점결탄에서 코크스 생산 중 암모니아 회수

점결탄에서 코크스 생산 중 암모니아 회수

암모니아(NH3)는 부산물 코크스로에서 코크스를 생산하는 과정에서 생성되는 부산물입니다. 이것은 코크스 오븐에서 나오는 코크스 오븐 가스(COG)의 구성 성분으로, 원시 COG의 일반적인 농도는 일반 입방 미터당 6g(g/N cum)입니다. 물에 대한 NH3의 용해도는 코크스 오븐 배터리(COB)의 세척액에 존재하게 하며 일반적인 농도는 리터당 5g(g/l)에서 총 NH3의 6g/l입니다. 따라서 COB에서 플러싱액의 순 생산으로 인해(때로는 과잉 플러싱액이라고도 함) NH3를 제거해야 하는 가스 스트림과 함께 액체 스트림이 발생합니다. 과잉 액체의 양은 석탄 수분 함량에 따라 달라지는 건조 석탄 처리량의 약 12%입니다.

가스 흐름에서 NH3를 제거하는 것은 코크스로와 부산물 공장의 보편적인 특징입니다. 이는 다른 COG 오염 물질인 시안화수소(HCN), 황화수소(H2S), 산소(O2) 및 물이 있는 상태에서 NH3가 탄소강으로 만든 파이프라인을 극도로 부식시키기 때문입니다. 또한 암모니아는 연소실에서 제어할 수 없을 정도로 연소되면 대기오염의 원인이 되는 질소산화물(NOx)을 형성합니다. 따라서 COG 및 액체 스트림에서 NH3 제거도 환경적 이유로 수행되어야 합니다.

코크스로 및 부산물 공장의 주요 NH3 처리 공정은 COG에 존재하는 NH3의 제거 및 처분을 처리합니다. 그러나 NH3 회수 시스템에는 종종 과잉 세정액에서 발생하는 NH3를 처리하는 시설이 포함됩니다. 이러한 시설이 전체 NH3 처리 시스템에 통합되는 방식에 대한 적절한 이해를 위해 초과 세척액에서 NH3 처리를 먼저 설명한 다음 COG에서 NH3를 제거하는 주요 공정을 설명합니다.

과잉 세척액 처리

일부 장소에서는 딥 웰 주입을 사용하여 사전 처리 없이 과도한 세척액을 처리할 수 있습니다. 환경상의 이유로 이 관행은 더 이상 허용되지 않지만 한때 일반적인 관행은 뜨거운 코크스를 급냉하기 위해 과잉 세척액을 사용하는 것입니다. 이러한 간단한 처리 방법이 없는 경우 나머지 대안은 증류를 통해 액체에서 대부분의 NH3를 제거한 다음 일반적으로 생물학적 폐수 처리(BET) 시설에서 최종 처리하는 것입니다. BET를 단독으로 사용하여 과잉 플러싱액에서 NH3를 제거하는 것이 가능하지만, NH3의 예비 제거가 증류에 의해 수행될 때 BET 플랜트의 크기와 운영 비용은 상당히 감소합니다.

과잉 플러싱 액체의 증류는 일반적으로 NH3 증류기라고 하는 트레이가 있는 증류 컬럼의 상단에 액체를 공급하고 바닥에서 스트리핑 증기의 역류 흐름을 공급하는 것을 포함합니다. 스트리핑 증기는 오버헤드 증기와 함께 남기고 추가 처리를 위해 전달되는 NH3를 증류합니다. 제거된 액체는 증류기 바닥에서 펌핑되고 ​​냉각되어 지역 하수구 또는 BET 공장으로 배출됩니다. 탈거액에서 총 NH3의 일반적인 수준은 50ppm(백만분율) 미만에서 150ppm 사이입니다.

