Recuperação Eficiente de Amônia na Produção de Coque a Partir de Carvão Coqueável

Recuperação de Amônia durante a Produção de Coque a Partir de Carvão Coqueável

A amônia (NH₃) é um subproduto produzido durante a produção de coque a partir de carvão coqueável nos fornos de coque de subprodutos. É um constituinte do gás de forno de coque (COG) que sai dos fornos de coque, com uma concentração típica no COG bruto de 6 gramas por metro cúbico normal (g/Nm³). A solubilidade da NH₃ em água leva à sua presença no licor de lavagem da bateria de fornos de coque (COB) com uma concentração típica de 5 gramas por litro (g/L) a 6 g/L de NH₃ total. Portanto, devido à produção líquida de licor de lavagem no COB, também às vezes referido como licor de lavagem em excesso, surge um fluxo líquido, bem como um fluxo de gás, do qual a NH₃ deve ser removida. A quantidade de licor em excesso é de cerca de 12% da vazão de carvão seco, o que depende do teor de umidade do carvão.

A remoção de NH₃ do fluxo de gás é uma característica universal de um forno de coque e planta de subprodutos. Isso ocorre porque a NH₃, na presença de outros contaminantes do COG, como cianeto de hidrogênio (HCN), sulfeto de hidrogênio (H₂S), oxigênio (O₂) e água, é extremamente corrosiva para tubulações feitas de aço carbono. Além disso, quando a amônia é queimada de forma incontrolável em qualquer câmara de combustão, forma óxidos de nitrogênio (NOx), que causam poluição do ar. Portanto, a remoção de NH₃ do COG e do fluxo líquido também é necessária por razões ambientais.

O processo primário de manuseio de NH₃ no forno de coque e planta de subprodutos lida com a remoção e disposição da NH₃ presente no COG. No entanto, os sistemas de recuperação de NH₃ frequentemente incluem instalações para lidar com a NH₃ que surge no licor de lavagem em excesso. Para a compreensão adequada de como essas instalações são incorporadas no sistema geral de manuseio de NH₃, o tratamento de NH₃ no licor de lavagem em excesso é descrito primeiro e depois os principais processos para remoção de NH₃ do COG são descritos.

Tratamento do Licor de Lavagem em Excesso

Em alguns lugares, o licor de lavagem em excesso pode ser disposto sem tratamento prévio, usando injeção em poço profundo. Uma prática comum no passado era usar o licor de lavagem em excesso para resfriar o coque quente, embora por razões ambientais esta prática não seja mais aceitável. Na ausência de tais métodos simples de disposição, as alternativas restantes são a remoção da maior parte da NH₃ do licor por destilação, normalmente seguida por tratamento final em uma planta de tratamento de efluentes biológicos (BET). É possível usar apenas BET para remover NH₃ do licor de lavagem em excesso; no entanto, o tamanho e o custo operacional de uma planta BET são consideravelmente reduzidos quando a remoção preliminar de NH₃ é feita por destilação.

A destilação do licor de lavagem em excesso envolve alimentar o licor no topo de uma coluna de destilação com bandejas, geralmente chamada de alambique de NH₃, e alimentar um fluxo contra-corrente de vapor de arraste na parte inferior. O vapor de arraste destila a NH₃, que sai com os vapores de topo e passa para tratamento adicional. O licor arrastado é bombeado do fundo do alambique e resfriado antes da descarga no esgoto local ou na planta BET. Níveis típicos de NH₃ total no licor arrastado variam de menos de 50 ppm (partes por milhão) a 150 ppm.

Não é prontamente possível remover toda a NH₃ dissolvida presente no licor de lavagem em excesso com vapor. As muitas espécies químicas presentes no licor de lavagem levam à formação de vários sais de amônio em solução. Estes incluem carbonato de amônio, cloreto e sulfato, entre outros. Sais como carbonato de amônio são facilmente decompostos pelo calor no alambique para produzir moléculas livres de NH₃. No entanto, outros sais como cloreto de amônio e sulfato não são decompostos e retêm a NH₃ em uma forma fixa. A fração de NH₃ fixa para NH₃ total no licor de lavagem em excesso é tipicamente na faixa de 20% a 50%. Para permitir a destilação da NH₃ fixa, o licor de lavagem em excesso precisa ser tornado alcalino. A seguinte reação típica então ocorre, libertando moléculas livres de NH₃.

