JPS5950009A - 塩の析出物の生成を除去及び／又は防止する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は窒素酸化物含有ガスを輸送し、冷却し、場合
によっては凝縮液の除去により乾燥し、圧縮するプロセ
スプラントの所定区域における塩析出物の生成を除去ま
たは防止またはそれらの両者を行う方法に関する。この
ようなプラントのガス中にはプラント中の温度での塩析
用に対する水の蒸気の臨界蒸気圧以上の水の蒸気圧が保
たれる。

アンモニアを窒素酸化物に接触的に燃焼する場合には亜
酸化窒素ガスと共にプロセス中で生ずる未燃焼アンモニ
アの透過が常に行われることが見出された。特に燃焼炉
の始動中にアンモニアの透過は顕著である。ガスを冷却
中にアンモニウム塩、特に硝酸アンモニウムが形成され
、これは結晶化して装置中に析出物を形成する。

しかし、形成された塩は吸湿性であり、水に易溶性であ
る。ガスの相対湿度が硝酸アンモニウムの臨界湿度より
高いと硝酸アンモニウムは溶液の形で存在し晶出したり
析出物を形成したりはしない。

燃焼装置からのガスは圧縮前に冷却される。

かれる。冷却は、通常冷却器からのガスがガスの温度よ
り若干低い露点をもつように冷却表面で間接冷却により
行われる。従ってガスは冷却器の出口と圧縮機の間で下
式： ％式％ によりＮＯがＮｏ、に酸化されるから、２〜３度再加熱
される。

この湿度上昇及び二次空気との混合のためにガスの相対
湿度は冷却器と圧縮機との間で低下する。

上述のプラント中での塩析出物の形成により生ずる問題
は長い間知られてきた。塩の析出は装置の生産能力を低
下させ、エネルギー消費量を増大させ、安全性に対する
危険を増大させる。

圧縮機のローターは塩の析出物にさらされ、これはロー
ター羽根の不均衡及び破壊を生じ、または圧縮機の他の
損傷をも生ずることが知られている。

塩の析出を除くために窒素酸化物含有ガス中に水を注入
することは常套手段であった。圧縮機は動作中水を断続
的に注入するための数個のノズルを備えている。各塩析
出物洗浄間隔は参〜３６時間にわたって変化し、洗浄時
間は１０〜３０分である。普通洗浄工程中の水の添加量
は０．０　／　ｊ〜０゜Ｏダに１１／ＮｒＩＩ窒素酸化
物の範囲の量である。若干の窒素酸化物ガス圧縮機では
断続的水洗のほかにガス中に水が連続的に注入される０ 普通水はまた塩の析出を防止するために圧縮機の封止装
置へ連続的に供給される。この添加水もまた窒素酸化物
含有ガス中へ蒸発混入するかあるいは凝縮液としてした
たり落ちるかのいずれかによって最終的には生成物中に
導入される０ このように塩の析出を回避するためにかなりの量の水が
必要である。このような窒素酸化物含有ガスの水の添加
すなわち凝縮水はしかしながら、水を圧縮しなければな
らないから、また吸収装置への反応生成水の減少のため
に非常に好ましくない。−これはまた吸収効果あるいは
最大獲得生成物濃度を減する。

水を用いる洗浄はしばしば圧縮機への水の長い注入にも
かかわらず圧縮機の最大能力を保持するために必要な洗
浄効果を与えない。この理由は注入する水滴が慣性のた
めに塩の析出したラ　） すべての表面を湿すことができないからである。

若干の圧縮機においてはこれらの表面上での析出物の蓄
積は非常に多いために圧縮機の速度を減少させてその間
に周期的な水を注入することが圧縮機の最大能力を得る
ために必要となる。

