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Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen für Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure durch katalytische Verbrennung von Ammoniak. Sie eignet sich insbesondere für jene Verfahren, bei denen sowohl die Verbrennung des Ammoniaks als auch die Oxydation und Absorption der nitrosen Gase unter Druck erfolgen.
Es ist bekannt, dass die Verbrennung des Ammoniaks unter Druck in bezug auf das festzulegende Kapital infolge der verminderten Abmessungen der Brenner, der zu verwendenden geringeren Mengen an Platin, der Möglichkeit, Turbokompressoren aus gewöhnlichem Stahl zu gebrauchen usw. wirtschaftlich besonders vorteilhaft ist.
Gegenüber der Verbrennung bei atmosphärischem Druck, auf die eine Oxydation und Adsorption der nitrosen Gase unter Druck folgen, besitzt dieses Verfahren jedoch den Nachteil, dass nach der Kondensation des Wassers, das sich neben den Stickoxyden bei der Verbrennung des Ammoniaks bildet, eine Verarmung der Verbrennungsgase an Stickoxyden eintritt. Diese Verarmung ist einerseits die Folge einer, durch den Druck bewirkten, grösseren Geschwindigkeit der Oxydation des Stickstoffmonoxyds (NO) zu Stickstoffdioxyd (NO2), anderseits auf eine stärkere Absorption der nitrosen Gase in dem unter der Druckeinwirkung kondensierten Wasser zurückzuführen.
Die in die Absorptionsvorrichtung eintretenden Gase haben also einen geringen Gehalt an NO und N02 und ermöglichen deshalb nur die Erzeugung einer Säure, die eine niedrigere Konzentration besitzt als eine Säure, die durch Verbrennung bei atmosphärischem Druck gewonnen wurde. Das Kondensationswasser, dessen Gewicht etwa das 12-fauche des eingesetzten Ammoniaks beträgt, enthält tatsächlich etwa 20% Salpetersäure, während bei der Verbrennung von Ammoniak unter atmosphärischem Druck dieser Gehalt kaum 2-3% übersteigt, was einerseits die Zusammensetzung der Verbrennungsgase nicht merklich verändert, und es anderseits ohne weiteres ermöglicht, diese schwache Säure als Absorptionsmedium für die nitrosen Gase zur Herstellung einer konzen- trierteren Säure in der Absorptionsvorrichtung zu verwenden.
Gemäss der bekannten Verfahrensweise zur
Oxydation von Ammoniak unter Druck wird das bei der Verbrennung entstehende Wasser gewöhnlich in einem rohrförmigen Konden- sator-Kühler kondensiert, der sich zwischen dem
Kessel zur Rückgewinnung der Wärme der
Brenner und der Vorrichtung zur Oxydation und Adsorption der nitrosen Gase befindet.
Um eine vorzeitige Absorption der nitrosen
Gase durch das Kondensationswasser zu verhindern, wird erfindungsgemäss das Wasser in einem flüssigen Medium kondensiert, das sich mit den nitrosen Gasen im Absorption-Gleichgewicht befindet. Zu diesem Zweck benützt man kalte Salpetersäure, die von einer Absorptionsstufe dieser nitrosen Gase stammt und eine solche Konzentration aufweist, dass keine Absorption der nitrosen Gase erfolgt. Die einzige feststellbare Wirkung ist, dass die latente restliche Wärme der Gase, die Kondensationswärme des Wassers und teilweise die Oxydationswärme der nitrosen Gase gebunden werden.
Erfindungsgemäss erfolgt die Kondensation des Reaktionswassers in einem Rieselturm oder in einer Rieselsäule, der mit kalter Salpetersäure berieselt wird, anstatt in einem üblichen rohrförmigen Austausch-Kondensator.
Man kann die Säule jedoch auch mit einer konzentrierten Berieselungssäure beschicken, so dass eine teilweise Zersetzung dieser Säure erfolgt, wobei NO, das nun die nitrosen Gase bereichert, entweicht.
Die den Rieselturm verlassenden Gase, die an Stickoxyden nicht verarmt oder an diesen sogar angereichert sind, werden nun in die Oxydationsund Absorptionsvorrichtung geführt, wo dank des erhöhten Partialdruckes der nitrosen Gase im ersten Absorber eine Säure erhalten werden kann,. die in ihrer Konzentration einer Säure, die unter vergleichbaren Bedingungen bei der Ammoniakverbrennung bei atmosphärischem Druck erhalten wird, gleich oder sogar überlegen ist.
