Pemulihan Amonia selama Produksi Coke dari Coking Coal

Pemulihan Amoniak Selama Produksi Coke dari Coking Coal

Amonia (NH3) adalah produk sampingan yang dihasilkan selama produksi kokas dari batu bara kokas dalam oven kokas produk sampingan. Ini adalah konstituen dari gas oven kokas (COG) yang meninggalkan oven kokas, dengan konsentrasi khas dalam COG mentah 6 gram per meter kubik normal (g/N cum). Kelarutan NH3 dalam air menyebabkan keberadaannya dalam cairan pembilasan baterai oven kokas (COB) dengan konsentrasi tipikal 5 gram per liter (g/l) hingga 6 g/l total NH3. Oleh karena itu, karena produksi bersih cairan pembilasan dalam COB, kadang-kadang juga disebut sebagai cairan pembilasan berlebih, timbul aliran cairan serta aliran gas dari mana NH3 diperlukan untuk dihilangkan. Jumlah kelebihan cairan adalah sekitar 12% dari throughput batubara kering, yang tergantung pada kadar air batubara.

Penghapusan NH3 dari aliran gas adalah fitur universal dari oven kokas dan pabrik produk sampingan. Ini karena NH3, dengan adanya kontaminan COG lainnya, hidrogen sianida (HCN), hidrogen sulfida (H2S), oksigen (O2), dan air, sangat korosif terhadap saluran pipa yang terbuat dari baja karbon. Juga, ketika amonia dibakar secara tak terkendali di ruang bakar mana pun, ia membentuk nitrogen oksida (NOx) yang menyebabkan polusi udara. Oleh karena itu, penghilangan NH3 dari COG dan aliran cairan juga perlu dilakukan karena alasan lingkungan.

Proses penanganan NH3 utama dalam oven kokas dan pabrik produk sampingan berkaitan dengan penghilangan dan pembuangan NH3 yang ada dalam COG. Namun, sistem pemulihan NH3 sering kali menyertakan fasilitas untuk menangani NH3 yang timbul dalam cairan pembilasan berlebih. Untuk pemahaman yang tepat tentang bagaimana fasilitas ini digabungkan ke dalam sistem penanganan NH3 secara keseluruhan, pengolahan NH3 dalam cairan pembilasan berlebih dijelaskan terlebih dahulu dan kemudian proses utama untuk menghilangkan NH3 dari COG dijelaskan.

Pengobatan cairan pembilasan berlebih

Di beberapa tempat, kelebihan cairan pembilasan dapat dibuang tanpa perawatan sebelumnya, menggunakan injeksi sumur dalam. Praktik yang dulunya umum adalah menggunakan cairan pembilasan berlebih untuk mendinginkan kokas panas, meskipun karena alasan lingkungan, praktik ini tidak lagi dapat diterima. Dengan tidak adanya metode pembuangan sederhana seperti itu, alternatif yang tersisa adalah penghilangan sebagian besar NH3 dari cairan dengan distilasi, biasanya diikuti dengan pengolahan akhir di pabrik pengolahan limbah biologis (BET). Dimungkinkan untuk menggunakan BET saja untuk menghilangkan NH3 dari cairan pembilasan yang berlebihan, namun, ukuran dan biaya operasi pabrik BET sangat berkurang ketika penghilangan awal NH3 dilakukan dengan distilasi.

Distilasi cairan pembilasan berlebih melibatkan pengumpanan cairan ke bagian atas kolom distilasi dengan nampan, biasanya disebut penyulingan NH3, dan pengumpanan aliran arus berlawanan dari pengupasan uap di bagian bawah. Uap pengupasan menyaring NH3 yang keluar dengan uap overhead dan diteruskan untuk perawatan lebih lanjut. Cairan yang dilucuti dipompa dari bagian bawah alat penyulingan dan didinginkan sebelum dibuang ke saluran pembuangan lokal atau ke instalasi BET. Tingkat tipikal total NH3 dalam minuman keras yang dilucuti berkisar dari kurang dari 50 ppm (bagian per juta) hingga 150 ppm.

