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Verfahren zur Herstellung von pulverförmigem Ammoniumcarbamat Es ist
bekannt, Ammoniumcarbamat durch Vereinigung von gasförmigem Ammoniak mit gasförmigem
Kohlendioxyd zu gewinnen. Wegen der großen Bildungswärme und der niedrigen Zersetzungstemperatur
des Ammoniumcarbamats werden hierbei nur sehr niedrige Ausbeuten erzielt. Außerdem
fällt das Ammoniumcarbamat in Form eines sehr feinen Staubes an, dessen Abscheidung
aus den großen Mengen an Abgasen erhebliche Schwierigkeiten bereitet.
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In Form von durchscheinenden Stücken wird Ammoniumcarbamat erhalten,
wenn man Kohlendioxyd und Ammoniak gasförmig an gekühlten Flächen vorbeiführt, die
die Bildungswärme abführen. Die Ausbeute beträgt hierbei zwar bis zu etwa 70 0/"
das Verfahren erfordert aber wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Salzes
große Kühlflächen.
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Bekannt ist auch der Vorschlag, die Bildungswärme dadurch abzuführen,
daß man flüssiges Ammoniak mit flüssigem oder festem Kohlendioxyd in Berührung bringt,
wobei einer der beiden Stoffe im Überschuß angewendet wird. Bei Verwendung von Ammoniak
im Überschuß wird das Ammoniumcarbamat als Lösung im flüssigen Ammoniak erhalten,
aus der es durch Eindampfen gewonnen wird. Dieses Verfahren macht eine Apparatur
zur Wiedergewinnung des überschüssigen Ammoniaks notwendig. Nach einem anderen bekannten
Vorschlag, pulverförmiges Ammoniumcarbamat herzustellen, wird ein Ammoniakgasstrom
gegen Stücke von festem Kohlendioxyd gerichtet, wobei das Ammoniakgas das jeweils
gebildete Ammoniumcarbamatpulver wegbläst.
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Bekannt ist schließlich noch, zwecks Gewinnung von feinkristallinem
Ammoniumcarbamat Ammoniak und Kohlendioxyd in konzentriertes Ammoniakwasser einzuleiten
und das gebildete Ammoniumcarbamat von der Mutterlauge abzutrennen. Da aber das
Ammoniumcarbamat eine größere Flüchtigkeit als Wasser hat, bereitet seine Trocknung
Schwierigkeiten.
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Es wurde nun gefunden, daß man in sehr einfacher Weise pulverförmiges
Ammoniumcarbamat aus flüssigem Ammoniak und flüssigem Kohlendioxyd unter Verwendung
eines Überschusses an einem der beiden Reaktionsteilnehmer herstellen kann, indem
man die Reaktionsteilnehmer aus einer Mischdüse in einen geschlossenen Raum entspannt.
Verwendet man hierbei Kohlendioxyd im Überschuß, so gewinnt man das Ammoniumcarbamatpulver
in einer Ausbeute von 97 bis 99 °%, wobei sich das Pulver zu etwa 90 °,1o am Boden
des Entspannungsraumes ansammelt und der restliche Anteil leicht aus dem Abgas abgeschieden
werden kann. Das Abgas besteht aus Kohlendioxyd und etwa 1 bis 5 °ö der Menge des
eingesetzten Ammoniaks.
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In gleicher Weise kann das Verfahren auch mit überschüssigem Ammoniak
durchgeführt werden, wobei das Abgas praktisch aus reinem Ammoniak besteht. Diese
Arbeitsweise ist jedoch nur in den Fällen vorteilhaft, wo eine Weiterverwendung
des gasförmigen Ammoniaks möglich ist. Während das aus Kohlensäure bestehende Abgas
im allgemeinen verworfen wird, ergibt sich bei der Anwendung von überschüssigem
Ammoniak in den genannten Fällen als weiterer Vorteil eine vollständige Ausnutzung
der Rohstoffe.
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Das Verfahren erfordert lediglich eine Mischdüse, einen Entspannungsraum
und ein bis zwei Abscheider. In einem Entspannungsraum von 5 cbm Inhalt lassen sich
täglich 10 t Ammoniumcarbamatpulver und mehr herstellen.
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Als `'Wandung für den Entspannungsraum hat sich starkes Filtertuch
als zweckmäßig erwiesen. Solches Filtertuch wird schon 1 Minute nach Beginn der
Umsetzung durch Abscheidung einer dünnen Salzschicht gasundurchlässig. Starre Wände
sind ungeeignet. Der Abstand der Wände von der Mischdüse wird vorteilhaft auf mehr
als etwa 1 m bemessen. Mit Vorteil gestaltet man auch die Abgasleitung und die Wandungen
des Abscheiders beweglich, um sie leicht von Salzablagerungen freihalten zu können.
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Die Reaktion: C O2)Bissig + N H3 fiissig = N H4C 02
N H2i"e + C O2 yasfärme läuft im freien Düsenstrahl in Bruchteilen von Sekunden
ab. Das Salz entsteht zunächst in Kristallen von weniger als 0,001 mm Durchmesser,
die sich in einer Apparatur, wie sie in der Abbildung schematisch veranschaulicht
ist, zu einem gut handzuhabenden Pulver zusammenballen und am Boden des Entspannungsraumes
ausgeschleust werden können. In der Abbildung sind die Zuleitungen für flüssizes
Ammoniak und flüssizes Kohlendioxvd mit
a und b bezeichnet.
c stellt die Mischdüse dar, aus der das Ammoniak-Kohlendioxyd-Gemisch in den Entspannungsraum
d verdöst wird. Aus diesem Entspannungsraum und aus dem Abscheider e wird das gebildete
Ammoniumcarbamat durch Zellenräder f und g auf ein Förderband lt ausgetragen.
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Die Umsetzungstemperatur und damit die Temperatur des Abgases und
des gebildeten Ammoniumcarbamats kann durch das Gewichtsverhältnis des zur Anwendung
kommenden Ammoniaks und Kohlendioxyds geregelt werden. Vorzugsweise arbeitet man
mit einem solchen Überschuß an Kohlendioxyd, daß das Reaktionsgemisch zwischen etwa
7 und 15 Gewichtsprozent Ammoniak enthält. Innerhalb dieses Konzentrationsbereiches
kann man durch entsprechende Wahl des Kohlendioxyd-Ammoniak-Verhältnisses die Reaktionstemperatur
auf etwa -40 bis +40°C einregeln. Will man das Abgas verwerfen, so sind die unvermeidlichen
Ammoniakverluste um so kleiner, je tiefer die Umsetzungstemperatur gewählt wird.
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Zweckmäßigenveise arbeitet man bei der jeweiligen Raumtemperatur und
nimmt die dadurch bedingten, um 1 bis 2 °/o erhöhten Ammoniakverluste in Kauf. Man
hat dabei den Vorteil, daß keine Abkühlung des gebildeten Ammoniumcarbamats, z.
B. durch einen Luftstrom, notwendig ist und Verluste an Ammoniumcarbamat durch Verflüchtigung
vermieden werden; anderseits wird, wie das beim Arbeiten bei tieferen Temperaturen
der Fall ist, auch die Gefahr des Feuchtwerdens des gebildeten Ammoniumcarbamats
beim Ausbringen aus der Apparatur ausgeschlossen.