Efficiënte Ammoniakherwinning bij Cokesproductie uit Cokeringskool

Herwinning van Ammoniak tijdens Productie van Cokes uit Cokeringskool

Ammoniak (NH₃) is een bijproduct dat vrijkomt tijdens de productie van cokes uit cokeringskool in bijproduct-cokesovens. Het is een bestanddeel van het cokesovengas (COG) dat de cokesovens verlaat, met een typische concentratie in rauw COG van 6 gram per normaal kubieke meter (g/Nm³). De oplosbaarheid van NH₃ in water leidt tot zijn aanwezigheid in het spoelwater van de cokesovenbatterij (COB) met een typische concentratie van 5 gram per liter (g/l) tot 6 g/l totaal NH₃. Daarom ontstaat, door de netto productie van spoelwater in de COB, ook wel aangeduid als overschot spoelwater, een vloeistofstroom evenals een gasstroom waaruit NH₃ moet worden verwijderd. De hoeveelheid overschot water is ongeveer 12% van de droge kooldoorvoer, wat afhangt van het koolvochtgehalte.

Verwijdering van NH₃ uit de gasstroom is een universeel kenmerk van een cokesoven en bijproductinstallatie. Dit is omdat NH₃, in aanwezigheid van de andere COG-verontreinigingen waterstofcyanide (HCN), waterstofsulfide (H₂S), zuurstof (O₂) en water, extreem corroderend is voor buizen van koolstofstaal. Ook, wanneer ammoniak onbeheerst wordt verbrand in een verbrandingskamer, vormt het stikstofoxiden (NOx) wat luchtverontreiniging veroorzaakt. Daarom is verwijdering van NH₃ uit COG en vloeistofstroom ook vereist om milieuredenen.

Het primaire NH₃-afhandelingsproces in de cokesoven en bijproductinstallatie houdt te maken met de verwijdering en verwerking van het NH₃ aanwezig in het COG. Echter, NH₃-herwinningsystemen omvatten vaak faciliteiten om het NH₃ afkomstig uit het overschot spoelwater af te handelen. Voor een goed begrip van hoe deze faciliteiten geïntegreerd zijn in het algehele NH₃-afhandelingsysteem, wordt de behandeling van NH₃ in het overschot spoelwater eerst beschreven en daarna de hoofprocessen voor verwijdering van NH₃ uit COG.

Behandeling van Overschot Spoelwater

Op sommige plaatsen kan overschot spoelwater zonder voorafgaande behandeling worden gestort, met behulp van diepe putinjectie. Een vroeger gangbare praktijk was het gebruik van overschot spoelwater voor het afkoelen van de hete cokes, hoewel om milieuredenen deze praktijk niet meer acceptabel is. Bij afwezigheid van dergelijke eenvoudige verwerkingsmethoden, zijn de overige alternatieven de verwijdering van het merendeel van NH₃ uit het water door distillatie, normaal gevolgd door finale behandeling in een biologische afvalwaterbehandeling (BAW) installatie. Het is mogelijk om alleen BAW te gebruiken om NH₃ uit overschot spoelwater te verwijderen, echter, de grootte en exploitatiekosten van een BAW-installatie worden aanzienlijk verminderd wanneer voorlopige verwijdering van NH₃ wordt gedaan door distillatie.

Distillatie van overschot spoelwater omvat het voeren van het water naar de top van een distillatiekolom met bodems, meestal een NH₃-stil genoemd, en het voeren van een tegenstroom van strippingsstoom aan de bodem. De strippingsstoom destilleert het NH₃ af wat met de bovenste dampen meegaat en doorgaat voor verdere behandeling. Het gestripte water wordt van de bodem van de stil gepompt en afgekoeld voordat het wordt geloosd naar de lokale riool of naar de BAW-installatie. Typische niveaus van totaal NH₃ in het gestripte water variëren van minder dan 50 ppm (deeltjes per miljoen) tot 150 ppm.