Tidak mudah untuk mengupas semua NH3 terlarut yang ada dalam cairan pembilasan berlebih dengan uap. Banyaknya spesies kimia yang ada dalam cairan pembilasan mengarah pada pembentukan berbagai garam amonium dalam larutan. Ini termasuk amonium karbonat, klorida, dan sulfat antara lain. Garam seperti amonium karbonat mudah terurai oleh panas di dalam diam untuk menghasilkan molekul NH3 bebas. Namun, garam lain seperti amonium klorida dan sulfat tidak terurai dan mempertahankan NH3 dalam bentuk tetap. Fraksi NH3 tetap terhadap NH3 total dalam cairan pembilasan berlebih biasanya dalam kisaran 20% sampai 50%. Untuk memungkinkan distilasi NH3 tetap, cairan pembilasan berlebih diperlukan untuk dibuat basa. Reaksi khas berikut kemudian terjadi, membebaskan molekul NH3 bebas.

NH4+ + OH- =NH3 + H2O

Penambahan alkali ditentukan oleh keseimbangan massa, berdasarkan analisis kimia dari cairan berlebih untuk memberikan konsentrasi NH3 tetap yang ada.

Bentuk alkali yang digunakan dalam distilasi cairan pembilas berlebih telah berubah selama bertahun-tahun. Selama bertahun-tahun, suspensi kalsium hidroksida (kapur) digunakan. Bahan ini memiliki keuntungan dari biaya rendah dan ketersediaan siap, tetapi pembentukan garam kalsium tidak larut seperti kalsium karbonat menciptakan masalah besar dengan pengotoran. Penyuling NH3 memerlukan desain berlebih yang cukup besar untuk memungkinkan pengoperasian yang berkelanjutan sementara sebagian mengotori, tetapi meskipun demikian mereka harus dikeluarkan dari layanan secara teratur untuk dibersihkan. Untuk menghindari masalah pengotoran, natrium karbonat (soda ash) juga telah digunakan. Ini memiliki keuntungan bahwa garam tidak larut tidak terbentuk, tetapi pengotor dapat hadir untuk menyebabkan pengotoran dan di tempat penyimpanan dan peralatan pencampuran diperlukan. Faktor lingkungan, saat menggunakan reagen seperti kapur dan soda ash, adalah bahwa endapan tak larut yang terbentuk dapat menimbulkan masalah pembuangan limbah padat.

Ketersediaan umum dan kemudahan penanganan larutan natrium hidroksida (NaOH) (soda api) saat ini merupakan alkali pilihan untuk desain penyulingan NH3 saat ini. NaOH adalah yang paling mahal dari alkali yang digunakan secara tradisional, tetapi konsumsinya dapat dikontrol secara ketat yang merupakan keuntungan besar di mana batasan dikenakan pada pH limbah yang masih ada. Karakteristik non-fouling dari NaOH memungkinkan penggunaan desain diam yang lebih ekonomis, menggabungkan baki katup sebagai pengganti baki tutup gelembung tradisional. Dalam prakteknya, NaOH disuntikkan ke dalam NH3 masih dekat, tapi tidak di, nampan atas. Hal ini memungkinkan gas asam terlarut seperti HCN dan H2S dikeluarkan dari cairan terlebih dahulu, sebelum dapat bereaksi dengan NaOH untuk membentuk garam tetap.

Bahan konstruksi untuk stills NH3 dipilih karena ketahanannya terhadap korosi. Besi tuang secara tradisional telah digunakan, dengan kelonggaran yang besar untuk korosi, meskipun sekarang sering kali lebih ekonomis untuk menggunakan bahan seperti Hastelloy (paduan berbasis nikel), titanium dan baja tahan karat (kelas 316). Bagian atas penyulingan NH3 di mana terdapat gas NH3 dan asam umumnya memerlukan penggunaan bahan yang sangat tahan korosi.

Masalah operasi yang umum dalam distilasi cairan pembilasan berlebih adalah adanya sisa tar yang dapat menyebabkan pengotoran serius pada alat penyulingan. Solusi biasa untuk masalah ini adalah memasang saringan pasir atau kerikil di saluran pasokan cairan pembilasan berlebih. Ini dioperasikan secara manual atau otomatis. Tar yang dihilangkan dibilas kembali ke dekanter tar dan minuman keras.

