DE3243188C2 - - Google Patents

Description

Verfahren zur Überbrückung von Betriebsstillständen des Ammoniakwaschers einer nach dem halbdirekten Ver­ fahren arbeitenden Anlage zur Entfernung von Ammo­ niak 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 Prozeß­ wässern enthaltenes Ammoniak durch Abtrieb mit Wasser­ dampf 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, beschick­ ten Sättiger geleitet, in dem sich das im Gas vor­ handene Ammoniak unter Salzbildung umsetzt. In der Praxis hat sich allerdings das direkte Verfahren bis­ her nicht durchsetzen können. Beim halbdirekten Ver­ fahren wird dagegen das Koksofengas zunächst in einer Vorkühlung bis auf 20 bis 30°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 eingeleitet. Im nachfolgenden Text wird diese Einrichtung im Interesse einer einheitlichen Nomenklatur immer als Ammoniakwascher 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 Wasserdampftaupunkt­ erhöhung des Koksofengases verbunden, weshalb das Gas im Anschluß an die Ammoniakwäsche noch einer sogenann­ ten Schlußkühlung unterworfen werden muß. Diese Schluß­ kühlung kann zum Beispiel direkt durchgeführt werden, wobei das Koksofengas ein- oder mehrstufig direkt mit im Kreislauf geführtem Kühlwasser berieselt wird. Hier­ bei wird das anfallende überschüssige Kreislaufwasser normalerweise zusammen mit dem Gaswasser, das bei der Vorkühlung des Koksofengases anfällt, in einem Ammoni­ akabtreiber behandelt. Dabei werden das freie Ammoniak durch Zugabe von Wasserdampf und das gebundene Ammoniak durch Zugabe von von Alkali, z. B. Natronlauge oder Kalk­ milch, 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 Ver­ fahren 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 Ent­ fernung des Ammoniaks nach dem halbdirekten Verfahren gelegentlich zu Wartungszwecken oder aus anderen Grün­ den außer Betrieb gehen muß. Nun können aber in einem derartigen Falle die Einrichtungen zur Erzeugung des Koks­ ofengases nicht abgestellt werden, und es kann aus Grün­ den der Reinheit des Koksofengases auch nicht darauf ver­ zichtet werden, das Ammoniak aus dem Gas zu entfernen. Deshalb konnten derartige Betriebsstillstände des Ammo­ niakwaschers 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 Reser­ veeinheit die Anlage- und Unterhaltungskoten nicht unbeträchtlich erhöht. Zudem ist zu berücksichtigen, daß die Reserveeinheit nur während verhältnismäßig kurzer Ausfallzeiten benötigt wird und schon unter die­ sem 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 das stattdessen eine wesentlich einfachere und kostengünsti­ gere Lösung des Problems ermöglicht.

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch ge­ kennzeichnet, daß während des Betriebsstillstandes des Ammoniakwaschers das Ammoniak im Schlußkühler aus­ gewaschen wird, wobei dessen Oberteil (Waschstufe I) mit gestripptem Wasser aus dem Ammoniakabtreiber, des­ sen mittlerer Teil (Waschstufe II) mit Gaswasser und dessen Unterteil (Waschstufe III) mit gekühltem Kreis­ laufwasser beaufschlagt wird und alle auf den Schluß­ kühler aufgegebenen Wässer im Sumpf desselben gesam­ melt sowie nach Abtrennung des für die Waschstufe III erforderlichen Kreislaufwassers in zwei Teilströme zer­ legt werden, von denen der eine Teilstrom, der der Gewinnung des gestrippten Wassers für die Waschstufe I dient, in einen nur mit Wasserdampf beaufschlagten Ammoniakabtreiber eingeleitet wird, während der an­ dere 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 Schluß­ kühler dessen Funktion übernimmt. Hierbei ist natürlich Voraussetzung, daß die Möglichkeiten für eine Flüssig­ keitsaufgabe auf drei Ebenen (Oberteil, Mittelteil und Unterteil) gegeben sind. In der Praxis wird man aber davon ausgehen können, daß die normalen direk­ ten Schlußkühler stets über eine entsprechende Aus­ stattung verfügen. Sollte dies in Ausnahmefällen nicht der Fall sein, so müßte der Schlußkühler für die Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst ent­ sprechend umgerüstet werden. Dies ist aber trotzdem in jedem Falle billiger als ein zweiter, als Reserve­ einheit dienender Ammoniakwascher.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den vorliegenden Unteransprüchen und sollen nachfolgend an Hand der Fließschemata in den Ab­ bildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt

