DE1192627B - Verfahren zur Herstellung von Salpetersaeure durch NH-Verbrennung unter Druck und Absorption der Stickoxyde unter Druck - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Salpetersaeure durch NH-Verbrennung unter Druck und Absorption der Stickoxyde unter Druck

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DE1192627B
DE1192627B DEP31390A DEP0031390A DE1192627B DE 1192627 B DE1192627 B DE 1192627B DE P31390 A DEP31390 A DE P31390A DE P0031390 A DEP0031390 A DE P0031390A DE 1192627 B DE1192627 B DE 1192627B
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Germany
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gas
combustion
under pressure
absorption
pressure
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DEP31390A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Wolfgang Nolle
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Pintsch Bamag AG
Original Assignee
Pintsch Bamag AG
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/20Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
    • C01B21/24Nitric oxide (NO)
    • C01B21/26Preparation by catalytic or non-catalytic oxidation of ammonia

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure durch NH. Verbrennung unter Druck und Absorption der Stickoxyde unter Druck Bei den Anlagen zur Herstellung von Salpetersäure -aus Ammoniak wird Ammoniakgas mit Luft katalytisch bei Temperaturen von etwa 800° C zu Stickstoffmonoxyd verbrannt. Anschließend werden die Gase abgekühlt und in Apparate geleitet, in welchen eine möglichst weitgehende Kondensation des im Verbrennungsgas enthaltenen Wassers stattfindet. Die Gase gelangen dann in die Absorptionsanlage, in welcher aus den Stickoxyden Salpetersäure gebildet wird. Die meisten Verfahren arbeiten unter einem Druck von etwa 3 oder etwa 8 ata. Die Druckanwendung geschieht hierbei oft in der gesamten Anlage oder nur in der Absorptionsanlage. Es sind auch kombinierte Verfahren bekannt, bei welchen z. B. in der Verbrennungsanlage 3 ata und in der Absorptionsanlage 8 ata herrschen. Durch die Anwendung von Druck wird die Reaktionsgeschwindigkeit zur Bildung der Salpetersäure wesentlich beschleunigt. Aus diesem Grund können die Reaktionsräume der Absorptionsanlage kleiner gehalten werden. Durch die Druckanwendung werden auch die effektiven Gasvolumina kleiner, so daß auch die übrigen Apparate entsprechend kleiner gehalten werden.
  • Es ist so z. B. möglich, mehrere Verbrennungselemente zu einer Einheit, welche unter Druck arbeitet, zusammenzufassen. Die Anwendung von Druck in der Verbrennungsanlage hat jedoch den Nachteil, daß sich bei der Kondensation des in den Verbrennungsgasen enthaltenen Wasserdampfes eine verhältnismäßig starke Säure bildet, wodurch der Stickoxydanteil in den Verbrennungsgasen geschwächt wird. Durch diesen Nachteil ist unter sonst gleichen Bedingungen in der Absorptionsanlage nur noch die Herstellung einer schwächer konzentrierten Säure möglich.
  • Das ist ein Grund, weshalb die Anwendung von Druck oft nur auf die Absorptionsanlage beschränkt wird. Hierbei wird die Kondensation praktisch drucklos oder bei geringerem Druck als in der Absorptionsanlage durchgeführt. Es entsteht dabei mit dem kondensierten Wasserdampf eine schwächere Säure, wobei nur eine sehr geringe Schwächung des Sticl:oxydanteils im Verbrennungsgas eintritt.
  • Die Aufrechterhaltung des Druckes geschieht in den meisten Fällen durch Turbokompressoren, welche durch eine Gasturbine und eine Dampfturbine oder einen Elektromotor angetrieben werden.
  • In der Gasturbine wird das Restgas, welches die Absorptionsanlage verläßt, entspannt. Auch bei einer hohen Vorwärmung dieses Gases reicht die Leistung der Entspannungsturbine nicht aus, um den Kompressor anzutreiben. Es ist deshalb ein Zusatzantrieb erforderlich.
  • Die Abkühlung der NH Verbrennungsgase geschieht meistens hauptsächlich in Abhitzekesseln, wobei der erzeugte Dampf für den Zusatzantrieb mittels Dampfturbine benötigt wird. Bei Zusatzantrieb durch Elektromotor kann über den erzeugten Dampf anderweitig verfügt werden. In allen Fällen stellt die Dampferzeugung eine Komplizierung der Anlage dar, welche jedoch in Kauf genommen werden muß, weil die Verbrennungsgase abzukühlen sind und weil Dampf direkt oder als Äquivalent für den Zusatzantrieb erforderlich ist.
  • Die Erfindung vermeidet die beschriebenen Nachteile, nämlich die starke Schwächung des Stickoxydgehaltes im Verbrennungsgas bei der Kondensation unter erhöhtem Druck und die Komplizierung der Anlage durch eine erforderliche Dampferzeugung.
  • Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht bei dem Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure durch NH.- Verbrennung unter Druck und Absorption der Stickoxyde unter Druck, wobei die Abkühlung der Verbrennungsgase in einem Gaswärmeaustauscher vorgenommen wird und die Restgase in einer Gasturbine entspannt werden, darin, daß die durch Komprimierung der Luft für die Verbrennung und durch Zuführung des NH.- Gases unter Druck stehenden Gase der NH3 Verbrennung nach Abkühlung in dem Gaswärmeaustauscher auf über etwa 500° C in einer Gasturbine entspannt werden. Nach der Entspannung wird die teilweise Kondensation des im Verbrennungsgas enthaltenen Wassers durchgeführt. Anschließend erfolgt eine weitere Abkühlung und die Kondensation eines Teiles des Wasserdampfes des Gases. Danach werden die gekühlten Gase wieder auf den Druck, unter welchem die Absorption arbeiten soll, komprimiert.
  • Zu dem Vorteil der Kondensation unter erniedrigtem Druck ist folgendes zu bemerken: Durch die unter erhöhtem Druck stattfindende Verbrennung des NH, zu Stickstoffmonoxyd können die hierfür benötigten Apparate klein gehalten werden.
  • Die Kondensation des Wasserdampfanteils erfolgt nach der Entspannung bei tieferen Temperaturen bei einem niedrigen Druck. Bei der Entspannung in der Gasturbine kühlt sich das Gas ab. Es wird deshalb auch Kühlfläche eingespart.
  • Die bei der Kondensation des Wasserdampfes stattfindende Bildung von Salpetersäure ist vom sogenannten Oxydationsgrad des Gases abhängig. Bei z. B. drucklosen Anlagen ist der an dieser Stelle auftretende Oxydationsgrad gering, und es kann sich nur eine schwache Säure bilden. Bei Anwendung von erhöhtem Druck ist der Oxydationsgrad hoch, und es bildet sich an dieser Stelle eine starke Säure.
  • Es ist deshalb vorteilhaft, wenn das Gas im Kondensator einen möglichst geringen Oxydationsgrad besitzt. Die Bildung eines hohen Oxydationsgrades wird außer vom Druck auch durch tiefe Temperaturen begünstigt.
  • Bei einer Temperatur von 500° C, wie sie z. B. beim Eintritt in die Entspannungsturbine herrscht, ist die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion
    2 NO + 02 -> 2 N02,
    welche für den Oxydationsgrad maßgebend ist, nur ein Zehntel so groß wie bei einer Temperatur von 55° C, welche im Kondensator herrscht. Die Einstellung des Oxydationsgrades ist deshalb unter sonst gleichen Bedingungen hauptsächlich von der Verweilzeit des Gases bei niedrigen Temperaturen abhängig. Bei höheren Temperaturen findet auch bei Anwendung von Druck nur eine geringe Oxydationsgradsteigerung statt. Im vorliegenden Fall findet durch Verwehung des Gases unter erhöhtem Druck bei hoher Temperatur vor der Entspannungsturbine nur eine geringe Oxydationsgradsteigerung gegenüber der Verbrennung bei niedrigerem Druck statt.
  • Die Gesamtkonzentration des Kondensats wird deshalb nur ganz unwesentlich über derjenigen liegen, welches bei NH.- Verbrennung unter erniedrigtem Druck erhalten wird. Unter erniedrigtem Druck kann hierbei z. B. verstanden werden bei etwa 1 ata, wenn die Absorption unter etwa 3 ata arbeitet, oder etwa 3 ata, wenn die Absorption unter 8 ata arbeitet.
  • Der Vorteil der Vereinfachung der Anlage liegt im folgenden: Durch die Entspannung der heißen Gase der NHs Verbrennung in der Gasturbine wird eine beträchtliche Leistung gewonnen. Sie ist größer als diejenige Leistung, welche aufgebracht werden muß von dem Nitrosegaskompressor, welcher die gekühlten Gase wieder komprimiert. Es ist somit eine Überschußleistung vorhanden, welche z. B. für den Zusatzantrieb des Luftkompressors benutzt werden kann, so daß, je nach der Gaseintrittstemperatur kein Zusatzantrieb durch Dampfturbine oder Elektromotor erforderlich ist. Die überschußleistung der Entspannungsturbine gegenüber dem Nitrosegaskompressor wird erzielt durch die Tatsache, daß die Gase beim Eintritt in die Entspannungsturbine eine Temperatur von über etwa 500° C besitzen, gegenüber den Gasen für den Nitrosegaskompressor, welche auf eine Temperatur von unter etwa 50° C gekühlt sind. Außerdem ist die Nitrosegasmenge, welche wieder komprimiert werden muß, kleiner gegenüber den Gasen der NH.- Verbrennung, weil ein großer Teil des Wasserdampfes vor Eintritt in den Nitrosegaskompressor auskondensiert wird. Hierdurch tritt eine Verminderung von etwa 10 % ein. Durch die vor Eintritt in den Nitrosegaskompressor teil-deise ablaufende Reaktion 2N0 -i- 02 = 2N02 tritt ebenfalls eine Verminderung der Gasmenge ein. Da sich die Gase der NH.- Verbrennung bei der Entspannung abkühlen, wird auch eine Einsparung an Abkühlungsfläche bewirkt.
