CH120511A - Process and device for the oxidation of ammonia by means of oxygen or oxygen-rich gas mixtures. - Google Patents

Process and device for the oxidation of ammonia by means of oxygen or oxygen-rich gas mixtures.

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CH120511A
CH120511A CH120511DA CH120511A CH 120511 A CH120511 A CH 120511A CH 120511D A CH120511D A CH 120511DA CH 120511 A CH120511 A CH 120511A
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Georg Liljenroth Frans
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Description

  

  Verfahren und Einrichtung zur Oxydation von     Ammoniah    mittelst Sauerstoffs  oder sauerstoffreicher     Gasgemische.       Bei der Oxydation von     Ammoniak    in  Salpetersäure wurde bis jetzt für gewöhnlich  atmosphärische Luft als Oxydationsmittel  benutzt. Das hat den Nachteil, dass das bei  der Oxydation zunächst gebildete     Stickoxyd     durch den Stickstoff der Luft stark verdünnt  wird, weshalb grosse und teuere Absorptions  systeme benutzt werden müssen, um das       Stickoxyd    als Salpetersäure zu gewinnen;  auch wird die gewonnene Salpetersäure  verhältnismässig schwach.  



  Es ist auch in Vorschlag     gebracht     worden, statt der atmosphärischen Luft  durch     Sauerstoff    angereicherte Luft oder  gegebenenfalls reinen     Sauerstoff    zu benutzen.  Dieser Vorschlag ist in dem Falle besonders  ansprechend, wenn man für die     Herstellung     des     Ammoniakes        Wasserstoff    benutzt, der  durch Elektrolyse von Wasser hergestellt  worden ist, wobei man ohne besondere  Tosten grosse     Mengen    sonst mehr oder  weniger wertlosen Sauerstoffes zur Verfügung  hat.

   Man vermeidet hierdurch die starke  Verdünnung des gebildeten Stickoxydes durch    den atmosphärischen Stickstoff, anderseits  aber entsteht der grosse Übelstand, dass die  bei der Oxydation des     Ammoniakes    in     Stick-          oxyd    und Wasser erzeugte Reaktionswärme  eine bedeutend grössere Temperatursteigerung  herbeiführt, als wenn atmosphärische Luft  benutzt wird. Dies beruht darauf, dass die  bei der Reaktion anwesende     Crasmenge     bedeutend kleiner ist, wenn lediglich die für  die Oxydation gerade nötige Sauerstoffmenge  benutzt wird, als wenn diese Sauerstoff  menge von einer etwa viermal grösseren  Stickstoffmenge begleitet wird, wie es der  Fall ist, wenn atmosphärische Luft benutzt  wird.

   Infolge der höheren Temperatur bei  der Benutzung reinen oder annähernd reinen  Sauerstoffes für die Oxydation steigt die  Reaktionsgeschwindigkeit so stark, dass die  Reaktion explosionsartig verläuft; weshalb  die Methode in der Praxis versagt.  



  Die obigen     Ausführungen    werden durch  einen Vergleich zwischen den Reaktions  verhältnissen bei der Benutzung atmosphä  rischer .Luft einerseits und reinen Sauer-           stoffes    anderseits für die Oxydation des       Ammoniakes    leicht verständlich.

   Im früheren  
EMI0002.0003     
  
    IIDIi & 
<tb>  @;I
<tb>  e@,@s       drücken:       1/NH3        +    202     -@-    8 N<B>2</B> =1,5 H20<B>4</B>- NO     -@-          0,70,        0s-        811        +        e000        Gäl,     in letzterem Falle dagegen wie folgt:

         2/NIls    1- 2     0a    =1,5     H20        +    NO     -l-    0,75 0:     -l-          52000        Gal.     



  In dem erstgenannten Falle wird die  Anzahl der     erhaltenen    Gasmoleküle 11.25.  Da die     Molekularwärme    etwa 7.5 betrügt,  wird unter Annahme von 10      ,\o    Wärme  verlusten die Temperatursteigerung  
EMI0002.0025     
    Wenn die Temperatur des eingehenden  Gasgemisches 200 C. beträgt, wird die Tem  peratur der benutzten     Katalysatormasse,     welche bekanntlich aus     Platinanetz,        Platina-          asbest,    Eisenoxyd usw. besteht,     etwa'580     C.  betragen.  



  Diese Temperatur ist genügend niedrig,  um einen explosionsartigen Verlauf der  Reaktion zu verhindern.  