NH₄⁺ + OH⁻ = NH₃ + H₂O

A adição de álcali é determinada por balanço de massa, baseada na análise química do licor em excesso para dar a concentração de NH₃ fixa presente.

A forma de álcali usada na destilação do licor de lavagem em excesso mudou ao longo dos anos. Por muitos anos, uma suspensão de hidróxido de cálcio (cal) foi usada. Este material tinha a vantagem de baixo custo e pronta disponibilidade, mas a formação de sais de cálcio insolúveis, como carbonato de cálcio, criava um grande problema de incrustação. Os alambiques de NH₃ exigiam um superdimensionamento considerável para permitir operação contínua enquanto parcialmente incrustados, mas mesmo assim tinham que ser retirados de serviço regularmente para limpeza. Para evitar o problema de incrustação, carbonato de sódio (barrilha) também foi usado. Isso tem a vantagem de que sais insolúveis não são formados, mas impurezas podem estar presentes causando incrustação e equipamento de armazenamento e mistura no local é necessário. Um fator ambiental, ao usar reagentes como cal e barrilha, é que qualquer depósito insolúvel formado pode criar um problema de disposição de resíduos sólidos.

A disponibilidade geral e facilidade de manuseio da solução de hidróxido de sódio (NaOH) (barrilha cáustica) é atualmente o álcali de escolha para o projeto atual de alambiques de NH₃. O NaOH é o mais caro dos álcalis tradicionalmente usados, mas seu consumo pode ser rigorosamente controlado, o que é de grande vantagem onde limitações são impostas ao pH do efluente do alambique. As características de não incrustação do NaOH permitem o uso de projetos de alambique mais econômicos, incorporando bandejas de válvula em vez das bandejas tradicionais de campânula. Na prática, o NaOH é injetado no alambique de NH₃ próximo, mas não na bandeja superior. Isso permite que gases ácidos dissolvidos, como HCN e H₂S, sejam arrastados do licor primeiro, antes que possam reagir com NaOH para formar sais fixos.

Materiais de construção para alambiques de NH₃ são escolhidos por sua resistência à corrosão. Ferro fundido tem sido tradicionalmente usado, com generosas tolerâncias para corrosão, embora agora seja frequentemente mais econômico usar materiais como Hastelloy (liga à base de níquel), titânio e aço inoxidável (grau 316). As seções superiores dos alambiques de NH₃, onde tanto NH₃ quanto gases ácidos estão presentes, geralmente exigem o uso de materiais altamente resistentes à corrosão.

Um problema operacional comum na destilação do licor de lavagem em excesso é a presença de arraste de alcatrão, que pode levar a incrustação séria no alambique. A solução usual para este problema é instalar filtros de leito de areia ou cascalho na linha de suprimento de licor de lavagem em excesso. Estes são operados manual ou automaticamente. O alcatrão removido é retrolavado para os decantadores de alcatrão e licor.

Recuperação de Amônia do Gás de Forno de Coque

Atualmente, existem três métodos usados para a recuperação de NH₃ do COG. Estes são conhecidos como: (i) processo de sulfato de amônio, (ii) processo Phosam, e (iii) processo de lavagem com água.

Processo de Sulfato de Amônio

Este processo remove NH₃ do COG por absorção em uma solução de sulfato de amônio [(NH₄)₂SO₄] e ácido sulfúrico (H₂SO₄). A reação de absorção é 2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄. O sulfato de amônio produzido pela reação de NH₃ com H₂SO₄ é recuperado por cristalização. Os cristais são então centrifugados, lavados e secos. Os vários processos de sulfato de amônio em operação diferem no tipo de dispositivo de contato gás/licor e no tipo de equipamento de cristalização usado. Os equipamentos do processo de sulfato de amônio são descritos abaixo.

