<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung und Wiedergewinnung von Ammoniak aus Gasgemischen
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
B. Cyanwasserstoff,Bestandteile, beispielsweise Wasserstoff, enthalten.
Als saure Schmelzen sollen im Sinne der Erfindung die Schmelzen solcher Stoffe verstanden werden, die saure Wasserstoffatome aufweisen. Hiezu zählen beispielsweise die bevorzugten sauren Salze der Schwefel- und Phosphorsäure, insbesondere die Alkali- und die Ammoniumsalze. Ebenso ist es möglich, Gemische dieser Salze einzusetzen.
Selbstverständlich können für das erfindungsgemässe Verfahren nur solche Stoffe als Schmelze verwendet werden, die durch die neben dem Ammoniak anwesenden Bestandteile des zu behandelnden Gases chemisch nicht verändert werden.
Um eine Zersetzung des Ammoniaks oder der sauren Gasbestandteile möglichst weitgehend zu vermeiden, empfiehlt es sich, solche Stoffe als Bestandteile der Schmelze zu verwenden, deren Schmelzpunkte möglichst tief liegen. Die Verwendung tiefschmelzender Stoffe erleichtert die technische Handhabung des Verfahrens und bieten ausserdem wärm etechnische Vorteile.
Als günstig werden in diesem Sinne beispielsweise die Schmelzpunkte des Ammoniumhydrogensulfats mit 147oC, des Kaliumhydrogensulfats mit 210 C, des Natriumhydrogensulfats mit 1860C und des Kaliumdihydrogenphosphats mit 2530C bezeichnet.
Um einen möglichst niedrigen Schmelzpunkt zu erhalten, kann man der Schmelze auch solche Stoffe zusetzen, die in an sich bekannter Weise die Schmelztemperatur zu erniedrigen vermögen. Dies kann beispielsweise auch dadurch erfolgen, dass man Salzmischungen, die beispielsweise aus Natriumhydrogensulfat bestehen, verwendet. So schmilzt beispielsweise ein Gemisch aus 56,5 Mol-% Natriumhydrogensulfat und 43,5 Mol-% Kaliumhydrogensulfat bereits bei der ausserordentlich günstigen Temperatur von 125 C.
Durch den Zusatz neutraler Salze, wie Alkalisulfate oder-phosphate, zu der Schmelze kann ferner die Desorptionsgeschwindigkeit des Ammoniaks erhöht werden. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, dass die saure Schmelze als homogene, flüssige Phase vorliegt. Es ist im Rahmen der Erfindung vielmehr auch möglich, solche Schmelzen zu verwenden, in denen ein Teil der Salze in fester Form vorliegt. Dabei kann es sich sowohl um die sauren Salze als auch um die neutralen Zusätze handeln. Ebenso können auch diejenigen Salze, die sich durch die Ammoniakaufnahme bilden, ganz oder teilweise in fester Form vorliegen. Die festen Teile sind in der Schmelze suspendiert, so dass Schwierigkeiten bei ihrer Handhabung nicht auftreten.
Die Geschwindigkeit der Desorption des Ammoniaks ist temperaturabhängig und kann durch eine Erhöhung der Temperatur beschleunigt werden. Besonders vorteilhaft ist es, die Desorption des Ammoniaks unter Verwendung eines Trägergases noch weiter zu beschleunigen. Als Gas kann man hiefür beispielsweise Stickstoff, Wasserstoff, Luft oder Wasserdampf verwenden. Die Desorption des Ammoniaks kann beispielsweise durch Einleiten eines Gases in die Schmelze erfolgen.
Nimmt man die Desorption des Ammoniaks beispielsweise bei einer Temperatur von 3500C vor, so kann eine geringfügige Zersetzung des Ammoniaks eintreten, die jedoch, wie die Erfahrung gezeigt hat, nicht mehr als 50/0 des eingesetzten Ammoniaks beträgt. Ausserdem kann bei Einhaltung höherer Temperaturen eine geringe thermische Zersetzung der Hydrogensulfatanteile der Schmelze, insbesondere wenn diese einen höheren Natriumgehalt aufweisen, in Pyrosulfat und Wasser auftreten. Es ist aber durch einfaches Einleiten einer entsprechenden Menge Wasser oder Wasserdampf ohne Schwierigkeiten möglich, die ursprüngliche Zusammensetzung der Schmelze wieder herzustellen. Ein besonderer Zusatz von Wasser erübrigt sich natürlich, wenn. das eintretende Reaktionsgas bereits Wasser enthält.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass sich die in der Gasmischung vorhandenen sauren Komponenten nicht in der Schmelze lösen. Dadurch ist es möglich, in einem einzigen Verfahrensgang sofort reines Ammoniak und gleichzeitig auch die sauren Komponenten in reiner Form zu erhalten und einer Wiederverwendung zuzuführen.
