DD139876A5 - Verfahren zur rueckgewinnung von ammoniak aus einer mit ammoniak durchsetzten stoffbahn - Google Patents
Verfahren zur rueckgewinnung von ammoniak aus einer mit ammoniak durchsetzten stoffbahn Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein in der Textil- bzw. Färbereiindustrie anzuwendendes Verfahren zur Rückgewinnung von Ammoniak aus einer mit Ammoniak durchsetzten Stoffbahn und hat das Ziel, die Energiemenge für die NHß-Rückgewinnung wesentlich zu senken. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß a) die Stoffbahn durch ein wäßriges Ammoniakbad aus Wasser (H2O) geleitet wird., welches mit Ammoniak (NH3) gesättigt ist, um den größten Teil, des Ammoniaks aus der Stoffbahn durch Verdampfung zu entfernen, wobei das wäßrige Ammoniakbad innerhalb eines thermisch wirtschaftlichen Temperaturbereiches gehalten wird, b) und daß die wäßrige Ammoniaklösung aus der Stoffbahn entfernt wird. Die wäßrige Ammoniaklösung wird z.B. dadurch entfernt, daß der Stoff einer ausreichend hohen Stofftrocknungstemperatur ausgesetzt wird. Figur
Description
Berlin,d.6,9.1978 53 963 12
Verfahren zur Rückgewinnung von Ammoniak aus einer mit Ammoniak durchsetzten Stoffbahn
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Ammoniak aus einer mit Ammoniak durchsetzten Stoffbahn· Die Anwendung erfolgt in der Färbeindustrie bzw, Textilindustrie·
Bekannte technische Lösungen
Es wurde vorgeschlagen, Ammoniak aus einem Stoff bzw· einer Stoffbahn nach der flüssigen Ammoniakbehandlung dadurch zu entfernen, daß der Stoff einem Heißwasserbad ausgesetzt wird, dessen Temperatur nur gering unter dem Siedepunkt des Wassers liegt, etwa bei 990C (2100P)«. Die Wirtschaftlichkeit bezüglich der Wärme'bei der Behandlung eines Stoffes bei einer solchen Temperatur ist jedoch nicht sehr günstig, da berechnet wurde, daß etwa 8500 # 10% (8500 BTU) erforderlich sind, um 0,45 kg (1 pound) von Ammoniak aus dem Stoff zu entfernen« Da außerdem der Dampfdruck des Wassers bei dieser Temperatur sehr hoch ist, wird zusammen mit dem Ammoniak, das aus dem Stoff verdampft wird, eine große Wassermenge verdampft werden, was ein schwieriges Problem darstellt, wenn Ammoniak als wesentlicher Bestandteil wiedergewonnen werden soll; darüber-
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hinaus ist eine erhebliche Energiemenge erforderlich, um die Temperatur des Bades aufrechtzuerhalten, wobei je 0,45 kg (1 pound) verdampften Wassers bei etwa 990C (2100P) etwa 970 , 103J (970 BTU) erforderlich sind* .
Bs ist Ziel der Erfindung, die Energiemenge für die Ammoniakrückgewinnung wesentlich zu senken·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Rückgewinnung von Ammoniak aus einer Stoffbahn unter Verwendung von Wasser als Medium für den Wärmeaustausch zu schaffen, wodurch ein wesentlich niedrigerer Temperaturbereich als bisher für möglich gehalten, erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird die Stoffbahn durch ein wäßriges Ammoniakbad aus Wasser geleitet, das mit ΪΓΗ-, gesättigt ist, um den größten Teil des HEU aus der Stoffbahn durch Verdampfung zu entfernen, wobei das wäßrige Ammoniakbad innerhalb eines thermisch wirtschaftlichen Temperaturbereiches gehalten wird. Anschließend wird die wäßrige Ammoniaklösung aus der Stoffbahn zeB. durch Aussetzen des Stoffes einer ausreichend hohen Stofftrocknungstemperatur getrocknet»
Die Erfindung schafft eine neue und wärmetechnisch einzigartige Technik zur Entfernung von Ammoniak aus einem Stoff, nach dessen Behandlung in einem flüssigen Ammoniakbad. Entsprechend der bisherigen Technologie wird aus dem Stoff nach seinem Eintauchen in ein flüssiges Ammoniakbad durch Rollen, nämlich sog. Padder-Rollen oder dergl«, überschüssiges Ammoniak herausgepreßt, wobei die Rollen, nämlich sog. Padder-Rollen die im Stoff beibehaltene Menge an Ammoniak auf etwa 70 % Ammoniak pro Gewicht des Stoffes reduzieren.