Um método antigo e ainda muito comumente usado emprega um tubo de imersão que se estende abaixo da superfície da solução de ácido/sulfato de amônio em um recipiente referido como saturador. O saturador é um vaso cilíndrico com fundo cônico. É provido de um capuz borbulhador, que é um duto prolongado até o meio do saturador. O duto tem um capuz na parte inferior equipado com arranjo tipo aletas. Outra estrutura tipo anel com pequenas aberturas está na porção cônica, que é usada para alimentação de nitrogênio (N₂). Anéis de água quente são fornecidos no topo do saturador. O saturador é sempre mantido com banho de ácido chamado licor, que contém 4% a 5% de H₂SO₄. O COG é alimentado através do tubo de imersão e o contato gás/líquido é causado à medida que as bolhas de gás sobem através da solução no saturador. O ácido é continuamente adicionado ao saturador. Durante este período, a NH₃ presente no gás reage com o H₂SO₄ no licor para formar sulfato de amônio. O calor de reação entre NH₃ e H₂SO₄ causa a evaporação de água no COG. A concentração de sulfato de amônio atinge a saturação, fazendo com que cristais se formem diretamente no saturador, onde são permitidos crescer até serem removidos do processo. Por meio de agitação e circulação da solução, os cristais finos são retidos dentro da solução de processo de "licor mãe", como é conhecido. O sulfato de amônio assim formado assenta no fundo do saturador.

O nitrogênio é alimentado ao saturador para fins de agitação. O fluxo de N₂ para o saturador é normalmente mantido a 450 m³/h a 550 m³/h. N₂ puro é purgado no saturador através dos anéis de N₂ a uma pressão de cerca de 6 kg/cm². A purga de N₂ aumenta o crescimento do cristal.

H₂SO₄ (98%) é alimentado ao saturador para manter a acidez no saturador. O gás coletado no topo do saturador é alimentado à armadilha de ácido. À medida que o gás sobe, alguns dos cristais podem ser carregados com o gás e ficam empilhados nas paredes do saturador no topo. Então, a água quente é borrifada através do anel fornecido. O cristal aderido às paredes do saturador é lavado. Quando a água quente é borrifada, a concentração do licor diminui. Então, a concentração de ácido de entrada é aumentada para cerca de 6% a 7% durante o período. Após a reação, o licor mãe é continuamente retirado para o tanque de circulação provido ao lado do saturador. Isso também atua como um selo para o saturador. Do tanque de circulação, o licor mãe é alimentado ao tanque de licor mãe. Os cristais coletados no fundo são alimentados ao tanque receptor de cristais usando bomba.

A saída do saturador carrega alguma névoa de ácido. Para remover a névoa de ácido, o gás é enviado à armadilha de ácido. É um vaso cilíndrico oco. O COG do saturador entra tangencialmente na armadilha. Devido ao movimento centrífugo, a névoa de ácido é separada. O ácido coletado no fundo é alimentado ao tanque de circulação. Após a remoção da névoa de ácido, o COG é alimentado à seção de recuperação de benzeno da planta de subprodutos.

A lama de amônio do fundo do saturador é bombeada para o tanque receptor de cristais com fundo cônico, onde os cristais de sulfato de amônio assentam na porção cônica do tanque. O licor mãe do topo do receptor é alimentado ao saturador. A lama do fundo é alimentada à centrífuga. O cristal da centrífuga contém alguma umidade. Para remover esta umidade, os cristais devem ser secos. O secador é geralmente um secador de leito fluidizado. O princípio baseia-se em tornar as partículas soltas para que adquiram fluidez devido à ação do fluxo de ar com uma velocidade de ar definida. O secador é provido de uma tela na parte inferior, anéis cerâmicos são arranjados na parte inferior da tela. O secador é provido de ar com ventilador de sopro forçado, aquecido no duto. Um espalhador na calha de alimentação do secador espalha a alimentação em todas as direções.

O ventilador de sopro forçado suga o ar atmosférico e alimenta o secador. A calha de descarga do ventilador é dividida em duas seções. O ar é aquecido a 120 °C a 150 °C usando vapor e o ar quente é alimentado da parte inferior da tela. Os anéis cerâmicos distribuem o ar em todas as direções e fazem os cristais fluidizarem. A temperatura do ar deve ser mantida suficientemente alta para remover a umidade dos cristais. Na extremidade de descarga do secador, os cristais de sulfato de amônio são resfriados.