Pemulihan amonia dari gas oven kokas

Saat ini ada tiga metode yang digunakan untuk pemulihan NH3 dari COG. Ini dikenal sebagai (i) proses amonium sulfat, (ii) proses phosam, dan (iii) proses pencucian air.

Proses amonium sulfat – Proses ini menghilangkan NH3 dari COG dengan penyerapan dalam larutan amonium sulfat [(NH4)2SO4] dan asam sulfat (H2SO4). Reaksi penyerapannya adalah 2NH3 + H2SO4 =(NH4)2SO4. Amonium sulfat yang dihasilkan dari reaksi NH3 dengan H2SO4 diperoleh kembali dengan kristalisasi. Kristal kemudian disentrifugasi, dicuci dan dikeringkan. Berbagai proses amonium sulfat dalam operasi berbeda dalam jenis perangkat kontak gas/minuman dan jenis peralatan kristalisasi yang digunakan. Peralatan proses dari proses amonium sulfat dijelaskan di bawah ini.

Metode awal dan proses yang masih sangat umum digunakan menggunakan tabung celup yang memanjang di bawah permukaan larutan asam/amonium sulfat dalam wadah yang disebut sebagai saturator. Saturator adalah bejana silindris dengan dasar berbentuk kerucut. Ini dilengkapi dengan tudung gelembung, yang saluran memanjang ke tengah saturator. Saluran memiliki tudung di bagian bawah dilengkapi dengan baling-baling seperti pengaturan. Struktur lain seperti cincin dengan bukaan kecil ada di bagian kerucut, yang digunakan untuk memberi makan nitrogen (N2). Cincin air panas disediakan di bagian atas saturator. Saturator selalu dijaga dengan penangas asam yang disebut cairan, yang mengandung 4% sampai 5% dari H2SO4. COG diumpankan melalui tabung celup dan kontak gas/cair terjadi saat gelembung gas bergerak naik melalui larutan dalam saturator. Asam terus ditambahkan ke saturator. Selama periode ini, NH3 yang ada dalam gas bereaksi dengan H2SO4 dalam cairan untuk membentuk amonium sulfat. Panas reaksi antara NH3 dan H2SO4 menyebabkan terjadinya penguapan air ke dalam COG. Konsentrasi amonium sulfat mencapai saturasi, menyebabkan kristal terbentuk langsung di saturator di mana mereka dibiarkan tumbuh sampai dikeluarkan dari proses. Melalui agitasi dan sirkulasi larutan, kristal halus dipertahankan dalam larutan proses 'mother liquor' seperti yang diketahui. Amonium sulfat yang terbentuk mengendap di dasar saturator.

Nitrogen diumpankan ke saturator untuk tujuan agitasi. Aliran N2 ke saturator biasanya dipertahankan pada 450 meter kubik per jam (cum/jam) hingga 550 cum/jam. N2 murni dimasukkan ke dalam saturator melalui cincin N2 pada tekanan sekitar 6 kg/cm2. Pembersihan N2 meningkatkan pertumbuhan kristal.

H2SO4 (98%) diumpankan ke saturator untuk menjaga keasaman di saturator. Gas yang terkumpul di atas saturator diumpankan ke perangkap asam. Saat gas naik, beberapa kristal dapat terbawa dengan gas dan mereka ditumpuk ke dinding saturator di bagian atas. Kemudian air panas disemprotkan melalui ring yang disediakan. Kristal yang menempel pada dinding saturator terhanyut. Ketika air panas disemprotkan, konsentrasi minuman keras berkurang. Jadi konsentrasi asam inlet meningkat menjadi sekitar 6% sampai 7% selama periode tersebut. Setelah reaksi, larutan induk secara terus menerus ditarik ke tangki sirkulasi yang disediakan di sisi saturator. Ini juga bertindak sebagai segel untuk saturator. Dari tangki sirkulasi, larutan induk diumpankan ke tangki larutan induk. Kristal yang dikumpulkan di bagian bawah diumpankan ke tangki penerima kristal dengan menggunakan pompa

Outlet dari saturator membawa kabut asam. Untuk menghilangkan kabut asam, gas dikirim ke perangkap asam. Ini adalah bejana silinder berongga. COG dari saturator masuk tangensial ke trap. Karena gerakan sentrifugal, kabut asam akan terpisah. Asam yang terkumpul di bagian bawah diumpankan ke tangki sirkulasi. Setelah kabut asam dihilangkan, COG diumpankan ke bagian pemulihan benzol dari pabrik produk sampingan.

