Pemulihan Amonia Efisien dalam Produksi Koks dari Batubara Koks

Pemulihan Amonia Efisien dalam Produksi Koks dari Batubara Koks

Amonia (NH3) adalah hasil samping yang dihasilkan selama produksi koks dari batubara koks dalam coke oven dengan hasil samping. Ini adalah konstituen dari gas coke oven (COG) yang keluar dari coke oven, dengan konsentrasi tipikal dalam COG mentah sebesar 6 gram per meter kubik normal (g/N cum). Keberdaya larutan NH3 dalam air menyebabkan kehadirannya dalam cairan pencucian baterai coke oven (COB) dengan konsentrasi tipikal sebesar 5 gram per liter (g/l) hingga 6 g/l total NH3. Oleh karena itu, karena produksi neto cairan pencucian di COB, yang kadang-kadang juga disebut sebagai cairan pencucian berlebih, terdapat aliran cairan serta aliran gas dari mana NH3 perlu dihilangkan. Kuantitas cairan pencucian berlebih sekitar 12% dari throughput batubara kering, yang bergantung pada kandungan kelembaban batubara.

Penghapusan Amonia

Penghapusan NH3 dari aliran gas adalah fitur universal dari coke oven dan pabrik hasil samping. Ini karena NH3, dalam kehadiran kontaminan COG lain yaitu hidrogen sianida (HCN), hidrogen sulfida (H2S), oksigen (O2), dan air, sangat korosif terhadap pipa yang terbuat dari baja karbon. Juga, ketika ammonia terbakar tanpa terkendala dalam ruang pembakaran apapun, ia membentuk nitrogen oksida (NOx) yang menyebabkan polusi udara. Oleh karena itu, penghapusan NH3 dari COG dan aliran cairan juga perlu dilakukan karena alasan lingkungan.

Proses penanganan NH3 primer di coke oven dan pabrik hasil samping menangani penghapusan dan pembuangan NH3 yang ada dalam COG. Namun, sistem pemulihan NH3 seringkali mencakup fasilitas untuk menangani NH3 yang timbul dalam cairan pencucian berlebih. Untuk pemahaman yang tepat bagaimana fasilitas ini diintegrasikan ke dalam sistem penanganan NH3 secara keseluruhan, pengolahan NH3 dalam cairan pencucian berlebih dijelaskan terlebih dahulu dan kemudian proses utama untuk penghapusan NH3 dari COG dijelaskan.

Pengolahan Cairan Pencucian Berlebih

Di beberapa tempat, cairan pencucian berlebih dapat dibuang tanpa pengolahan terlebih dahulu, menggunakan injeksi sumur dalam. Praktik yang pernah umum adalah menggunakan cairan pencucian berlebih untuk meniadakan koks panas, meskipun karena alasan lingkungan praktik ini tidak lagi dapat diterima. Dalam ketersediaan metode pembuangan sederhana seperti ini, alternatif yang tersisa adalah penghapusan sebagian besar NH3 dari cairan melalui distilasi, biasanya diikuti oleh pengolahan akhir di pabrik pengolahan limbah cair biologis (BET). Memungkinkan untuk menggunakan BET sendiri untuk menghapus NH3 dari cairan pencucian berlebih, namun, ukuran dan biaya operasional pabrik BET secara signifikan dikurangi ketika penghapusan NH3 awal dilakukan melalui distilasi.

Distilasi cairan pencucian berlebih melibatkan pengumpanan cairan ke atas kolom distilasi dengan mangkok, biasanya disebut NH3 still, dan pengumpanan aliran uap pelapis yang berlawanan di bagian bawah. Uap pelapis mengdistilasi NH3 yang keluar dengan uap atas dan terus untuk pengolahan lebih lanjut. Cairan yang telah dipisahkan dipompa dari bagian bawah still dan didinginkan sebelum dibuang ke saluran pembuangan lokal atau ke pabrik BET. Tingkat tipikal total NH3 dalam cairan yang telah dipisahkan berkisar dari kurang dari 50 ppm (part per million) hingga 150 ppm.

