<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Gewinnung von Ammoniumnitrat.
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Ammoniumnitrat. Das gewöhnlich verwendete Verfahren zur Herstellung von Ammoniumnitrat beruht auf der Neutralisierung von Salpetersäure mittels Ammoniak in Gasform oder in Lösung oder aber auf der Doppelzersetzung von Metallnitraten ; wie Natriumnitrat und Calziumnitrat mit solchen Ammoniumsalzen wie den Sulfaten oder Karbonaten.
Bei dem allgemein angewendeten Ammoniak-Oxydierungsprozess werden die erhaltenen Stickstoffoxyde, nämlich Stickstoffoxyd (NO), Salpetrigsäureanhydrid (N203) und Stickstoff- dioxyd (N O2) oder (N2 0 in Absorptionstürmen mit Wasser in Gegenwart eines Überschusses an Sauerstoff, welcher gewöhnlich in Form von Luft zugesetzt wird, zur Reaktion gebracht, wodurch verdünnte Salpetersäure erhalten wird.
Die aus diesen Türmen erhaltene Säure enthält gewöhnlich nur 30 bis 50 v. H. Salpetersäure und durch die für die Praxis brauchbaren Verfahren ist Säure von mehr als 50 v. H. nicht erhältlich. Durch Neutralisierung dieser Säure mit Ammoniak erhält man eine verdünnte Lösung von Ammoniumnitrat, von welcher eine beträchtliche Menge Wasser abgeschieden werden muss und beim Abdampfprozesse kommen Verluste an Ammoniumnitrat vor.
Die Türme, in welchen die Absorption der Stickstoffoxyde durch Wasser durchgeführt wird, müssen sehr gross sein und sie sind auch sehr kostspielig.
Die Erfindung beruht nun auf der Feststellung, dass es möglich ist, durch Zusammenbringen von Stickstoffoxyden, Sauerstoff, Wasser und Ammoniak in geeigneten Mengenverhältnissen direkt festes Ammoniumnitrat von ausreichendem Reinheitsgrade zu erhalten.
Die Gewinnung von Ammoniumnitrat gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst ganz
EMI1.1
Ammoniak unter solchen Bedingungen, dass die Menge von Sauerstoff im Reaktionsgemisch im Überschuss zu der theoretischen Menge ist, um die ganzen Stickstoffoxyde'in Stickstoffdioxyd umzuwandeln und die Menge von Ammoniak nicht genügend ist, um mit den ganzen Stickstdffoxyden zu reagieren. Weiter soll die Menge Wasser nicht im Überschuss vorhanden sein, und sie ist zweckmässig gleich derjenigen, welche hinreicht, die ganze Menge des zugesetzten Ammoniaks in Ammoniumnitrat unter gleichzeitiger Mitwirkung der Stickstoffoxyde und Sauerstoff umzuwandeln.
Wenn die Gase etwa zehn Volumprozent von Stickstoffoxyden enthalten, wie sie beispielsweise durch Oxydation von Ammoniak entstehen, so kann eine Menge Sauerstoff hinzugefügt werden, die etwa drei-bis viermal der theoretischen Menge äquivalent ist, die erforderlich ist ; um die ganzen Stickstoffoxyde in Stickstoffdioxyd umzuwandeln. Die Menge des überschüssigen Sauerstoffs hängt von der Konzentration der Stickstoffoxyde ab ; und zwar je niedriger der Gehalt an Stickstoffoxyden ist, um so grösser soll die Menge Sauerstoff im Überschuss sein. Der Sauerstoff kann in Gestalt von gasförmigem Sauerstoff.
Luft oder mit Sauerstoff angereicherter
EMI1.2
Dem Gemisch von Stickstoffoxyden und Sauerstoff muss man hinreichend Zeit lassen, damit die Reaktion, welche durch die Gleichung
EMI1.3
erläutert ist, vollständig erfolgt, wie dies beispielsweise dadurch geschehen kann, dass man die Gase durch einen leeren Turm oder eine Kammer von genügender Grösse hinzutreten lässt.
Das für die Reaktion notwendige Wasser wird in fein verteiltem Zustande, beispielsweise als Dampf, eingeführt oder auch in Gestalt eines Nebels oder in sonstiger fein zerstäubter Form oder in Gestalt von Wasserdampf. Wie oben angegeben, ist die Menge des Wassers in dem Reaktionsgemisch nicht im Überschuss und zweckmässig gleich derjenigen, welche hinreicht.
EMI1.4
Geschieht der Zusatz von Ammoniak absatzweise und wird das in jedem Absatze erzeugte Ammoniumnitrat entfernt, so muss die erforderliche Menge Feuchtigkeit vor oder gleichzeitig mit der Einbringung einer frischen Menge Ammoniak in die übriggebliebenen Gase zugesetzt werden.