  Wenn dagegen reiner Sauerstoff für die  Oxydation benutzt wird, wird die Anzahl der  erhaltenen     Gasmoleküle    lediglich 3.25, wes  halb die Temperatursteigerung in     diesem     Falle unter im übrigen gleichen Annahmen  
EMI0002.0033     
    und folglich die Temperatur des     Katalysators     etwa     19501    C. betragen würde. Bei dieser  hohen Temperatur des     Katalysators    würde  die Reaktion mit enormer Geschwindigkeit,  das heisst explosionsartig verlaufen, der  Katalysator würde zerstört werden und das  gebildete     Stickoxyd    in beträchtlichem Grade  in freien     Stickstoff    und freien Sauerstoff  zerfallen.

   Die genannten Übelstände würde  man allerdings durch die Benutzung eines  grossen Überschusses an Sauerstoff vermeiden  
EMI0002.0039     
  
              tionssystemes    oder der Stärke der erzeugten       Salpetersäure    erreicht werden.  



  Zweck der vorliegenden Erfindung ist,  die Benutzung reinen Sauerstoffes beziehungs  weise eines sauerstoffreichen Gasgemisches  <B>für</B> d10     0x@d(it1011        M        Allllnolllalieg        2fl        c.     



  möglichen unter Vermeidung der genannten       Übelstunde    einer zu hohen Reaktionstempe  ratur und unter Erreichung der Vorteile     hin-          siehtlieh    der     Gröle    des     Absorptionssystems     und der Stärke der erzeugten Salpetersäure,  die gewonnen werden können, wenn der  gebildete Stickoxyd nicht allzu stark von  neutralen     Gasen    verdünnt ist.  



  Gemäss der Erfindung wird die Oxyda  tion des     Ammoniakes        stufenweise    unter       Benutzung    von Zwischenkühlung ausgeführt.       Hierdurch    wird erreicht, dass die gesamte       Temperatursteigerung,    die bei der Benutzung  reinen Sauerstoffes als Oxydationsmittel  theoretisch etwa 1930  C', betragen     würde,     durch eine Mehrzahl kleinerer Temperatur  steigerungen ersetzt wird, die durch die       zwischenkühlung    auf passende Werte ver  mindert werden.

   Auf diese Weise kann die  nach jeder Reaktionsstufe erreichte Tempe  ratur immer einen so niedrigen Wert be  halten, dass der Bestand des Katalysators  nicht gefährdet und das Zerfallen des gebil  deten Stickoxydes im wesentlichen verhindert  wird.  



  Die stufenweise Oxydation des     Ammo-          niakes        mittelst    Sauerstoffes kann entweder  derart     ausgeführt    werden, dass zu der für  die     Oxydation    benutzten Sauerstoffmenge  die entsprechende     Ammoniaknienge    in meh  reren aufeinander folgenden Teilen zugesetzt  wird, wobei jeder Teilbetrag des     Ammoniakes     für sich oxydiert und das resultierende Gas  gemisch gekühlt wird, ehe der nächste Teil  betrag des     Ammoniakes    zugesetzt wird.

    Man kann auch umgekehrt verfahren, indem  zu der für die Oxydation bestimmten     Ammo-          niakmenge    die berechnete     Sauerstoffmenge     in mehreren Teilen zugesetzt wird, wobei  
EMI0002.0071     
  
                (rasgeinisch        gekühlt    wird, ehe der nächste  Sauerstoffteilbetrag zugesetzt wird.  



  Auf der     Zeichnung-sind    in     Fig.    1 und 2  zwei     Apparatkombinationen    zur     Ausführung     des Verfahrens schematisch dargestellt.  



  Die in     Fig.    1 dargestellte     Apparatanlage     ist für eine derartige stufenweise Verbren  nung des     Ammoniakes        bestimmt,    dass das  Ammoniak stufenweise mit je einem Drittel  der     Ammoniakmenge    bei jeder Operation  unter Benutzung von Zwischenkühlung zu  geführt wird.     A1,   <I>A2,</I> A3 bezeichnen drei  für die Oxydation von Ammoniak in     Stick-          oxyd    und Wasser bestimmte Öfen, die in  bekannter Weise Katalysatoren     Bi,   <I>B2, B3</I>  enthalten. Der untere Teil jedes Ofens bildet  eine Mischkammer für die zugeführten Gase.

    In     unmittelbarem    Anschluss an die Öfen ist  je ein Kühler     Ci,        C2,   <I>C3</I> vorgesehen, der  beispielsweise als ein von den durchstreichen  den Gasen erhitzter Dampfkessel zur Aus  nutzung der     Überschusswärme    der Gase aus  gebildet sein kann.  