과량의 세척액에 존재하는 모든 용해된 NH3를 증기로 제거하는 것은 쉽게 불가능합니다. 세척액에 존재하는 많은 화학 종은 용액에서 다양한 암모늄 염을 형성합니다. 여기에는 탄산 암모늄, 염화물 및 황산염이 포함됩니다. 탄산 암모늄과 같은 염은 증류기에서 열에 의해 쉽게 분해되어 NH3의 자유 분자를 생성합니다. 그러나 염화암모늄 및 황산염과 같은 다른 염은 분해되지 않고 NH3를 고정된 형태로 유지합니다. 과잉 세척액에서 총 NH3에 대한 고정 NH3의 비율은 일반적으로 20%~50% 범위입니다. 고정된 NH3의 증류를 허용하려면 과량의 세척액을 알칼리성으로 만들어야 합니다. 그러면 다음과 같은 전형적인 반응이 일어나 NH3의 자유 분자가 유리됩니다.

NH4+ + OH- =NH3 + H2O

알칼리의 첨가는 존재하는 고정된 NH3의 농도를 제공하기 위해 과잉 액체의 화학적 분석을 기반으로 한 질량 균형에 의해 결정됩니다.

과잉 세척액의 증류에 사용되는 알칼리의 형태는 수년에 걸쳐 변해 왔습니다. 수년 동안 수산화칼슘(석회) 현탁액이 사용되었습니다. 이 물질은 비용이 저렴하고 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있었지만 탄산칼슘과 같은 불용성 칼슘염의 형성으로 인해 주요 오염 문제가 발생했습니다. NH3 증류기는 부분적으로 오염된 상태에서 계속 작동할 수 있도록 상당한 재설계가 필요했지만 청소를 위해 정기적으로 서비스를 중단해야 했습니다. 오염 문제를 피하기 위해 탄산나트륨(소다회)도 사용되었습니다. 이는 불용성 염이 형성되지 않는 장점이 있지만 불순물이 존재하여 오염을 유발할 수 있으며 현장 보관 및 혼합 장비가 필요합니다. 석회 및 소다회와 같은 시약을 사용할 때 환경적 요인은 형성된 불용성 침전물이 고형 폐기물 처리 문제를 일으킬 수 있다는 것입니다.

일반적으로 쉽게 구할 수 있는 수산화나트륨(NaOH)(가성 소다) 용액의 취급 용이성은 현재 NH3 증류기의 현재 설계에 선택되는 알칼리입니다. NaOH는 전통적으로 사용되는 알칼리 중 가장 비싸지만 소비를 면밀히 제어할 수 있으므로 여전히 유출되는 pH에 제한이 있는 경우 큰 이점이 있습니다. NaOH의 비오염 특성으로 인해 기존의 버블 캡 트레이 대신 밸브 트레이를 통합하여 보다 경제적인 스틸 디자인을 사용할 수 있습니다. 실제로, NaOH는 여전히 상부 트레이에 가깝지만 상부 트레이에 있지 않은 NH3에 주입됩니다. 이것은 HCN 및 H2S와 같은 용해된 산성 가스가 NaOH와 반응하여 고정된 염을 형성하기 전에 먼저 액체에서 제거되도록 합니다.

NH3 스틸의 구성 재료는 내식성을 위해 선택됩니다. 지금은 Hastelloy(니켈 기반 합금), 티타늄 및 스테인리스강(등급 316)과 같은 재료를 사용하는 것이 더 경제적이기는 하지만 전통적으로 부식에 대한 관대한 허용과 함께 주철이 사용되었습니다. NH3와 산성 가스가 모두 존재하는 NH3 증류기의 상부 섹션은 일반적으로 내식성이 높은 재료를 사용해야 합니다.

과잉 세척액 증류의 일반적인 작동 문제는 증류기에서 심각한 오염으로 이어질 수 있는 타르 캐리오버의 존재입니다. 이 문제에 대한 일반적인 해결책은 과잉 세척액 공급 라인에 모래 또는 자갈 층 필터를 설치하는 것입니다. 이들은 수동 또는 자동으로 작동됩니다. 제거된 타르는 타르 및 주류 디켄터로 역세척됩니다.

코크스 오븐 가스에서 암모니아 회수

현재 COG에서 NH3를 회수하는 데 사용되는 세 가지 방법이 있습니다. 이들은 (i) 황산 암모늄 공정, (ii) 포삼 공정 및 (iii) 수세 공정으로 알려져 있습니다.