Quando o nível de pressão do leito fluidizado atinge o ponto definido, que é cerca de 300 mm coluna de água (CA) a 400 mm CA, um alimentador de descarga automático descarrega o sulfato de amônio seco para o elevador de caçambas. O elevador descarrega o produto seco no silo, que por sua vez alimenta o produto na ensacadeira. A zona acima do leito fluidizado é mantida na faixa de 5 mm CA a 10 mm CA para evitar o arraste de partículas de sulfato de amônio para fora da unidade de secagem para o coletor de poeira.

O ar do secador é sugado pelo ventilador de sucção e alimentado aos separadores ciclônicos. O separador ciclônico separa os finos cristais de sulfato de amônio no ar e alimenta ao silo. O ar com poeira de cristal dos ciclones é alimentado ao fundo do tanque coletor de poeira que contém licor de lavagem até certo nível. Aqui, a poeira de cristal é dissolvida na água e o ar é ventilado para a atmosfera.

O licor em excesso do saturador entra no tanque de licor mãe. Cada saturador é provido de dois tanques de licor mãe. Um é vertical e o outro horizontal. Primeiro, o licor entra no tanque horizontal. Como o licor tem menor densidade que o alcatrão, ele flutua. Então, o licor mãe limpo é alimentado ao tanque vertical. Do fundo do tanque vertical, o licor mãe é alimentado ao saturador através das bombas providas. A concentração do licor é mantida em torno de 10% a 12%.

O fluxograma típico da planta de sulfato de amônio incorporando tratamento de licor de lavagem em excesso é mostrado na Fig. 1.

Fig. 1 Fluxograma típico de planta de sulfato de amônio

O sulfato de amônio também é produzido pela reação direta de H₂SO₄ concentrado e NH₃ gasoso em um cristalizador evaporativo. O processo é descrito aqui. NH₃ líquido é evaporado em um evaporador usando vapor a uma pressão de 16 kg/cm² e pré-aquecido usando vapor de baixa pressão. As quantidades estequiométricas de amônia gasosa pré-aquecida e H₂SO₄ concentrado (98,5%) são introduzidas no evaporador-cristalizador que opera sob vácuo. Essas quantidades são mantidas por um controlador registrador de vazão e adequadamente misturadas por uma bomba de circulação (da parte superior do cristalizador para o evaporador).

A reação ocorre no cristalizador, onde o calor de reação gerado causa evaporação de água, tornando a solução supersaturada. A solução supersaturada assenta no fundo do cristalizador, onde é bombeada para um filtro metálico a vácuo onde os cristais de sulfato de amônio são separados, enquanto o licor mãe é reciclado de volta ao cristalizador.

No processo de sulfato de amônio de recuperação de NH₃, a geração de finos que atuam como sementes para novos cristais e a remoção de finos são os principais processos que determinam o tamanho dos cristais que podem ser produzidos. Existem três tipos basicamente diferentes de cristalizadores: (i) tipo de circulação forçada (FC), (ii) tipo de turbulência ou tubo de rascunho com baffle (DTB), e (iii) tipo de leito fluidizado. No cristalizador tipo FC, todo o conteúdo do cristalizador é completamente misturado e passa pela bomba de circulação e trocador de calor cem vezes por hora. Isso dá o maior estresse mecânico nos cristais e leva à formação de uma grande quantidade de fragmentos que atuam como cristais de semente. Estas partículas finas crescem em muitos cristais e, portanto, cristais de produto menores são produzidos por este cristalizador. No cristalizador DTB, a suspensão de cristal não passa pelo trocador de calor e, como resultado, a potência de entrada da bomba de circulação é um fator dez vezes menor que para o cristalizador FC, levando a uma geração de finos muito menor. Além disso, os finos que estão presentes são retirados do cristalizador através de uma zona de clarificação e são dissolvidos como resultado do aquecimento no trocador de calor. Estes efeitos levam a um tamanho de cristal que é 3 a 4 vezes maior do que o que pode ser alcançado no tipo FC. No cristalizador tipo leito fluidizado, não há bomba em contato com a suspensão de cristal, mas os cristais são mantidos em um leito fluidizado. Como resultado, o estresse mecânico nos cristais é ainda menor. Por causa disso, os maiores cristais possíveis são produzidos por este cristalizador, mas para sulfato de amônio, o tamanho de cristal que pode ser alcançado é apenas ligeiramente maior que com o cristalizador DTB e, se a planta estiver sobrecarregada, o tamanho do cristal colapsa porque então o cristalizador começa a agir de forma semelhante ao cristalizador FC.