  Die ganze für die Reaktion erforderliche  Sauerstoffmenge wird dem Ofen     Al    durch das  Rohr s zugeführt, während das Ammoniak  durch eine Rohrleitung a und ein nach  jedem Ofen leitendes Zweigrohr     a1,    a2,     a3     zugeführt wird. Die Gaszufuhr kann durch  Hähne     k1,        1i2;    k3 in gewünschter Weise,  beispielsweise derart geregelt werden, dass  gleich grosse     Ammoniakmengen    den einzelnen  Öfen zugeführt werden.  



  Von dem Kühler     C1    wird das abgekühlte  Gasgemisch durch Rohr     p1    nach dem untern  Teil des Ofens<I>A2</I> und von dem Ofen As  durch den Kühler     C-    und Rohr p2 nach dem  untern Teil des Ofens As geleitet. Vom  letzteren gelangt das Gasgemisch durch den  Kühler     Cs    und Rohr p3 zu dem Kühler D  aus säurefestem     Material,    in dem das Gas  etwa auf     Zimmertemperatur    abgekühlt und  die Salpetersäure in grösserem oder     geringerm     Masse ausgeschieden wird.

   Die übrigen     (rase     werden dann in das Absorptionssystem     I'     geleitet, das in bekannter Weise aus einem  mit säurefestem Material gefüllten Turm  bestehen kann, der von Salpetersäure oder    Wasser durchströmt ist. In diesem werden  das Stickoxyd und die     nitrosen    Gase mit  Hilfe des anwesenden Sauerstoffes und des  Wassers in Salpetersäure     übergeführt     Unter den beschriebenen Verhältnissen  findet die Reaktion im Ofen     Al    etwa nach  der folgenden Gleichung statt:

    1/3     NH3        +    202 = 1/2 H20     --I--    1/3     N    0     --I_     1,5<B>8</B> 02     +1700ö    Cal.  



  und die Temperatursteigerung im Ofen     A1     wird  
EMI0003.0045     
    Die Temperatur des abziehenden Gases  wird etwa 870  C. betragen, wenn     das-    zu  geführte Gas eine Temperatur von etwa  200 C. hatte. Das abziehende Gas wird  dann im Kühler oder Dampfkessel C bei  spielsweise auf eine Temperatur von 350   C.  abgekühlt.

   Es ist nicht vorteilhaft, das Gas  allzu niedrig zu kühlen, weil das Stickoxyd  dann Sauerstoff aufnimmt und in     nitrose     Gase übergeführt wird, die teils mit dem  anwesenden Ammoniak unter Bildung von       Ammoniumnitrit    reagieren, teils in freien  Stickstoff und Wasser zerfallen, teils mit  dem anwesenden Wasser unter Bildung von  Salpetersäure reagieren, die die Apparatur       angieift    und zerstört.  



       Durch    den Zusatz von noch 1/3     NHs    mit  einer Temperatur von 200     C.    zu dem Gas  gemisch bei dessen Einleiten in den Ofen A2  wird die Temperatur auf etwa<B>8001></B> C.  herabgesetzt. Bei dieser Temperatur kommt  das Gasgemisch mit dein Katalysator B2 in  Berührung. Für diese Oxydationsstufe gilt  die Gleichung  1/3     NH3        -1-    1/2 H20     -f-    1/3 NO     -I-        1,58    02 =  1120     +        '13N0    - 1,16 02     -+--17000    Cal.

    und die Temperatursteigerung wird  
EMI0003.0061     
    Die aus dem Ofen A2 abziehenden Gase  besitzen eine Temperatur von etwa 1020' C.  Diese Gase werden dann im' Kühler C2 auf      etwa     3501    gekühlt, worauf sie in den Ofen       A3    zusammen mit dein letzten Drittel des       Aminoniakes    eingeleitet werden, das eine       Temperatur    von etwa 20  C hat. Das resul  tierende     Gasgeiniscli    erhält eine Temperatur  von rund 300   C.

   Der Oxydationsverlauf im  Ofen     A3    geschieht etwa nach der     Gleichung          1j    3     NH:@        +        H,>0        +        ';@    NO     +        1.16    02 =  1,5     H20        -1-    N 0<B><I>-]-</I></B> 0; 75     0::        -E-    17000 Cal.

    und die     Temperatursteigerung    wird  
EMI0004.0021     
    Die vom Ofen     _Ia    abziehenden (rase be  sitzen somit eine     Temperatur    von etwa       9301    C. Sie werden im     Kühler        C    beispiels  weise auf eine Temperatur von 250" C.

   und       dann    im     Kühlei    D, wie oben     erwähnt,    bis  in die Nähe der Zimmertemperatur abge  kühlt und in diesem Kühler     und        ini        Absorn-          tionssystein        1'    in Salpetersäure     kondensiert.     