황산암모늄 공정 – 이 공정은 황산암모늄[(NH4)2SO4] 및 황산(H2SO4) 용액에서 흡수하여 COG에서 NH3를 제거합니다. 흡수 반응은 2NH3 + H2SO4 =(NH4)2SO4입니다. NH3와 H2SO4의 반응으로 생성된 황산암모늄은 결정화에 의해 회수됩니다. 그런 다음 결정을 원심분리하고 세척하고 건조합니다. 운영 중인 다양한 황산 암모늄 공정은 가스/액체 접촉 장치의 유형과 사용되는 결정화 장비의 유형이 다릅니다. 황산 암모늄 공정의 공정 장비는 다음과 같습니다.

초기 방법과 여전히 매우 일반적으로 사용되는 공정은 포화기라고 하는 용기에서 산/황산암모늄 용액의 표면 아래로 연장되는 딥 튜브를 사용합니다. Saturator는 원추형 바닥이 있는 원통형 용기입니다. 포화기의 중앙까지 연장된 덕트인 버블러 후드가 제공됩니다. 덕트는 배열과 같은 베인이 장착된 하단에 후드가 있습니다. 작은 구멍이 있는 또 다른 고리형 구조는 질소(N2) 공급에 사용되는 원추형 부분에 있습니다. 포화기 상단에 온수 링이 제공됩니다. 포화기는 4~5%의 H2SO4를 포함하는 액이라고 하는 산성 수조로 항상 유지됩니다. COG는 딥 튜브를 통해 공급되고 기포가 포화기의 용액을 통해 위로 이동함에 따라 기체/액체 접촉이 발생합니다. 산은 포화기에 지속적으로 첨가됩니다. 이 기간 동안 가스에 존재하는 NH3는 액체의 H2SO4와 반응하여 황산 암모늄을 형성합니다. NH3와 H2SO4 사이의 반응열은 COG로 물의 증발을 유발합니다. 황산 암모늄의 농도가 포화 상태에 이르면 결정이 포화기에서 직접 형성되어 공정에서 제거될 때까지 성장이 허용됩니다. 용액의 교반 및 순환을 통해 미세 결정은 알려진 대로 '모액'의 공정 용액 내에 유지됩니다. 이렇게 형성된 황산암모늄은 포화기의 바닥에 침전됩니다.

교반을 위해 포화기에 질소를 공급합니다. 포화기로 가는 N2의 흐름은 일반적으로 시간당 450입방미터(cum/h)에서 550cum/h로 유지됩니다. 순수한 N2는 약 6kg/sq cm의 압력에서 N2 링을 통해 포화기로 퍼지됩니다. N2 퍼징은 결정 성장을 증가시킵니다.

H2SO4(98%)는 포화기에 공급되어 포화기의 산성도를 유지합니다. 포화기 상단에 수집된 가스는 산성 트랩으로 공급됩니다. 가스가 상승함에 따라 결정의 일부는 가스와 함께 운반될 수 있으며 상단의 포화기 벽에 쌓입니다. 그런 다음 제공된 링을 통해 뜨거운 물이 분사됩니다. 포화기의 벽에 부착된 수정이 씻겨 나간다. 뜨거운 물을 뿌리면 용액의 농도가 감소합니다. 따라서 유입구 산 농도는 기간 동안 약 6%에서 7%로 증가합니다. 반응 후, 모액은 포화기 측면에 설치된 순환 탱크로 연속적으로 흡입됩니다. 이것은 또한 포화기에 대한 밀봉 역할을 합니다. 순환 탱크에서 모액은 모액 탱크로 공급됩니다. 바닥에 수집된 수정은 펌프를 사용하여 수정 리시버 탱크로 공급됩니다.

포화기의 출구는 약간의 산성 미스트를 운반합니다. 산성 미스트를 제거하기 위해 가스는 산성 트랩으로 보내집니다. 속이 빈 원통형 용기입니다. 포화기의 COG는 트랩에 접선 방향으로 들어갑니다. 원심 운동으로 인해 산성 안개가 분리됩니다. 바닥에 수집된 산은 순환 탱크로 공급됩니다. 산성 미스트 제거 후 COG는 부산물 공장의 벤졸 회수 구역으로 공급됩니다.