注入する水滴はまた圧縮機内特に軸流圧縮機内のロータ
ー羽根上及び遠心圧縮機内のピンポールの周りに相当な
腐食を与える。

水蒸気を供給することによってそのような塩の析出を取
り除く方法がさらに知られ、そのような水蒸気の量は冷
却工程の間に乾燥された窒素酸化物含有ガスへ存在する
温度で塩析用の飽和圧力以上の水蒸気圧を確立する量で
ある。この方法はノルウェー特許願第１４Ｉダ３よ３号
（米国特許第４Ｉコ’？！１１９！号）に記述しである
。しかしながらこの特許による方法が有効であったとし
てもある種のタイプの装置の場合には投下資本を増加さ
せ、作業費用が必要となる。

特に古い装置では安いスチームは利用できないから、こ
の方法は経済的な観点から魅力が少ない。

本発明の目的は窒素酸化物含有ガスが発生ずる装置内に
おける塩の析出を防止するかあるいは取り除くための単
純化された、同時に有効な方法を提供するにある。本発
明の特別の目的は新しい装置を作るための実質上資本投
下なしに、または実質上作業費用を要することなしにま
たはそれら両者なしに現存の装置２使用可能な方法を達
成することである。

前記水洗浄方法の改善あるいは単純化の試みはすぐに必
要な効率を与えないことがわかった。

析出物の形成を回避するために存在しなければならない
物理的条件の認識からノつはプロセスガス中へ蒸気を注
入するととのない条件内で操作できる方法及び装置を達
成するとどの可能性について研究をすることによって出
発した。

また本発明の方法は硝酸アンモニウムの臨界湿度より高
い水の蒸気分圧を持つガスと硝酸アンモニウムが接触す
る時あるいは温度が昇華温度以上の時は硝酸アンモニウ
ムが安定な固体形で存在しえないという認識に基いてい
る。

慣用の硝酸装置において窒素酸化物含有ガスの冷却、移
動及び圧縮の代表例によって、温度と水の蒸気圧との間
の関係は第一図に示されている。曲線ノは結晶性硝酸ア
ンモニウムの安定範囲を示すもので、直線コは水の蒸気
分圧を示す。硝酸アンモニウム析出物の形成はガスを冷
却（約３ＯＣ）後に存在する条件から圧縮機中で／４０
−／７００に温度が上昇するまで装置内で可能であるこ
とを第２図は示す。

窒素酸化物含有ガスが十分な水の蒸気分圧を得ることを
意識的に確保することＫよってこれら基礎となる物理的
データは塩の析出物の存在を防止するための方法を実施
のために使用される０ 燃焼装置から来るガスは該ガス中の水の蒸気含有量が冷
却工程の間に硝酸アンモニウムの臨界湿度以下に減少さ
れなければ十分な水の蒸気含有量を有する。問題は窒素
酸化物含有ガス冷却後、及びさらにそれを圧縮機へ運ぶ
時に該窒（り　　） 素酸化物含有ガス中の必要な水の蒸気圧をいかに維持す
るかである。これは新しい方法でガスの熱含量及び水分
含量を利用することによって意外にも簡単な方法で得ら
れることが見出された。外部からの水の蒸気の供給なし
にあるいは他の形態のエネルギーの供給なしに冷却区域
後及び圧縮機中に存在する温度でガス中に塩の析出の臨
界湿度以上の水の蒸気圧を得た。

本発明による方法の範囲内の正常な経過は第一図の直線
Ｉの方法によって示される。

尚、第１図は温度と結晶性硝酸アンモニウムの安定範囲
及び純水上の水の蒸気圧との関係を示したもので、曲線
Ｉは結晶性硝酸アンモニウムの安定範囲、直線コは純水
上の水の蒸気圧である。

冷却区域はガス中の水の蒸気圧に関して同じ最終効果を
与える数種の仕方で実際上変えることができる。最も簡
単な仕方は水の蒸気圧を低くし過ぎないようにガスの冷
却を低下させることである。しかしながらこれは圧縮機
へのガスＣｌ） の体積が大き過ぎ、それによって装置の能力が実質上低
下するという欠点をもつことを意味する０ 本発明の特別な要点は存在する温度で硝酸アンモニウム
塩の析出物の蒸気圧以上の状態の所定の蒸気圧を少なく
とも７つの冷却器で冷却することにより、及び熱いガス
中へ蒸発する所定の水の蒸気圧を得るのに充分な液体の
直接注入によってガスを冷却することによる、どちらか
一方または両方によって維持するにある。