  Durch Zuführung des     Ammoniakes,    wie  oben beschrieben, beziehungsweise durch die  stufenweise Ausführung der Oxydation     und     die Kühlung der Gase nach jeder Stufe  kann     rnan    die Oxydationstemperatur unter  halb jeder gewünschten Grenze halten. Die  Temperatur soll bei keiner Stufe     1000     C.  wesentlich übersteigen, weil der Verlust  durch die Zersetzung des     Stickoxydes    bei  über l000  C. steigender Temperatur schnell  zunimmt.  



  Im     allgemeinen        genügt    es, die Reaktion  in     drei    Stufen     auszuführen,        nian    kann     aber     auch nach Belieben vier,     fünf;    oder mehrere  Stufen oder auch nur zwei Stufen benutzen.

    Es     ist        selbstverständlieli    nicht     notwendig     oder sogar nicht     wünschenswert,    bei der  Benutzung von     x-Stufen    gerade 1 'x des       Ammoniakes    in jeder Stufe     zuzuführen.     Auch ist es nicht notwendig; nach jeder  Stufe die Gase auf     gerade    die gleiche Tem  peratur abzukühlen.

   Im allgemeinen ist es       zwechmäfäiger,    das     Ammoniak        etwas.    un  gleich auf die     verschiedenen    Stufen zu ver  teilen beziehungsweise die     Kühlung    nach  den verschiedenen Stufen derart zu regeln,    dass die Temperatur nach der Reaktion bei,  den einzelnen Stufen etwa gleich wird. Die  Erfindung     tunfasst    jedoch auch diejenigen       Fälle,        cfa        man    verschiedene Temperaturen  bei den verschiedenen Stufen hat.  



       Iin    obigen Beispiele     wurde    angenommen,  dass das     Ainnioniak    der     gesamten    Sauerstoff  menge stufenweise zugeführt wird; man  kann aber wie oben erwähnt, auch umge  kehrt verfahren und den     Sauerstoff    der  gesamten     Ainmoniaknienge    stufenweise zu  führen.  



  Ferner ist oben angenommen worden,  dass schon bei der ersten Oxydationsstufe  die ganze     Sauerstoffmenge,    die für die Oxy  dation des     Ammoniakes    in Stickoxyd und       Nasser    und für     Überführung    des Stickoxydes  in     Salpetersäure    erforderlich ist, zugeführt  wird.

   Dies ist aber nicht     erforderlicb,    son  dern     rnan    kann nach Belieben den     Oxyda-          tionsüfen    auch lediglich so viel Sauerstoff       zuführen,    als zur Oxydation des     Ammoniakes     in     Stickoxv    cl und Wasser erforderlich ist.

    Im letzteren Falle wird später, das heisst       unmittelbar    in das Absorptionssystem min  destens eine so     gi-of, e    Sauerstoffmenge zu  geführt, als es zur vollstündigen Oxydation  des Stickoxydes     zii        Salpetersäureanhydrid          (N@O.;)    oder Salpetersäure     (HN03)    erforder  lich ist.

   Es dürfte indessen in den meisten  Fällen     vorteilhafter    sein, schon von     Anfang     an nicht nur die für die Oxydation des       Amrnoniakes    erforderliche Sauerstoffmenge,  sondern dazu noch einen kleinen     Überschuss     von Sauerstoff     zuzuführen,    damit das Stick  oxyd mit Sicherheit vollständig in Salpeter  säure     übergeführt    wird.  



  Bei einer     grof@en    Anlage, bestehend aus  vielen     Iiatalysatorüfen,        wird    die     Einrichtung          zweekm;if.>ig        nach        Fig.    2     ausgeführt.    Auch  bei dieser     Ausführungsform    ist vorausgesetzt  worden,     dafl,    die Oxydation in drei Stufen  ausgeführt und das Ammoniak stufenweise  zugeführt wird, während Sauerstoff in genü  gender Menge zur vollständigen Oxydation  der gesamten     Ainmoniakmenge    schon in der  ersten Oxydationsstufe zugeführt wird.