Tidak mudah untuk memisahkan semua NH3 terlarut yang ada dalam cairan pencucian berlebih dengan uap. Banyak spesies kimia yang ada dalam cairan pencucian menyebabkan pembentukan berbagai garam amonium dalam larutan. Ini termasuk karbonat amonium, klorida, dan sulfat di antara lain. Garam seperti karbonat amonium mudah terurai oleh panas di still untuk menghasilkan molekul NH3 bebas. Namun, garam lain seperti klorida amonium dan sulfat tidak terurai dan mempertahankan NH3 dalam bentuk tetap. Fraksi NH3 tetap terhadap total NH3 dalam cairan pencucian berlebih biasanya dalam rentang 20% hingga 50%. Untuk memungkinkan distilasi NH3 tetap, cairan pencucian berlebih perlu dibuat alkaline. Reaksi tipikal berikut kemudian terjadi, melepaskan molekul NH3 bebas.

NH4+ + OH- = NH3 + H2O

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

Bentuk Alkali yang Digunakan

Bentuk alkali yang digunakan dalam distilasi cairan pencucian berlebih telah berubah selama bertahun-tahun. selama bertahun-tahun, suspensi hidroksida kalsium (kapur) digunakan. Material ini memiliki keuntungan biaya rendah dan ketersediaan yang mudah, tetapi pembentukan garam kalsium yang tidak larut seperti karbonat kalsium menciptakan masalah besar dengan kotoran. NH3 stills memerlukan overdesign yang besar untuk memungkinkan operasi yang berlanjut sambil sebagian kotoran, tetapi meskipun demikian mereka harus diambil dari layanan secara teratur untuk pembersihan. Untuk menghindari masalah kotoran, karbonat natrium (soda ash) juga telah digunakan. Ini memiliki keuntungan bahwa garam yang tidak larut tidak terbentuk, tetapi kotoran dapat ada untuk menyebabkan kotoran dan peralatan penyimpanan dan pencampuran di lokasi diperlukan. Faktor lingkungan, saat menggunakan reagen seperti kapur dan soda ash, adalah bahwa endapan yang tidak larut yang terbentuk dapat menciptakan masalah pembuangan limbah padat.

Ketersediaan yang umum dan kemudahan penanganan larutan hidroksida natrium (NaOH) (soda kaustik) saat ini adalah alkali pilihan untuk desain NH3 stills saat ini. NaOH adalah alkali yang paling mahal di antara alkali yang secara tradisional digunakan, tetapi konsumsinya dapat dikontrol dengan ketat yang sangat menguntungkan di tempat di mana batasan diterapkan pada pH effluent still. Karakteristik non-kotoran NaOH memungkinkan penggunaan desain still yang lebih ekonomis, mengganti mangkok katup alih-alih mangkok bubble cap tradisional. Dalam praktik, NaOH disuntikan ke dalam NH3 still dekat, tetapi tidak di, mangkok atas. Ini memungkinkan gas asam yang terlarut seperti HCN dan H2S untuk dipisahkan dari cairan terlebih dahulu, sebelum mereka dapat bereaksi dengan NaOH untuk membentuk garam tetap.

Material konstruksi untuk NH3 stills dipilih untuk ketahanan korosi. Besi cor tradisional digunakan, dengan toleransi korosi yang luas, meskipun sekarang seringkali lebih ekonomis untuk menggunakan material seperti Hastelloy (legur berbasis niklogam), titanium, dan baja karat (grade 316). Bagian atas NH3 stils di mana baik NH3 maupun gas asam ada umumnya memerlukan penggunaan material yang sangat tahan korosi.

Masalah operasional umum dalam distilasi cairan pencucian berlebih adalah kehadiran tar carryover yang dapat menyebabkan kotoran yang serius di still. Solusi biasa untuk masalah ini adalah memasang filter pasir atau kerikil di baris persuplai cairan pencucian berlebih. Ini dioperasikan secara manual atau otomatis. Tar yang dihapus dibalik cuci ke decanter tar dan cairan.