Na cristalização de sulfato de amônio, é necessário distinguir entre cristalização por reação e cristalização evaporativa. Além disso, o desempenho dos diferentes tipos de cristalizadores precisa ser considerado. Na cristalização por reação, como a de sulfato de amônio a partir de H₂SO₄ e NH₃, tanto a reação que cria a supersaturação do soluto, quanto a subsequente cristalização do soluto, ocorrem dentro do vaso do cristalizador. O calor de dissolução e reação para sulfato de amônio, quando usando reagentes razoavelmente concentrados, é suficiente para operar uma reação no cristalizador de sulfato de amônio sem qualquer fonte de energia externa para evaporação. O perfil de supersaturação e a cinética de cristalização de sulfato de amônio, bem como o método de operação de tal cristalizador, são diferentes dos de um cristalizador evaporativo clássico. Em uma unidade evaporativa, a matéria-prima é trazida sub-saturada e um aquecedor precisa ser operado em conjunto com o cristalizador, para evaporar a água na matéria-prima. A maioria dos cristalizadores de sulfato de amônio, estimados em cerca de 80% a 90%, são operados no modo evaporativo. A tendência geral é que a cristalização reativa produz cristais menores, mas tem uma vantagem energética sobre a cristalização evaporativa.

Como o sulfato de amônio é produzido como subproduto durante a recuperação de NH₃ do COG, normalmente há muitas impurezas de diferentes fontes. Estas são impurezas orgânicas e inorgânicas. Os efeitos combinados dessas impurezas são complexos e influenciam a pureza e a forma e tamanho do cristal.

O material de construção tradicional para o saturador e todas as superfícies molhadas é aço carbono revestido de chumbo. Ligas como Monel e aço inoxidável (grau 316) também são usadas. Revestimento de tijolo é usado para proteger o revestimento de chumbo, que sofre de "fluência" e danos por erosão.

A disponibilidade de materiais resistentes a ácido, como aço inoxidável (grau 316), permitiu o desenvolvimento de modernos sistemas de absorção de NH₃. Nestes sistemas, um fluxo circulante de solução de sulfato de amônio/H₂SO₄ é borrifado contracorrente ao fluxo de COG em um vaso absorvedor. A absorção de NH₃ do gás ocorre nas superfícies das gotas de borrifo. Uma porção do licor circulante é continuamente retirada e alimentada a um cristalizador contínuo separado. Aqui, o licor é concentrado usando calor e pressão negativa para evaporar a água e assim promover a cristalização. Os cristais são removidos e um fluxo de licor mãe é continuamente alimentado de volta ao circuito do absorvedor.

A operação dos processos de sulfato de amônio resulta em um aumento no teor de calor do COG que sai do absorvedor ou saturador. A razão para isso é que, para manter o balanço de água no processo, especialmente no caso de saturadores, a água precisa ser evaporada no fluxo de gás. Além da água adicionada ao processo com o ácido, desaturações regulares são necessárias, nas quais água é adicionada ao licor mãe para dissolver depósitos de cristal e reduzir incrustação. Em algumas instalações, aquecedores de gás são providos a montante dos absorvedores/saturadores de NH₃. A evaporação de água no COG resulta em um gás de saída com um ponto de orvalho mais alto que na entrada. Para que processos downstream de limpeza de gás, como remoção de naftaleno, benzeno e H₂S, sejam operados efetivamente, o gás precisa ser resfriado em resfriadores finais de gás.

Os processos de sulfato de amônio acomodam NH₃ do licor de lavagem em excesso alimentando os vapores de topo da destilação do licor de lavagem na linha principal de COG a montante do saturador/absorvedor de NH₃.

A principal desvantagem econômica com os processos de sulfato de amônio é a relação de preço entre H₂SO₄ e sulfato de amônio. O H₂SO₄ necessário para fazer sulfato de amônio pode custar até duas vezes o valor do produto sulfato de amônio.

O Processo Phosam

Este processo foi desenvolvido pela United States Steel como um meio de produzir um produto de NH₃ anidro comercialmente puro e vendível a partir da NH₃ presente no COG bruto. O NH₃ anidro produzido por este processo é um produto de alto valor comparado ao sulfato de amônio produzido pelos outros processos descritos anteriormente.