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Der übrige Ammoniak wird dann dadurch beseitigt, daß der . Stoff durch einen Palmer (Trockner) bewegt wird, um den Stoff vollständig zu trocknen«, Das Nebenprodukt dieses TrocknungsSchrittes ist wässriges Ammoniak, für welches ein brauchbarer Markt gefunden werden muß. Ammoniak, welches aus dem flüssigen Ammoniakbehandlungsprozeß infolge seines Einschlusses in dem Stoff lind der nachfolgenden Entfernung in der beschriebenen Weise entfernt wurde, muß unter Inkaufnahme von höheren Kosten nachgefüllt v/erden, als sie durch den Verkauf von wässrigem Ammoniak als Produkt erhalten werden. Die gesamten Energiekosten für die Entfernung von flüssigem Ammoniak in dem bekannten Verfahren wurden auf etwa 460 · 10^J (460 BTU) je 0,45 kg (1 pound) von aus dem Stoff entfernten Ammoniak berechnet, wenn der Stoff ein Denim bzw. ein Drillich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Feststellung, das Wasser als Wärmeaustauschmedium zur Entfernung von Ammoniak aus dem Stoff benutzt werden kann, wenn die Wassertemperatur eine Temperatur von etwa 49°C (12O0F) nicht überschreitet, und wenn die Temperatur vorzugsweise im Bereich von 150C - 18°C (600F - 650F) gehalten wird. In dem letztgenannten Temperaturbereich ist der Wärmekapazitätswert (BTU pro 0,45 kg Ammoniak), bei dem 30 % Feuchtigkeit im Stoff beibehalten werden, sehr gut vergleichbar mit dem Wärmekap azitätswert, d.h. der BTU-oder J-Größe, die erforder-
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lieh ist, um Ammoniak mit dem beschriebenen, bekannten Verfahren zu entfernen., Da die Wassertemperatur jedoch sehr niedrig ist, trägt verdampftes Ammoniak, welches aus der Wasserlösung entweicht, die mit Ammoniak gesättigt ist, keine bedeutsame Menge an Feuchtigkeit mit sich, und demzufolge läßt sich das verdampfte Ammoniak leicht wiedergewinnen und in flüssiges Ammoniak für eine Rückführung in den Behandlungsprozeß mit flüssigem Ammoniak umwandeln. : Wenn das wiedergewonnene Ammoniak in den flüssigen Zustand komprimiert ist, muß es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung abgekühlt werden und gibt in dem Prozeß Wärmemengen ab, die dazu benützt werden-,können, um die Temperatur des wässrigen Entfernungsbades beizubehalten.
Es ist zu beachten, daß, - falls das Bad auf einer ausreichend niedrigen Temperatur von beispielsweise 15-180C
(60°F) bis 18°C (650F) gehalten wird, sich einige vorteilhafte Wirkungen im Hinblick auf das Komprimieren des wiedergewonnenen Ammoniakgases unter Verwendung der Wärme der Kompression ergeben. Zur Komprimierung, des Ammoniakgases
ι
bei niedriger Temperatur in dessen flüssigen Zustand sind etwa 51',7 · 10 Torr (100 pound/inch ) erforderlich. j
_ i
Wenn die Temperatur des Bades jedoch 27 .C (80 F) beträgt, wurden 78 · 10 Torr (153 pound/inch ) erforderlich sein. Außerdem ist eine beträchtliche Leistung weniger erforderlich, um das Gas von einem Atmosphärendruck auf
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2 51,7 Torr (100 pound/inch ) zu komprimieren, als sie erforderlich wäre, um Gas auf 78 Torr (150 pound/inch ) zu komprimieren. Wenn das Bad auf einem niedrigen Temperaturbereich, etwa 15-180C (6O0F) bis 180C (650F) gehalten wird, wird die bei der Kompression freigegebene Wärme, die zur Kompression des Gases auf einen Druck zur Gasverflüssigung bei Umgebungstemperatur erzeugt wird, wirksam benutzt, um die Temperatur des Bades beizubehalten. Wenn sich die Temperatur des Bades auf einem wesentlich höheren Wert befindet, würde es nicht möglich sein, ausreichend Energie aus der Kompressionswärme wiederzugewinnen, um die Badtemperatur auf einem höheren Temperaturwert zu halten» Somit besteht eine grundsätzliche Kompatibilität, wenn die Badtemperatur auf einem niedrigen Wert liegt, die wirksam durch die Wiedergewinnung der Kompressionswärme des Ammoniakgases beibehalten werden kann, die auf dem gleichen niedrigen Temperaturwert des Bades liegt.