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 erforder­ lichen Einrichtungen dargestellt, während sonstige Nebeneinrichtungen, wie Meß- und Regeleinrichtungen, Pumpen etc. sowie die im Verfahrensgang vor- und nach­ geschalteten Einrichtungen zur Koksofengaserzeugung und -behandlung nicht dargestellt wurden. Die im Fließ­ schema schwarz angelegten Ventile sind jeweils ge­ schlossen.

Im Fließschema in Fig. 1 wird das von der Vorkühlung kommende Koksofengas über die Leitung 1 und den Gassau­ ger 2 in den Ammoniakwascher 3 eingeleitet. Das Ven­ til 4 ist dabei geöffnet. Das Koksofengas hat beim Eintritt in den Ammoniakwascher 3 eine Temperatur von 40-50°C und einen Ammoniakgehalt von 5-10 g/m³ _n . Der Ammoniakwascher 3 wird hierbei mit Schwefelsäure oder wässeriger Phosphorsäurelösung beschickt, wobei das im Gas enthaltene Ammoniak unter entsprechender Salzbildung reagiert. Durch diese Reaktion wird die Gas­ temperatur auf ca. 45-55°C erhöht, weshalb das Koksofen­ gas über die Leitung 5 von unten in den Schlußkühler 6 eingeleitet werden muß. Das Ventil 7 ist dabei geöffnet. Der Schlußkühler ist mit den drei übereinander ange­ ordneten Streckmetallbetten 8 versehen. Oberhalb je­ des Streckmetallbettes ist eine in der Abbildung nicht näher dargestellte Berieselungs- oder Verteilungsvor­ richtung vorgesehen, durch die das für die direkte Gas­ kühlung benötigte Wasser auf die Streckmetallbetten aufgegeben wird. Die Aufgabe des Wassers erfolgt da­ bei über die Leitungen 9, 10 und 11, während das ge­ kühlte Koksofengas den Schlußkühler 6 über die Lei­ tung 12 verläuft und mit einer Temperatur von 20-30°C und einem Ammoniakgehalt von 0,01-0,1 g/m³ _n den nachge­ schalteten Einrichtungen der Gasbehandlung zugeführt wird. Das auf den verschiedenen Ebenen des Schlußküh­ lers 6 aufgegebene Wasser sammelt sich im Sumpf des­ selben und wird über die Leitung 13 abgezogen. Im Küh­ ler 14 erfolgt die erforderliche Wiederabkühlung des Wassers bis auf eine Temperatur von 20-30°C, bevor dasselbe über die Leitungen 9, 10 und 11 im Kreis­ lauf wieder auf den Schlußkühler 6 aufgegeben wird. Das überschüssige Kreislaufwasser, welches sich infol­ ge der Taupunkterniedrigung des Koksofengases im Schluß­ kühler abgeschieden hat, wird dabei von dem Wasser­ strom in der Leitung 13 abgezweigt und gelangt über die Leitungen 17 und 18 auf den mit Einbauten versehe­ nen Ammoniakabtreiber 20. Das Ventil 19 ist dabei ge­ öffnet. Auf diesen Ammoniakabtreiber 20 wird auch das Gaswasser (Gaskondensat), welches aus der Kohlefeuchtig­ keit und dem sogenannten Bildungswasser während der Verkokung der Kohle entstanden und während der Vorkühlung aus dem rohen Koksofengas abgeschieden worden ist, auf­ gegeben. Dieses Gaswasser, dessen Ammoniakgehalt bei ca. 3-6 g/dm³ liegt, wird dem Ammoniakabtreiber 20 über die Leitung 22 zugeführt, die in die Leitung 18 mün­ det. Im Ammoniakabtreiber 20 wird aus den zugeführten Wässern das Ammoniak durch Zugabe von Alkali, z. B. Natron­ lauge oder Kalkmilch, und Zuführung von Wasserdampf abge­ trieben. Das abgetriebene Ammoniak entweicht über Kopf aus dem Ammoniakabtreiber 20 und wird bei geöffneten Ventilen 24 und 25 über die Leitungen 26 und 27 dem Koks­ ofengas vor dem Ammoniakwascher 3 zugesetzt. Das ge­ strippte, d. h. von Ammoniak befreite Wasser wird über die Leitung 28 aus dem Sumpf des Ammoniakabtreibers 20 abgezogen und gelangt nach entsprechender Kühlung im Kühler 29 in die Leitung 30, von der aus es in die nicht dargestellte Abwasserreinigungsanlage abgezogen wird. Das Ventil 31 ist hierbei geöffnet. Die erfor­ derliche Zuführung von Wasserdampf zum Ammoniakabtrei­ ber 20 erfolgt über die Leitungen 32 und 33 bei geöff­ netem Ventil 34. Die Alkalizugabe erfolgt über die Leitung 35, wobei das zugegebene Alkali über die Lei­ tungen 22 und 18 in den Oberteil des Ammoniakabtrei­ bers 20 gelangt. Aus Gründen der absoluten Betriebs­ sicherheit für die Abwasserreinigungsanlage ist neben dem Ammoniakabtreiber 20 noch ein weiterer Ammoniak­ abtreiber 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 versehe­ nen Anlageteile sind für die Erläuterung des Normal­ betriebes, bei dem der Ammoniakwascher 3 in Aktion ist, nicht erforderlich. Auf sie wird nachfolgend bei der Erläuterung von Fig. 2 näher eingegangen.