   Statt  eines Ofens bei jeder Oxydationsstufe ist hier      eine Gruppe von parallel angeordneten  Öfen     _1r,        Az,   <I>As</I> für jede Oxydationsstufe       vorgesehen.    Vor jeder Ofengruppe. ist eine       Mischungshammer        Gr,        672,        G3    angeordnet,       i     der das zugeführte Ammoniak mit dem  übrigen Gase vor dem Einleiten in die       hatalysatoröfen    gemischt wird. Die Kühler       Cl,        C2,        Ca    sind von den     Katalysatoröfen     getrennt.

   Ihre Anzahl braucht nicht die  gleiche derjenigen der Öfen in jeder Gruppe  zu sein, sondern kann je nach Bedarf ge  wählt werden. Im übrigen     können    während  des Betriebes die Temperaturverhältnisse im  wesentlichen in der gleichen Weise wie bei  der Ausführungsform nach     Fig.    1 geregelt  werden. Der Kühler D und das Absorptions  system T sind im wesentlichen, wie in       Fig.    1 dargestellt, angeordnet oder können  in anderer beliebiger Weise angeordnet sein.  



  Da das von den Oxydationsöfen kommende  Gasgemisch in der Hauptsache aus Wasser  dampf,     Stickoxyd    und     Sauerstoff    annähernd  in den Verhältnissen, die für die Bildung  von     Salpetersäure        (N20;,    beziehungsweise       HNO3)    erforderlich sind, besteht, geht die  Bildung dieser Säure im Kühler D und im  Absorptionssystem     1'    sehr schnell vor sich,  so dass ein     verhältnismässig    kleines Absorp  tionssystem genügt und eine stark konzen  trierte Salpetersäure erhalten wird.

   Durch  Anordnung einer guten     Kühlung    im Kühler D  wäre es sogar möglich, das Absorptions  system     I'    gänzlich wegzulassen.



  Process and device for the oxidation of ammonia by means of oxygen or oxygen-rich gas mixtures. In the oxidation of ammonia in nitric acid, atmospheric air has hitherto usually been used as the oxidizing agent. This has the disadvantage that the nitrogen oxide initially formed during the oxidation is greatly diluted by the nitrogen in the air, which is why large and expensive absorption systems have to be used in order to obtain the nitrogen oxide as nitric acid; the nitric acid obtained is also comparatively weak.



  It has also been proposed to use oxygen-enriched air or, if necessary, pure oxygen instead of atmospheric air. This proposal is particularly appealing in the case of using hydrogen for the production of ammonia, which has been produced by electrolysis of water, in which case large quantities of otherwise more or less worthless oxygen are available without special costs.

   This avoids the strong dilution of the nitrogen oxide formed by the atmospheric nitrogen, but on the other hand the great disadvantage arises that the heat of reaction generated in the oxidation of ammonia in nitrogen oxide and water causes a significantly greater increase in temperature than when atmospheric air is used. This is due to the fact that the amount of crash present in the reaction is significantly smaller if only the amount of oxygen just needed for the oxidation is used than if this amount of oxygen is accompanied by an amount of nitrogen that is about four times greater, as is the case with atmospheric air is used.

   As a result of the higher temperature when using pure or almost pure oxygen for the oxidation, the reaction rate increases so much that the reaction proceeds like an explosion; which is why the method fails in practice.



  The above statements can be easily understood by comparing the reaction conditions when using atmospheric air on the one hand and pure oxygen on the other hand for the oxidation of ammonia.

   In the earlier
EMI0002.0003
  
    IIDIi &
<tb> @; I
Press <tb> e @, @ s: 1 / NH3 + 202 - @ - 8 N <B> 2 </B> = 1.5 H20 <B> 4 </B> - NO - @ - 0.70, 0s- 811 + e000 Gäl, in the latter case as follows:

         2 / NIls 1- 2 0a = 1.5 H20 + NO -l- 0.75 0: -l- 52000 Gal.



  In the former case, the number of gas molecules obtained becomes 11.25. Since the molecular heat is about 7.5, assuming 10, \ o heat losses, the temperature increase
EMI0002.0025
    If the temperature of the incoming gas mixture is 200 C., the temperature of the catalyst mass used, which is known to consist of platinum mesh, platinum asbestos, iron oxide, etc., will be about 580 C.



  This temperature is sufficiently low to prevent an explosive course of the reaction.



  If, on the other hand, pure oxygen is used for the oxidation, the number of gas molecules obtained is only 3.25, which is why the temperature increase in this case is otherwise the same
EMI0002.0033
    and hence the temperature of the catalyst would be about 19501 C. At this high temperature of the catalytic converter, the reaction would proceed at an enormous speed, that is to say explosively, the catalytic converter would be destroyed and the nitrogen oxide formed would decompose to a considerable extent into free nitrogen and free oxygen.