Pemulihan Amonia dari Gas Coke Oven

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

Proses Sulfat Amonium

Proses Sulfat Amonium – Proses ini menghapus NH3 dari COG dengan penyerapan dalam larutan sulfat amonium [(NH4)2SO4] dan asam sulfat (H2SO4). Reaksi penyerapan adalah 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4. Sulfat amonium yang dihasilkan oleh reaksi NH3 dengan H2SO4 dipulihkan melalui kristalisasi. Kristal kemudian diusap, dicuci dan dikeringkan. Berbagai proses sulfat amonium yang beroperasi berbeda dalam jenis perangkat kontak gas/cair dan jenis peralatan kristalisasi yang digunakan. Peralatan proses sulfat amonium dijelaskan di bawah ini.

Metode awal dan masih sangat umum digunakan menggunakan pipa celur yang melewat ke bawah permukaan larutan asam/sulfat amonium dalam wadah yang disebut saturator. Saturator adalah wadah silindris dengan dasar kerucut. Dilengkapi dengan hood gelembung, yang merupakan saluran yang panjang hingga tengah saturator. Saluran memiliki hood di bawah yang dilengkapi dengan pengaturan seperti van. Struktur lain seperti cincin dengan pembukaan kecil ada di bagian kerucut, yang digunakan untuk pemberian nitrogen (N2). Cincin air panas disediakan di atas saturator. Saturator selalu dipertahankan dengan mandi asam yang disebut cairan, yang mengandung 4% hingga 5% H2SO4. COG diumpankan melalui pipa celur dan kontak gas/cair terjadi ketika gelembung gas bergerak ke atas melalui larutan di saturator. Asam terus ditambahkan ke saturator. Selama periode ini, NH3 yang ada dalam gas bereaksi dengan H2SO4 dalam cairan untuk membentuk sulfat amonium. Panas reaksi antara NH3 dan H2SO4 menyebabkan penguapan air ke dalam COG. Konsentrasi sulfat amonium mencapai titik jenuh, menyebabkan kristal terbentuk langsung di saturator di mana mereka diizinkan untuk tumbuh hingga mereka dihilangkan dari proses. By means of agitasi dan sirkulasi larutan, kristal halus dipertahankan dalam larutan proses 'mother liquor' sebagaimana dikenal. Sulfat amonium yang terbentuk ini menempel di dasar saturator.

Nitrogen diumpankan ke saturator untuk tujuan penggerusan. Aliran N2 ke saturator biasanya dipertahankan pada 450 meter kubik per jam (cum/jam) hingga 550 cum/jam. N2 murni dipurged ke saturator melalui cincin N2 pada tekanan sekitar 6 kg/sq cm. Purging N2 meningkatkan pertumbuhan kristal.

Proses Kristalisasi dan Pemisahan

H2SO4 (98%) diumpankan ke saturator untuk mempertahankan keasaman di saturator. Gas yang dikumpulkan di atas saturator diumpankan ke tangkap asam. Seiring gas naik ke atas, beberapa kristal dapat dibawa dengan gas dan mereka menempel di dinding saturator di atas. Kemudian air panas dihembuskan melalui cincin yang disediakan. Kristal yang menempel di dinding saturator dicuci jauh. Ketika air panas dihembuskan konsentrasi cairan menurun. Jadi konsentrasi asam masuk ditingkatkan menjadi sekitar 6% hingga 7% selama periode tersebut. Setelah reaksi, mother liquor terus ditarik ke tangki sirkulasi yang disediakan di samping saturator. Ini juga bertindai sebagai seal untuk saturator. Dari tangki sirkulasi, mother liquor diumpankan ke tangki mother liquor. Kristal yang dikumpulkan di dasar diumpankan ke tangki penerima kristal dengan menggunakan pompa.

Keluar saturator membawa beberapa asam mist. Untuk menghapus asam mist, gas dikirim ke tangkap asam. Ini adalah wadah silindris rongga. COG dari saturator masuk secara touching ke tangkap. Gerakan sentrifugal, asam mist terpisah. Asam yang dikumpulkan di dasar diumpankan ke tangki sirkulasi. Setelah penghapusan asam mist, COG diumpankan ke bagian pemulihan benzol dari pabrik hasil samping.