Het is niet gemakkelijk mogelijk om alle opgeloste NH₃ in overschot spoelwater met stoom te strippen. De vele chemische soorten in spoelwater leiden tot de vorming van verschillende ammoniumzouten in oplossing. Deze omvatten ammoniumcarbonaat, chlorides en sulfaten onder andere. Zouten zoals ammoniumcarbonaat worden gemakkelijk ontbonden door warmte in de stil om vrije NH₃-moleculen vrij te maken. Echter, andere zouten zoals ammoniumchloride en sulfaten worden niet ontbonden en behouden het NH₃ in een vaste vorm. De fractie van vast NH₃ ten opzichte van totaal NH₃ in overschot spoelwater is typisch in het bereik van 20% tot 50%. Om de distillatie van het vaste NH₃ toe te laten, moet het overschot spoelwater alkalisch gemaakt worden. De volgende typische reactie vindt dan plaats, waarbij vrije NH₃-moleculen vrijkomen:

NH₄⁺ + OH⁻ = NH₃ + H₂O

De toevoeging van alkali wordt bepaald door massabalans, gebaseerd op chemische analyse van het overschot water om de concentratie van het vaste NH₃ aan te geven.

De vorm van alkali die gebruikt wordt in de distillatie van overschot spoelwater is door de jaren heen veranderd. Veel jaren lang werd een suspensie van calciumhydroxide (kalk) gebruikt. Dit materiaal had het voordeel van lage kosten en gemakkelijke beschikbaarheid, maar de vorming van onoplosbare calciumzouten zoals calciumcarbonaat creëerde een groot probleem met vervuiling. De NH₃-stillen vereisten een aanzienlijke overdimensionering om door te gaan met opereren terwijl ze deels vervuild waren, maar zelfs zo moesten ze regelmatig uit de dienst genomen worden voor reiniging. Om het vervuilingsprobleem te vermijden, is ook natriumcarbonaat (soda) gebruikt. Dit heeft het voordeel dat geen onoplosbare zouten worden gevormd, maar verontreinigingen kunnen vervuiling veroorzaken en opslag- en mengapparatuur op locatie is vereist. Een milieufactor, bij het gebruik van reagentia zoals kalk en soda, is dat elke onoplosbare afzetting een vast afvalverwerkingsprobleem kan creëren.

Materialen voor de constructie van NH₃-stillen worden gekozen voor hun corrosieweerstand. Gietijzer is traditioneel gebruikt, met grote toelatingen voor corrosie, hoewel het nu vaak economischer is om materialen zoals Hastelloy (een nikkel-gebaseerd legering), titaan en roestvrij staal (kwaliteit 316) te gebruiken. De bovenste secties van NH₃-stillen waar zowel NH₃ als zuurgassen aanwezig zijn, vereisen doorgaans het gebruik van hoogst corrosieweerstandende materialen.

Een veelvoorkomend operatief probleem in de distillatie van overschot spoelwater is de aanwezigheid van teermeedrag wat tot ernstige vervuiling in de stil kan leiden. De gebruikelijke oplossing voor dit probleem is het installeren van zand- of grindbedfilters in de overschot spoelwater-toevoerleiding. Deze zijn handmatig of automatisch bediend. Het verwijderde teer wordt teruggespoeld naar de teer- en waterafscheiders.

Herwinning van Ammoniak uit Cokesovengas

Op dit moment worden drie methoden gebruikt voor de herwinning van NH₃ uit het COG. Deze zijn bekend als: (i) ammoniumsulfaatproces, (ii) Phosam-proces, en (iii) waterwassenproces.

Ammoniumsulfaatproces

Dit proces verwijdert NH₃ uit het COG door absorptie in een oplossing van ammoniumsulfaat [(NH₄)₂SO₄] en zwavelzuur (H₂SO₄). De absorptiereactie is: 2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄. Het ammoniumsulfaat geproduceerd door de reactie van NH₃ met H₂SO₄ wordt herwonnen door kristallisatie. De kristallen worden vervolgens gecentrifugeerd, gewassen en gedroogd. De verschillende ammoniumsulfaatprocessen in operatie verschillen in het type gas/vloeistof-contactapparaat en het type kristallisatieapparatuur. De procesapparatuur van het ammoniumsulfaatproces wordt hieronder beschreven.