本発明はガスを数種の流れに分割し、２個あるいは数個
の並列冷却器中で冷却し、それらの少なくとも１個でガ
スがガス中へ液体を直接注入することによって冷却する
ことによって好適に行なわれる。残りのガスは間接的な
冷却によって冷却することであり、これらのガス流は塩
の析出物を取り除くか防止する装置中あるいはその前で
再び混合される。直接冷却の際には間接的に冷却した冷
却器から凝縮液を使用することがしばしば最も有利とな
る０ 第７図及び第一図については前述しているので、ここで
は第２図及び第１図に関して述べる。

第３図は慣用の装置を示し、窒素酸化物含有ガスはアン
モニア燃焼装置（図示せず）から別個の管−９３及びダ
を経てそれぞれ３つの冷却器（Ａ、Ｂ及びＣ）を備えた
冷却区域へ運ばれる。冷却の後、ガス流はノつの管！で
一緒になり、管５は管ノ３より酸化のための空気を供給
されており、さらに圧縮機６に入る。圧縮機６及びその
入口への水の供給のための手段（管）ノコが備えられる
。冷却器（ＡＩＢＩＣ）　へはガスの間接的冷却のため
の管りを経て水を供給する。

冷却水は管Ｓを通過して冷却器から出る。冷却器からの
凝縮液は管９を経て排出され、凝縮液タンクＩＯに移動
する。若干の凝縮液は管／ｌを経て冷却器（ＡｅＢｅＣ
）前方の別々のガス用の管（コｅ　Ｊｓ　’Ｉ　）へ再
循環する。

第ｑ図は冷却区域の機能が第３図に示すものとは異なる
本発明による方法を示す。本発明のこの操作においては
冷却器Ａは中のガスは管〃を経て供給される凝縮液だけ
により冷却される直接冷却器として働き、冷却器（Ｂ、
Ｃ）におけ゛るガスは第３図に示すものと同様な仕方で
冷却され−る。凝縮液は第３図に示すものと同様な仕方
て別個の管３及びダへ戻してもよい。

以下に実施例及び比較例を掲げて本発明を説明する。

例　　１ 本例は比較例であり、第３図に示す装置内における窒素
酸化物含有ガスの冷却を示す。アンモニア燃焼装置から
の温度が約ｉｔ、ｏＣのガスは３個の並列ガス冷却器（
ＡＩＢＩＣ）で約／ざＣに冷却される。

アンモニア燃焼時に形成される水の蒸気の主要な部分は
ガス冷却器において凝縮される０凝縮されたＨＮｏ、　
３−　ｆｆ％の溶液は未反応アンモニアを燃焼装置から
吸収するためにガス冷却器中の熱プロセスガスに再注入
され、再び凝縮タンクＩＯに集められる。

生成した凝縮液は冷却系からポンプ輸送され、ｔノ１＼ Ｌ／／　ン 後工程の適当な場所に供給される。

冷却されたガスは、圧力をｏ、ｅｔ　７　ｋｇ／ａｎ２
（０，９！バール）からｓ、ｉ　ｋｊ！／ａｎ”　（ｓ
バール）に増大する軸流圧縮機に輸送される前に、λ人
生結晶状硝酸アンモニウムは約ツクＯＣまで安定である
。燃焼装置でのアンモニアの透過量が低いにもかかわら
ず、またガス冷却器中のアンモニアの吸収が改善された
にもかかわらず、軸流圧縮機への入口供給管Ｓ中で及び
圧縮機６自体中で硝酸アンモニウム析出物が絶えず形成
される０ 実際の入口で及び圧縮機番の後者コニ程への定期的な水
の注入による析出物除去の試みがなされたが、水洗浄は
亘ましい結果を与えなかった。圧縮機はそれがきれいで
ある時と同じ能力に回復しなかった。、特に圧縮機の実
際の入口において、結晶状の硝酸アンモニウムが顕著に
堆積した。

