werden.

- f - 19. 11. 82

^r N 4884/7C

Hierbei zeigen:

Fig. 1 das Fließschema für den Normalbetrieb/ wenn der Ammoniakwascher läuft

und

Fig. 2 das Fließschema für den Fall, wenn der Ammoniakwascher außer Betrieb ist und die Ammoniakentfernung im Schlußkühler erfolgt.

In den Fließschemata sind dabei nur die zur Erläuterung des erfindungsgemäßen . Verfahrens unbedingt erforderlichen Einrichtungen dargestellt, während sonstige Nebeneinrichtungen, wie Meß- und Regeleinrichtungen, Pumpen etc. sowie die im Verfahrensgang vor- und nachgeschalteten Einrichtungen zur Koksofengaserzeugung und -behandlung nicht dargestellt wurden. Die im Fließschema schwarz angelegten Ventile sind jeweils geschlossen.

Im Fließschema in Fig. 1 wird das von der Vorkühlung kommende Koksofengas über die Leitung 1 und den Gassauger 2 in den Ammoniakwascher 3 eingeleitet. Das Ventil. 4 ist dabei geöffnet. Das Koksofengas hat beim Eintritt in den Ammoniakwascher 3 eine Temperatur von 4o-5o C und einen Ammoniakgehalt von : 5-- 1o g/n^- Der Ammoniakwascher 3 wird hierbei mit Schwefelsäure oder wässeriger Pho spho r säur e'lö sung beschickt, wobei das im Gas enthaltene Ammoniak unter entsprechender

./■

BAD ORIGINAL

- fr - . 19.1 1.82

N 4884/7C

Salzbildung reagiert. Durch diese Reaktion wird die Gastemperatur auf ca.45-55 C erhöht, weshalb das Koksofengas über die Leitung 5 von unten in den Schlußkühler eingeleitet werden muß. Das Ventil 7 ist dabei geöffnet. Der Schlußkühler ist mit den drei übereinander angeordneten Streckmetallbetten 8 versehen. Oberhalb jedes Streckmetallbettes ist eine in der Abbildung nicht näher dargestellte Berieselungs- oder Verteilungsvorrichtung vorgesehen, durch die das für die direkte Gaskühlung benötigte Wasser auf die Streckmetallbetten aufgegeben wird. Die Aufgabe des Wassers erfolgt dabei über die Leitungen 9, 1o und 11, während das gekühlte Koksofengas den Schlußkühler 6 über die Leitung 12 verläßt und mit einer Temperatur von 2o-3o C und einem Ammoniakgehalt von o,o1-o,1 g/n^ den nachgeschalteten Einrichtungen der Gasbehandlung zugeführt wird. Das auf den verschiedenen Ebenen des Schlußkühlers 6 aufgegebene Wasser sammelt sich im Sumpf desselben und wird über die Leitung 13 abgezogen. Im Kühler 14 erfolgt die erforderliche Wiederabkühlung des Wassers bis auf eine Temperatur von 2o-3o C, bevor dasselbe über die Leitungen 9, 1o. und 11 im Kreislauf wieder auf den Schlußkühler 6 aufgegeben wird. Das überschüssige Kreislaufwasser, welches sich infolge der Taupunkterniedrigung des Koksofengases im Schlußkühler abgeschieden hat, wird dabei von dem Wasserstrom in der Leitung 13 abgezweigt und gelangt über die Leitungen 17 und 18 auf den mit Einbauten versehenen Ammoniakabtreiber 2o. Das Ventil 19 ist dabei geöffnet. Auf diesen Ammoniakabtreiber 2o wird auch das Gaswasser (Gaskondensat), welches aus der Kohlefeuchtigkeit und dem sogenannten Bildungswasser während der Verkokung der Kohle entstanden und während der Vorkühlung

- -7 - 19. 11 .82

N- 4884/7C

aus dem rohen Koksofengas abgeschieden worden ist, aufgegeben. Dieses Gaswasser, dessen Ammoniakgehalt bei