Slurry amonium dari dasar saturator dipompa ke tangki penerima kristal yang memiliki dasar kerucut di mana kristal sulfat amonium menempel di bagian kerucut tangki. Mother liquor dari atas penerima diumpankan ke saturator. Slurry dari dasar diumpankan ke sentrifug. Kristal dari sentrifug mengandung sejumlah kelembaban. Untuk menghilangkan kelembaban ini, kristal perlu dikeringkan. Pengering biasanya adalah pengering fluidized bed. Prinsipnya didasarkan pada membuat partikel longgar sehingga mereka mendapatkan fluiditas karena aliran udara dengan kecepatan udara yang ditetapkan. Pengering dilengkapi dengan layar di dasar, cincin keramik diatur di dasar layar. Pengering dilengkapi dengan udara dengan forced draft air fan, dipanaskan di saluran. Spreader di feed chute dari pengering menyebarkan feed ke semua arah.

Forced draft fan menarik udara atmosfer dan menyuplai ke pengering. Discharge chute dari kipas dibagi menjadi dua bagian. Udara dipanaskan hingga 120 °C hingga 150 °C dengan menggunakan uap dan udara panas diumpankan dari dasar layar. Cincin keramik mendistribusikan udara ke semua arah dan membuat kristal untuk fluidize. Suhu udara perlu dipertahankan cukup tinggi untuk menghilangkan kelembaban dari kristal. Di ujung discharge dari pengering, kristal sulfat amonium didinginkan.

Ketika tingkat tekanan fluidized bed mencapai titik set yang sekitar 300 mm air kolom (WC) hingga 400 mm WC, automatic discharge feeder membuang sulfat amonium kering ke bucket elevator. Elevator membuang produk kering ke bunker, yang kemudian menyuplai produk ke mesin pembungkus. Zona di atas fluidized bed dipertahankan dalam rentang 5 mm WC hingga 10 mm WC untuk menghindari carry-over partikel sulfat amonium keluar dari unit pengering ke tangkap debu.

Udara dari pengering dihisap oleh suction fan dan diumpankan ke cyclone separators. Cyclone separator memisahkan kristal sulfat amonium halus dalam udara dan diumpankan ke bunker. Udara yang kena debu kristal dari cyclone diumpankan ke dasar tangki pengumpulan debu yang mengandung cairan pencucian hingga tingkat tertentu. Di sini debu kristal terlarut dalam air dan udara dibuang ke atmosfer.

Cairan berlebih dari saturator masuk ke tangki mother liquor. Setiap saturator disediakan dengan dua tangki mother liquor. Satu vertikal dan satu horizontal. Pertama cairan masuk ke tangki horizontal. Karena cairan memiliki densitas lebih rendah daripada tar, ia melayang. Kemudian mother liquor yang jernih diumpankan ke tangki vertikal. Dari dasar tangki vertikal mother liquor diumpankan ke saturator melalui pompa yang disediakan. Konsentrasi cairan dipertahankan pada sekitar 10% hingga 12%.

Lembar aliran tipikal pabrik sulfat amonium yang menggabungkan pengolahan cairan pencucian berlebih ditunjukkan dalam Gambar 1.

Gambar 1 Lembar Aliran Tipikal Pabrik Sulfat Amonium

Sulfat amonium juga dihasilkan oleh reaksi langsung H2SO4 terkonsentrasi dan NH3 gas dalam kristalisator evaporatif. Proses dijelaskan di sini. NH3 cair diavaporasi dalam evaporator menggunakan uap pada tekanan 16 kg/sq cm dan dipanaskan sebelumnya menggunakan uap tekanan rendah. Kuantitas stoikiometri dari NH3 gas yang dipanaskan sebelumnya dan H2SO4 terkonsentrasi (98,5%) diperkenalkan ke evaporator-kristalisator yang beroperasi di bawah vakum. Kuantitas ini dipertahankan oleh flow recorder controller dan dengan baik dicampur oleh circulating pump (dari bagian atas kristalisator ke evaporator).