포화기 바닥의 암모늄 슬러리는 황산암모늄 결정이 탱크의 원뿔형 부분에 정착하는 원뿔형 바닥이 있는 수정 리시버 탱크로 펌핑됩니다. 리시버 상단의 모액은 포화기로 공급됩니다. 바닥의 ​​슬러리는 원심 분리기로 공급됩니다. 원심분리기의 결정에는 일정량의 수분이 포함되어 있습니다. 이 수분을 제거하려면 결정을 건조시켜야 합니다. 건조기는 일반적으로 유동층 건조기입니다. 이 원리는 입자를 느슨하게 만들어 일정한 공기 속도로 기류의 작용으로 인해 유동성을 얻도록 하는 것입니다. 건조기는 바닥에 스크린이 제공되며, 세라믹 링은 스크린 하단에 배열됩니다. 드라이어에는 덕트에서 가열된 강제 통풍 팬이 있는 공기가 제공됩니다. 건조기의 사료 투입구에 있는 살포기는 사료를 사방으로 살포합니다.

강제 통풍 팬은 대기 공기를 빨아들여 건조기로 공급합니다. 팬의 배출 슈트는 두 부분으로 나뉩니다. 공기는 증기를 사용하여 120℃에서 150℃로 가열되고 뜨거운 공기는 스크린 바닥에서 공급됩니다. 세라믹 링은 공기를 모든 방향으로 분산시키고 결정을 유동화시킵니다. 공기의 온도는 결정에서 수분을 제거하기에 충분히 높게 유지되어야 합니다. 건조기의 배출 끝에서 황산 암모늄 결정이 냉각됩니다.

유동층의 압력 수준이 약 300mm 수주(WC)에서 400mm WC인 설정점에 도달하면 자동 배출 공급 장치가 건조 황산 암모늄을 버킷 엘리베이터로 배출합니다. 엘리베이터는 건조 제품을 벙커로 배출하고 벙커는 제품을 포장 기계로 공급합니다. 유동층 위의 구역은 5mm WC에서 10mm WC 범위로 유지되어 황산 암모늄 입자가 건조 장치에서 먼지 포집기로 이월되는 것을 방지합니다.

건조기의 공기는 흡입 팬에 의해 흡입되어 사이클론 분리기로 공급됩니다. 사이클론 분리기는 공기 중 미세한 황산 암모늄 결정을 분리하고 벙커로 공급합니다. 사이클론에서 나온 수정 먼지가 많은 공기는 특정 수준까지 세척액을 포함하는 집진 탱크의 바닥으로 공급됩니다. 여기에서 수정 먼지가 물에 용해되고 공기가 대기로 배출됩니다.

포화기에서 나온 과량의 술은 모액 탱크로 들어갑니다. 각 포화기에는 2개의 모액 탱크가 제공됩니다. 하나는 수직이고 수평입니다. 먼저 액체가 수평 탱크에 들어갑니다. 술은 타르보다 밀도가 낮기 때문에 뜬다. 그런 다음 투명한 모액이 수직 탱크에 공급됩니다. 수직 탱크 바닥에서 모액은 제공된 펌프를 통해 포화기로 공급됩니다. 액의 농도는 약 10%~12%로 유지됩니다.

과잉 세척액 처리를 포함하는 황산 암모늄 설비의 일반적인 흐름도는 그림 1에 나와 있습니다.

 그림 1 황산암모늄 공장의 일반적인 흐름도

황산 암모늄은 또한 증발 결정화기에서 농축된 H2SO4와 기체 NH3의 직접적인 반응에 의해 생성됩니다. 프로세스는 여기에 설명되어 있습니다. 액체 NH3는 16kg/sq cm 압력의 증기를 사용하여 증발기에서 증발되고 저압 증기를 사용하여 예열됩니다. 화학양론적 양의 예열된 기체 암모니아와 농축 H2SO4(98.5%)가 진공 상태에서 작동하는 증발기 결정화 장치에 도입됩니다. 이러한 양은 유량 기록기 컨트롤러에 의해 유지되고 순환 펌프(결정화기의 상부에서 증발기로)에 의해 적절하게 혼합됩니다.

