DE19731505A1

DE19731505A1 - Reinigung der bei der Herstellung von Mineraldüngemitteln entstehenden Abgase

Info

Publication number: DE19731505A1
Application number: DE19731505A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Meyer; Karl Grimmer; Robert Dr Nitzschmann; Michael Jaeger; Johannes Dr Reuvers; Georg Dr Kling; Bernhard Dr Purucker; Rainer Dr Wunder; Stefan Dr Meckl
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1998-01-29
Also published as: GB2315435A; GB9715376D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gemeinsamen Reinigung der bei der Herstellung von Mineraldüngemitteln entstehenden Abgase und/oder Dämpfe.

Verfahren zur Herstellung von Mineraldünger wie Nitrophosphat- oder Nitrophosphat-Kalium-Dünger (NP- oder NPK-Dünger) weisen im allgemeinen folgende sequentielle Verfahrensschritte auf:

- Aufschluß: die Auflösung der festen Rohstoffe (Rohphosphat, Diammoni umphosphat, Monoammoniumphosphat, u. a.) in Mineralsäuren und Ausschleusung unlöslicher Bestandteile
- Umwandlung: gezielte Kristallisation unerwünschter Bestandteile
- Neutralisation: Neutralisation der sauren Lösung mit NH₃
- Eindampfung: Konzentrierung der Lösung, auch als Maische bezeichnet, durch Wasserabdampfung
- Kalimischung: Zudosierung von Kali- und anderen Salzen zur Formel einstellung
- Granulation und Trocknung: Formgebung der Maische in Granulat und Restwasserentfernung mittels Brenngasen/Heißluft.

Bei Durchführung dieser Verfahrensschritte treten Abgase und Dämpfe in unterschiedlichen Mengen und mit unterschiedlichen Gehalten an Stickoxiden (NO_x), Ammoniak (NH₃), Wasserdampf, Fluorwasserstoff (HF), Silicium fluorid (SiF₄) und Feststoffstäuben (Alkali- und Erdalkalinitrate, -sulfate, -phosphate, -fluoride und Mischsalze) in Abhängigkeit von den eingesetzten Rohstoffen und der Endformel des zu erzeugenden mineralischen Dünge mittels auf.

Entsprechend den bestehenden gesetzlichen Vorschriften müssen die Abgase und die Dämpfe vor Abgabe an die Umwelt behandelt werden, um die enthaltenen Inhaltsstoffe zu reduzieren. Hierfür sind bereits eine Reihe von Verfahren bekannt geworden.

So beschreibt die EP-A 0 562 328 ein Verfahren zur gleichzeitigen Be handlung von gesammelten Abgasen und Dämpfen aus Neutralisation, Ein dampfung, Kalimischung, Granulation und Trocknung in einer einstufigen Waschkolonne mit trennwirksamen Einbauten. Die Abgase werden dort gereinigt, und gleichzeitig wird durch den Wärmegehalt der Abgase soviel Wasser verdampft, daß ein großer Teil der in den Abgasen enthaltenen Schad- und Feststoffe in der Waschlösung niedergeschlagen wird und dort durch Reaktion miteinander, durch Fällung und Kristallisation unlösliche Sedimente und Anbackungen im Flüssigkeitsverteiler der umlaufenden Wasch lösung und in den trennwirksamen Einbauten (z. B. Schüttungen und Packun gen von Füllkörpern) führt. Insbesondere tritt bei den bekannten Verfahren zur Reinigung trockener, staubbeladener Abgase, die bei der Produktion von Mineraldüngemitteln entstehen, in den Abgasreinigungskolonnen immer das Problem der Staubablagerung am Gaseintritt, am Gasverteiler und an den umliegenden Einbauten der Kolonne, insbesondere an der Unterseite der Packung, auf. Dies hat erheblich verkürzte Standzeiten mit häufigen Betriebs störungen zur Folge. Solche Störungen können nur durch regelmäßiges Abstellen und Reinigen zur Beseitigung der Ablagerungen vermieden werden.

Aus der SU-A-360 960 ist bekannt, daß bei einer mit Schaum arbeitenden Waschapparatur für die Abscheidung von Staub aus Abgasen das eintretende trockene, staubhaltige Gas durch Zerstäuben von Wasser in kleine Tröpfchen unterhalb der Schaumschicht befeuchtet wird. Dies hat den Nachteil, daß zusätzlich Wasser in die Waschlösung gelangt. Dies wirkt einer erwünschten Aufkonzentration entgegen, die insbesondere bei dem vorbeschriebenen Verfahren ein wesentliches Merkmal ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Ablagerungen im Bereich des Gaseintritts zu reduzieren. Außerdem soll auch bei Spitzen belastungen durch Betriebsschwankungen die Emission von Schadstoffen zuverlässig verhindert werden.