Een vroege methode en nog steeds veel gebruikt proces gebruikt een dipbuis die zich uitstrekt onder het oppervlak van de zuur/ammoniumsulfaat-oplossing in een vat aangeduid als een verzadiger. De verzadiger is een cilinder-vormig vat met een kegelvormige bodem. Het is voorzien van een bubbelkap, wat een kanaal is verlengd tot het midden van de verzadiger. De kanaal heeft een kap aan de bodem uitgerust met vaan-achtige rangschikking. Een andere ring-achtige structuur met kleine openingen bevindt zich aan het kegelvormige deel, wat gebruikt wordt voor stikstof (N₂) toedoen. Heetwaterringen zijn aan de top van de verzadiger aangebracht. De verzadiger wordt altijd met een zuurbad genaamd 'liquor' onderhouden, dat 4% tot 5% H₂SO₄ bevat. COG wordt door de dipbuis gevoerd en gas/vloeistof-contact ontstaat als de gasbellen door de oplossing in de verzadiger opstijgen. Zuur wordt continu aan de verzadiger toegevoegd. Tijdens deze periode reageert het NH₃ in het gas met de H₂SO₄ in de liquor tot ammoniumsulfaat. De reactiewarmte tussen NH₃ en H₂SO₄ veroorzaakt verdamping van water in het COG. De concentratie van ammoniumsulfaat bereikt verzadiging, waardoor kristallen direct in de verzadiger vormen waar ze kunnen groeien tot ze uit het proces worden verwijderd. Door middel van roeren en circulatie van de oplossing, worden de fijn kristallen binnen de procesoplossing van 'moederliquor' behouden. Het gevormde ammoniumsulfaat zakt op de bodem van de verzadiger.

Stikstof wordt aan de verzadiger toegevoegd voor roeren. De stroom van N₂ naar de verzadiger wordt normaal gehandhaafd op 450 m³/uur tot 550 m³/uur. Zuivere N₂ wordt in de verzadiger geblasen door N₂-ringen bij een druk van ongeveer 6 kg/cm². N₂-blasen verhoogt de kristalgroei.

H₂SO₄ (98%) wordt aan de verzadiger toegevoegd om de zuurtegraad in de verzadiger te handhaven. Het gas verzameld aan de top van de verzadiger wordt naar de zuurvangst geleid. Terwijl het gas opstijgt, kunnen sommige kristallen meegevoerd worden met het gas en zich aan de wanden van de verzadiger aan de top hechten. Dan wordt heet water gespoten door de ring aangebracht. De kristallen aan de wanden van de verzadiger worden weggespoeld. Wanneer heet water wordt gespoten, daalt de concentratie van de liquor. Dus de inlaatzuurconcentratie wordt verhoogd tot ongeveer 6% tot 7% tijdens de periode. Na de reactie wordt de moederliquor continu afgetapt naar de circulatiestank aan de zijde van de verzadiger. Deze fungeert ook als afdichting voor de verzadiger. Vanuit de circulatiestank wordt de moederliquor naar de moederliquortank geleid. De kristallen verzameld aan de bodem worden naar de kristalontvangstank geleid door middel van een pomp.

De uitlaat van de verzadiger voert een beetje zuurmist mee. Om de zuurmist te verwijderen, wordt het gas naar de zuurvangst gestuurd. Het is een holle cilinder-vormige vat. Het COG uit de verzadiger gaat tangenciaal de vangst in. Vanwege de centrifugaalbeweging scheidt de zuurmist zich af. De zuur verzameld aan de bodem wordt naar de circulatiestank geleid. Na verwijdering van de zuurmist wordt het COG naar de benzolherwinningssectie van de bijproductinstallatie geleid.

