JP5101293B2 - アンモニア含有ガス流からアンモニアを除去するための方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、アンモニア含有ガス流中のアンモニアを酸で処理することによって、アンモニア含有ガス流からアンモニアを除去するための方法に関し、該処理の際に、アンモニウム塩を含む水性流が生成される。

アンモニアは、環境問題を引き起こすため、空気中に放出されるガス流から除去する必要がある。アンモニア排出に対する政府の規制は、今後より厳しくなるであろう。

アンモニア含有ガス流からアンモニアを除去する方法は、例えば、米国特許第４４２４０７２号明細書に記載されている。この特許明細書には、ガス流をスクラバー内で不揮発性の希酸溶液と接触させることでＮＨ_３を吸収させることによって、尿素プラントの造粒塔の頂部から出るガス流からアンモニアが除去されることが記載されている。米国特許第４４２４０７２号明細書によれば、不揮発性の希酸溶液として、リン酸、硫酸および硝酸などの無機酸、ならびに、クエン酸、シュウ酸および同等の不揮発性有機酸などの有機酸が挙げられる。米国特許第４４２４０７２号明細書によれば、アンモニアを含まないガス流が空気中に放出される。造粒塔のスクラビング部を出る、得られたアンモニウム塩を含む水性流を、尿素製造プロセスに再利用できることが記載されている。

アンモニウム塩を含む水性流が尿素製造プロセスに再利用される、米国特許第４４２４０７２号明細書に記載の方法を使用することの欠点は、アンモニア塩による汚染が最終生成物（この場合、尿素）中に生じ得ることであり、この汚染は望ましくない。例えば、通常、尿素中のアンモニウム塩により、この尿素はメラミンの調製に適さなくなってしまう。（例えば、副生成物としての）こうしたアンモニウム塩の別個の処理は、費用とエネルギーがかかったり、あるいは環境問題を引き起こすことが多い。

アンモニウム塩を含む水性流が電気透析で処理され、それによって、酸が回収され、水酸化アンモニウム塩を含む水性流が生成される方法によって上記の欠点を解消できることが分かった。

アンモニウム塩を含む水性流に電気透析を行うことによって、アンモニアを除去するために使用された酸を回収でき、アンモニウム塩を含む水性流には、生成される尿素の汚染を引き起こす尿素製造への再利用は行われない。

本発明によるアンモニア含有ガス流からアンモニアを除去する方法によれば、アンモニウム塩を含む水性流は、電気透析で処理される。

ここでおよびこれ以降で、電気透析は、アノードおよびカソードを含み、該アノードとカソードとの間に位置する少なくとも１つの膜をさらに含む電解プロセスとして定義される。この膜は、アニオン透過膜、カチオン透過膜、あるいはこれらの膜の１つ以上と少なくとも２つの両極性膜との組合せであり得る。アニオン透過膜およびカチオン透過膜は、これらのイオンがカソードまたはアノードによって引きつけられるとき、アニオンまたはカチオンに対して透過性である。両極性膜は、重ね合わせたアニオン透過膜およびカチオン透過膜からなる。この両極性膜が、カチオン透過膜がカソードに面するように配向されると、水がプロトンとヒドロキシルイオンとに分離される。

アンモニウム塩を含む水性流の処理の際に、アンモニア含有ガス流のアンモニアを転化するために使用された酸は回収される。ここで、この酸は、アンモニア含有ガス流中のアンモニアを転化するために再使用することができる。アンモニアを転化するために使用可能な酸は、例えば、上述のような米国特許第４４２４０７２号明細書に記載される有機酸および無機酸である。

本発明による方法の際には、さらに、水酸化アンモニウムを含有する水性流が、アンモニウム塩を含む水性流の電気透析の際に生成される。その生成の後、水酸化アンモニウムを含有するこの水性流は熱処理され、それによってガス状のアンモニア流が生成される。