Besonders vorteilhaft ist es, das Verfahren kontinuierlich durchzuführen, wobei man zweckmässigerweise die saure Schmelze im Kreislauf zwischen einem Absorptions- und Desorptionsgefäss führt.
Eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemässe Verfahren günstigerweise durchgeführt werden kann, ist in der Zeichnung dargestellt. Das Ammoniak enthaltende Gas wird durch eine Zuleitung 1 in ein Absorptionsgefäss 2, in welchem sich die saure Schmelze 3 befindet, eingeleitet. Das vom Ammoniak befreite Gas verlässt das Absorptionsgefäss durch eine Ableitung 4. Die mit Ammoniak beladene Schmelze fliesst über eine Abflussleitung 5 in eine Fördervorrichtung 7, die im bevorzugten Fall aus einer Mammutpumpe besteht. Für den Fall des Vorhandenseins einer Mammutpumpe tritt bei 6 das Fördergas in die Apparatur ein. Über die Düse der Fördervorrichtung 7 wird die saure Schmelze durch eine Zuleitung 8 in ein Desorptionsgefäss 9 gefördert.
Das mit Ammoniak beladene Fördergas ver-
<Desc/Clms Page number 3>
lässt das Desorptionsgefäss durch eine Ableitung 10. Die Temperatur der Mammutpumpe des Desorptionsgefässes wird beispielsweise um 100 C höher als die Temperatur im Absorptionsgefäss eingestellt.
Die vom Ammoniak befreite Schmelze fliesst über eine Ableitung 11 wieder in das Absorptionsgefäss 2 zurück. Es ist möglich, die Ableitung 11 mit einem Wärmeaustauscher 12 auszustatten, der die Schmelze auf die erforderliche Absorptionstemperatur zurückbringt : Der Wärmeaustauscher 12 kann als Luft- oder Wasserkühler ausgebildet sein und in an sich bekannter Weise zur Vorwärmung des Reaktions- und/oder Trägergases bzw. der aus dem Absorptionsgefäss 2 abfliessenden Schmelze benutzt werden.
Die Ableitung 11 hat in der Schmelze 3 eine gewisse Eintauchtiefe, durch die ein Durchschlagen des vom Ammoniak befreiten Gases in das Desorptionsgefäss verhindert wird. Für den gleichen Zweck kann auch ein Syphon 14 zwischengeschaltet werden. Die Einfüllung der sauren Schmelze kann beispielsweise durch einen Einfülltrichter 15 und die Entleerung beispielsweise über Ventile'16 und 17 erfolgen.
Bei der Anwendung der beschriebenen Apparatur ist eine Regulierung des Höhenstandes der sauren Schmelze im Absorptionsgefäss 2 während der Durchführung des Verfahrens nicht erforderlich, weil dieser durch die Menge der im System befindlichen Schmelze vorgegeben ist.
Es ist selbstverständlich auch möglich, weitere Wärmeaustauscher für die aus den Gefässen austretenden Gase anzubringen.
Weitere Vorrichtungen, die für die erfolgreiche Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens brauchbar sind, sehen an Stelle der Absorptions- oder Desorptionsgefässe Rieseltürme oder Absorptionskolonnen mit mehreren Stufen vor.
An Stelle einer Mammutpumpe können zur Förderung der Schmelze auch andere an sich bekannte Mittel, beispielsweise rotierende Pumpen, verwendet werden. Die Verwendung einer Mammutpumpe bringt jedoch den Vorteil mit sich, dass die Desorption des Ammoniaks bereits in starkem Masse in der Leitung 8 stattfindet und dass dadurch das Desorptionsgefäss in kleineren Dimensionen gehalten werden kann.
Wie bereits ausgeführt, lässt sich die Desorption des Ammoniaks durch Verwendung eines Trägergases in der Desorptionsphase erheblich beschleunigen. Obwohl dabei das abgetrennte Ammoniak in verdünnter Form anfällt, wird in vielen Fällen die beschleunigte Desorption den Nachteil einer Verdünnung aufwiegen.