Reaksi terjadi di kristalisator di mana panas reaksi yang dihasilkan menyebabkan penguapan air membuat larutan tersupersaturasi. Larutan tersupersaturasi menurun ke dasar kristalisator di mana diumpankan ke vacuum metallic filter di mana kristal sulfat amonium dipisahkan, sementara mother liquor didaur ulang kembali ke kristalisator.

Jenis Kristalisator

Dalam proses sulfat amonium untuk pemulihan NH3, pembentukan partikel halus yang bertindak sebagai benih untuk kristal baru dan penghapusan partikel halus adalah proses utama yang menentukan ukuran kristal yang dapat dihasilkan. Ada tiga jenis kristalisator yang dasar berbeda yaitu (i) jenis forced circulation (FC), (ii) jenis turbulence atau draft tube baffled (DTB), dan (iii) jenis fluidized bed. Dalam kristalisator jenis FC, seluruh isi kristalisator sepenuhnya dicampur dan melalui pompa sirkulasi dan penukar panas ratus kali per jam. Ini memberikan stres mekanis yang paling besar pada kristal dan mengarah pada pembentukan sejumlah besar fragmen yang bertindak sebagai kristal benih. Partikel halus ini tumbuh menjadi banyak kristal dan dengan demikian kristal produk yang lebih kecil dihasilkan oleh kristalisator ini. Dalam kristalisator DTB, suspensi kristal tidak melalui penukar panas dan sebagai hasilnya input daya pompa sirkulasi adalah sepuluh kali lebih rendah daripada kristalisator FC yang mengarah pada pembentukan partikel halus yang jauh lebih rendah. Selain itu, partikel halus yang ada diambil keluar dari kristalisator melalui zona klarifikasi dan terlarut sebagai hasil pemanasan di penukar panas. Efek ini mengarah pada ukuran kristal yang 3 hingga 4 kali lebih besar daripada yang dapat dicapai dalam jenis FC. Dalam kristalisator jenis fluidized bed, tidak ada pompa yang dalam kontak dengan suspensi kristal tetapi kristal dipertahankan dalam fluidized bed. Akibatnya stres mekanis pada kristal bahkan lebih rendah. Karena ini, kristal terbesar dihasilkan oleh kristalisator ini, tetapi untuk sulfat amonium ukuran kristal yang dapat dicapai hanya sedikit lebih besar daripada dengan kristalisator DTB dan jika pabrik terlebih beban ukuran kristal runtuh karena kemudian kristalisator mulai bertindak serupa dengan kristalisator FC.

Dalam kristalisasi sulfat amonium, perlu membedakan antara kristalisasi reaksi dan kristalisasi evaporatif. Selain itu, kinerja berbagai jenis kristalisator perlu dipertimbangkan. Dalam kristalisasi reaksi, seperti itu dari sulfat amonium dari H2SO4 dan NH3, baik reaksi yang menciptakan supersaturasi solut, dan kristalisasi selanjutnya dari solut, terjadi di dalam wadah kristalisator. Panas pelarutan dan reaksi untuk sulfat amonium, saat menggunakan reagen yang cukup terkonsentrasi, cukup untuk mengoperasikan reaksi dalam kristalisator sulfat amonium tanpa sumber energi eksternal untuk penguapan. Profil supersaturasi dan kinetika kristalisasi sulfat amonium, serta metode operasi dari kristalisator semacam itu berbeda dari yang ada pada kristalisator evaporatif klasik. Dalam unit evaporatif, bahan baku dibawa di bawah teraturasi dan pemanas perlu dioperasikan bersama dengan kristalisator untuk menguapkan air dalam bahan baku. Mayoritas kristalisator sulfat amonium, diperkirakan sekitar 80% hingga 90%, dioperasikan dalam mode evaporatif. Tren umum adalah bahwa kristalisasi reaktif menghasilkan kristal yang lebih kecil tetapi memiliki keuntungan energi dibandingkan kristalisasi evaporatif.