Die Lösung der Aufgabe geht aus von dem Verfahren zur gemeinsamen Reinigung der bei der Herstellung von Mineraldüngemitteln entstehenden Abgase und/oder Dämpfe in einer Waschkolonne mittels einer Waschflüssig keit. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann dadurch gekennzeichnet, daß die in die Waschkolonne eingeführten Abgase nach ihrem Eintritt in den unteren Teil der Waschkolonne mit einer Flüssigkeit besprüht werden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung besteht diese Flüssigkeit mindestens zum Teil aus der in der Waschkolonne eingesetzten Waschflüssigkeit. Die Menge der versprühten Flüssigkeit wird vorzugsweise so gewählt, daß der eintretende Gasstrom vollständig besprüht wird. Dabei ist mindestens ein Teil der versprühten Flüssigkeit gegen die Verteilerorgane des Verteilersystems für die Abgase zu richten. Die Besprühung erfolgt vorzugsweise durch Düsen, die im Verteilersystem für die Abgase in der Waschkolonne angeordnet sind. Die Tröpfchen der Sprühflüssigkeit müssen entgegen der in der SU-A-360 960 vertretenen Auffassung nicht gezielt fein erzeugt werden. Es wurde festgestellt, daß einfache Düsen (Tropfenspektrum je nach Art 0,1 mm bis 5 mm) genügen. Bei getrennter Zuführung ver schiedener Abgasströme mit verschiedenem Feuchtigkeitsgehalt ist die Besprü hung in den Gasstrom mit dem geringsten Gehalt an Wasserdampf gerichtet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wirkt in der Weise, daß das Verteilerorgan für das eintretende Gas permanent zur Verhinderung von Ablagerungen besprüht wird. Gleichzeitig werden das eintretende Gas und die enthaltenen Stäube befeuchtet, und die Stäube werden von der Waschflüssigkeit auf genommen und können sich nicht an den Einbauten ablagern. Außerdem stellt dieser zusätzliche intensive Kontakt zwischen eintretendem Gas und Waschlösung einen zusätzlichen Waschschritt bei Spitzenbelastungen dar, durch den unzulässige Emissionen mit großer Wirksamkeit verhindert wer den. Schließlich wird ein Eintrocknen der Einbauten in der Kolonne durch überhitzte Luft zuverlässig vermieden.

Von besonderem Vorteil ist die Verwendung der in der Waschkolonne vorhandenen Waschlösung als Absorptionsmedium. Hierdurch ist diese Waschkolonne praktisch mit einer zusätzlichen Waschstufe ausgerüstet. Eine kostenintensive Überdimensionierung der Apparatur zum Abfangen von Spitzenbelastungen ist deshalb nicht erforderlich.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können dem im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschriebenen Verfahren und der dargestellten Vorrichtung entnommen werden. Dabei werden die zu reinigenden Abgase in zwei getrennten Strömen zugeführt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens in Blockform;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der für die Durchführung des Ver fahrens eingesetzten Waschkolonne, teilweise im Schnitt;

Fig. 3 einen perspektivischen Querschnitt durch den unteren Teil der in Fig. 2 dargestellten Waschkolonne.

In dem in Fig. 1 dargestellten Verfahrensschema sind die eingangs genann ten bekannten sequentiellen Verfahrensschritte in Blockform dargestellt und mit römischen Bezugszeichen versehen. In diesen Stufen laufen folgende Verfahrensschritte ab:

I. Aufschluß: Hier werden die festen Rohstoffe (Rohphosphat, Diammoni umphosphat, Monoammoniumphosphat, u. a.) in Salpetersäure aufgelöst, und die unlöslichen Bestandteile werden ausgeschleust.
II. Umwandlung: Hier wird durch gezielte Kristallisation Calciumnitrat tetrahydrat abgetrennt. Dabei entsteht eine saure Phosphatlösung, die im wesentlichen aus einer Mischung von Salpeter- und Phosphorsäure besteht.
III. Neutralisation: In dieser Stufe wird die saure, angereicherte Phosphatlösung mit Ammoniak neutralisiert. Hierbei verdampft durch die Reaktionswärme Wasser.
IV. Eindampfung: Durch weitere Verdampfung von Wasser wird die Lösung (Maische) in dieser Stufe konzentriert.
V. Kalimischung: Hier werden zur Einstellung der Endformel des herzustel lenden Produkts Kalium- und andere Salze zudosiert.
VI. Granulation und Trocknung: In dieser Stufe erfolgt die Formgebung der Maische in Granulate und die Restwasserentfernung mittels Heißluft.