   The above-mentioned inconveniences would be avoided by using a large excess of oxygen
EMI0002.0039
  
              tion system or the strength of the nitric acid generated.



  The purpose of the present invention is to use pure oxygen or an oxygen-rich gas mixture <B> for </B> d10 0x @ d (it1011 M Alllllnolllalieg 2fl c.



  possible, while avoiding the said bad hour of too high a reaction temperature and achieving the advantages of the size of the absorption system and the strength of the nitric acid produced, which can be obtained if the nitrogen oxide formed is not too strongly diluted by neutral gases.



  According to the invention, the oxidation of the ammonia is carried out in stages using intermediate cooling. This means that the entire temperature increase, which would theoretically be around 1930 C 'if pure oxygen was used as an oxidizing agent, is replaced by a number of smaller temperature increases that are reduced to appropriate values by the intermediate cooling.

   In this way, the temperature reached after each reaction stage can always be kept so low that the existence of the catalyst is not endangered and the decomposition of the nitrogen oxide formed is essentially prevented.



  The gradual oxidation of ammonia by means of oxygen can either be carried out in such a way that the corresponding amount of ammonia is added in several successive parts to the amount of oxygen used for the oxidation, each part of the ammonia being oxidized separately and the resulting gas mixture being cooled before the next portion of the ammonia is added.

    The reverse procedure can also be used, in that the calculated amount of oxygen is added in several parts to the amount of ammonia determined for the oxidation, with
EMI0002.0071
  
                (Is cooled rapidly before the next partial amount of oxygen is added.



  In the drawing, two combinations of apparatus for carrying out the process are shown schematically in FIGS. 1 and 2.



  The apparatus shown in Fig. 1 is intended for such a step-by-step combustion of the ammonia that the ammonia is gradually fed with a third of the amount of ammonia in each operation using intermediate cooling. A1, A2, A3 designate three furnaces intended for the oxidation of ammonia in nitrogen oxide and water, which in a known manner contain catalysts Bi, B2, B3. The lower part of each furnace forms a mixing chamber for the supplied gases.

    A cooler Ci, C2, <I> C3 </I> is provided in each case immediately adjacent to the furnaces, which can be formed, for example, as a steam boiler heated by the gases that are crossed out to utilize the excess heat of the gases.



  The entire amount of oxygen required for the reaction is fed to the furnace A1 through the pipe s, while the ammonia is fed through a pipe a and a branch pipe a1, a2, a3 leading to each furnace. The gas supply can be through taps k1, 1i2; k3 can be regulated in a desired manner, for example in such a way that equal amounts of ammonia are fed to the individual ovens.



  From the cooler C1 the cooled gas mixture is conducted through pipe p1 to the lower part of the furnace <I> A2 </I> and from the furnace As through the cooler C- and pipe p2 to the lower part of the furnace As. From the latter, the gas mixture passes through the cooler Cs and pipe p3 to the cooler D made of acid-resistant material, in which the gas is cooled to approximately room temperature and the nitric acid is eliminated to a greater or lesser extent.

   The remaining gases are then passed into the absorption system I ', which in a known manner can consist of a tower filled with acid-resistant material through which nitric acid or water flows. In this, the nitrogen oxide and nitrous gases are released with the aid of the oxygen and of the water converted into nitric acid Under the conditions described, the reaction in furnace Al takes place according to the following equation:

    1/3 NH3 + 202 = 1/2 H20 --I-- 1/3 N 0 --I_ 1.5 <B> 8 </B> 02 + 1700ö Cal.



  and the temperature rise in the furnace becomes A1
EMI0003.0045
    The temperature of the withdrawing gas will be about 870 C. if the gas to be fed had a temperature of about 200 C. The withdrawing gas is then cooled in the cooler or steam boiler C to a temperature of 350 C., for example.

   It is not advantageous to cool the gas too low, because the nitrogen oxide then absorbs oxygen and is converted into nitrous gases, which partly react with the ammonia present to form ammonium nitrite, partly decompose into free nitrogen and water, and partly with the water present react with the formation of nitric acid, which attacks and destroys the apparatus.