Karena sulfat amonium dihasilkan sebagai hasil samping selama pemulihan NH3 dari COG, biasanya ada banyak kotoran dari berbagai sumber. Ini adalah kotoran organik serta kotoran anorganik. Efek gabungan dari kotoran ini kompleks dan mempengaruhi kekuatan dan bentuk serta ukuran kristal.

Material konstruksi tradisional untuk saturator dan semua permukaan yang terkena basah adalah baja karbon dilapis timbal. Legur seperti Monel dan baja karat (grade 316) juga digunakan. Lapisan bata digunakan untuk melindungi lapisan timbal, yang menderita "creep" dan kerusakan karena erosi.

Sistem Penyerap NH3 Modern

Ketersediaan material tahan asam seperti baja karat (grade 316) telah memungkinkan pengembangan sistem penyerap NH3 modern. Dalam sistem ini, aliran sirkulasi larutan sulfat amonium / H2SO4 dihembuskan secara berlawanan dengan aliran COG dalam wadah penyerap. Penyerapan NH3 dari gas terjadi pada permukaan titik uap sirkulasi. Sebagian dari cairan sirkulasi terus ditarik dan diumpankan ke kristalisator terpisah yang berkelanjutan. Di sini, cairan dikonsentrasi menggunakan panas dan tekanan negatif untuk menguapkan air dan sehingga mendorong kristalisasi. Kristal dihilangkan dan aliran mother liquor terus diumpankan kembali ke sirkuit penyerap.

Operasi proses sulfat amonium mengarah pada peningkatan kandungan panas dari COG yang keluar dari penyerap atau saturator. Alasannya adalah untuk mempertahankan keseimbangan air dalam proses, terutama dalam hal saturator, air perlu diavaporasi ke dalam aliran gas. Selain air yang ditambahkan ke dalam proses dengan asam, desaturasi teratur diperlukan di mana air ditambahkan ke mother liquor untuk melarutkan endapan kristal dan mengurangi kotoran. Di beberapa instalasi, pemanas gas disediakan upstream dari penyerap/saturator NH3. Penguapan air ke dalam COG menghasilkan gas keluar dengan titik embun yang lebih tinggi daripada pada masuk. Agar proses pembersihan gas downstream seperti penghapusan naphthalene, benzol dan H2S dapat dioperasikan secara efektif, gas perlu didinginkan di pendingin gas akhir.

Proses sulfat amonium mengakomodasi NH3 dari cairan pencucian berlebih dengan mengumpulkan uap atas dari distilasi cairan pencucian ke dalam aliran COG utama upstream dari saturator/penyerap NH3.

Keuntungan Ekonomis

Keuntungan ekonomis utama dari proses sulfat amonium adalah hubungan harga antara H2SO4 dan sulfat amonium. H2SO4 yang diperlukan untuk membuat sulfat amonium dapat berharga hingga dua kali lipat nilai produk sulfat amonium.

Proses Phosam

Proses Phosam – Proses ini dikembangkan oleh United States Steel sebagai cara untuk menghasilkan produk NH3 anhidra yang dapat dijual, komersial murni dari NH3 yang ada dalam COG mentah. NH3 anhidra yang dihasilkan oleh proses ini adalah produk bernilai tinggi dibandingkan sulfat amonium yang dihasilkan oleh proses lain yang dijelaskan sebelumnya.

Dalam proses Phosam, NH3 secara selektif diserap dari COG dengan kontak langsung dengan larutan air sulfat fosfat amonium dalam wadah penyerapan sprey dua tahap (Gambar 2). Larutan penyerapan sebenarnya mengandung campuran dari (i) asam fosfat (H3PO4), (ii) mono fosfat amonium (NH4H2PO4), (iii) di-fosfat amonium [(NH4)2HPO4], dan(iv) tri-fosfat amonium ](NH4)3PO4]. Reaksi penyerapan reversibel yang terjadi adalah sebagai berikut.