Ammoniumslurry van de bodem van de verzadiger wordt gepompt naar de kristalontvangstank met kegelvormige bodem waar de ammoniumsulfaatkristallen zich aan het kegelvormige deel van de tank vestigen. De moederliquor van de top van de ontvanger wordt naar de verzadiger geleid. De slurry van de bodem wordt naar de centrifuge geleid. De kristallen uit de centrifuge bevatten een bepaalde hoeveelheid vocht. Om dit vocht te verwijderen, moeten de kristallen worden gedroogd. De droger is meestal een gevloeidelde-bed droger. Het principe is gebaseerd op het losmaken van de deeltjes zodat ze vloeibaarheid verwerven door de werking van luchtstroom met een bepaalde luchtsnelheid. De droger is voorzien van een zeef aan de bodem, keramische ringen zijn aan de bodem van de zeef gerangschikt. De droger wordt voorzien van lucht met een gedwongen-draft luchtventilator, verwarmd in de kanaal. Een spreider bij de voergoot van de droger verspreidt de voer in alle richtingen.

Gedwongen-draft ventilator zuigt de atmosferische lucht en voert naar de droger. De afvoergot van de ventilator is verdeeld in twee secties. De lucht wordt verwarmd tot 120 °C tot 150 °C door gebruik van stoom en de hete lucht wordt van de bodem van de zeef gevoerd. De keramische ringen verdelen de lucht in alle richtingen en laten de kristallen vloeidelden. De temperatuur van de lucht moet voldoende hoog worden gehouden om het vocht uit de kristallen te verwijderen. Aan de afvoereind van de droger worden de ammoniumsulfaatkristallen afgekoeld.

Wanneer het drukniveau van het gevloeidelde bed het ingestelde punt bereikt wat ongeveer 300 mm waterkolom (WC) tot 400 mm WC is, lost een automatische afvoeder de droge ammoniumsulfaat af naar de emmerhishoist. De hishoist lost het droge product in de bunker, wat op zijn beurt het product voedt naar de zakmachine. De zone boven het gevloeidelde bed wordt in het bereik van 5 mm WC tot 10 mm WC gehouden om meedrag van ammoniumsulfaatdeeltjes uit de droogeinheid naar de stofvanger te vermijden.

De lucht uit de droger wordt opgezogen door de zuigventilator en naar de cyclonabscheiders geleid. Cyclonabscheider scheidt fijn ammoniumsulfaatkristallen in de lucht en voedt naar de bunker. De kristalstofbeladen lucht uit de cyclonen wordt naar de bodem van de stofverzameltank geleid die spoelwater tot een bepaald niveau bevat. Hier lossen de kristalstoffen op in het water en de lucht wordt naar de atmosfeer afgelaten.

Het overschot water uit de verzadiger gaat naar de moederliquortank. Elke verzadiger is voorzien van twee moederliquortanks. Een is verticaal en is horizontaal. Eerst gaat het water naar de horizontale tank. Aangezien het water een lagere dichtheid heeft dan teer, drijft het. Dan wordt de heldere moederliquor naar de verticale tank geleid. Van de bodem van de verticale tank wordt moederliquor naar de verzadiger geleid door de pompen aangebracht. De concentratie van de liquor wordt gehandhaafd op ongeveer 10% tot 12%.

Het typische flowschema van de ammoniumsulfaatinstallatie met behandeling van overschot spoelwater is getoond in Fig 1.

Ammoniumsulfaat wordt ook geproduceerd door de directe reactie van geconcentreerd H₂SO₄ en gasvormige NH₃ in een verdampingskristallisator. Het proces wordt hier beschreven. Vloeibare NH₃ wordt verdampt in een verdamper met stoom bij een druk van 16 kg/cm² en voorverwarmd met lage-druk stoom. De stoechiometrische hoeveelheden voorverwarmde gasvormige ammoniak en geconcentreerd H₂SO₄ (98,5%) worden geïntroduceerd in de verdamper-kristallisator die onder vacuüm werkt. Deze hoeveelheden worden gehandhaafd door een stroomregistratiecontroller en goed gemengd door een circulatiepomp (van bovenste deel van de kristallisator naar de verdamper).