Bubur amonium dari dasar saturator dipompa ke tangki penerima kristal yang memiliki dasar kerucut di mana kristal amonium sulfat mengendap di bagian tangki yang berbentuk kerucut. Cairan induk dari bagian atas penerima diumpankan ke saturator. Bubur dari bawah diumpankan ke centrifuge. Kristal dari centrifuge mengandung sejumlah uap air. Untuk menghilangkan kelembapan ini, kristal harus dikeringkan. Pengering biasanya merupakan pengering unggun terfluidisasi. Prinsipnya didasarkan pada pelepasan partikel sehingga memperoleh fluiditas karena aksi aliran udara dengan kecepatan udara tertentu. Pengering dilengkapi dengan layar di bagian bawah, cincin keramik diatur di bagian bawah layar. Pengering dilengkapi dengan udara dengan kipas angin draft paksa, dipanaskan di saluran. Penyebar di saluran pakan pengering menyebarkan pakan ke segala arah.

Kipas angin paksa menyedot udara atmosfer dan mengalirkan ke pengering. Saluran pembuangan kipas dibagi menjadi dua bagian. Udara dipanaskan sampai 120 derajat C sampai 150 derajat C dengan menggunakan uap dan udara panas diumpankan dari bagian bawah layar. Cincin keramik mendistribusikan udara ke segala arah dan membuat kristal menjadi cair. Suhu udara harus dipertahankan cukup tinggi untuk menghilangkan uap air dari kristal. Di ujung pembuangan pengering, kristal amonium sulfat didinginkan.

Ketika tingkat tekanan unggun terfluidisasi mencapai titik setel yaitu sekitar 300 mm kolom air (WC) hingga 400 mm WC, pengumpan pelepasan otomatis melepaskan amonium sulfat kering ke elevator bucket. Lift mengeluarkan produk kering ke dalam bunker, yang pada gilirannya mengumpankan produk ke mesin bagging. Zona di atas unggun terfluidisasi dijaga dalam kisaran 5 mm WC hingga 10 mm WC untuk menghindari terbawanya partikel amonium sulfat keluar dari unit pengering ke penangkap debu.

Udara dari pengering disedot oleh kipas hisap dan diumpankan ke pemisah siklon. Pemisah siklon memisahkan kristal amonium sulfat halus di udara dan diumpankan ke bunker. Udara yang mengandung debu kristal dari siklon diumpankan ke bagian bawah tangki pengumpul debu yang berisi cairan pembilasan hingga tingkat tertentu. Di sini debu kristal dilarutkan dalam air dan udara dibuang ke atmosfer.

Kelebihan minuman keras dari saturator memasuki tangki cairan induk. Setiap saturator dilengkapi dengan dua tangki cairan induk. Salah satunya adalah vertikal dan horizontal. Pertama minuman keras memasuki tangki horizontal. Karena minuman keras memiliki kerapatan yang lebih kecil daripada tar, ia mengapung. Kemudian cairan induk bening diumpankan ke tangki vertikal. Dari bagian bawah cairan induk tangki vertikal diumpankan ke saturator melalui pompa yang disediakan. Konsentrasi minuman keras dipertahankan pada sekitar 10% sampai 12%.

Flowsheet khas pabrik amonium sulfat yang menggabungkan perlakuan cairan pembilasan berlebih ditunjukkan pada Gambar 1.

 Gbr 1 Flowsheet khas pabrik amonium sulfat

Amonium sulfat juga dihasilkan oleh reaksi langsung dari H2SO4 pekat dan NH3 gas dalam kristalisasi evaporatif. Prosesnya dijelaskan di sini. NH3 cair diuapkan dalam evaporator menggunakan steam pada tekanan 16 kg/cm2 dan dipanaskan terlebih dahulu menggunakan steam tekanan rendah. Kuantitas stoikiometri dari amonia gas yang dipanaskan sebelumnya dan H2SO4 pekat (98,5%) dimasukkan ke evaporator- crystallizer yang beroperasi di bawah vakum. Kuantitas ini dipertahankan oleh pengontrol perekam aliran dan dicampur dengan benar oleh pompa sirkulasi (dari bagian atas crystallizer ke evaporator).