Wenn die Kompressionswärme auf diese Weise benützt wird, wird die erforderliche Wärmekapazität (in J bzw. BTU), die zur Reduzierung· der Feuchtigkeit im Stoff auf 30 % je 0,45 kg (je pound) Stoff benötigt wird, auf etwa 280 · 105J (280 BTU)" reduziert, so daß nahezu 200 · 105J (200 BTU) weniger erforderlich sind als bei der früher vorgeschlagenen Entfernungsmethode, bei der der Stoff vollständig getrocknet werden muß.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine vollständige Trocknung des Stoffes mit einem etwas höheren Energieaufwand. . ι · ·
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt eine erste, zweite und dritte Trockenstufe zur Entfernung der wässrigen Lösung aus dem Stoff, wobei die dritte Stufe wahlweise vorgesehen werden kann; die erste Stufe ist ausreichend, um eine kontrollierte Stofftemperatur von 820C (180F) zu erreichen, ! die zweite Stufe reicht aus, um eine kontrollierte Stoff- j temperatur von 1000C (2120F) zu erreichen und die dritte ' Stufe wird "benutzt, wenn der Stoff vollständig getrocknet werden soll. Das meiste Ammoniak der wässrigen Lösung in \ dem Stoff wird in der ersten Stufe im wesentlichen ohne ! begleitenden Wasserdampf entfernt. Dieses Ammoniak wird j zusammen mit dem Ammoniak wiedergewonnen, welches durch ;
das Bad des wässrigen Ammoniaks verdampft wird. Die zweite , Trocknungsstufe entfernt im wesentlichen den gesamten Rest an Ammoniak aus dem Stoff und reduziert den Wasserinhalt im Stoff auf einen Wert von 30 % Feuchtigkeit, Das Produkt der zweiten Stufe wird einem Naßreiniger zugeführt, der eine wässrige Lösung zur Nachfüllung des Entfernungsbades liefert. Die dritte Trockenstufe kann wahlweise verwendet werden, um vollständig das verbleibende Wasser aus dem Stoff zu entfernen oder um den Feuchtigkeitsgehalt im Stoff auf einen Wert zwischen 30 % und vollständig getrocknetem Zustand zu reduzieren, - 7 -
Auf diese Weise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der dazu erforderlichen Vorrichtung der Ammoniak vollständig wiedergewonnen, welcher in dem Stoff verbleibt, und die Temperatur des Entfernungsbades wird durch Verwendung der Wärmeenergie aufrechterhalten, die sich infolge der Kompression ergibt; die verbleibende kleine Menge an erzeugtem wässrigen Ammoniak wird in das Entfernungsbad zurückgeführt.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Erläuterung weiterer Merkmale und zur Beschreibung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch ein System zur Entfernung von Ammoniak aus Stoff und zur Rückführung (Recycling) des Produktes dieser Entfernung, d.h. der Ammoniak-Entnahme.
Gemäß der Zeichnung wird ein Stoff 10 dadurch behandelt, daß.er in ein flüssiges Ammoniakbad 11 eingetaucht wird, welches sich in einem Behälter bzw. einer Wanne 15 (Padder) befindet, wobei der Stoff 10 über Führungsrollen 12 und
und dann über eine Rolle 14 innerhalb des Behälters 15 geleitet wird. Der Stoff wird durch Rollen 16 (Padder-Rollen) ausgequetscht und dann weitergeführt, wobei etwa 80 % Ammoniak pro Gewichtseinheit des Stoffes in diesem enthalten
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danach wird der Stoff über eine Reihe von Rollen 17 geführt, die den Stoff führen und seine Spannung beibehalten. Das flüssige Ammoniakbad befindet sich in einem Gehäuse 18, dessen Inneres unter einem geringen Vakuum gehalten wird; endseitige Dichtungen 19 und 20 verhindern den Eintritt von Umgebungsluft in das Gehäuse 18.
Nach Verlassen des Gehäuses 18, in welchem die Behandlung mit flüssigem Ammoniak ausgeführt wird, gelangt der Stoff zwischen Rollen 21 und dann über eine Reihe von in Vertikalrichtung gestaffelten, d.h. in Zickzack-Anordnung vorgesehenen Rollen 22, deren Zweck darin besteht, den Stoff über mehrere Gäng£ durch das Bad 23 zu führen, dessen Wasser (HpO) mit Ammoniak (NH.,) gesättigt ist. Das Bad 23 befindet sich in einem Behälter 24 und wird durch eine Wärmeaustauschereinheit 26 auf einer vorbestimmten Temperatur, vorzugsweise 15-18°C (60-65°F) gehalten. Ammoniakdampf wird aus dem Stoff entfernt, wenn sich der Stoff durch den Behälter 24 bewegt; der Dampf verläßt ein Abschlußgehäuse 27 durch Leitungen 28, 29 und gelangt zu einem Kompressor 30, dessen Arbeitsweise im folgenden beschrieben wird.