Aus dieser Abfolge von Verfahrensstufen entstehen einzelne Gasströme, die dem unteren Bereich einer mit Einbauten versehenen Waschkolonne VII zugeführt werden. Die Waschkolonne VII kann als Füllkörperkolonne aus gebildet sein. Sie kann auch in bekannter Weise mit Packungen oder Böden ausgestattet sein. Bei den abgezweigten Strömen handelt es sich im einzelnen um die mit arabischen Ziffern bezeichneten Ströme 1, 2 und 3. Das bei der Umwandlung in Stufe II entstehende Abgas, das im wesentlichen als Schad stoffe NO_x und Fluoride enthält, wird durch Leitung 1 einem unter den Einbauten der Waschkolonne VII angeordneten Gasverteiler IX zugeführt. Gemeinsam mit dem durch Leitung 1 in den Gasverteiler IX eingeleiteten Gas wird diesem durch Leitung 3 auch das Abgas aus der Granulation und Trocknung (VI) zugeführt. Aus der Neutralisation (III), der Eindampfung (IV) sowie aus der Kalimischung (V) werden durch die Leitungen 2 Dämpfe und Brüden abgeführt und einem unterhalb des Gasverteilers IX liegenden Verteiler X zugeführt. Die dem Verteiler X zugeführten wasserdampfhaltigen Abgase enthalten im wesentlichen NH₃ und Fluoride. Beide Verteiler werden im Detail an späterer Stelle anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben. Es ist auch möglich, alle Abgasströme, d. h. also die durch die Leitungen 1, 2 und 3 fließenden Ströme gemeinsam in die Waschkolonne VII einzuleiten.

Die in der Waschkolonne VII anfallende Sumpfflüssigkeit wird durch eine Leitung 5 abgezogen und mittels einer Umwälzpumpe VIII zum Teil in den oberen Teil der Waschkolonne VII zurückgeführt. Ein Teil der durch Lei tung 5 abgezogenen Sumpfflüssigkeit wird erfindungsgemäß durch Leitung 11 einem Sprühsystem XI zugeführt, das in diesem Ausführungsbeispiel in nerhalb des Gasverteilers IX angeordnet ist. Einzelheiten hierzu werden anhand der Fig. 2 und 3 noch näher erläutert. Aus der durch Leitung 5 geführten Waschsuspension, die auch ungelöste Feststoffe enthält, wird durch Leitung 9 konzentrierte Waschsuspension ausgeleitet und in den Herstellungs prozeß des Mineraldüngemittels zurückgeführt. Zum Ausgleich von Wasser verlusten und zum Ausgleich der durch Leitung 9 abgezogenen konzen trierten Waschsuspension werden durch Leitung 7 Prozeß- und/oder Spülwäs ser zugeführt. Diesen kann durch Leitung 8 Ammoniak oder Salpetersäure zudosiert werden, um den pH-Wert der durch Leitung 7 zugeführten Wässer dem pH-Wert der Kreislaufsuspension in Leitung 5 anzugleichen. Zur Ein stellung des pH-Werts und/oder der Phosphatkonzentration der in Leitung 5 im Kreislauf geführten Waschlösung kann durch Leitung 6 Salpetersäure oder saure Phosphatlösung zugesetzt werden, die über die Leitung 4 zwischen den Stufen Umwandlung (II) und Neutralisation (III) abgezogen werden kann. Falls erforderlich, kann auch Phosphorsäure zugeführt werden. Das gereinigte Abgas wird durch Leitung 10 abgezogen.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Waschkolonne VII soll nun anhand der Fig. 2 noch näher erläutert werden.

Bei dieser Waschkolonne VII handelt es sich im wesentlichen um eine konventionelle Waschkolonne zylindrischer Bauform, in deren oberem Teil Einbauten VIIA, vorzugsweise Füllkörper angeordnet sind. Über diesen ist ein erster Verteiler XI für die durch Leitung 5 zugeführte Waschflüssigkeit vorgesehen. Über den Flansch XII ist die Kolonne VII mit der Abgasleitung 10 verbunden. Ihr im unteren Teil angeordnetes Sammelrohr XIII steht über die Leitung 5 mit der Umwälzpumpe VIII in Verbindung.

Wesentlich für die Erfindung ist das in dem unterhalb der Einbauten VIIA angeordnete, hier im Gasverteiler IX vorgesehene Sprühsystem als zweiter Verteiler XI, dessen Einzelheiten anhand der Fig. 3 im folgenden beschrie ben werden. Unter diesem ist ein Verteiler X für die Dämpfe und Brüden angeordnet.