Reaksi berlangsung di crystallizer dimana panas reaksi yang dihasilkan menyebabkan penguapan air membuat larutan menjadi jenuh. Larutan lewat jenuh mengendap di dasar crystallizer di mana ia dipompa ke filter logam vakum di mana kristal amonium sulfat dipisahkan, sedangkan larutan induk didaur ulang kembali ke crystallizer.

Dalam proses pemulihan NH3 amonium sulfat, pembentukan butiran halus yang bertindak sebagai benih untuk kristal baru dan penghilangan butiran halus adalah proses utama yang menentukan ukuran kristal yang dapat dihasilkan. Ada tiga tipe crystallizer yang pada dasarnya berbeda yaitu (i) tipe sirkulasi paksa (FC), (ii) tipe turbulensi atau draft tube baffled (DTB), dan (ii) tipe fluidized bed. Dalam crystallizer tipe FC, seluruh isi crystallizer tercampur sempurna dan melewati pompa sirkulasi dan penukar panas ratusan kali per jam. Ini memberikan sebagian besar tekanan mekanis pada kristal dan mengarah pada pembentukan sejumlah besar fragmen yang bertindak sebagai kristal benih. Partikel halus ini tumbuh menjadi banyak kristal dan karenanya kristal produk yang lebih kecil diproduksi oleh crystallizer ini. Dalam crystallizer DTB, suspensi kristal tidak melewati penukar panas dan akibatnya input daya dari pompa sirkulasi adalah faktor sepuluh kali lebih rendah daripada untuk crystallizer FC yang mengarah ke generasi halus jauh lebih rendah. Selain itu, butiran halus yang ada dikeluarkan dari pengkristal melalui zona klarifikasi dan dilarutkan sebagai hasil pemanasan dalam penukar panas. Efek ini menyebabkan ukuran kristal yang 3 sampai 4 kali lebih besar dari apa yang dapat dicapai dalam tipe FC. Dalam pengkristal jenis unggun terfluidisasi, tidak ada pompa yang bersentuhan dengan suspensi kristal tetapi kristal disimpan dalam unggun terfluidisasi. Akibatnya tekanan mekanis pada kristal bahkan lebih rendah. Karena itu, kristal terbesar yang mungkin dihasilkan oleh crystallizer ini, tetapi untuk amonium sulfat ukuran kristal yang dapat dicapai hanya sedikit lebih besar daripada dengan crystallizer DTB dan jika tanaman kelebihan beban ukuran kristal runtuh karena kemudian crystallizer mulai bekerja mirip dengan pengkristal FC.

Dalam kristalisasi amonium sulfat, perlu dibedakan antara kristalisasi reaksi dan kristalisasi evaporatif. Selain itu, kinerja berbagai jenis pengkristal perlu dipertimbangkan. Dalam kristalisasi reaksi, seperti amonium sulfat dari H2SO4 dan NH3, baik reaksi yang menciptakan super-saturasi zat terlarut, dan kristalisasi zat terlarut berikutnya, terjadi di dalam bejana kristalisasi. Panas pelarutan dan reaksi untuk amonium sulfat, bila menggunakan reaktan yang cukup pekat, cukup untuk menjalankan reaksi dalam kristalisasi amonium sulfat tanpa sumber energi eksternal untuk penguapan. Profil super-saturasi dan kinetika kristalisasi amonium sulfat, serta metode pengoperasian pengkristal seperti itu berbeda dari pengkristal evaporatif klasik. Dalam unit evaporasi, bahan baku dibawa dalam kondisi kurang jenuh dan pemanas perlu dioperasikan bersama dengan crystallizer, untuk menguapkan air dalam bahan baku. Mayoritas pengkristal amonium sulfat, diperkirakan sekitar 80% sampai 90%, dioperasikan dalam mode penguapan. Kecenderungan umum adalah bahwa kristalisasi reaktif menghasilkan kristal yang lebih kecil tetapi memiliki keunggulan energik dibandingkan kristalisasi evaporatif.