De reactie vindt plaats in de kristallisator waar de gegenereerde reactiewarmte verdamping van water veroorzaakt waardoor de oplossing supersaturiert. De supersatureerde oplossing zakken naar de bodem van de kristallisator waar het wordt gepompt naar vacuüm-metaalfilter waar de ammoniumsulfaatkristallen worden gescheiden, terwijl de moederliquor terug naar de kristallisator wordt gerecycled.

In het ammoniumsulfaatproces van NH₃-herwinning zijn de generatie van fijne deeltjes die fungeren als zaden voor nieuwe kristallen en de verwijdering van fijne deeltjes de hoofprocessen die de grootte van de kristallen bepalen die geproduceerd kunnen worden. Er zijn drie basisverschillende typen kristallisatoren: (i) het geforceerde circulatie (FC) type, (ii) de turbulente of draft tube baffled (DTB) type, en (iii) het gevloeidelde-bed type. In de FC-type kristallisator worden de volledige inhoud van de kristallisator volledig gemengd en passeren de circulatiepomp en warmtewisselaar honderd keer per uur. Dit geeft de meest mechanische stress op de kristallen en leidt tot de vorming van een grote hoeveelheid fragmenten die fungeren als zaadkristallen. Deze fijn deeltjes groeien tot veel kristallen en dus produceren kleinere productkristallen door deze kristallisator. In de DTB-kristallisator passeert de kristalsuspensie niet de warmtewisselaar en als resultaat is de stroominput van de circulatiepomp een factor tien keer lager dan voor de FC-kristallisator leidend tot veel lagere fijngeneratie. Bovendien worden fijne deeltjes die aanwezig zijn, uit de kristallisator genomen door een verhelderingszone en ontbonden als resultaat van de vertering in de warmtewisselaar. Deze effecten leiden tot een kristalgrootte die 3 tot 4 keer groter is dan wat bereikt kan worden in de FC-type. In de gevloeidelde-bed type kristallisator is er geen pomp in contact met de kristalsuspensie maar de kristallen worden in een gevloeidelde bed gehouden. Als resultaat is de mechanische stress op de kristallen nog lager. Hierdoor worden de grootste mogelijke kristallen geproduceerd door deze kristallisator, maar voor ammoniumsulfaat is de kristalgrootte die bereikt kan worden alleen iets groter dan met de DTB-kristallisator en als de installatie overbelast is, instort de kristalgrootte omdat de kristallisator dan begint zich te gedragen zoals de FC-kristallisator.

In ammoniumsulfaatkristallisatie is het nodig om te onderscheiden tussen reactiekristallisatie en verdampingskristallisatie. Daarnaast moet de prestatie van de verschillende typen kristallisatoren overwogen worden. In reactiekristallisatie, zoals die van ammoniumsulfaat uit H₂SO₄ en NH₃, vinden zowel de reactie die de supersaturatie van het opgeloste stof creëert, als de daaropvolgende kristallisatie van het opgeloste stof, binnen de kristallisatorvat plaats. De warmte van oplossing en reactie voor ammoniumsulfaat, bij gebruik van redelijk geconcentreerde reactanten, is voldoende om een reactie in de ammoniumsulfaatkristallisator te laten lopen zonder externe energiebron voor verdamping. Het supersaturatieprofiel en de ammoniumsulfaatkristallisatiekinetica, evenals de bedrijfsmethode van zo'n kristallisator, zijn anders dan die van een klassieke verdampingskristallisator. In een verdampingsunit wordt de voerstoffen onderverzadigd binnengebracht en een verter moet in combinatie met de kristallisator worden bediend om het water in de voerstoffen te verdampen. De meerderheid van de ammoniumsulfaatkristallisatoren, geschat op ongeveer 80% tot 90%, worden in de verdampingsmodus bediend. De algemene trend is dat reactiekristallisatie kleinere kristallen produceert maar een energetisch voordeel heeft ten opzichte van verdampingskristallisatie.

Aangezien ammoniumsulfaat als bijproduct geproduceerd wordt tijdens de herwinning van NH₃ uit COG, zijn er normaal veel verontreinigingen uit verschillende bronnen. Dit zijn organische verontreinigingen als anorganische verontreinigingen. De gecombineerde effecten van deze verontreinigingen zijn complex en beïnvloeden de zuiverheid en de kristalvorm en -grootte.