Ein weiterer Vorteil, der mit der kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens verbunden ist, besteht darin, dass es nicht erforderlich ist, in der Desorptionsstufe die gesamte Menge des absorbierten Ammoniaks auszutreiben. Es ist aus vielen Prozessen der chemischen Technik bekannt, dass gerade das Erreichen der letzten Umsatzprozente ausserordentlich aufwendig ist. Auch im vorliegenden Fall verläuft die Ammoniakdesorption zu Beginn sehr schnell, um dann mit abnehmendem Ammoniakgehalt der Schmelze immer langsamer zu werden. Aus diesem Grunde und um die Dimensionen des Desorptionsgefässes nicht zu gross werden zu lassen, hat es sich als zweckmässig erwiesen, nicht das gesamte Ammoniak auszutreiben, sondern einen Teil wieder in das Absorptionsgefäss zurückfliessen zu lassen.
Beispiel l : In einer Vorrichtung der in der Zeichnung dargestellten Art wird ein Gemisch von saurem Kaliumsulfat, saurem Natriumsulfat, neutralem Kaliumsulfat und neutralem Natriumsulfat im molaren Verhältnis 10 : 13 : 0, 6 : 0, 7 eingesetzt.
Durch das Absorptionsgefäss wird bei 2600C ein Gasgemisch von Wasserstoff, Blausäure und Ammoniak im Verhältnis von 10 : 3 : 2 geleitet, bis die in der Schmelze im Kreislauf geführte Ammoniakmenge sich nicht mehr ändert und der stationäre Zustand erreicht ist.
Daraufhin werden 1, 8 Nm3 des oben angegebenen Gasgemisches eingeleitet. Dabei wird das Ammoniak praktisch quantitativ absorbiert. Das aus dem Absorptionsgefäss austretende Gas enthält 0, 357 Nm3 = 99, 1% der eingesetzten Blausäure. Die Desorption wird mit Hilfe von Wasserstoff bei 3400C durchgeführt. Der das Desorptionsgefäss verlassende Wasserstoff enthält 0,231 Nm3 - 96, 30/0 des eingesetzten Ammoniaks und ist blausäurefrei.
Beispiel 2 : In einer Vorrichtung gemäss der Zeichnung wird bei 260 - 2800C durch ein geschmolzenes Salzgemisch der im Beispiel 1 genannten Zusammensetzung ein Gasgemisch von Stickstoff, Blausäure und Ammoniak im Verhältnis 10 : 2 : 1 geleitet, bis der stationäre Zustand erreicht ist. Daraufhin werden 2. 06 m3 des eben genannten Gasgemisches eingeleitet. Das vom Ammoniak befreite Einsatzgas enthält 0,315 Nm3 = 99, 3% der Blausäure.
Zur Desorption wird Stickstoff bei 3600C eingesetzt. Der das Desorptionsgefäss verlassende Stickstoff enthält 0, 153 m3 = 96, 3% des eingesetzten Ammoniaks, u. zw. frei von Blausäure.
<Desc/Clms Page number 4>
Beispiel 3 : In einer Vorrichtung gemäss der Zeichnung wird ein Gemisch von saurem Kaliumsulfat, neutralem Kaliumsulfat und neutralem Natriumsulfat im molaren Verhältnis 10 : 10 : 1 : 1 eingesetzt.
Durch das Absorptionsgefäss wird bei 220 - 2400C ein Gasgemisch von Stickstoff, Schwefeldioxyd
EMI4.1
: 2 :95, 25to des eingesetzten Ammoniaks enthält.
Beispiel 4 : In einer Vorrichtung laut Zeichnung wird durch ein Gemisch von saurem Kaliumsulfat und neutralem Kaliumsulfat im molaren Verhältnis 5 : 1 bei 2600C ein Gasgemisch aus Stickstoff, Blausäure und Ammoniak im Verhältnis 6 : 1 : 1 geleitet, bis der stationäre Zustand erreicht ist. Daraufhin werden 2, 4 Nm3 des eben genannten Gasgemisches eingeleitet. Das Absorptionsgefäss verlassen 0, 299 Nm3 = 99, 50/0 der Einsatz-Blausäure.
Der bei 340 C zum Austreiben benutzte Stickstoff enthält beim Verlassen des Desorptionsgefässes 0, 288 Nm3 = 960/0 des eingesetzten Ammoniaks.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Abtrennung und Wiedergewinnung von Ammoniak aus Gasgemischen durch Behandlung mit sauren Stoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gasgemisch mit einer sauren Schmelze bei einer Temperatur wenig oberhalb deren Schmelzpunktes in Kontakt bringt und hierauf die Schmelze zwecks Desorption des absorbierten Ammoniaks auf eine höhere Temperatur erhitzt.