반응은 생성된 반응열로 인해 물이 증발하여 용액이 과포화되도록 결정화기에서 반응이 발생합니다. 과포화 용액은 결정화기의 바닥으로 가라앉고 여기에서 진공 금속 필터로 펌핑되어 황산 암모늄 결정이 분리되고 모액은 결정화기로 다시 재순환됩니다.

NH3 회수의 황산 암모늄 공정에서 새로운 결정의 시드 역할을 하는 미세 입자의 생성과 미세 입자의 제거는 생성될 수 있는 결정의 크기를 결정하는 주요 공정입니다. 결정화기에는 기본적으로 세 가지 유형, 즉 (i) 강제 순환(FC) 유형, (ii) 난류 또는 흡출관 배플(DTB) 유형 및 (ii) 유동층 유형이 있습니다. FC형 결정화기에서는 결정화기의 전체 내용물이 완전히 혼합되어 순환 펌프와 열교환기를 시간당 100회 통과합니다. 이것은 결정에 대부분의 기계적 응력을 주고 종자 결정으로 작용하는 많은 양의 파편을 형성합니다. 이러한 미세 입자는 많은 결정으로 성장하므로 이 결정화기에 의해 더 작은 제품 결정이 생성됩니다. DTB 결정화기에서 결정 현탁액은 열교환기를 통과하지 않으며 결과적으로 순환 펌프의 전원 입력은 FC 결정화기보다 10배 더 낮은 계수로 훨씬 더 낮은 미세분 생성을 유도합니다. 또한 존재하는 미분은 정화 구역을 통해 결정화기에서 꺼내지고 열교환기에서 가열의 결과로 용해됩니다. 이러한 효과는 FC 유형에서 달성할 수 있는 것보다 3~4배 더 큰 결정 크기로 이어집니다. 유동층형 결정화기에는 결정 현탁액과 접촉하는 펌프가 없지만 결정은 유동층에 유지됩니다. 그 결과 결정에 가해지는 기계적 응력이 훨씬 더 낮아집니다. 이 때문에 이 결정화기는 가능한 가장 큰 결정을 생성하지만, 황산암모늄의 경우 도달할 수 있는 결정 크기는 DTB 결정화기보다 약간 더 크며 플랜트에 과부하가 걸리면 결정화기가 작동하기 시작하기 때문에 결정 크기가 붕괴됩니다. FC 결정화기와 유사합니다.

황산 암모늄 결정화에서 반응 결정화와 증발 결정화를 구별하는 것이 필요합니다. 또한 다양한 유형의 결정화기의 성능을 고려해야 합니다. H2SO4 및 NH3의 황산 암모늄과 같은 반응 결정화에서 용질의 과포화를 생성하는 반응과 용질의 후속 결정화가 모두 결정화기 용기 내부에서 발생합니다. 합리적으로 농축된 반응물을 사용할 때 황산 암모늄에 대한 용해 및 반응 열은 증발을 위한 외부 에너지원 없이 황산 암모늄 결정화기에서 반응을 작동하기에 충분합니다. 과포화 프로파일 및 황산암모늄 결정화 동역학 및 이러한 결정화기의 작동 방법은 기존의 증발 결정화기와 다릅니다. 증발 장치에서 공급원료는 과소 포화 상태가 되며 히터는 공급원료의 물을 증발시키기 위해 결정화기와 함께 작동해야 합니다. 약 80%에서 90%로 추정되는 대부분의 황산암모늄 결정기는 증발 모드에서 작동됩니다. 일반적인 경향은 반응성 결정화가 더 작은 결정을 생성하지만 증발 결정화보다 에너지 이점이 있다는 것입니다.