Die Stickstoffoxyde enthaltenden Gase können schon eine gewisse Menge Wasser mit sich führen. Ist die Wassermenge grösser als zur Erreichung des gewünschten Resultates erforderlich ist, so kann Wasser aus dem Gase ausgeschieden werden z. B. durch Abkühlen des Gases, Ist dagegen die Wassermenge zu klein, so wird Wasser zugesetzt.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Feuchtigkeit enthalten, als für die Zwecke der in Rede stehenden Erfindung erforderlich ist, was nachstehende Gleichung ersichtlich macht :
EMI2.2
und auch aus den vorstehenden Gleichungen hervorgeht.
Solche Gase müssen daher einer Behandlung zur Ausscheidung eines Teiles des Wassers unterzogen werden.
Die Verringerung des Wassergehaltes kann passend durch Abkühlen der Gase geschehen oder auf sonstige geeignete Art auf eine Temperatur von 20 oder weniger, bis der Wassergehalt auf das gewünschte Mass eingeschränkt ist.
Werden Gase verwendet, welche von der Denitrierung verbrauchter Säuren herrühren, wie sie sich z. B. bei der Herstellung von Nitrokörpern mittels Dampf ergeben, so kann ein ähnlicher Weg eingeschlagen werden. Während, wenn die angewendeten Stickstoffoxyde in der Fabrikation von Salpetersäure durch Erhitzen von Nitraten mit Schwefelsäure erzeugt werden. kann den Gasen Wasser zugesetzt werden, z. B. in der Form von Dampf.
Das zur Erzeugung von Ammoniumnitrat verwendete Ammoniakgas wird auch vorzugsweise mit Sauerstoff vermengt, welcher dem Ammoniak in ähnlicher Weise in der Form von Sauerstoffgas, Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft zugesetzt wird. So kann man eine Luftmenge in Anwendung bringen, welche so gross ist, dass das Gemenge von Luft und Ammoniak zwölf Volumprozente Ammoniak enthält.
Die Menge Ammoniak, welche mit den Stickstoffoxyde enthaltenden Gasen zusammengebracht wird, soll nicht genügen, um mit allen vorhandenen Stickstoffoxyden zu reagieren, so dass immer Stickstoffoxyde und Luft oder Sauerstoff vorhanden sind.
Um ein Beispiel von geeigneten Mengenverhältnissen der Stickstoffoxyde und des Ammoniaks zur Erzielung der gewünschten Resultate zu geben, sei angeführt, dass bei Verwendung von durch die Oxydation von Ammoniak gewonnenen Gasen, welche vor dem Zusatze der nötigen Luft etwa 10 v. H. Stickstoffoxyde enthielten, nur etwa ein Drittel der theoretisch zum Reagieren mit allen Stickstoffoxyden erforderlichen Ammoniakmengen zugesetzt wird.
Vorteilhaft wird die Mischung von Ammoniak mit Luft oder Sauerstoff in die Mitte de ; Kammer eingeführt, in welcher die Beimengung der Stickstoffoxyde stattfindet und das Gemenge von Ammoniak mit Luft oder Sauerstoff oder Luft, welche mit Sauerstoff angereichert ist, wird mit grosser Geschwindigkeit zutreten gelassen. Kurz gesagt, man muss sicherstellen, dass das Ammoniak immer einen Überschuss von Stickstoffoxyden findet. Ferner muss das Beimengen in einem genügend weiten Raume erfolgen ; so muss in dem beispielsweise angeführten Falle für das Gas genügender Raum vorhanden sein, dass es durch etwa zwei Minuten darin bleibt.
Zur Ausführung der Erfindung kann man sich des in der Zeichnung dargestellten Apparates bedienen. Feuchtigkeit enthaltende Stickstoffoxyde, welche z. B. von einem Ammoniakoxydations Konverter kommen, werden durch einen Kühler geleitet, welcher aus einem Schlangenrohr aus säurebeständigem Material bestehen kann und mittels Wasser oder einer besonderen Kühleinrichtung auf die erforderliche Temperatur gekühlt wird.
Die kondensierte Feuchtigkeit wird durch das Ventil B abgelassen und die die erforderliche Feuchtigkeitsmenge enthaltenden Gase strömen in die Oxydationskammer oder den Turm D. Vor dem Eintritte in diese Kammer oder diesen Turm wird nach Bedarf sekundäre Luft oder Sauerstoff durch das Ventil C zutreten gelassen. Das vollständig oxydierte Gas, welches aus D austritt, wird, wenn nötig, nochmals gekühlt und dann in die erste Reaktionskammer Ei treten gelassen, wobei es beim Eintritt und beim Austritt geeignete Prallwände passiert, so dass es die Kammer gleichmässig durchzieht. In irgendeinen geeigneten Teil der Kammer z.