       By adding another 1/3 NH 3 at a temperature of 200 C. to the gas mixture when it is introduced into the furnace A2, the temperature is reduced to about 8001 C. At this temperature, the gas mixture comes into contact with your catalyst B2. For this oxidation level the equation 1/3 NH3 -1- 1/2 H20 -f- 1/3 NO -I- 1.58 02 = 1120 + '13N0 - 1.16 02 - + - 17000 Cal.

    and the temperature increase will
EMI0003.0061
    The gases drawn off from the furnace A2 have a temperature of about 1020 ° C. These gases are then cooled in the cooler C2 to about 3501, whereupon they are introduced into the furnace A3 together with the last third of the aminonia, which has a temperature of about 20 C. The resulting gas mixture receives a temperature of around 300 C.

   The course of the oxidation in furnace A3 occurs roughly according to the equation 1j 3 NH: @ + H,> 0 + '; @ NO + 1.16 02 = 1.5 H20 -1- N 0 <B> <I> -] - </ I > </B> 0; 75 0 :: -E- 17000 Cal.

    and the temperature increase will
EMI0004.0021
    The lawn that is drawn off from the furnace _Ia therefore has a temperature of around 9301 C. They are raised to a temperature of 250 "C. in the cooler C, for example.

   and then in the cooler D, as mentioned above, cooled down to near room temperature and condensed in nitric acid in this cooler and in the absorption system 1 '.



  By adding the ammonia, as described above, or by carrying out the oxidation in stages and cooling the gases after each stage, the oxidation temperature can be kept below half any desired limit. The temperature should not significantly exceed 1000 C. at any level, because the loss due to the decomposition of the nitrogen oxide increases rapidly when the temperature rises above 1000 C.



  In general it is sufficient to carry out the reaction in three stages, but nian can also be four, five; or use several levels or only two levels.

    It is of course not necessary or even undesirable, when using x stages, to add just 1 'x of the ammonia in each stage. Nor is it necessary; to cool the gases to just the same temperature after each stage.

   In general, the ammonia is a little more moderate. Not to distribute it equally to the various stages or to regulate the cooling according to the various stages in such a way that the temperature after the reaction is approximately the same in the individual stages. However, the invention also covers those cases where different temperatures are used at the different stages.



       In the above examples it was assumed that the ammonia is gradually added to the total amount of oxygen; However, as mentioned above, you can also proceed the other way round and gradually supply the oxygen to the entire Ainmoniaknienge.



  Furthermore, it has been assumed above that the entire amount of oxygen required for the oxidation of the ammonia into nitrogen oxide and water and for the conversion of the nitrogen oxide into nitric acid is supplied as early as the first oxidation stage.

   This, however, is not necessary; instead, at will, the oxygenation tanks can only supply as much oxygen as is necessary for the oxidation of the ammonia in nitrogen oxide and water.

    In the latter case, at least as much oxygen as is necessary for the complete oxidation of the nitrogen oxide to nitric anhydride (N @ O .;) or nitric acid (HN03) is added later, i.e. directly into the absorption system.

   In most cases, however, it would be more advantageous not only to supply the amount of oxygen necessary for the oxidation of the ammonia, but also a small excess of oxygen, so that the nitrogen oxide is definitely completely converted into nitric acid.



  In the case of a large system, consisting of many catalytic converters, the device is carried out twice as shown in FIG. 2. In this embodiment, too, it has been assumed that the oxidation is carried out in three stages and the ammonia is supplied in stages, while oxygen is supplied in sufficient quantity for complete oxidation of the entire amount of ammonia in the first oxidation stage.

   Instead of one furnace at each oxidation stage, a group of parallel furnaces _1r, Az, <I> As </I> is provided for each oxidation stage. Before each oven group. A mixing hammer Gr, 672, G3 is arranged, i which the supplied ammonia is mixed with the remaining gases before being introduced into the analyzer ovens. The coolers Cl, C2, Ca are separated from the catalyst ovens.

   Their number need not be the same as that of the ovens in each group, but can be selected as required. Otherwise, the temperature conditions can be regulated during operation in essentially the same way as in the embodiment according to FIG. The cooler D and the absorption system T are essentially as shown in Fig. 1, arranged or can be arranged in any other desired manner.



  Since the gas mixture coming from the oxidizing furnace consists mainly of water vapor, nitrogen oxide and oxygen approximately in the proportions required for the formation of nitric acid (N20; or HNO3), this acid is formed in the cooler D and in Absorption system 1 'very quickly in front of it, so that a relatively small absorption system is sufficient and a highly concentrated nitric acid is obtained.

   By arranging good cooling in the cooler D, it would even be possible to omit the absorption system I 'entirely.