Fig. 2 dient dabei der Erläuterung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens, wobei die Fließschemata in Fig. 1 und Fig. 2 übereinstimmen und übereinstimmende Bezugs­ zeichen natürlich auch die gleiche Bedeutung haben. Wenn der Ammoniakwascher 3 außer Betrieb genommen wer­ den muß, werden die Ventile 4 und 7 geschlossen, wäh­ rend 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 Schluß­ kühler 6 dient jetzt der Auswaschung des im Gas vor­ handenen 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, in dem es eine Abkühlung bis auf 20-30°C erfährt, in die zur Lei­ tung 9 führende Leitung 40. Das Ventil 41 ist hierbei geöffnet. Auf den mittleren Teil des Schlußkühlers 6 (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 10 mündet. Die Ventile 23 und 15 sind hierbei geschlossen, während das Ventil 43 ge­ öffnet ist. Der Unterteil des Schlußkühlers 6 (Wasch­ stufe III) wird schließlich wie bisher mit gekühltem Kreislaufwasser beaufschlagt. Daher entspricht die Kreislaufführung über die Leitungen 13 und 11 sowie den Kühler 14 der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrie­ benen 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 aufgegebe­ nen Wässer im Sumpf desselben gesammelt und zunächst über die Leitung 13 aus diesem abgezogen. Da die Ven­ tile 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 Kreis­ laufwasser 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 20 und 21. Dabei wird diese Wassermenge nochmals in zwei Teil­ ströme zerlegt, wobei der Ammoniakabtreiber 21 mit je­ nem Teilstrom beaufschlagt wird, der für die Gewinnung des gestrippten Wassers für die Waschstufe I erforder­ lich ist. Hierzu wird dieser Teilstrom aus der Leitung 17 über die Leitung 44 abgezweigt und gelangt bei ge­ öffnetem 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 40 zur Wie­ deraufgabe auf den Schlußkühler 6. Das abgetriebene Ammoniak entweicht über Kopf aus dem Ammoniakabtrei­ ber 21 und gelangt bei geöffnetem Ventil 48 über die Leitung 47 in die Leitung 27. In diesem Falle ist es jedoch nicht möglich, das abgetriebene Ammoniak dem Koksofengas vor dem Ammoniakwascher 3 zuzusetzen. Das Ventil 25 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 Ammoniakver­ nichtung 49 zugeführt werden. Das Ventil 50 ist hier­ bei 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 Ammo­ niakabtreiber 20 aufgegeben. Das Ventil 19 ist dabei natürlich geöffnet. In diesen Abtreiber wird neben Wasserdampf aus der Leitung 35 eingeleitet, so daß seine Fahrweise der bereits weiter oben im Zusammenhang mit Fig. 1 erörterten Fahrweise entspricht. Das gestripp­ te Wasser wird über die Leitung 28 abgezogen und ge­ langt über den Kühler 29 sowie die Leitung 30 zur nicht dargestellten Abwasserreinigungsanlage. Das Ventil 50 in der Leitung 30 ist hierbei geschlossen. Das im Ammoniakabtreiber 20 abgetriebene Ammoniak wird über die Leitungen 26 und 27 ebenfalls der Ammo­ niakvernichtung 49 zugeführt. Das vom Ammoniak befrei­ te Koksofengas verläßt den Schlußkühler 6 über die Leitung 12 mit einer Temperatur von 20-30°C. Dieses Gas weist noch einen Ammoniakgehalt von maximal 0,1 g/m³ _n auf. Von den über die Leitung 13 aus dem Schlußkühler 6 abgezogenen Wässern werden in der Regel 50 bis 70 Vol.-% über die Leitung 11 als Kreislaufwasser wieder auf die Waschstufe III aufge­ geben, während 15 bis 25 Vol.-% über die Lei­ tung 44 in den Ammoniakabtreiber 21 gelangen und nach dem Ammoniakabtrieb als gestripptes Wasser für die Waschstufe I wiederverwendet werden. Der Rest gelangt in den Ammoniakabtreiber 20 und wird nach dem Ammoniak­ abtrieb 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 70 000 m³ _n /h auf DM 2 000 000,- beziffern. Sämtliche in den Fließschemata dargestellten Anlage­ teile weisen dabei eine in der Kokereitechnik übliche Bauweise auf.