H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4
NH4H2PO4 + NH3 = (NH4)2HPO4
(NH4)2HPO4 + NH3 = (NH4)3PO4

NH3 yang diserap dipulihkan melalui stripping uap. Ini meregenerasi larutan penyerapan yang dikembalikan ke penyerap sprey. Stripping uap dilakukan pada tekanan tinggi, sekitar 13 kg/sq cm. Alasannya adalah reaksi reversibel yang melepaskan NH3 dari larutan didukung oleh suhu yang lebih tinggi. Dengan demikian dengan beroperasi pada tekanan tinggi (dan oleh karena itu suhu yang lebih tinggi) konsumsi uap stripping diminimalkan.

Uap atas dari stripper hampir hanya uap air dan NH3. Uap ini dikondensasi dan kemudian diumpankan ke kolom fraksionasi di mana NH3 anhidra dipulihkan sebagai produk uap atas yang dikondensasi. Produk dasar fraksionator, terutama air, keluar dari proses sebagai limbah cair. Lembar aliran skematis proses Phosam ditunjukkan dalam Gambar 2.

Gambar 2 Lembar Aliran Skematis Proses Phosam

Proses Phosam dapat terkontaminasi oleh tar dan oleh penyerapan gas asam (HCN, H2S dan CO2) dalam larutan yang didaur ulang. Untuk menghapus tar, alat fluitasi gelembung dipasang dalam sirkuit larutan antara penyerap dan stripper. Gas asam dihapus dengan memanaskan sebelumnya larutan kaya NH3 dan mengumpannya ke dalam wadah yang disebut kontak. Dalam wadah ini, pemanasan sebelumnya menyebabkan penguapan air dan gas asam dari larutan. Uap ini dibuang kembali ke aliran COG utama dan larutan kaya yang tersisa diumpankan ke stripper. Langkah berikutnya untuk menangani gas asam yang tersisa dan mencegahnya mencemari NH3 anhidra adalah dengan menambahkan hidroksida natrium (NaOH) ke umpan fraksionator. NaOH mengikat senyawa gas asam sebagai garam natrium non-volatile yang tetap dalam aliran limbah cair dasar fraksionator.

Kontrol Keseimbangan Air

Fitur operasional penting adalah kontrol keseimbangan air dalam proses. Jumlah besar uap terkondensasi dalam stripper larutan, dan kondensat ini perlu diavaporasi kembali dari larutan sirkulasi ke dalam aliran COG. Suhu larutan yang kembali ke penyerap sekitar 60 °C, dan oleh karena itu COG menjadi panas saat mengalir melalui penyerap. Suhu gas yang meningkat biasanya membuat perlu untuk memasang pendingin gas akhir setelah penyerap Phosam.

Penambahan asam fosfat ke larutan penyerapan hanya diperlukan untuk menjamin kerugian operasional seperti tumpahan. Ditambahkan dalam interval mingguan dengan kadar setara 0,0075 kg H3PO4 per kilogram NH3 yang dihasilkan. Proses Phosam sangat efisien, mampu mencapai lebih dari 99% pemulihan NH3 dari COG. Konfigurasi pabrik lain mungkin di mana, misalnya, larutan NH3 air dihasilkan alih-alih NH3 anhidra. Material konstruksi adalah baja karat untuk semua area dalam kontak dengan larutan fosfat atau larutan NH3 air, dan baja karbon untuk area lain.

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

Proses Cuci Air

Salah satu metode paling sederhana dan paling sering digunakan untuk menghapus NH3 dari COG adalah dengan menyerapnya dalam air. Larutan penyerapan air diumpankan secara berlawanan dengan aliran COG dalam wadah pencuci NH3 (Gambar 3). Wadah dapat dirancang sebagai penyerap jenis sprey dengan beberapa tahap respray cairan, atau sebagai menara terisi seperti yang umum di banyak pabrik. Jenis pengisi yang umum digunakan adalah lem logam yang diekspansi yang disusun secara vertikal yang mempromosikan kontak gas/cair tetapi menahan gelembung dan kotoran. Larutan NH3 kaya yang terbentuk, dengan konsentrasi tipikal sebesar 5 g/l hingga 8 g/l, kemudian diumpankan ke kolom distilasi di mana NH3 dipisahkan dari larutan air menggunakan uap. Uap NH3 dan air yang keluar dari atas kolom stripping diarahkan untuk pengolahan selanjutnya dalam berbagai cara. Skematis proses cuci ditunjukkan dalam Gambar 3.