アンモニア含有ガス流は、アンモニア、尿素およびメラミン製造プロセスのような種々の化学プロセス由来であるほか、農業起源でもあり得る。本発明による方法は、低量のアンモニアを含有するアンモニア含有ガス流の処理に特に適している。こうしたアンモニア含有ガス流は、こうしたガス流からアンモニアを除去するための、例えば分離および凝縮による他の方法では処理するのが難しい。低量のアンモニアを含有するアンモニア含有ガス流の例は、尿素プラントの造粒部または粒状化部を出るガス流である。

本発明による方法によって処理されるアンモニア含有ガス流が、アンモニア、尿素、またはメラミン製造プロセス由来である場合、ガス状のアンモニア流はこれらのプロセスに再利用され得る。ガス状のアンモニア流を再利用する前に、ガス状流は、ガス状流中のアンモニアを凝縮するように処理され得る。

電気透析は、アニオン透過膜またはカチオン透過膜によって隔てられたアノードおよびカソードを含む電気化学セルの中で行われる。また、これらの膜の１つ以上と少なくとも２つの両極性膜との組合せも使用することができる。酸が回収され、水酸化アンモニウム塩が生成されるような、水性流中のアンモニウム塩の転化のために、好ましくは、アノードおよびカソードは、少なくとも１つのアニオン透過膜によって隔てられる。より好ましくは、電気化学セルは、両極性膜およびカチオン透過膜も含む。

本発明はまた、
・スクラバー（ここで、アンモニア含有ガス流が酸と接触される）と、
・電気透析装置（ここで酸を含む流れ、および水酸化アンモニウム塩を含む流れが生成される）と
を含むアンモニア含有ガス流の処理のための電気透析部に関する。好ましくは、電気透析部は、水酸化アンモニウム塩を含む流れが加熱されるとともにガス状のアンモニア流が生成されるストリッパーも含む。

電気透析部は、好ましくは、造粒部または粒状化部を出るアンモニア含有ガス流を処理するために造粒部または粒状化部を含む尿素プラントに組み込まれる。

本発明を、添付の図を参照しながら、詳細にさらに説明する。図１には、本発明による電気透析部が示されている。

本発明は、アンモニア含有ガス流（１）が酸溶液（３）と接触されるスクラバー（ＳＣ）を含む。清浄な空気が、（２）を介してスクラバーから放出される。アンモニウム塩として捕捉されたアンモニアも含有する酸溶液はポンプで、一部分を電気透析装置（ＥＤ）に輸送され、一部分をスクラバーに戻される。電気透析装置は、アノードとカソードとの間に位置する少なくとも１つの膜を含む。酸を含む流れ（４）は、電気透析装置（ＥＤ）の中で生成され、スクラバー（ＳＣ）に再利用され、やはり電気透析装置の中で生成された水酸化アンモニウム塩を含む他の流れ（５）は、ストリッパー（ＳＴ）に供給される。ストリッパー（ＳＴ）では、水酸化アンモニウムは、水を含むガス状のアンモニア流（７）の蒸気（６）を用いて転化される。

本発明による電気透析装置の考えられる形態の２つの実施例を、より詳細に説明する。

第１の形態によれば、電気透析装置は、アノード区画とカソード区画とにセルを分割し、アノードとカソードとの間に位置する１つのアニオン透過膜を含む電気化学セルからなる。カソード区画にはアンモニウム塩を含む溶液が供給される。電気透析装置では、アノード区画の中で酸が生成され、カソード区画の中で水酸化アンモニウム塩が生成される。ｐＨ０〜２の硫酸溶液を、酸として使用することができる。スクラバー中では、硫酸アンモニウムが生成される。スクラバーを出る硫酸アンモニウムを含有する溶液の一部は、電気化学セルのカソード区画に供給される。硫酸イオンが膜を通って輸送され、その後、アノード区画中で硫酸に転化される。アンモニウムイオンは、カソード区画中で、水酸化アンモニウムに転化される。硫酸溶液の一部はスクラバーに再利用され、水酸化アンモニウム溶液の一部はストリッパー中で処理される。