Claims (4)

1. Verfahren zur Überbrückung von Betriebsstill­ ständen des Ammoniakwaschers einer nach dem halbdirekten Verfahren arbeitenden Anlage zur Entfernung von Ammoniak aus Koksofengas, wobei das Koksofengas im Anschluß an die Ammoniakwä­ sche einer direkten Schlußkühlung unterworfen und in den Prozeßwässern enthaltenes Ammoniak durch Abtrieb mit Wasserdampf unter Zugabe von Alkali in Freiheit gesetzt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während des Betriebsstillstandes des Ammoniakwaschers das Ammoniak im Schlußküh­ ler ausgewaschen wird, wobei dessen Oberteil (Waschstufe I) mit gestripptem Wasser aus dem Ammoniakabtreiber, dessen mittlerer Teil (Wasch­ stufe II) mit Gaswasser und dessen Unterteil (Waschstufe III) mit gekühltem Kreislaufwasser beaufschlagt wird und alle auf den Schlußkühler aufgegebeen Wässer im Sumpf desselben gesam­ melt sowie nach Abtrennung des für die Wasch­ stufe III erforderlichen Kreislaufwassers in zwei Teilströme zerlegt werden, von denen der eine Teilstrom, der der Gewinnung des gestripp­ ten Wassers für die Waschstufe I dient, in einen nur mit Wasserdampf beaufschlagten Ammo­ niakabtreiber eingeleitet wird, während der an­ dere Teilstrom in einen mit Wasserdampf und Al­ kali beaufschlagten Ammoniakabtreiber eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ammoniakwäsche im Schluß­ kühler bei Temperaturen zwischen 20 und 30°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß von den im Sumpf des Schlußkühlers gesammelten Wässern 50 bis 70 Vol.-% als Kreislaufwasser für die Waschstufe III und 15 bis 25 Vol.-% als gestripptes Waschwasser für die Waschstu­ fe I verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ammoniakdämpfe aus den Ammoniakabtreibern einer gemeinsamen Weiterverarbeitung oder Vernichtung unterwor­ fen werden.