Gambar 3 Skematis Proses Cuci Air

Setelah stripping, larutan penyerapan didinginkan dan dikembalikan ke pencuci. Ada blow down teratur dari larutan yang telah di-strip dari sirkuit yang setara dengan volume uap yang terkondensasi dalam kolom stripping. Blow down ini adalah limbah pabrik dan memerlukan pengolahan limbah cair biologis untuk menghilangkan sepenuhnya NH3 sisa.

Karena tidak ada reaksi kimia yang terlibat, selain pelarutan NH3 dalam air, proses cuci air bergantung pada suhu dan paling efisien pada suhu COG rendah (20 °C hingga 30 °C). Wadah pencuci NH3 biasanya ditempatkan segera setelah penapis tar di pabrik hasil samping coke oven yang tipikal. Pada titik ini, gas tetap memiliki beberapa superheat dari gas exhauster, jika pabrik hasil samping dioperasikan pada tekanan positif. Untuk mempromosikan efisiensi pengapusan NH3, pendinginan gas diperlukan untuk menghilangkan superheat ini dan untuk menyingkat gas ke dalam rentang suhu optimal.

Pendinginan Gas dan Material

Tahap pendinginan gas seringkali diintegrasikan ke dalam wadah pencuci NH3 itu sendiri. Pencuci NH3 tidak boleh dioperasikan pada suhu yang lebih rendah dari suhu keluar tahap pendinginan gas, jika tidak kotoran oleh naphthalene dapat terjadi.

Penggunaan larutan penyerapan air menghasilkan penyerapan simultan jumlah gas asam yang signifikan (H2S, CO2, dan HCN) dari COG.

Oleh karena itu, kolom NH3 saat ini seringkali dibuat dari material tahan korosi seperti titanium dan baja karat (grade 316), meskipun banyak pabrik masih mengoperasikan still besi cor. Kolom stripping dilengkapi dengan tangkap gelembung atau dengan tangkap katup yang lebih ekonomis. Karena suhu cairan yang lebih rendah di pencuci dan oleh karena itu tingkat korosi yang lebih rendah, wadah ini dapat dibuat sepenuhnya dari baja karbon.

Keuntungan proses cuci air adalah bahwa cairan pencucian berlebih dan aliran cair pabrik lainnya (seperti limbah pabrik benzol) dapat digunakan untuk menyerap NH3 di pencuci. Keuntungan melakukannya adalah bahwa karena cairan berlebih akan di-strip dengan uap bagaimanapun, ada penghematan netto uap stripping jika cairan pencucian berlebih juga digunakan untuk menyerap NH3.

Pengolahan Limbah Pabrik

Untuk aliran limbah pabrik lain, seringkali masuk akal untuk melakukan stripping uap sebagai langkah pengolahan limbah awal. Menggabungkan ini dengan proses penyerapan NH3 meminimalkan konsumsi uap keseluruhan untuk pabrik hasil samping. Cairan pencucian berlebih ditambahkan pada titik di pencuci di mana konsentrasi NH3 bebasnya paling dekat dengan konsentrasi NH3 bebas dari larutan penyerapan. Kehadiran NH3 tetap tidak mempengaruhi penyerapan NH3 bebas dari COG. Jika cairan pencucian berlebih digunakan dalam proses cuci air, laju aliran aliran limbah blow down ditingkatkan untuk mempertahankan inventaris larutan sirkulasi. NH3 tetap dapat dihapus di kolom stripping dengan penambahan soda kaustik. Alternatifnya, aliran blow down dapat diumpankan ke still NH3 tetap terpisah. Penggunaan still NH3 tetap terpisah menghindari kehadiran alkali dalam larutan penyerapan yang didaur ulang, yang dapat bertanggung jawab untuk membentuk senyawa tetap dengan gas asam seperti HCN dan mengarah pada kehadiran senyawa ini dalam aliran limbah pabrik.