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Die Absorptionsstufe, bei der die zur Beriese- lung des Rieselturmes verwendete salpetersaure
Lösung abgezogen werden muss, soll so gewählt werden, dass im Rieselturm entweder keine Ab- sorption oder auf Kosten der abgezogenen Säure- lösung eine Entwicklung von nitrosen Gasen eintritt.
Die entstehende Säure, die durch die Konden- sation des Wassers erhitzt und verdünnt wurde, wird vom Rieselturm abgezogen und nach Durch- gang durch einen Kühler in die Absorptions- einrichtung in einen ihrer Konzentration ent- sprechenden Absorber zurückgeführt.
Wie bereits ausgeführt, ist es erfindungsgemäss möglich, am Beginn der Absorptionseinrichtung eine Säure zu erhalten, deren Konzentration wenigstens gleich oder sogar höher ist als die einer Säure, die durch Verbrennung von Ammoniak bei atmosphärischem Druck sowie Oxydation und Absorption unter Druck erhalten wird.
Im folgenden soll das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise an Hand einer schematischen Darstellung der Anlage (Fig. 1) erläutert und gleichzeitig der durch dieses Verfahren erzielte technische Fortschritt durch gegenüberstellenden Vergleich mit dem klassischen Verfahren (Fig. 2) aufgezeigt werden.
Die aus dem Brenner 1 (Fig. 1) austretenden nitrosen Gase treten nach einer ersten Abkühlung in einem Wärmerückgewinnungskessel 2 in einen Berieselungsturm 3, wo sie im Gegenstrom einer ungefähr 35% igen Salpetersäure begegnen. Die fühlbare Wärme der Gase, sowie die Verdampfungswärme des Reaktionswassers, das zur Kondensation gebracht wird, werden zur Gänze in Form fühlbarer Wärme von der grossen Menge
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Gehalt gebracht und dann zum Berieselungs- turm 3 zurückgeschickt.
Man kann den Berieselungsturm 3 gleichwohl mit einer Berieselungssäure höherer Konzen- tration beschicken, so dass eine Teilzersetzung dieser Säure erfolgt, wobei NO, das nun die nitrosen Gase bereichert, entweicht.
In der Fig. 2 dagegen, die das klassische Ver- fahren wiedergibt, kommen die aus dem Brenner 1 austretenden und im Kessel 2 abgekühlten nitrosen Gase in einen Oberflächenkondensator 8, wo sich das Reaktionswasser niederschlägt und einen grossen Teil der Stickoxyde bindet, wobei eine schwache Säure mit einer Konzentration von ungefähr 20% entsteht. Die aus dem Kondensator 8 austretenden nitrosen Gase sind also verarmt und nach Oxydation in der Oxydationsvorrichtung 5 ermöglichen sie in der ersten Absorptionsstufe 6 nur die Erzeugung einer Säure, deren Konzentration (54%) geringer ist, als die einer nach dem Verfahren gemäss Fig. 1 erhaltenen Säure.
Unter den gleichen Bedingungen weist nach dem erfindungsgemässen Verfahren (Fig. 1) das in den Absorber eintretende nitrose Gas einen Gehalt von 9, 25% (NO und NOJ auf, während es nach dem klassischen Verfahren (Fig. 2) nur einen Gehalt von 8% (NO und Noya) aufweist.
Beim klassischen Verfahren erfolgt daher eine Verarmung von mehr als 15%.
Es ist weiterhin zu bemerken, dass es im Falle des klassischen Verfahrens zur Herstellung der Ausgangskonzentration (9, 25% NO und N02) nicht genügt, den Druck der nitrosen Gase um ungefähr 15% zu erhöhen, denn jede Druck- steigerung entspricht einer Steigerung des (jehaltes der gebildeten Kondensate, was eine noch grössere Verarmung der nitrosen Gase mit sich bringt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure durch katalytische Verbrennung von Ammoniak unter Druck, und nachfolgende Oxydation und Druckabsorption der nitrosen Gase, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kondensation des Reaktionswassers durch Berieselung der Verbrennungsgase des Ammoniaks mit verdünnter Salpetersäure einer solchen Konzentration durchführt, die sich in der Kondensationsvorrichtung mit den nitrosen Verbrennungsgasen in ihrem
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petersäure, deren Konzentration höher ist.