No processo Phosam, a NH₃ é absorvida seletivamente do COG por contato direto com uma solução aquosa de fosfato de amônio em um vaso de absorção por borrifo de dois estágios (Fig. 2). A solução de absorção realmente contém uma mistura de: (i) ácido fosfórico (H₃PO₄), (ii) fosfato monoamônio (NH₄H₂PO₄), (iii) fosfato diamônio [(NH₄)₂HPO₄], e (iv) fosfato triamônio [(NH₄)₃PO₄]. As reações de absorção reversíveis que ocorrem são as seguintes.

H₃PO₄ + NH₃ = NH₄H₂PO₄

NH₄H₂PO₄ + NH₃ = (NH₄)₂HPO₄

(NH₄)₂HPO₄ + NH₃ = (NH₄)₃PO₄

A NH₃ absorvida é recuperada por arraste a vapor. Isso regenera a solução de absorção que é retornada ao absorvedor por borrifo. O arraste a vapor é realizado a alta pressão, cerca de 13 kg/cm². A razão para isso é que as reações reversíveis que libertam a NH₃ da solução são favorecidas por temperaturas mais altas. Portanto, operando a alta pressão (e, portanto, temperatura mais alta), o consumo de vapor de arraste é minimizado.

Os vapores de topo do extrator são virtualmente apenas vapor de água e NH₃. Estes vapores são condensados e então alimentados a uma coluna de fracionamento onde NH₃ anidro é recuperado como o produto de topo condensado. O produto de fundo do fracionador, principalmente água, deixa o processo como efluente. O fluxograma esquemático do processo Phosam é mostrado na Fig. 2.

Fig. 2 Fluxograma esquemático do processo Phosam

O processo Phosam pode ser contaminado por alcatrão e por absorção de gases ácidos (HCN, H₂S e CO₂) na solução recirculada. Para remover o alcatrão, um dispositivo de flotação por espuma é instalado no circuito da solução entre o absorvedor e o extrator. Gases ácidos são removidos pré-aquecendo a solução rica em NH₃ e alimentando-a em um vaso referido como contator. Neste vaso, o pré-aquecimento causa vaporização de água e gases ácidos da solução. Estes vapores são ventilados de volta à linha principal de COG e a solução rica restante é alimentada ao extrator. Uma etapa subsequente para lidar com quaisquer gases ácidos restantes e impedir que contaminem o NH₃ anidro é adicionar hidróxido de sódio (NaOH) à alimentação do fracionador. O NaOH fixa os compostos de gases ácidos como sais de sódio não voláteis que permanecem no fluxo de efluente de fundo do fracionador.

Uma característica operacional importante é o controle do balanço de água no processo. Quantidades substanciais de vapor são condensadas no extrator de solução, e este condensado precisa ser reevaporado da solução circulante no fluxo de COG. A temperatura da solução retornando ao absorvedor é de cerca de 60 °C, e portanto o COG torna-se aquecido à medida que flui através do absorvedor. O aumento da temperatura do gás geralmente torna necessário instalar um resfriador final de gás após o absorvedor Phosam.

A adição de ácido fosfórico à solução de absorção é necessária apenas para contabilizar perdas operacionais, como derramamento. É adicionado em intervalos semanais a uma taxa equivalente a 0,0075 kg H₃PO₄ por quilograma de NH₃ produzido. O processo Phosam é muito eficiente, capaz de alcançar mais de 99% de recuperação de NH₃ do COG. Outras configurações de planta são possíveis nas quais, por exemplo, solução aquosa de NH₃ é produzida em vez do NH₃ anidro. Materiais de construção são aço inoxidável para todas as áreas em contato com solução de fosfato de NH₃ aquoso, e aço carbono para outras áreas.

Como no processo de sulfato, a NH₃ presente no licor de lavagem em excesso é tratada primeiro por destilação, com os vapores sendo alimentados ao COG a montante do absorvedor Phosam.