Sejak amonium sulfat diproduksi sebagai produk sampingan selama pemulihan NH3 dari COG, biasanya ada banyak pengotor dari sumber yang berbeda. Ini adalah kotoran organik serta kotoran anorganik. Efek gabungan dari pengotor ini kompleks dan mempengaruhi kemurnian serta bentuk dan ukuran kristal.

Bahan konstruksi tradisional untuk saturator dan semua permukaan yang dibasahi adalah baja karbon berlapis timah. Paduan seperti Monel dan baja tahan karat (kelas 316) juga digunakan. Lapisan bata digunakan untuk melindungi lapisan timah, yang mengalami “rambat” dan kerusakan akibat erosi.

Ketersediaan bahan tahan asam seperti baja tahan karat (grade 316) memungkinkan pengembangan sistem penyerap NH3 modern. Dalam sistem ini, aliran sirkulasi larutan amonium sulfat / H2SO4 disemprotkan berlawanan dengan aliran COG dalam bejana penyerap. Penyerapan NH3 dari gas terjadi pada permukaan tetesan semprot. Sebagian dari cairan yang bersirkulasi ditarik secara kontinu dan diumpankan ke kristalisasi kontinu yang terpisah. Di sini, cairan terkonsentrasi menggunakan panas dan tekanan negatif untuk menguapkan air dan dengan demikian meningkatkan kristalisasi. Kristal dihilangkan dan aliran larutan induk terus menerus diumpankan kembali ke sirkuit penyerap.

Pengoperasian proses amonium sulfat mengakibatkan peningkatan kandungan panas COG yang keluar dari absorber atau saturator. Alasan untuk ini adalah untuk menjaga keseimbangan air dalam proses, terutama dalam kasus saturator, air perlu diuapkan ke aliran gas. Selain air yang ditambahkan ke proses dengan asam, desaturasi teratur diperlukan di mana air ditambahkan ke larutan induk untuk melarutkan endapan kristal dan mengurangi pengotoran. Di beberapa instalasi, pemanas gas disediakan di hulu penyerap/saturator NH3. Penguapan air ke dalam COG menghasilkan gas keluar dengan titik embun lebih tinggi daripada di saluran masuk. Agar proses pembersihan gas hilir seperti penghilangan naftalena, benzol, dan H2S dapat dioperasikan secara efektif, gas tersebut perlu didinginkan dalam pendingin gas akhir.

Proses amonium sulfat menampung NH3 dari cairan pembilasan berlebih menjadi umpan uap overhead dari pembilasan cairan distilasi ke hulu utama COG dari saturator / penyerap NH3.

Kerugian ekonomi utama dengan proses amonium sulfat adalah hubungan harga antara H2SO4 dan amonium sulfat. H2SO4 yang dibutuhkan untuk membuat amonium sulfat dapat menghabiskan biaya hingga dua kali lipat nilai produk amonium sulfat.

Proses Phosam – Proses ini dikembangkan oleh United States Steel sebagai sarana untuk memproduksi produk NH3 anhidrat murni komersial yang dapat dijual dari NH3 yang ada dalam COG mentah. NH3 anhidrat yang dihasilkan oleh proses ini merupakan produk bernilai tinggi dibandingkan dengan amonium sulfat yang dihasilkan oleh proses lain yang dijelaskan sebelumnya.

Dalam proses Phosam, NH3 secara selektif diserap dari COG melalui kontak langsung dengan larutan amonium fosfat berair dalam bejana penyerap semprot dua tahap (Gambar 2). Larutan absorpsi sebenarnya mengandung campuran (i) asam fosfat (H3PO4), (ii) mono amonium fosfat (NH4H2PO4), (iii) di-amonium fosfat [(NH4)2HPO4], dan (iv) tri-amonium fosfat ] (NH4)3PO4]. Reaksi penyerapan reversibel yang terjadi adalah seperti yang diberikan di bawah ini.