Nach Verlassen des Behälters 24 wird der Stoff 10 durch Rollen 31 (Padder-Rollen) gepreßt bzw. gequetscht, die zusammen mit den R.ollen 21 selektiv gesteuert werden können,
um eine vorbestimmte Spannung auf den Stoff 10 während dessen Gesamtbewegung durch das Behandlungsbad auszuüben; daraufhin geht der Stoff durch einen Schlitz 32 in eine erste Trocknerstufe 33. Der Stoff gelangt um einen Trockenzylinder 34 (in der schematischen Darstellung ist nur ein einziger Zylinder dargestellt), der auf einer Stoff-Trocknungstemperatur von 82°C (1800F) gehalten wird. Bei dieser Temperatur wird vorwiegend nur der Ammoniakbestandteil der wässrigen Ammoniaklösung aus dem Stoff herausgezogen. Ammoniakdampf verläßt die Trocknungsstufe 33 über eine Leitung 36 und wird dann zu einem Kompressor 30 geführt. Der Kompressor 30 komprimiert den Ammoniakdampf auf 10 Atmosphären und der komprimierte Ammoniak gelangt durch eine Leitung 37 zu einem Wärmeaustauscher 38, der durch eingeführte Luft gekühlt wird, die über eine Leitung 39 zugeführt wird. Durch die Kühlung wird das komprimierte Ammoniakgas verflüssigt und gelangt vom Wärmeaustauscher 38 durch eine Leitung 40 zu einem Speicher, wo es zum Auffüllen des Bades 11 verwendet werden kann. .Das Kühlwasser, welches in den Wärmetauscher 38 gelangt, wird in Schlangen erhitzt, wobei das Wasser vom Wärmetauscher durch Leitungen 42, 43 durch das Bad 23 zur Ammoniakentfernung geführt wird, infolgedessen die Temperatur des Bades 23 beibehalten wird. Eine geeignete Temperaturregelung wird benützt, um die Strömung des zufließenden Wassers zur Bei-
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behaltung einer vorbestimmten Temperatur im Bad 23 zu regeln.
Nach dem Verlassen der ersten Trocknungsstufe 33 wird der Stoff 10 durch eine Dichtung 35 in. eine zweite Trocknungsstufe 44 verbracht, wo der Stoff um einen Trockenzylinder geführt wird, wobei mehr als ein derartiger Trocknungszylinder 46 vorgesehen werden können; der Trocknungszylinder 46 wird auf einer Temperatur von 1000C (212°F) gehalten. Bei dieser Temperatur werden verbleibende Mengen von Restammoniak und Wasser durch eine Leitung 47 in einen Naßreiniger 48 geleitet. Der Naßreiniger 48 erzeugt wässriges Ammoniak, das durch Leitungen 49 bis 52 in das wässrige Bad 23 zur Ammoniak entfernung zurückgeführt wird. Durch die zweite Trocknungsstufe wird praktisch alles Ammoniak entfernt und der Feuchtigkeitsgehalt (Wassergehalt) im Stoff beläuft sich auf etwa 30 %, Der Stoff 10 kann von der zweiten. Trocknungsstufe in diesem "nassen" bzw. "feuchten" Zustand für eine nachfolgende Behandlung z.B. für eine Naßbehandlung, Trocknung, Harzbehandlung, einem Einlaufenlassen unter Druck usw. weggeführt werden, obgleich letztere Behandlungsarten teilweise eine Trocknung bis auf einen Feuchtigkeitswert von 15 % erfordern, körnen. Eine derartige Teiltrocknung oder ein vollständiges Trock-
i . nen wird gewünschtehfalls dadurch erreicht, daß der Stoff 10 '
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über eine Dichtung 57 zu einer dritten Trocknungsstufe geführt wird, in. der der Stoff.um einen Trocknungszylinder 56 geführt wird; es können auch mehr als ein derartiger Trocknungszylinder 56 im Bedarfsfalle vorgesehen werden. Von dem Trocknungszylinder 56 wird der Stoff zu einem Lager geführt.