Bei dem Verteiler IX handelt es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um einen sog. Flügel-Gasverteiler, der Prallflächen IXA aufweist, gegen die der durch die flanschförmige Öffnung IXB einströmende Sammelgasstrom an strömt und verteilt wird. Gleichzeitig wird dieser Gasstrom der durch die Einbauten VIIA herabströmenden Waschflüssigkeit ausgesetzt, wodurch Verunreinigungen gelöst und Stäube herabgespült werden. Die flügelförmigen Prallflächen IXA sind in fester Position in Streben IXC gehaltert, die im Ausführungsbeispiel konisch zueinander verlaufen. Der Winkel der Prall flächen in bezug auf den durch die Öffnung IXB einströmenden Gasstrom wird in Abhängigkeit von dessen Menge und Geschwindigkeit festgelegt. Innerhalb dieses Flügel-Gasverteilers ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel das erfindungsgemäße Sprühsystem XI angeordnet. Dieses besteht im wesent lichen aus einer Rohrleitung XIB, die an einem Ende mit der Leitung 11 in Verbindung steht und die am anderen Ende nach einer Verjüngung des Querschnitts geschlossen ist. Quer zur Achsrichtung dieses Rohres XIB sind Abzweigungen XIA vorgesehen, die mit nach unten gerichteten Bohrungen oder Sprühdüsen versehen sind.

Unterhalb des Flügel-Gasverteilers IX ist ein Röhrenverteiler X angeordnet, der mit Bohrungen XA versehen ist. Im Ausführungsbeispiel besteht der Gasverteiler X aus zwei parallel zum Gasverteiler geführten Rohren, durch deren Zuführungsöffnungen XB der Sammelgasstrom 2 zugeführt wird, der die Abgase und/oder Dämpfe mit hohem Wassergehalt und hohem Anteil an Ammoniak enthält. Die Bohrungen XA sind so angeordnet, daß sie vorzugs weise quer zur Längsachse der Waschkolonne nach außen gerichtet sind. Der Verteiler für Gase mit hohem Wasser- und NH₃-Gehalt kann auch düsenför mig ausgebildet sein, wobei eine oder mehrere Düsen vorgesehen sein können. Die Achse der Strahlrichtung dieser Düsen verläuft vorzugsweise rechtwinklig zur Achse der Waschkolonne.

In einem nach dem in Fig. 1 beschriebenen Schema arbeitenden Verfahren mit einer Kolonne nach den Fig. 2 und 3 wurden praxisgerechte Ergebnisse erzielt. Dabei diente als Waschlösung mit NH₃ versetztes Prozeßspülwasser, bei dem die Einstellung des pH-Werts mit 60%iger wäßriger HNO₃ erfolg te. Die Gase 1 und 3 bilden dabei zusammen als "trockene Abgase" den weiteren Sammelabgasstrom, der durch einen niedrigen Wasserdampfgehalt und niedrigen Ammoniakgehalt gekennzeichnet ist. Das Gas 1 enthält außer dem einen hohen Gehalt an NO_x. Dieser Sammelabgasstrom wird über den Flügel-Gasverteiler IX in die Waschkolonne VII eingeleitet. Das Gas 2, das einen hohen Wasserdampfgehalt und hohen Ammoniakgehalt aufweist und das als "feuchtes Abgas" bezeichnet werden kann, wird über den mit Bohrungen XA versehenen Röhrenverteiler X in die Waschkolonne VII eingeleitet.

Claims

1. Verfahren zur gemeinsamen Reinigung der bei der Herstellung von Mineraldüngemitteln entstehenden Abgase und/oder Dämpfe in einer Waschkolonne mittels einer Waschflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Waschkolonne eingeführten Abgase nach ihrem Eintritt in den unteren Teil der Waschkolonne mit einer Flüssigkeit besprüht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit mindestens zum Teil aus der in der Waschkolonne eingesetzten Wasch flüssigkeit besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der versprühten Flüssigkeit und die Ausrichtung des Sprühorgans so gewählt ist, daß der eintretende Gasstrom vollständig besprüht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der versprühten Flüssigkeit gegen die Verteiler organe des Verteilersystems für die Abgase gerichtet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Besprühung durch im Verteilersystem für die Abgase in der Waschkolonne angeordnete Düsen erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchen der Sprühflüssigkeit einen Durchmesser kleiner als 20 µm, vorzugsweise kleiner als 15 µm, besitzen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei getrennter Zuführung verschiedener Abgasströme mit verschiede nem Feuchtigkeitsgehalt die Besprühung auf den Gasstrom mit dem geringsten Gehalt an Wasserdampf gerichtet ist.

8. Vorrichtung zur gemeinsamen Reinigung der bei der Herstellung von Mineraldüngemitteln entstehenden Abgase und/oder Dämpfe in einer mit Einbauten (VIIA) wie Füllkörpern versehenen Waschkolonne (VII) mittels einer Waschflüssigkeit (5), bei der unterhalb der Einbauten in der Waschkolonne Verteilerorgane eines Gasverteilers (IX) für die zu reinigenden Abgase angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Verteilerorgane (IXA) Spritzdüsen (XIA) für die Einführung von Waschlösung (11) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritz düsen (XIA) auf die Verteilerorgane (IXA) gerichtet sind.