Het traditionele constructiemateriaal voor de verzadiger en alle benatte oppervlakken is lood-gevoerde koolstofstaal. Legeringen zoals Monel en roestvrij staal (kwaliteit 316) worden ook gebruikt. Baksteenvoering wordt gebruikt om de loodvoering te beschermen, die lijdt aan "kruipen" en schade door erosie.

De beschikbaarheid van zuurvast materiaal zoals roestvrij staal (kwaliteit 316) heeft de ontwikkeling van moderne NH₃-absorptiesystemen mogelijk gemaakt. In deze systemen wordt een circulatiestroom van ammoniumsulfaat/H₂SO₄-oplossing tegenstroomig naar de COG-stroom gespoten in een absorbervat. Absorptie van NH₃ uit het gas vindt plaats op de sproeidruppeloppervlakken. Een deel van de circulatiestroom wordt continu onttrokken en naar een continue kristallisator geleid. Hier wordt de liquor geconcentreerd met behulp van warmte en negatieve druk om het water te verdampen en zo kristallisatie te bevorderen. De kristallen worden verwijderd en een stroom moederliquor wordt continu teruggevoerd naar de absorbercircuit.

De operatie van ammoniumsulfaatprocessen resulteert in een toename van de warmte-inhoud van het COG dat de absorber of verzadiger verlaat. De reden hiervoor is dat om de waterbalans in het proces te handhaven, met name in het geval van verzadigers, water moet worden verdampt in de gasstroom. Naast het water dat met het zuur aan het proces wordt toegevoegd, zijn regelmatige desaturaties nodig waarin water aan de moederliquor wordt toegevoegd om kristalaafzettingen op te lossen en vervuiling te verminderen. In sommige installaties worden gasverhitters upstream van de NH₃-absorbers/verzadigers aangebracht. De verdamping van water in het COG resulteert in een uitlaatgas met een hogere dauwpunt dan aan de ingang. Om downstream gasreinigingsprocessen zoals naftaleen, benzol en H₂S-verwijdering effectief te laten werken, moet het gas worden afgekoeld in finale gasverhitters.

De ammoniumsulfaatprocessen accommoderen NH₃ uit overschot spoelwater door de bovenste dampen van spoelwaterdistillatie in de COG-hoofdteiding upstream van de NH₃-verzadiger/absorber te voeren.

Het grootste economische nadeel van ammoniumsulfaatprocessen is de prijsrelatie tussen H₂SO₄ en ammoniumsulfaat. De H₂SO₄ vereist om ammoniumsulfaat te maken kan tot twee keer de waarde van het ammoniumsulfaatproduct kosten.

Het Phosam-proces

Dit proces werd ontwikkeld door United States Steel als een middel om een verkoopbaar, commercieel zuiver anhydre NH₃-product te produceren uit het NH₃ aanwezig in rauw COG. Het anhydre NH₃ geproduceerd door dit proces is een hoogwaardig product vergeleken met het ammoniumsulfaat geproduceerd door de andere eerder beschreven processen.

In het Phosam-proces wordt NH₃ selectief geabsorbeerd uit het COG door direct contact met een waterige oplossing van ammoniumfosfaat in een twee-traps sproeiabsorptievat (Fig 2). De absorptieoplossing bevat eigenlijk een mengsel van: (i) fosforzuur (H₃PO₄), (ii) mono-ammoniumfosfaat (NH₄H₂PO₄), (iii) di-ammoniumfosfaat [(NH₄)₂HPO₄], en (iv) tri-ammoniumfosfaat [(NH₄)₃PO₄]. De reversibele absorptiereacties die plaatsvinden zijn als volgt:

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

Het geabsorbeerde NH₃ wordt herwonnen door stoomstripping. Dit regenereert de absorptieoplossing die terugkeert naar de sproeiabsorber. De stoomstripping wordt uitgevoerd bij hoge druk, rond 13 kg/cm². De reden hiervoor is dat de reversibele reacties die het NH₃ uit de oplossing vrijmaken, begunstigd worden door hogere temperaturen. Door te opereren bij hoge druk (en dus hogere temperatuur) wordt het verbruik van strippingsstoom geminimaliseerd.