H3PO4 + NH3 =NH4H2PO4

NH4H2PO4 + NH3 =(NH4)2HPO4

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

NH3 yang diserap diperoleh kembali dengan pengupasan uap. Ini meregenerasi larutan absorpsi yang dikembalikan ke penyerap semprot. Pengupasan uap dilakukan pada tekanan tinggi, sekitar 13 kg/cm2. Alasan untuk ini adalah bahwa reaksi reversibel yang membebaskan NH3 dari larutan disukai oleh suhu yang lebih tinggi. Oleh karena itu dengan beroperasi pada tekanan tinggi (dan karenanya suhu lebih tinggi) konsumsi pengupasan steam diminimalkan.

Uap overhead dari stripper sebenarnya hanya uap air dan NH3. Uap ini dikondensasikan dan kemudian diumpankan ke kolom fraksinasi di mana NH3 anhidrat diperoleh kembali sebagai produk overhead yang terkondensasi. Produk dasar fraksionasi, terutama air, meninggalkan proses sebagai limbah. Flowsheet skema dari proses Phosam ditunjukkan pada Gambar 2.

Gbr 2 Skema flowsheet proses Phosam

Proses Phosam dapat terkontaminasi oleh tar dan oleh penyerapan gas asam (HCN, H2S dan CO2) dalam larutan resirkulasi. Untuk menghilangkan tar, perangkat flotasi buih dipasang di sirkuit solusi antara absorber dan stripper. Gas asam dihilangkan dengan memanaskan larutan kaya NH3 dan memasukkannya ke dalam bejana yang disebut sebagai kontaktor. Dalam bejana ini, pemanasan awal menyebabkan penguapan air dan gas asam dari larutan. Uap ini dibuang kembali ke COG utama dan larutan kaya yang tersisa diumpankan ke stripper. Langkah selanjutnya untuk menangani gas asam yang tersisa dan mencegahnya mengkontaminasi NH3 anhidrat adalah dengan menambahkan natrium hidroksida (NaOH) ke umpan fraksionasi. NaOH memfiksasi senyawa gas asam sebagai garam natrium non-volatil yang tersisa di aliran limbah dasar fraksionasi.

Fitur operasional yang penting adalah kontrol keseimbangan air dalam proses. Sejumlah besar uap dikondensasikan dalam stripper larutan, dan kondensat ini perlu diuapkan kembali dari larutan yang bersirkulasi ke dalam aliran COG. Suhu larutan yang kembali ke penyerap adalah sekitar 60 derajat C, dan karena itu COG menjadi panas saat mengalir melalui penyerap. Temperatur gas yang meningkat biasanya mengharuskan pemasangan pendingin gas akhir setelah penyerap Phosam.

Penambahan asam fosfat ke larutan absorpsi diperlukan hanya untuk memperhitungkan kerugian operasi seperti tumpahan. Itu ditambahkan pada interval mingguan pada tingkat yang setara dengan 0,0075 kg H3PO4 per kilogram NH3 yang dihasilkan. Proses Phosam sangat efisien, mampu mencapai lebih dari 99% pemulihan NH3 dari COG. Konfigurasi tanaman lain yang mungkin di mana, misalnya, larutan NH3 berair yang dihasilkan bukan NH3 anhidrat. Bahan konstruksi adalah baja tahan karat untuk semua area yang kontak dengan larutan fosfat NH3 berair, dan baja karbon untuk area lain.

Seperti dalam proses sulfat, NH3 yang ada dalam cairan pembilasan berlebih ditangani terlebih dahulu dengan distilasi, dengan uap diumpankan ke COG hulu dari penyerap Phosam.

Proses pencucian air

Salah satu metode paling sederhana dan paling sering digunakan untuk menghilangkan NH3 dari COG adalah dengan menyerapnya dalam air. Cairan absorpsi berair diumpankan berlawanan dengan aliran COG dalam bejana pencuci NH3 (Gbr. 3). Bejana dapat dirancang sebagai penyerap jenis semprotan dengan beberapa tahap penyemprotan cairan, atau sebagai menara yang dikemas seperti yang umum di banyak pabrik. Jenis pengepakan yang umumnya digunakan adalah lembaran logam bekas yang disusun secara vertikal yang mendorong kontak gas/minuman tetapi tahan terhadap permainan dan pengotoran. Larutan NH3 kaya yang terbentuk, dengan konsentrasi tipikal 5 g/l hingga 8 g/l, kemudian diumpankan ke kolom distilasi di mana NH3 dipisahkan dari cairan berair menggunakan uap. NH3 dan uap air yang meninggalkan bagian atas kolom pengupasan dilewatkan untuk pengolahan selanjutnya dalam berbagai cara. Skema proses pencucian ditunjukkan pada Gambar 3.