3
ca. 3-6 g/dm liegt, wird dem Ammoniakabtreiber 2o über die Leitung 22 zugeführt, die in die Leitung 18 mündet. Im Ammoniakabtreiber 2o wird aus den zugeführten Wässern das Ammoniak durch Zugabe von Alkali, z.B. Natronlauge oder Kalkmilch, und Zuführung von Wasserdampf abgetrieben. Das abgetriebene Ammoniak entweicht über Kopf aus dem Ammoniakabtreiber 2o und wird bei geöffneten Ventilen 24 und 25 über die Leitungen 26 und 27 dem Koksofengas vor dem Ammoniakwascher 3 zugesetzt. Das gestrippte, d.h. von Ammoniak befreite Wasser wird über die Leitung 28 aus dem Sumpf des Ammoniakabtreibers abgezogen und gelangt nach entsprechender Kühlung im Kühler 29 in die Leitung 3o, von der aus es in die nicht dargestellte Abwasserreinigungsanlage abgezogen wird. Das Ventil 31 ist hierbei geöffnet. Die erforderliche Zuführung von Wasserdampf zum Ammoniakabtreiber 2o erfolgt über die Leitungen 32 und 33 bei geöffnetem Ventil 34. Die Alkalizugabe erfolgt über die Leitung 35, wobei das zugegebene Alkali über die Leitungen 22 und 18 in den Oberteil des Ammoniakabtreibers 2o gelangt. Aus Gründen der absoluten Betriebssicherheit für die Abwasserreinigungsanlage ist neben dem Ammoniakabtreiber 2o noch ein weiterer Ammoniakabtreiber 21 als Reserveeinheit vorgesehen, so daß im Bedarfsfall der Betrieb jederzeit von dem einen auf den anderen Ammoniakabtreiber umgeschaltet werden kann.

Die übrigen in Fig. 1 nicht mit Bezugszeichen versehenen Anlageteile sind für die Erläuterung des Normalbetriebes, bei dem der Ammoniakwascher 3 in Aktion ist,

BAD ORIGINAL

-ST - 19. 11 .82

N 4884/7C

nicht erforderlich. Auf sie wird nachfolgend bei der Erläuterung von Fig. 2 näher eingegangen.

Fig. 2 dient dabei der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Fließschemata in Fig. 1 und Fig. 2 übereinstimmen und übereinstimmende Bezugszeichen natürlich auch die gleiche Bedeutung haben. Wenn der Ammoniakwascher 3 außer Betrieb genommen werden muß, werden die Ventile 4 und 7 geschlossen, während gleichzeitig das Ventil 36 geöffnet wird. Das Koksofengas gelangt dann hinter dem Gassauger 2 in die Umgehungsleitung 37, die ihrerseits in die zum Schlußkühler 6 führende Leitung 5 mündet. Der Schlußkühler 6 dient jetzt der Auswaschung des im Gas vorhandenen Ammoniaks. Hierzu wird auf dessen Oberteil (Waschstufe I) über die Leitung 9 gestripptes Wasser aufgegeben, das aus dem Ammoniakabtreiber 21 stammt. Dieses gestrippte Wasser wird aus dem Sumpf des Ammoniakabtreibers 21 über die 'Leitung 38 abgezogen und gelangt nach Passieren des Kühlers 39_fin dem es eine Abkühlung bis auf 2o-3o C erfährt, in:die zur Leitung 9 führende Leitung 4o. Das Ventil 41 ist hierbei geöffnet. Auf den mittleren Teil des Schlußkühlers (Waschstufe II) wird in diesem Falle das Gaswasser aus der Leitung 22 aufgegeben. Zu diesem Zwecke zweigt von der Leitung 22 vor dem Ventil 23 die Leitung 42 ab, die in die Leitung 1o mündet. Die Ventile 23 und 15 sind hierbei geschlossen, während das Ventil 43 geöffnet ist. Der Unterteil des Schlilßkühlers 6 (Waschstufe III) wird schließlich wie bisher mit gekühltem Kreislaufwasser beaufschlagt. Daher entspricht die Kreislaufführung über die Leitungen 13 und 11 sowie