B., wie in der Zeichnung dargestellt, in der Mitte, wird das Gemenge von Luft und Ammoniak durch das Rohr F 1 einströmen gelassen, wobei die beiden Gase in den erforderlichen Mengenverhältnissen durch die Ventile G und H1 eintreten.
Festes Ammoniumnitrat wird in der Kammer Ei abgelagert und kann auf irgendeine geeignete Weise entfernf werden. Das durch den Gasstrom mitgeführte feste Salz kann in den mit Prallwänden versehenen Kammern K1 gesammelt werden.
Die noch übrigen Stickstoffoxyde treten dann in die zweite Reaktionskammer Es, wo sie mit einer weiteren Menge Ammoniak durch F2 behandelt werden, also gerade so wie in Erz wobei auch wieder Ausscheidung von festem Salze stattfindet.
Das wird in einer Reihe von Kammern E wiederholt, bis die übrig bleibende Menge von Stickstoffoxyden zu klein für eine weitere Behandlung geworden ist. Das Gas wird dann entweder als Abfall beseitigt oder mit frischen Stickstoffoxyden oder auf andere Weise angereichert, oder es kann ein Teil des Gases als Abfall beseitigt und der Rest durch Anreicherung auf den erforderlichen Gehalt gebracht und auch mit der nötigen Feuchtigkeit versehen werden, welche man auf die weiter oben beschriebene Weise zuführen kann.
<Desc/Clms Page number 3>
Um für die Oxydation der Gase, welche in dem Masse als die Reaktionen in den aufeinanderfolgenden Kammern vor sich gehen, immer mehr verdünnt werden, können die Grössen dieser Kammern so bemessen werden, dass in jeder derselben genügend Zeit für die Wiederoxydation ist, welche dort vor sich gehen soll.
Auch kann man zwischen je zwei Reaktionskammern eine leere Kammer oder einen Turm einschalten, welcher als Oxydationsraum wirkt ähnlich wie D1, in welchem die Gase genügend lange Zeit verbleiben können, um genügend oxydiert zu werden. Die Dimensionen dieser Kammern und Oxydationsräume können nach dem bekannten Masse des Fortschreitens der Oxydation von 'StickstolIoxyd (NO) in verdünntem Zustande zu Stickstoffdioxyd (NO2) berechnet werden, so B. wie in den Experimenten von Lunge und Berl (Zeitschr. für angew. Chemie 20, 1716, 1907).
Durch diesen Vorgang wird Ammoniumnitrat in Form eines feinen, reinen, trockenen Pulvers erzeugt, welches sich zu Boden setzt und in mit Prallwänden versehenen Kammern oder in irgendeiner anderen Weise gesammelt werden kann. Die letzten Spuren des Salzes können durch Filtration durch Metallgewebe aus einem Metalle, welches durch Stickstoffoxyde nicht angegriffen wird, oder auf anderem Wege z. B. durch elektrischen Niederschlag entfernt werden.
Dieses Pulver, welches im Momente seiner Ablagerung gewöhnlich sehr voluminös ist, wird nach Ablagerung durch wenige Stunden viel kompakter. Findet jedoch das Niederschlagen in Gegenwart von Ammoniumnitrat in Stücken statt, so scheidet sich das Nitrat aus den Gasen in kompakter Form aus. Die weiter zutretenden Stickstoffoxyde können dann neuerlich auf die vorstehend beschriebene Art behandelt werden, entweder direkt oder nach ihrem Anreichern mit frischen Stickstdfoxyden, sie können aber auch in anderer Weise verwertet werden z. B. durch Absorption in Wasser, konzentrierter Schwefelsäure oder Alkali.
Geht man auf die beschriebene Weise vor, so erhält man festes Ammoniumnitrat, frei von Nitrit und die Verluste sind kleiner als die bei irgendeiner der bekannten, vorstehend erwähnten Methoden auftretenden. So z. B. sind die Verluste vermieden, welche in den Salpetersäure-Absorptionstürmen vorkommen, bei der Neutralisierung der verdünnten Salpetersäure und beim Abdampfen der Lösung von Ammoniumnitrat, wenn das Verfahren der direkten Neutralisierung von Turmsäure angewendet wird. Ebenso entfallen die Verluste durch unvollständige Zersetzung Filtration und Verdampfung, welche bei der Doppelzersetzungsmethode auftreten PATENT-ANSPRÜCHE : I.
Verfahren zur Gewinnung von Ammoniumnitrat aus Stickstoffoxydgasen und Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Oxydation der Stickstoffoxyde erforderliche Sauerstoff, als solcher oder in Form von Luft, in einem die theoretische Menge überschreitenden Überschuss, zweckmässig drei-bis viermal so viel, Ammoniak und Wasser jedoch nicht im Überschuss, und zwar ersteres unterhalb der theoretisch aus den vorhandenen Stickstoffoxyden zu berechnenden Menge, zweckmässig ein Drittel derselben, verwendet werden.