황산 암모늄은 COG에서 NH3를 회수하는 동안 부산물로 생성되기 때문에 일반적으로 다양한 출처의 많은 불순물이 있습니다. 이들은 무기 불순물뿐만 아니라 유기 불순물입니다. 이러한 불순물의 결합된 효과는 복잡하며 순도와 결정 모양 및 크기에 영향을 미칩니다.

포화기 및 모든 젖은 표면을 위한 전통적인 구성 재료는 납 라이닝된 탄소강입니다. 모넬(Monel) 및 스테인리스강(등급 316)과 같은 합금도 사용됩니다. 벽돌 라이닝은 침식으로 인한 "크리프" 및 손상으로 고통받는 납 라이닝을 보호하는 데 사용됩니다.

스테인리스 스틸(316 등급)과 같은 내산성 재료의 가용성은 현대 NH3 흡수 시스템의 개발을 가능하게 했습니다. 이러한 시스템에서 황산 암모늄/H2SO4 용액의 순환 흐름은 흡수기 용기의 COG 흐름과 반대 방향으로 분사됩니다. 가스로부터 NH3의 흡수는 스프레이 액적 표면에서 발생합니다. 순환액의 일부는 연속적으로 회수되어 별도의 연속 결정화기로 공급됩니다. 여기에서 액체는 열과 음압을 사용하여 농축되어 물을 증발시켜 결정화를 촉진합니다. 결정이 제거되고 모액의 흐름이 흡수기 회로에 지속적으로 피드백됩니다.

황산 암모늄 공정의 작동은 흡수제 또는 포화기를 떠나는 COG의 열 함량을 증가시킵니다. 그 이유는 특히 포화기의 경우 공정에서 물 균형을 유지하기 위해 물이 기체 흐름으로 증발되어야 하기 때문입니다. 산을 사용하여 공정에 물을 추가하는 것 외에도 결정 침전물을 용해하고 오염을 줄이기 위해 물을 모액에 추가하는 정기적인 탈포화가 필요합니다. 일부 설비에서는 NH3 흡수기/포화기의 상류에 가스 히터가 제공됩니다. COG로 물이 증발하면 입구보다 이슬점이 더 높은 출구 가스가 생성됩니다. 나프탈렌, 벤졸 및 H2S 제거와 같은 다운스트림 가스 세정 공정이 효과적으로 작동하려면 가스가 최종 가스 냉각기에서 냉각되어야 합니다.

암모늄 설페이트 공정은 플러싱액 증류의 오버헤드 증기를 NH3 포화기/흡수기의 COG 메인 업스트림으로 공급하기 위해 과잉 플러싱액에서 NH3를 수용합니다.

황산 암모늄 공정의 주요 경제적 단점은 H2SO4와 황산 암모늄 사이의 가격 관계입니다. 암모늄 설페이트를 만드는 데 필요한 H2SO4는 암모늄 설페이트 제품 가치의 2배까지 비쌀 수 있습니다.

포삼 프로세스 – 이 공정은 미가공 COG에 존재하는 NH3에서 판매 가능한 상업적으로 순수한 무수 NH3 제품을 생산하는 수단으로 United States Steel에서 개발했습니다. 이 공정에서 생성된 무수 NH3는 앞서 설명한 다른 공정에서 생성된 황산암모늄에 비해 고부가가치 제품입니다.

Phosam 공정에서 NH3는 2단계 분무 흡수 용기에서 인산 암모늄 수용액과 직접 접촉하여 COG에서 선택적으로 흡수됩니다(그림 2). 흡수 용액은 실제로 (i) 인산(H3PO4), (ii) 모노 암모늄 포스페이트(NH4H2PO4), (iii) 디-암모늄 포스페이트[(NH4)2HPO4], 및(iv) 트리-암모늄 포스페이트 ]의 혼합물을 포함합니다. (NH4)3PO4]. 일어나는 가역적 흡수 반응은 다음과 같습니다.