De bovenste dampen van de stripper zijn vrijwel alleen waterdamp en NH₃. Deze dampen worden gecondenseerd en vervolgens naar een fractioneringskolom geleid waar anhydre NH₃ wordt herwonnen als het gecondenseerde bovenste product. De fractioneringsbodemproduct, voornamelijk water, verlaat het proces als effluent. Het schematische flowschema van het Phosam-proces is getoond in Fig 2.

Het Phosam-proces kan vervuild raken door teer en door absorptie van zuurgassen (HCN, H₂S en CO₂) in de gerecycled oplossing. Om de teer te verwijderen, wordt een schuimaflotatie-apparaat in de oplossingscircuit tussen de absorber en de stripper geïnstalleerd. Zuurgassen worden verwijderd door de NH₃-rijke oplossing voor te verwarmen en in een vat te voeren aangeduid als een contactor. In dit vat veroorzaakt de voorverhitting verdamping van water en zuurgassen uit de oplossing. Deze dampen worden teruggeleid naar de COG-hoofdteiding en de overgebleven rijke oplossing wordt naar de stripper geleid. Een daaropvolgende stap om eventueel overgebleven zuurgassen af te handelen en te voorkomen dat ze het anhydre NH₃ verontreinigen, is het toevoegen van natriumhydroxide (NaOH) aan de fractioneringsvoer. De NaOH fixert de zuurgasverbindingen als niet-vluchtige natriumzouten die in de fractioneringsbodem-effluentstroom blijven.

Een belangrijk operationeel kenmerk is de controle van de waterbalans in het proces. Aanzienlijke hoeveelheden stoom worden gecondenseerd in de oplossingsstripper, en dit condensaat moet opnieuw verdampt worden uit de circulatiestroom in de COG-stroom. De temperatuur van de oplossing die terugkeert naar de absorber is ongeveer 60 °C, en daarom wordt het COG verwarmd terwijl het door de absorber stroomt. De verhoogde gastemperatuur maakt het meestal nodig om een finale gasverhitter na de Phosam-absorber te installeren.

De toevoeging van fosforzuur aan de absorptieoplossing is alleen vereist om rekening te houden met operationele verliezen zoals lekkage. Het wordt op wekelijkse basis toegevoegd met een snelheid equivalent aan 0,0075 kg H₃PO₄ per kilogram geproduceerd NH₃. Het Phosam-proces is zeer efficiënt, capabel van het bereiken van meer dan 99% herwinning van NH₃ uit COG. Andere installatieconfiguraties zijn mogelijk waarin bijvoorbeeld waterige NH₃-oplossing wordt geproduceerd in plaats van het anhydre NH₃. Constructiematerialen zijn roestvrij staal voor alle gebieden in contact met fosfaatoplossing of waterige NH₃, en koolstofstaal voor andere gebieden.

Zoals in het sulfaatproces, wordt NH₃ aanwezig in overschot spoelwater eerst afgehandeld door distillatie, met de dampen die worden geleid naar de COG upstream van de Phosam-absorber.

Het Waterwassenproces

Een van de eenvoudigste en meest gebruikte methoden om NH₃ uit COG te verwijderen is het absorberen in water. Waterige absorptieliquor wordt tegenstroomig naar de COG-stroom geleid in een NH₃-wasvat (Fig 3). Het vat kan ontworpen worden als een sproeitype absorber met verschillende liquor-resproei-trappen, of als een gepakte toren zoals algemeen in veel installaties. Het type pakking dat algemeen gebruikt wordt, is verticaal gerangschikte uitgezette metaalplaten die gas/liquor-contact bevorderen maar vullen en vervuiling weerstaan. De rijke NH₃-oplossing gevormd, met een typische concentratie van 5 g/l tot 8 g/l, wordt vervolgens naar distillatiekolommen geleid waar het NH₃ van de waterige liquor wordt gestript met behulp van stoom. De NH₃- en waterdampen die de top van de strippingskolom verlaten, worden doorgegeven voor daaropvolgende behandeling op diverse manieren. Het schematische van het wasproces is getoond in Fig 3.