（ｌ　シ） 例　　コ 本例は第を図に示す装置の動作期間における本発明に基
づく動作を示す。本発明方法により上記装置において硝
酸アンモニウム析出物の定期的な除去が行われる。

ガス冷却器（Ａ）への冷却水は止められ、ガス冷却器（
Ｂ、Ｃ）Ｆｉ例１のように運転される０人口での温度が
約／４０Ｃでガス冷却器（Ａ）を通過するガスは、部分
的に蒸発した凝縮液の注入によってのみ冷却される。凝
縮液の量はＯ。ノ〜ｏ、２ｋｙ／ゆガスである。

ガス冷却器（Ａ）からのガスは温度約りθＣであり、注
入された３〜ざチ硝酸との平衡状態に応じた水の蒸気圧
を有する。上述のように冷却する他の一個のガス冷却器
（Ｂ、Ｃ）を通ったガス流は約ｌｔＣとなる。

この方法によって一種の副流すなわち副流３及びりが得
られ、これらはガス中の水の蒸気圧が平衡圧より低いよ
うに通常の間接冷却法により冷却され、副流コのみは液
体の注入によって直接に冷却される。ガス中の水の蒸気
圧は低いわけではなく逆に増加する。その理由は熱ガス
の顕熱が水の蒸気圧をその平衡圧まで増加するのに使わ
れるためである。

ガス流はガス冷却器を出た後に再び混合し、得られたガ
ス流は過飽和ガスを形成し、該過飽和ガス中の水蒸気の
一部は霧の形で凝縮してガスと共に流れる。

ＮＯがＮｏユに酸化される時及びさらに圧縮機中で更に
加熱される時に起る加熱により霧は再蒸発する。

この洗浄操作中のガス中の水の蒸気含有量ハ第コ図の曲
線３で示される。

水の蒸気圧は硝酸アンモニウムの平衡蒸気圧より高く、
硝酸アンモニウムは液体層に移行し且つ圧縮機及び供給
管から運び出される。

圧縮機は全能力を回復し、装置を精査したところ硝酸ア
ンモニウムの析出物は全くなかった。

この装置を試験した経験により非常に迅速に洗浄が行わ
れること、及び、冷却水の供給を止（１，？） め、平衡になるまで温度を上げ、再び常法により冷却水
を供給することを含む全操作は、約３０分間で適当に行
なうことができることがわかった。

例　　３ 本例はアンモニアの透過が特に大きい時燃焼装置を始動
させる間の、第４図に示す装置の本発明に基づく動作を
示す。

希硝酸はガス冷却器（Ａ、Ｂ、Ｃ）　　の前でガス中に
注入され且つ冷却水はガス冷却器（Ｂ、Ｃ）Ｋ供給され
、一方ガス冷却器（Ａ）はタンクＩＯからの前に造られ
た凝縮液であってもよい希硝酸の注入によって直接冷却
される。

燃焼装置が始動し加熱されたガスがガス冷却器に到達す
るとすぐに、例コのように冷却した飽和副流と温飽和副
流とを混合することにより過飽和ガス流が形成する。

始動時に起とる大量のアンモニア透過時においてさえガ
ス流Ｓの高湿度含有量のために硝酸アンモニウム析出物
の形成が妨げられる〇燃焼装置が安定化し連続洗浄が必
要でなくなった時、冷却水の供給管を第３の冷却器に接
続することによって通常の動作が確立する。

析出物の除去もまた例コに記載したように断続的に行わ
れる。

このように供給管及び圧縮器における硝酸アンモニウム
の析出は有効に防がれる。ここに記載の方法とは異って
、いくつかの製造装置では始動時に凝縮装置が安定な状
態になるまで凝縮機を水で継続的に通常洗浄しなければ
ならない。