Die Energiemenge zur vollständigen Trocknung des Stoffes ist natürlich größer als in dem Fall, in welchem der Stoff einen F.euchtigkeitsgehalt von beispielsweise 30 % pro Gewichtseinheit aufweisen kann. Die folgende Tabelle vergleicht den Energieaufwand zur Beseitigung von Ammoniak aus einem Stoff unter Verwendung eines wässrigen Ammoniakbades und zur darauffolgenden vollständigen Trocknung des Stoffes:
Badtemperatur entferntes Ammoniak,
99°C (2100F) α» 8500
800C (1760F) -ν 1450
700C (1580F) *1150
' 45°C (1160F) st 920
17°C ( 630F) . * 800
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Wenn der behandelte Stoff einen Feuchtigkeitsgehalt (HpO) von 30 % je Gewichtseinheit nach der Beseitigung von Ammoniak bei einer Badtemperatur von 17 C (63°F) aufweist, sind 488 · 10* J (488 BTU) je 0,45 kg an wiedergewonnenem Ammoniak erforderlich, um einen "feuchten" Stoff zu schaffen, d.h. einen Stoff mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 30 %, was vergleichbar ist mit einem Energiebedarf von 460 . 10^J (460 BTU) zur Erzeugung eines trockenen Stoffes nach dem bekannten System. Wenn die Kompressionswärme (des Ammoniaks) zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Bades auf 17°C (63°F) .rückgewonnen wird, reduziert sich der Energieaufwand auf 283 · 10^J (283 BTU) für einen Stoff mit 30 % Feuchtigkeit je 0,45 kg (pound) zurückgewonnenen Ammoniaks.
Claims (8)
1. Verfahren zur Rückgewinnung von Ammoniak aus einer mit Ammoniak durchsetzten Stoffbahn, gekennzeichnet dadurch, daß
a) die Stoffbahn durch ein wäßriges Ammoniakbad aus Wasser (HoO) geleitet wird, welches mit Ammoniak (UHO gesättigt ist, um den größten Teil des Ammoniaks aus der Stoffbahn durch Verdampfung zu entfernen, wobei das wäßrige Ammoniakbad innerhalb eines thermisch wirtschaftlichen Temperaturbereiches gehalten wird,
b) und daß die wäßrige Ammoniaklösung aus der Stoffbahn entfernt wird»
2« Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Ammoniaklösung dadurch entfernt wird, daß der Stoff einer ausreichend hohen Stofftrocknungstemperatur ausgesetzt wird»
3· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß anschließend
c) überschüssiges wäßriges Ammoniak aus dem Stoff entfernt wird,' ·
d) daß die Stoffbahn einer Trocknungshitze von etwa 820C
~ 14'- Berlin,d.6.9,1978 53 963 12
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(1800P) zur Entfernung von im wesentlichen nur dem Restammoniak aus der Stoffbahn ausgesetzt/wird,
e) daß die Stoffbahn einer Trocknungshitze von etwa 1000C (2120P) zur Entfernung im wesentlichen des Restammöniaks aus der Stoffbahn und eines Wasserbetrages aus der Stoffbahn ausgesetzt wird, und
s f) daß das bei der Entfernung des größten Teils des Ammoniaks aus der Stoffbahn und bei der Trocknung der Stoffbahn bei etwa 82 C (180 3?) erhaltene Ammoniakgas komprimiert und das komprimierte Ammoniak bis zum Flüssigkeitszustand abgekühlt wird, wobei das verflüssigte Ammoniak für eine weitere Behandlung der Stoffbahn mit flüssigem Ammoniak benutzt wird.
4# Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Trocknung der Stoffbahn mit etwa 1000C (2120P) die Stoffbahn bis auf etwa 30 % Feuchtigkeitsgehalt pro Gewichtseinheit getrocknet wird·
5· Verfahren nach Punkt 3> gekennzeichnet dadurch, daß nach der Trocknung der Stoffbahn bei etwa 1000C (212°P) die Stoffbahn praktisch vollständig getrocknet wird,
S9 Verfahren nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß bei der Entfernung von überschüssigem wäßrigen Ammoniak, aus dem Stoff das überschüssige wäßrige Ammoniak durch Druckbzw.
Quetschrollen bis auf etwa 70 bis 80 % Feuchtigkeitsgehalt pro Gewichtseinheit entfernt wird«
7# Verfahren nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß das Medium zur Kühlung des komprimierten Ammoniaks in ver-
-15- Berlin,d.6#9.1978 53 963 12
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flüssigtes Ammoniak zur Beibehaltung der Temperatur des wäßrigen Ammoniakbades benutzt wird, durch welches die Stoffbahn geführt wird·
8· Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß der bei der Trocknung bei etwa 10O0C (2120P) erhaltene Ammoniak- und Wasserdampf in wäßriges Ammoniak umgewandelt und zur Auffüllung des Bades benutzt wird, durch welches die Stoffbahn geführt wird·
Hierzu -j Seite Zeichnung
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