 

Claims (1)

PATENTANSPRüCHE I. Verfahren zur Oxydation von Ammoniak mittelst Sauerstoffes oder sauerstoffreicher Gasgemische, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxydation - stufenweise unter Zwischenkühlung ausgeführt wird. PATENT CLAIMS I. Process for the oxidation of ammonia by means of oxygen or oxygen-rich gas mixtures, characterized in that the oxidation - is carried out in stages with intermediate cooling. II. Einrichtung zur Ausführung des Ver fahrens nach .Patentanspruch I, gekenn zeichnet durch eine Anzahl von nach einander angeordneten Gruppen von Ammoniakoxydationsöfen,welcke Gruppen je aus mindestens zwei parallel geschal teten Öfen bestehen, sowie durch Mi- schungskarnmern, vor jeder Ofengruppe und Kühler nach jeder Ofengruppe, durch Verteilungs- und Regelungsvorrich tungen für eines der zuzuführenden Gase und durch Einrichtungen, um das andere reagierende Gas der Mischungskammer vor der ersten Oxydationsgruppe zuzu führen. II. Device for carrying out the process according to. Patent claim I, characterized by a number of groups of ammonia oxidation ovens arranged one after the other, which groups each consist of at least two ovens connected in parallel, and by mixing chambers in front of each oven group and cooler each furnace group, by distribution and regulating devices for one of the gases to be supplied and by means of supplying the other reactive gas to the mixing chamber before the first oxidation group. UNTERANSPRüCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zu der für die Oxy dation benutzten Sauerstoffmenge eine entsprechende Ammoniakmenge stufen weise zugesetzt wird, wobei jede zuge führte Ammoniakmenge für sich oxydiert und das erhaltene Gasgemisch gekühlt wird, ehe die nächste Ammoniakmenge zugeführt wird. 2. SUBClaims: 1. The method according to claim I, characterized in that a corresponding amount of ammonia is gradually added to the amount of oxygen used for the oxidation, each amount of ammonia supplied being oxidized and the gas mixture obtained is cooled before the next amount of ammonia is added . 2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens so viel Sauerstoff vor der ersten Oxydationsstufe zugeführt wird, als zur Oxydation der ganzen Ammoniak- menge zu Stickoxyd und Wasser erforder lich ist. 3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens so viel Sauerstoff vor der ersten Oxydationsstufe zugeführt wird, als zur Oxydation der gesamten Arnmoniak- menge zu Salpetersäure erforderlich ist. 4. A method according to claim 1 and dependent claim 1, characterized in that at least as much oxygen is supplied before the first oxidation stage as is necessary to oxidize the entire amount of ammonia to nitrogen oxide and water. 3. The method according to claim I and dependent claim 1, characterized in that at least as much oxygen is supplied before the first oxidation stage as is required to oxidize the total amount of ammonia to nitric acid. 4th Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zu der für die Oxydation bestimmten Ammoniakrnenge die entsprechende Sauerstoffmenge stufen weise zugesetzt wird, wobei ein Teil der Ammoniakmenge mit jeder zugeführten Sauerstoffmenge oxydiert und das erhaltene Gasgemisch gekühlt wird, ehe die nächste Sauerstoffmenge zugeführt wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Endtemperatur bei jeder Oxydationsstufe durch Bemes sung der Anzahl der Oxydationsstufen und der Zwischenkühlung unterhalb etwa <B>10000</B> C. gehalten wird. 6. A method according to claim 1, characterized in that the corresponding amount of oxygen is gradually added to the amount of ammonia determined for the oxidation, part of the amount of ammonia being oxidized with each amount of oxygen supplied and the gas mixture obtained being cooled before the next amount of oxygen is supplied. 5. The method according to claim I, characterized in that the final temperature is kept below about <B> 10,000 </B> C. at each oxidation stage by measuring the number of oxidation stages and the intermediate cooling. 6th Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch passende Ver teilung der zu verteilenden Gase auf die einzelnen Oxydationsstufen und durch passende Bemessung der Zwischenkühlung die Reaktionstemperatur derart geregelt wird, dass sie bei allen Reaktionsstufen im wesentlichen gleich wird. Process according to claim 1, characterized in that the reaction temperature is regulated by suitable distribution of the gases to be distributed among the individual oxidation stages and by suitable measurement of the intermediate cooling so that it is essentially the same in all reaction stages.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE747958C (en) * 1939-03-24 1944-10-23 Catalytic oxidation of ammonia
DE1200793B (en) * 1959-01-23 1965-09-16 Mckee & Co Arthur G Process for the production of nitrogen dioxide by the oxidation of ammonia

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DE747958C (en) * 1939-03-24 1944-10-23 Catalytic oxidation of ammonia
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