第２の形態によれば、電気透析装置は、アノードとカソードとの間に位置するとともに当業者に公知の方法で整列された、アニオン透過膜および／またはカチオン透過膜ならびに両極性膜を含む電気化学セルからなる。電気化学セルは、例えば、図２に記載のいわゆる三区画セルであり得る。

アンモニア含有ガス流は、スクラバーの中でｐＨ０〜２の硝酸溶液と接触された。硝酸アンモニウムを含む、得られた溶液の一部は、電気透析装置中の電気化学セルに供給される。電気化学セルは、図２に記載の配置構成での、アニオン透過膜（Ａ）、カチオン透過膜（Ｃ）および両極性膜（Ｂ）からなる。硝酸アンモニウムを含む溶液（Ｓ）は、電気化学セルに供給された。水を両極性膜内で分離させると、硝酸溶液（Ｙ）および水酸化アンモニウム溶液（Ｘ）が生成される。硝酸溶液の一部はスクラバーに再利用され、水酸化アンモニウム溶液の一部はストリッパー中で処理される。

本発明による電気透析部を示す図である。 本発明による電気化学セルを示す図である。

Claims (8)

1. アンモニア含有ガス流中のアンモニアを酸で処理し、該処理の際に、アンモニウム塩を含む水性流を生成させることによって、アンモニア含有ガス流からアンモニアを除去するための方法であって、
   前記アンモニウム塩を含む水性流が電気透析で処理され、
   前記電気透析は、アニオン透過膜、カチオン透過膜並びに第１及び第２の両極性膜の組合せによって隔てられたアノードおよびカソードを含む電気化学セルの中で行われ、
   前記電気化学セルにおいて、前記アノード、前記第１の両極性膜、前記アニオン透過膜、前記カチオン透過膜、前記第２の両極性膜及び前記カソードが、この順序で配置され、
   前記アンモニウム塩を含む水性流が前記アニオン透過膜と前記カチオン透過膜との間に供給されると、酸を含む流れが前記アニオン透過膜と第１の両極性膜との間に生成され、それによって、前記酸が回収され、かつ、水酸化アンモニウム塩を含む水性流が前記カチオン透過膜と第２の両極性膜との間に生成されることを特徴とする方法。
2. 前記水酸化アンモニウム塩を含有する水性流が熱処理され、それによってガス状のアンモニア流が生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ガス状のアンモニア流が、尿素を製造するためのプロセスに再利用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記アンモニア含有ガス流が、尿素を製造するためのプロセスの造粒部または粒状化部からのオフガス流であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. アンモニア含有ガス流を酸と接触させるスクラバーと、
   前記スクラバーから出た溶液が供給され、かつ、酸を含む流れを生成し、および水酸化アンモニウム塩を含む流れを生成させる電気透析装置と、
   を含む電気透析部であって、
   前記電気透析装置は、アニオン透過膜、カチオン透過膜並びに第１及び第２の両極性膜の組合せによって隔てられたアノードおよびカソードを含む電気化学セルを有し、
   前記電気化学セルにおいて、前記アノード、前記第１の両極性膜、前記アニオン透過膜、前記カチオン透過膜、前記第２の両極性膜及び前記カソードが、この順序で配置され、
   前記スクラバーから出た溶液が前記アニオン透過膜と前記カチオン透過膜との間に供給されると、前記酸を含む流れが前記アニオン透過膜と前記第１の両極性膜との間に生成され、かつ、前記水酸化アンモニウム塩を含む流れが前記カチオン透過膜と前記第２の両極性膜との間に生成される、電気透析部。
6. 前記電気透析部が、水酸化アンモニウム塩を含む流れが加熱されるとともにガス状のアンモニア流が生成されるストリッパーも含むことを特徴とする請求項５に記載の電気透析部。
7. 造粒部または粒状化部を含む尿素プラントであって、
   前記造粒部または粒状化部を出るアンモニア含有ガス流を処理するための請求項６に記載の電気透析部も含むことを特徴とする尿素プラント。
8. 前記電気透析部の中で生成された前記ガス状のアンモニア流が、前記尿素プラント内で再循環されることを特徴とする請求項７に記載の尿素プラント。

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