H3PO4 + NH3 =NH4H2PO4

NH4H2PO4 + NH3 =(NH4)2HPO4

(NH4)2HPO4 + NH3 =(NH4)3PO4

흡수된 NH3는 스팀 스트리핑에 의해 회수됩니다. 이것은 스프레이 흡수기로 되돌아가는 흡수 용액을 재생합니다. 스팀 스트리핑은 약 13kg/sq cm의 고압에서 수행됩니다. 그 이유는 용액에서 NH3를 분리하는 가역적 반응이 더 높은 온도에서 선호되기 때문입니다. 따라서 고압(따라서 더 높은 온도)에서 작동하면 스트리핑 증기 소비가 최소화됩니다.

스트리퍼의 오버헤드 증기는 사실상 수증기와 NH3뿐입니다. 이 증기는 응축된 다음 무수 NH3가 응축된 오버헤드 생성물로 회수되는 분별 컬럼으로 공급됩니다. 주로 물인 분류기 바닥 ​​제품은 공정을 폐수로 남깁니다. Phosam 공정의 개략적인 흐름도는 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 Phosam 프로세스의 도식적 흐름도

포삼 공정은 타르와 재순환 용액의 산성 가스(HCN, H2S 및 CO2) 흡수로 인해 오염될 수 있습니다. 타르를 제거하기 위해 흡수 장치와 스트리퍼 사이의 용액 회로에 거품 부유 장치가 설치됩니다. 산성 가스는 NH3가 풍부한 용액을 예열하고 접촉기라고 하는 용기에 공급하여 제거합니다. 이 용기에서 예열은 용액에서 물과 산성 가스의 기화를 유발합니다. 이러한 증기는 COG 메인으로 다시 배출되고 남아 있는 풍부한 용액은 스트리퍼로 공급됩니다. 남아 있는 산성 가스를 처리하고 이것이 무수 NH3를 오염시키는 것을 방지하기 위한 후속 단계는 분별기 공급물에 수산화나트륨(NaOH)을 추가하는 것입니다. NaOH는 산성 가스 화합물을 비휘발성 나트륨 염으로 고정시켜 분별기 바닥 유출 흐름에 남아 있습니다.

중요한 작동 기능은 공정에서 수분 균형을 제어하는 ​​것입니다. 상당한 양의 증기가 용액 제거기에서 응축되고 이 응축물은 순환 용액에서 COG 스트림으로 재증발되어야 합니다. 흡수기로 돌아오는 용액의 온도는 약 60℃이므로 COG는 흡수기를 통과하면서 가열됩니다. 증가된 가스 온도는 일반적으로 Phosam 흡수 장치 뒤에 최종 가스 냉각기를 설치해야 합니다.

흡수 용액에 인산을 추가하는 것은 누출과 같은 운영 손실을 설명하기 위해서만 필요합니다. 생산된 NH3 킬로그램당 0.0075kg H3PO4에 해당하는 비율로 매주 추가됩니다. 포삼 공정은 COG에서 NH3를 99% 이상 회수할 수 있어 매우 효율적입니다. 예를 들어 무수 NH3 대신 NH3 수용액이 생성되는 다른 플랜트 구성이 가능합니다. 구성 재료는 NH3 수용액과 접촉하는 모든 부분이 스테인리스 스틸이고 기타 부분은 탄소강입니다.

황산염 공정에서와 같이 과잉 세척액에 존재하는 NH3는 먼저 증류에 의해 처리되고 증기는 포삼 흡수기의 COG 상류로 공급됩니다.

물 세척 과정

COG에서 NH3를 제거하는 가장 간단하고 가장 자주 사용되는 방법 중 하나는 물에 흡수하는 것입니다. 수성 흡수액은 현재 NH3 세척 용기에서 COG의 흐름과 반대 방향으로 공급됩니다(그림 3). 용기는 여러 액체 재분사 단계가 있는 스프레이 유형 흡수기로 설계하거나 많은 공장에서 흔히 볼 수 있는 충전탑으로 설계할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 패킹 유형은 가스/액체 접촉을 촉진하지만 재생 및 오염에 저항하는 수직으로 배열된 확장된 금속 시트입니다. 5g/l ~ 8g/l의 일반적인 농도로 형성된 풍부한 NH3 용액은 그런 다음 증기를 사용하여 NH3가 수용액에서 제거되는 증류 컬럼으로 공급됩니다. 스트리핑 컬럼의 상단을 떠나는 NH3 및 수증기는 다양한 방식으로 후속 처리를 위해 전달됩니다. 세척 과정의 개략도는 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 물 세척 과정의 개략도