O Processo de Lavagem com Água

Um dos métodos mais simples e mais frequentemente usados para remover NH₃ do COG é absorvê-lo em água. Licor de absorção aquoso é alimentado contracorrente ao fluxo de COG em um vaso lavador de NH₃ (Fig. 3). O vaso pode ser projetado como um absorvedor tipo borrifo com vários estágios de reborrifo de licor, ou como uma torre de enchimento, como é comum em muitas plantas. O tipo de enchimento geralmente usado é chapas de metal expandido dispostas verticalmente, que promovem contato gás/licor, mas resistem a entupimento e incrustação. A solução rica em NH₃ formada, com concentração típica de 5 g/L a 8 g/L, é então alimentada a colunas de destilação onde a NH₃ é arrastada do licor aquoso usando vapor. A NH₃ e os vapores de água saindo do topo da coluna de arraste são passados para tratamento subsequente de várias maneiras. O esquema do processo de lavagem é mostrado na Fig. 3.

Fig. 3 Esquema do processo de lavagem com água

Após o arraste, o licor de absorção é resfriado e retornado ao lavador. Há uma purga contínua de licor arrastado do circuito que é equivalente ao volume de vapor condensado na coluna de arraste. Esta purga é o efluente da planta e requer tratamento de efluentes biológicos para remover completamente a NH₃ residual.

Como nenhuma reação química está envolvida, além da dissolução de NH₃ em água, o processo de lavagem com água é dependente de temperatura e é mais eficiente em baixas temperaturas de COG (20 °C a 30 °C). O vaso lavador de NH₃ é geralmente colocado imediatamente após o precipitador de alcatrão em uma típica planta de subprodutos de forno de coque. Neste ponto, o gás retém algum superaquecimento do exaustor de gás, se a planta de subprodutos for operada a pressão positiva. Para promover a eficiência de remoção de NH₃, o resfriamento do gás é necessário para remover este superaquecimento e resfriar o gás para a faixa de temperatura ótima.

O estágio de resfriamento de gás é frequentemente incorporado no próprio vaso lavador de NH₃. O lavador de NH₃ não deve ser operado a uma temperatura menor que a temperatura de saída do estágio de resfriamento de gás, caso contrário, incrustação por naftaleno pode resultar.

O uso de licor de absorção aquoso resulta na absorção simultânea de quantidades significativas de gases ácidos (H₂S, CO₂ e HCN) do COG.

Portanto, a coluna de NH₃ é atualmente frequentemente construída de materiais resistentes à corrosão, como titânio e aço inoxidável (grau 316), embora muitas plantas continuem a operar alambiques de ferro fundido. A coluna de arraste é equipada com bandejas de campânula ou com bandejas de válvula mais econômicas. Devido às temperaturas mais baixas do licor no lavador e, portanto, à taxa reduzida de corrosão, este vaso pode ser construído inteiramente em aço carbono.

Uma vantagem do processo de lavagem com água é que o licor de lavagem em excesso e outros fluxos aquosos da planta (como efluente da planta de benzeno) podem ser usados para absorver NH₃ no lavador. A vantagem de fazer isso é que, como o licor em excesso deve ser arrastado a vapor de qualquer forma, há uma economia líquida de vapor de arraste se o licor de lavagem em excesso também for usado para absorver NH₃.

Para outros fluxos de efluente da planta, muitas vezes faz sentido realizar o arraste a vapor como uma etapa preliminar de tratamento de efluente. Combinar isso com o processo de absorção de NH₃ minimiza o consumo geral de vapor para a planta de subprodutos. O licor de lavagem em excesso é adicionado em um ponto no lavador onde sua concentração de NH₃ livre mais se aproxima da concentração de NH₃ livre do licor de absorção. A presença de NH₃ fixa não influencia a absorção de NH₃ livre do COG. Se o licor de lavagem em excesso for usado no processo de lavagem com água, a taxa de fluxo do fluxo de efluente de purga é aumentada para manter o inventário de licor circulante. A NH₃ fixa pode ser removida na coluna de arraste pela adição de barrilha cáustica. Alternativamente, o fluxo de purga pode ser alimentado a um alambique separado de NH₃ fixa. O uso de um alambique separado de NH₃ fixa evita a presença de álcali no licor de absorção recirculante, que pode ser responsável pela formação de compostos fixos com gases ácidos como HCN e levar à presença desses compostos no fluxo de efluente da planta.