«&ÄDCORJGINAL

AA

Ά - 19.1-1.82 "

N 4884/7C

den Kühler 14 der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Arbeitsweise. Die Waschstufe III dient vor allem dem Zweck, die Verdichtungswärme des Koksofengases, die durch den vorgeschalteten Gassauger 2 in das Gas gelangt, abzuführen. Entsprechend der Arbeitsweise gemäß Fig. 1 werden auch hier alle auf den Schlußkühler 6 aufgegebenen Wässer im Sumpf desselben gesammelt und zunächst über die Leitung 13 aus diesem abgezogen. Da die Ventile 15 und 16 in diesem Falle geschlossen sind, kann von den über die Leitung 13 abgezogenen Wässern zunächst nur jener Teilstrom abgezweigt werden, der als Kreislaufwasser über den Kühler 14 und die Leitung 11 wieder auf den Unterteil des Schlußkühlers 6 (Waschstufe III) aufgegeben wird. Die verbleibende Wassermenge gelangt über die Leitung 17 zu den Ammoniakabtreibern 2o und 21. Dabei wird diese Wassermenge nochmals in zwei Teilströme zerlegt, wobei der Ammoniakabtreiber 21 mit jenem Teilstrom beaufschlagt wird, der für die Gewinnung des gestrippten Wassers für die Waschstufe I erforderlich ist.Hierzu wird dieser Teilstrom aus der Leitung 17 über die Leitung 44 abgezweigt und gelangt bei geöffnetem Ventil 45 auf den Oberteil des mit Einbauten versehenen Ammoniakabtreibers 21. Dieser wird lediglich mit Wasserdampf aus der Leitung 32 beschickt, wobei in diesem Falle das Ventil 46 in der Leitung 33 geöffnet ist. Das gestrippte Wasser wird über die Leitung 38 aus dem Sumpf des Ammoniakabtreibers 21 abgezogen und gelangt über den Kühler 39 und die Leitung 4ο zur Wiederaufgabe auf den Schlußkühler 6. Das abgetriebene Ammoniak entweicht über Kopf aus dem Aramoniakabtreiber 21 und gelangt bei geöffnetem Ventil 48 über die Leitung 47 in die Leitung 27. In diesem Falle ist es

-SAß ORIGINAL

19.11.82 N 4884/7C

jedoch nicht möglich, das abgetriebene Ammoniak dem Koksofengas vor dem Ammoniakwascher 3 zuzusetzen. Das Ventil 2 5 bleibt deshalb geschlossen. Falls es eine andere Verwertungsmöglichkeit für dieses abgetriebene Ammoniak gibt, ist es natürlich sinnvoll, diese zu nutzen. Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, so muß es, wie im vorliegenden Beispiel, einer Ammoniakvernichtung 49 zugeführt werden. Das Ventil 5o ist hierbei geöffnet. Die Ammoniakvernichtung 49 kann dabei als Verbrennungs- oder katalytische Zersetzungsanlage betrieben werden. Der nach Abzug des Teilstromes über die Leitung 44 noch in der Leitung 17 verbleibende Teilstrom des aufzuarbeitenden SumpfProduktes aus dem Schlußkühler 6 wird über die Leitung 18 auf den Ammoniakabtreiber 2o aufgegeben. Das Ventil 19 ist dabei natürlich geöffnet. In diesen Abtreiber wird neben Wasserdampf aus der Leitung 32 bzw. 33 zusätzlich noch Alkali aus der Leitung 35 eingeleitet, so daß. seine Fahrweise der bereits weiter oben im Zusammenhang mit Fig. 1 erörterten Fahrweise entspricht. Das gestrippte Wasser wird über die Leitung 28 abgezogen und gelangt über den Kühler 29 sowie die Leitung 3o zur nicht dargestellten Abwasserreinigungsanlage. Das Ventil 5o in der Leitung 3o ist hierbei geschlossen. Das im Ammoniakabtreiber 2o abgetriebene Ammoniak wird über die Leitungen 26 und 27 ebenfalls der Ammoniakvernichtung 49 zugeführt. Das vom Ammoniak befreite Koksofengas verläßt den Schlußkühler 6 über die Leitung 12 mit einer Temperatur von 2o-3o C. Dieses Gas weist noch einen Ammoniakgehalt von maximal o,1g/m auf.· ". Von den über die Leitung 13 aus dem Schlußkühler 6 abgezogenen Wässern werden in der