스트리핑 후 흡수액은 냉각되어 세탁기로 되돌아갑니다. 스트리퍼 컬럼에서 응축된 증기의 양과 동일한 회로에서 스트리핑된 액체가 연속적으로 블로우다운됩니다. 이 블로우다운은 식물 폐수이며 잔류 NH3를 완전히 제거하기 위해 생물학적 폐수 처리가 필요합니다.

물에 NH3가 용해되는 것 외에는 화학 반응이 관여하지 않기 때문에 물 세척 과정은 온도에 따라 달라지며 낮은 COG 온도(20°C ~ 30°C)에서 가장 효율적입니다. NH3 세척 용기는 일반적으로 일반적인 코크스 오븐 부산물 공장에서 타르 집진기 직후에 배치됩니다. 이 시점에서, 부산물 플랜트가 양압에서 작동되는 경우 가스는 가스 배출기에서 약간의 과열도를 유지합니다. NH3 제거 효율을 높이려면 이 과열도를 제거하고 가스를 최적의 온도 범위로 냉각하기 위해 가스 냉각이 필요합니다.

가스 냉각 단계는 종종 NH3 세척 용기 자체에 통합됩니다. NH3 와셔는 가스 냉각 단계의 출구 온도보다 낮은 온도에서 작동하지 않아야 합니다. 그렇지 않으면 나프탈렌에 의한 오염이 발생할 수 있습니다.

수성 흡수액을 사용하면 COG에서 상당한 양의 산성 가스(H2S, CO2 및 HCN)가 동시에 흡수됩니다.

따라서 많은 공장에서 계속해서 주철 증류기를 가동하고 있지만 NH3 기둥은 오늘날 티타늄 및 스테인리스강(등급 316)과 같은 내식성 재료로 구성되는 경우가 많습니다. 스트리핑 컬럼에는 버블 캡 트레이 또는 보다 경제적인 밸브 트레이가 장착되어 있습니다. 와셔의 낮은 액체 온도와 그에 따른 부식 속도 감소로 인해 이 용기는 전체적으로 탄소강으로 구성될 수 있습니다.

물 세척 공정의 장점은 과잉 세척액 및 기타 수성 플랜트 흐름(예:벤졸 플랜트 유출물)을 사용하여 세탁기에서 NH3를 흡수할 수 있다는 것입니다. 이렇게 하는 것의 장점은 여분의 액체가 어떤 경우에도 스팀 스트리핑되기 때문에 잉여 플러싱 액체가 NH3를 흡수하는 데도 사용되는 경우 스트립핑 스팀의 순 절약이 있다는 것입니다.

다른 플랜트 폐수 흐름의 경우 예비 폐수 처리 단계로 증기 스트리핑을 수행하는 것이 종종 합리적입니다. 이를 NH3 흡수 공정과 결합하면 부산물 공장의 전체 증기 소비가 최소화됩니다. 과잉 플러싱액은 유리 NH3 농도가 흡수액의 유리 NH3 농도와 가장 근접하게 일치하는 세척기의 한 지점에 추가됩니다. 고정 NH3의 존재는 COG에서 유리 NH3의 흡수에 영향을 미치지 않습니다. 과량의 세척액이 수세 공정에서 사용되는 경우 순환액 재고를 유지하기 위해 블로우다운 유출 스트림의 유속이 증가합니다. 고정된 NH3는 가성 소다를 추가하여 스트리핑 컬럼에서 제거할 수 있습니다. 대안적으로, 블로우다운 스트림은 별도의 고정 NH3 증류기로 공급될 수 있다. 별도의 고정 NH3를 사용하면 HCN과 같은 산성 가스와 함께 고정 화합물을 형성하고 플랜트 폐수 흐름에 이러한 화합물이 존재하게 만드는 원인이 될 수 있는 재순환 흡수액에 알칼리가 존재하지 않습니다.