しかしこの水による洗浄では完全にきれいにはならない
。

上記の例で示したように本発明によれば、水又は蒸気を
余分に供給することなしに窒素酸化物ガスの中に含有さ
れる水の蒸気及び燃焼装置からの熱含量を利用すること
によって、供給パイプ及び窒素酸化物ガス圧縮機中の硝
酸アンモニウムの析出物が全て除去される。　　　　　
　　（本発明によれば第１図に示す水洗浄法と異なり硝
酸アンモニウム析出物が完全に除去される。

噸１６） 従って既知の方法のように水を大量に消費することなく
窒素酸化物含有ガスの圧縮が行なえる。

また本発明では圧縮機へ水を注入する手段及びガス管も
また必要としない。

前述した従来特許に示した方法と異なり、本発明ではま
ず第１に装置が単純となり第一にスチームの消費量が減
少する。本発明によれば余分なエネルギーの供給を必要
としない。さらに、燃焼装置の始動時に析出が最も大き
な問題になるとき、燃焼装置自体でのスチーム（生成水
）が不足し、スチーム駆動タービン圧縮機が大量のスチ
ームの供給を必要とする期間に余分な外部からのスチー
ムを供給することなしに、本発明は析出物を防止し除去
することができる。このようにスチーム系統を析出物を
除去するためのスチームの供給のための寸法にする必要
はないＯ

【図面の簡単な説明】

第７図は温度の関数としての結晶性硝酸アンモニウムの
安定範囲と純水上の水の蒸気圧との関係を示す図、第一
図は任章に選択された圧縮機中における温度と水の蒸気
圧との関係を示したもので、第３図は既知の冷却区域を
備えた慣用の窒素酸化物ガス装置、第１図は本発明装置
を示すものである。 第１図中：ｌ・・・結晶性硝酸アンモニウムの安定範囲
、λ、・・・純水上の水の蒸気圧、第２図中：ｌ・・・
結晶性硝酸アンモニウムの安定範囲、コ・・・慣用の硝
酸プラント中の水の蒸気分圧、３・・・本発明による装
置中の水の蒸気圧、第３図及びｑ図中：ｌ・・・（窒素
酸化物含有ガス導入）管、コ。 ３、ダ・・・管、６・・・圧縮機、り・・・（冷却水導
入）管、ｇ・・・（冷却水排出）管、ヂ・・・（凝縮液
排出）管、１０・・・凝縮液タンク、ｌｌ・・・（凝縮
液導入）管、ｌコ・・・（洗浄水導入）管、第３図中：
Ａ。 Ｂ、Ｃ・・・（ガス間接）冷却器、第１図中：Ａ・・・
（ガス直接）冷却器、Ｂ、Ｃ・・・（ガス間接）冷却器
。 電１９） 〈Ｃ畔栃園 矢ｑｆｐｆ４Ｅボ旧 憾３図 笥４図 ５１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　窒素酸化物含有ガスを輸送し、冷却し、場合により
   凝縮液を除去することによって乾燥し、そして圧縮する
   ことからなり、所定の区域においてそこに存在する温度
   で塩の析出物の蒸気圧より高い水の蒸気圧を維持するこ
   とからなる、プロセスプラントの所定の区域における塩
   の析出物の生成を除去あるいは防止する方法において、
   少なくとも１個の冷却器中でガスを冷却するかまたは熱
   ガス中への蒸発によって所定の水の蒸気圧なうるのに充
   分な量の液体をガス中に注入することにより冷却するか
   またはそれらの両者を行うことにより冷却することを特
   徴とするプロセスプラントの所定の区域における塩の析
   出物の生成を除去あるいは防止する方法＠ ユ　ガスをいくつかの流れに分割し、−個あるいは数個
   の並列冷却器中で冷却し、それらの少なくとも７個でガ
   ス中へ液体を直接注入することによってガスを冷却し残
   りのガスは間接的な冷却によって冷却し、これらの冷却
   したガス流は塩の析出物を除去あるいは防止する装置中
   あるいはその前で再び混合される特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３　直接冷却の間注入される液体が間接冷却器からの凝
   縮液である特許請求の範囲第１項または第一項記載の方
   法。