BAD ORIGINAL

19.11.82

N 4884/7C

Regel 5o bis 7o Vol.% über die Leitung 11 als Kreislaufwasser wieder auf die Waschstufe III aufgegeben, während 15 bis 25 Vol.% über die Leitung 44 in den Ammonlakabtreiber 21 gelangen und nach dem Ammoniakabtrieb als gestripptes Wasser für die Waschstufe I wiederverwendet werden. Der Rest gelangt in den Ammoniakabtreiber 2o und wird nach dem Ammoniakabtrieb wie beschrieben aus dem Verfahren abgestoßen.

Der durch den erfindungsgemäßen Fortfall eines zweiten Ammoniakwaschers erzielbare Kostenvorteil läßt sich bei einer Koksofengasbehandlungsanlage mit einem Durchsatz von 7o-.ooo m /h auf DM 2.ooo.ooo,- beziffern

η '

Sämtliche in den Fließschemata dargestellten Anlageteile weisen dabei eine in der Kokereitechnik übliche Bauweise auf.

Claims

19.11.82 N 4.884/ 7c Patentansprüche:

1. Verfahren zur überbrückung von Betriebsstillständen des Ammoniakwaschers einer nach dem halbdirekten Verfahren arbeitenden Anlage zur Entfernung von Ammoniak aus Koksofengas, wobei das Koksofengas im Anschluß an die Ammoniakwäsche einer direkten Schlußkühlung unterworfen und in den Prozeßwässern enthaltenes Ammoniak durch Abtrieb mit Wasserdampf unter Zugabe von Alkali in Freiheit gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebsstillstandes des Ammoniakwaschers das Ammoniak im Schlußkühler, ausgewaschen wird, wobei dessen Oberteil (Waschstufe I) mit gestripptem Wasser aus dem Ammoniakabtreiber, dessen mittlerer Teil (Waschstufe II) mit Gaswasser und dessen unterteil (Waschstufe III) mit gekühltem Kreislaufwasser beaufschlagt wird und alle auf den Schlußkühler aufgegebenen Wässer im Sumpf desselben gesammelt sowie nach Abtrennung des für die Waschstufe III erforderlichen Kreislaufwassers in zwei Teilströme zerlegt werden, von denen der eine Teilstrom, der der Gewinnung des gestrippten Wassers für die Waschstufe I dient, in einenen nur mit Wasserdampf beaufschlagten Ammoniakabtreiber eingeleitet wird, während der andere Teilstrom in einen mit Wasserdampf und Alkali beaufschlagten Ammoniakabtreiber eingeleitet wird.

- 19.11.82

N 4884/7C

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ammoniakwäsche im Schlußkühler bei Temperaturen zwischen 2o und 3o C durchgeführt wird.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den im Sumpf des Schlußkühlers gesammfelten Wässern 5o bis 7o Vol.% als Kreislaufwasser für die Waschstufe III und 15 bis 25 Vol.% als gestripptes Waschwasser für die Waschstufe I verwendet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ammoniakdämpfe aus den Ammoniakabtreibem einer gemeinsamen Weiterverarbeitung oder Vernichtung unterwor- - fen werden.