Na stripping wordt de absorptieliquor afgekoeld en teruggevoerd naar de wasser. Er is een continue afvoer van gestripte liquor uit het circuit wat equivalent is aan het volume stoom gecondenseerd in de strippingskolom. Deze afvoer is het installatie-effluent en vereist biologische afvalwaterbehandeling om het residuele NH₃ volledig te verwijderen.

Aangezien geen chemische reacties betrokken zijn, behalve het oplossen van NH₃ in water, is het waterwassenproces temperatuurafhankelijk en het meest efficiënt bij lage COG-temperaturen (20 °C tot 30 °C). Het NH₃-wasvat wordt meestal direct na de teerprecipitator in een typische cokesoven-bijproductinstallatie geplaatst. Op dit punt behoudt het gas enige oververhitting van de gasuitblazer, als de bijproductinstallatie onder positieve druk wordt bediend. Om de NH₃-verwijderingsefficiëntie te bevorderen, is gasverkoeling vereist om deze oververhitting te verwijderen en het gas af te koelen tot het optimale temperatuurbereik.

De gasverkoelingsfase wordt vaak geïntegreerd in het NH₃-wasvat zelf. Het NH₃-wasvat mag niet op een lagere temperatuur worden bediend dan de uitlaattemperatuur van de gasverkoelingsfase, anders kan vervuiling door naftaleen ontstaan.

Gebruik van waterige absorptieliquor resulteert in de gelijktijdige absorptie van significante hoeveelheden zuurgassen (H₂S, CO₂ en HCN) uit het COG.

Daarom wordt de NH₃-kolom tegenwoordig vaak geconstrueerd van corrosieweerstandende materialen zoals titaan en roestvrij staal (kwaliteit 316), hoewel veel installaties nog steeds gietijzerstillen bedienen. De strippingskolom is uitgerust met bubbelkapbodems of met meer economische klepbodems. Vanwege de lagere liquortemperaturen in de wasser en dus het verminderde corrosiesnelheid, kan dit vat volledig in koolstofstaal geconstrueerd worden.

Een voordeel van het waterwassenproces is dat overschot spoelwater en andere waterige installatiestromen (zoals benzolinstallatie-effluent) kunnen worden gebruikt om NH₃ in de wasser te absorberen. Het voordeel hiervan is dat aangezien het overschot water in ieder geval gestript moet worden met stoom, er een netto besparing van strippingsstoom is als het overschot spoelwater ook wordt gebruikt om NH₃ te absorberen.

Voor andere installatie-effluentstromen maakt het vaak zin om stoomstripping als een voorlopige afvalwaterbehandelingsstap uit te voeren. Het combineren hiervan met het NH₃-absorptieproces minimaliseert het algehele stoomverbruik voor de bijproductinstallatie. Het overschot spoelwater wordt toegevoegd op een punt in de wasser waar de vrije NH₃-concentratie het meest overeenkomt met de vrije NH₃-concentratie van de absorptieliquor. De aanwezigheid van vast NH₃ beïnvloedt de absorptie van vrije NH₃ uit het COG niet. Als overschot spoelwater in het waterwassenproces wordt gebruikt, wordt de stroomsnelheid van de afvoer-effluentstroom verhoogd om de circulatieliquor-voorraad te handhaven. Het vaste NH₃ kan in de strippingskolom worden verwijderd door toevoeging van caustische soda. Alternatief kan de stroom van afvoer naar een aparte vaste NH₃-stil worden geleid. Het gebruik van een aparte vaste NH₃-stil vermijdt de aanwezigheid van alkali in de recirculerende absorptieliquor, wat verantwoordelijk kan zijn voor de vorming van vaste verbindingen met zuurgassen zoals HCN en leidt tot de aanwezigheid van deze verbindingen in de installatie-effluentstroom.