Gbr 3 Skema proses pencucian air

Setelah pengupasan, cairan penyerapan didinginkan dan dikembalikan ke mesin cuci. Ada blow down terus menerus dari stripper liquor dari sirkuit yang ekuivalen dengan volume steam yang dikondensasikan di kolom stripper. Blow down ini adalah limbah pabrik dan memerlukan pengolahan limbah biologis untuk menghilangkan sisa NH3 sepenuhnya.

Karena tidak ada reaksi kimia yang terlibat, selain pelarutan NH3 dalam air, proses pencucian air bergantung pada suhu dan paling efisien pada suhu COG rendah (20 derajat C hingga 30 derajat C). Bejana pencuci NH3 biasanya ditempatkan segera setelah pengendap tar di pabrik produk sampingan oven kokas. Pada titik ini, gas menahan beberapa panas berlebih dari pembuang gas, jika pabrik produk sampingan dioperasikan pada tekanan positif. Untuk meningkatkan efisiensi penyisihan NH3, pendinginan gas diperlukan untuk menghilangkan superheat ini dan untuk mendinginkan gas ke kisaran suhu optimal.

Tahap pendinginan gas sering dimasukkan ke dalam bejana pencuci NH3 itu sendiri. Mesin cuci NH3 tidak boleh dioperasikan pada suhu yang lebih rendah dari suhu keluar dari tahap pendinginan gas, jika tidak, pengotoran oleh naftalena dapat terjadi.

Penggunaan cairan penyerapan air menghasilkan penyerapan sejumlah besar gas asam (H2S, CO2, dan HCN) secara simultan dari COG.

Oleh karena itu, kolom NH3 saat ini sering dibuat dari bahan tahan korosi seperti titanium dan baja tahan karat (kelas 316), meskipun banyak pabrik terus mengoperasikan penyulingan besi cor. Kolom pengupasan dilengkapi dengan baki tutup gelembung atau dengan baki katup yang lebih ekonomis. Karena suhu cairan yang lebih rendah di mesin cuci dan karenanya tingkat korosi yang berkurang, bejana ini dapat dibangun seluruhnya dari baja karbon.

Keuntungan dari proses pencucian air adalah bahwa cairan pembilasan berlebih dan aliran tanaman berair lainnya (seperti limbah pabrik benzol) dapat digunakan untuk menyerap NH3 dalam mesin cuci. Keuntungan dari melakukan ini adalah karena cairan berlebih akan dikupas dalam hal apapun, ada penghematan bersih dari uap pengupasan jika cairan pembilasan berlebih juga digunakan untuk menyerap NH3.

Untuk aliran limbah pabrik lainnya, sering kali masuk akal untuk melakukan pengupasan uap sebagai langkah awal pengolahan limbah. Menggabungkan ini dengan proses penyerapan NH3 meminimalkan konsumsi uap keseluruhan untuk pabrik produk sampingan. Cairan pembilas berlebih ditambahkan pada titik di mesin cuci di mana konsentrasi NH3 bebasnya paling sesuai dengan konsentrasi NH3 bebas dari cairan penyerap. Kehadiran NH3 tetap tidak mempengaruhi penyerapan NH3 bebas dari COG. Jika cairan pembilasan berlebih digunakan dalam proses pencucian air, laju aliran aliran efluen blow down ditingkatkan untuk mempertahankan persediaan minuman keras yang bersirkulasi. NH3 tetap dapat dihilangkan di kolom stripping dengan penambahan soda kaustik. Alternatifnya, aliran blow down dapat diumpankan ke still NH3 tetap yang terpisah. Penggunaan NH3 tetap yang terpisah masih menghindari keberadaan alkali dalam cairan penyerapan resirkulasi, yang dapat bertanggung jawab untuk membentuk senyawa tetap dengan gas asam seperti HCN dan mengarah pada keberadaan senyawa ini dalam aliran limbah pabrik.