  • Die erfindungsgemäße Durchführung des Verfahrens ergibt somit eine Verbesserung für den Absorptionsteil der Anlage, weil es bei Durchführung der Kondensation unter erniedrigtem Druck möglich ist, ein stärkeres Gas für die Absorption zu erhalten. Andererseits ergibt sich auch für die Abhitzeverwertung der NH.- Verbrennungsanlage eine wesentliche Vereinfachung, weil die Dampferzeugung entfallen kann. Es sind lediglich Gaswärmeaustauscher für die Abwärmeverwertung erforderlich. Der Betrieb und die Unterhaltung dieser Apparate ist wesentlich einfacher und billiger, als die einer Dampferzeugungsanlage. Der erforderliche Restleistungsbedarf für den Luftkompressor kann durch die überschußleistung der Gasturbine für das Gas der NH3 Verbrennung aufgebracht werden.
  • In der Zeichnung ist das Schema eines beispielsweisen Ausführungsbeispieles des Verfahrens veranschaulicht.
  • Die für die Verbrennung des NH3 erforderliche Luft wird bei a angesaugt und im Kompressor 1 auf etwa 3 ata verdichtet. Bei b wird gasförmiges NH3 zugeführt. Im Verbrennungselement 2 findet die katalytische Umsetzung des NH3 zu NO statt. Hierbei erwärmt sich das Gas auf etwa 850° C und wird im Wärmeaustauscher 3 auf etwa 550° C abgekühlt. Mit dieser Temperatur gelangt das Gas in die Entspannungsturbine 4, in welcher es auf etwa Atmosphärendruck entspannt wird. Hierbei kühlt es sich auf etwa 400° C ab. Im anschließenden Wärmeaustauscher 5 findet eine weitere Abkühlung statt. Im Kondensator 6 tritt eine teilweise Kondensation des im Verbrennungsgas enthaltenen Wasserdampfes ein. Nach Ansaugung von Zusatzluft bei c wird das Nitrosegas im Kompressor 7 auf einen Druck von etwa 3 ata verdichtet und im Kühler 8 gekühlt. Es gelangt dann in die Absorptionsanlage, welche aus mehreren Reaktionstürmen 9 besteht. Hier findet eine weitere Oxydation des Stickstoffmonoxyds zu Stickstoffdioxyd und die Absorption der Stickoxyde zur Bildung von Salpetersäure statt. Das Restgas wird nach Verlassen der Absorptionstürme in den Wärmeaustausches 5 und 3 auf etwa 550° C erwärmt und mit dieser Temperatur der Gasturbine 10 zugeführt, in welcher eine Entspannung auf Atmosphärendruck und eine Abkühlung auf etwa 400° C erfolgt.
  • Das etwa 400° C heiße Gas steht bei Bedarf zur weiteren Wärmeausnutzung bei d zur Verfügung. Das Anfahren des Turbinen-Kompressor-Aggregates erfolgt durch den Elektromotor 11.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure durch NH.- Verbrennung unter Druck und Absorption der Stickoxyde unter Druck, wobei die Abkühlung der Verbrennungsgase in einem Gaswärmeaustauscher vorgenommen wird und die Restgase in einer Gasturbine entspannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Komprimierung der Luft für die Verbrennung und durch Zuführung des NH. Gases unter Druck stehenden Gase der NH3 Verbrennung nach Abkühlung in dem Gaswärmeaustauscher auf über etwa 500° C in einer Gasturbine entspannt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Entspannung die teilweise Kondensation des im Verbrennungsgas enthaltenen Wassers durchgeführt wird.
DEP31390A 1963-03-18 1963-03-18 Verfahren zur Herstellung von Salpetersaeure durch NH-Verbrennung unter Druck und Absorption der Stickoxyde unter Druck Pending DE1192627B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2595804A1 (fr) * 1986-03-17 1987-09-18 Uhde Gmbh Procede de refroidissement d'un courant gazeux chaud contenant de l'oxyde azotique, no

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2595804A1 (fr) * 1986-03-17 1987-09-18 Uhde Gmbh Procede de refroidissement d'un courant gazeux chaud contenant de l'oxyde azotique, no

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