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Verfahren zur Gewinnung von organischen, stickstoffreichen Düngemitteln
aus Zellstoffkocherablaugen oder anderen ähnlichen
organischen Stoffen wie
Kohlenstoffhalti,ge Braunkohle, Torf, Stoffe cellulosehaltige pflanzlichen Substanzen,
Ursprungs '
kohlenstoffhaltige, pflanzliche Abfallprodukte der Zellstoffkochung,
können durch Behandeln ihrer wäßrigen Aufschlämmungen oder Lösung ,en mit Luftsauerstoff
oder sauerstoffhaltigen Gasen in Gegenwart von Ammoniak in der Wärme und
unter Druck in stickstoffreiche, organische Düngemittel umgewandelt werden, die
man nach Abdampfen in trockener.streufähiger Form erhält.
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Gegenstand des Hauptpatents 1230045 ist eine Vorrichtung zur Behandlung
von Zellstoffkocherablaugen oder Abfallprodukten ähnlicher Verfahren, in flüssiger
Phase mit Sauerstoff, Luft oder sauerstoffhaltigen Gasen ün Gegenstrom und in Gegenwart
von Amnioniak bei erhöhter Temperatur und bei erhöhten Drücken zur Gewinnung von
Lösungen von stickstoffreichen, organischen Düngemitteln. Diese Vorrichtung besteht
aus einer Kolonne, inder durch Zwischenböden mehrere hintereinandergeschaltete Behandlungsräume
abgeteilt sind und in der in jedem Behandlungsraum ein> aus zwei konzentrischen
Rohren bestehender Einbau angeordnet ist, dessen kürzeres inneres Rohr eine im Zwischenboden
angebrachte öffnung fest umschließt und dessen äußeres Rohr am unteren Ende öffnungen
für'den Durchtritt von Flüssigkeit- aufweist. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Behandlungsräumen sind überlaufvorrichtungen angeordnet. In an, sich bekannter Weise
werden die zu behandelnde Flüssigkeit im oberen Teil der Kolonne und das Gas in
den unteren Teil der Kolonne eingeführt. In den einzelnen Behandlungsräumen können
-auch mehrere, aus zwei konzentrischen Rohren bestehende Einbauten angeordnet
und parallel geschaltet sein. In den einzelnen Behandlungsräumen wird die zu# oxydierende
Flüssigkeit,durch das oxydierendeGas nach dem Prinzip der Mammutpumpe als Flüssigkeits-Gas-Gemisch
umgewälzt. Die zu oxydierende Flüssigkeit fließt in der Vorrichtung ün Gegenstrom
zu dem oxydierenden Gas von Behandlungsraum zu Behandlungsraum. Für die Behandlung
von Zellstoffkocherablaugen oder Abfallprodukten ähnlicher Verfahren können nach
dem Hauptpatent 1230045 zusammen mit Animoniak Luft, Sauerstoff oder sauerstoffhaltige
Gase als oxydierende Gase verwendet werdei#. In jedem Fall wird der Sauerstoff für
die Oxydationsreaktion unter einem bestimmten erhöhten Partialdruck benötigt, beispielsweise
von 2,86 ata oder besser unter einem noch höheren Partialdruck, zweckmäßig
von 6 bis 8 ata, wenn die Oxydationsreaktion mit für die Wirtschaftlichkeit
der Reaktion ausreichender Geschwindigkeit ablaufen soll.
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Währenddie Kompression des Sauerstoffs auf die genannten Drücke für
die Reaktion ausreicht, muß bei Verwendung von Luft alg -Oxydationsgas diese
- um bei der Reaktion den gleichen Sauerstoffpartialdruck zu haben wie bei
der Oxydation mit reinem Sauerstoff auf etwa den fünffachen Druck, d. h.
auf mindestens 15,at, #z*eckmäßig sogar auf 30
bis 40 at, komprimiert werden.
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,Wegen des Mtkompnmie#ens des Ballaststickstoffs bedeute dies, -daß
durch die Verwendung der an sich billigen Luft als Oxydafionsmittel trotz der Möglichkeit,
unabhängig vom: Standort einer Sauerstofferzeugungsanlage arbeiten--zu können, so
hohe Kompressionskosten entstehen, daß die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nicht.*mehr
gewährleistet isL Durch das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch
in weiterer Ausbildung des mit der Vorrichtung nach dem Hauptpatent durchgeführten
Verfahrens auch bei Verwendung von Luft als Oxydationsmittel eine wirtschaftliche
Gewinnung von stickstoffreichen, organischen- Düngemitteln durch Behandlung von
Zellstoffkocherablaugen oderflüssigen Abfallprodukten ähnlicher.Verfahren mit Ammoniak
und Luft bei erhöhtere Temperatur und erhöhtem Druck in einer Vorrichtung nach dem
Hauptpatent
1230 045 geschaffen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Sauerstoffgehalt
der dem Reaktor zugeführten Druckluft in der Reaktion nur zum Teil aufgebraucht
wird und die den Reaktor verlassende Abluft zur Nutzbarmachung ihres Energieinhaltes
einer Verbrennungsturbine zugeführt wird, die mit einem Turbokompressor zur Verdichtung
der Oxydationsluft gekoppelt ist, Die Abluft kann vor der Einführung in die Verbrennungsturbine
zusätzlich erhitzt werden.
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Erfirtdungsgemäß wird nur ein Teildes Sauerstoffs der Luft, die auf
Drücke von 15 bis 40 at komprimiert und der Oxydationsreaktion zugeführt
wurde, fürdie Oxydation verwertet, beispielsweise etwa die Hälfte. Die verbleibende
Restluft mit einem Sauerstoffrestgehalt von beispielsweise 10 bis 12% wird zum Betrieb
einer Verbrennungsturbine verwendet. In dieser werden Öl, brennbare Gase,
Kohlenstaub od. dgl. mit der Abluft aus dem Oxydationsprozeß verbrannt, Diese Abluft
steht für den Verbrennungsprozeß der Turbine mit dem Druck und der Temperatur zur
Verfügung, die im Oxydationsprozeß herrschen. Gegebenenfalls wird jedoch die Abluft
des Oxydationsprozesses - bevor sie im Verbrennungsvorgang der Turbine verwendet
wird - noch vorerhitzt.
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Die durch den Turbinenprozeß erzeugte Energie wird zur Kompression
der für den Oxydationsprozeß verwendeten Frischluft verwendet, Dabei kann das Verfahren
noch so modifiziert werden, daß die Frischluft vor oder nach ihrer Kompression zum
Ausstrippen des restlichen Arnmoniaks, verwendet wird, das in der fertig oxydierten
wäßrigen Lösung oder Aufschlämmung des kohlenstoffhaltigen organischen Materials
enthalten ist. Ebenso wird die Ab-
luft der Oxydation, bevor sie in den Turbinenprozeß
eintritt und vorerhitzt wird, zweckmäßig von gasförmigen Ammoniakanteilen, die sie
aus dem Oxydationsprozeß mit sich fährt, befreit. Zur Entfernung des Ammoniaks
kann sie mit wäßriger Aufschlämmung oder Lösung ., des kohlenstoffhaltigen
org an ischeu Materials gewaschen werden, bevordiese selbst in den Oxydationsreaktor
eingeführt und der Onudation in Gegenwart von weiterem, zusätzlich hinzu-Cr gefügtem
Ammoniak unterwerfen wird.
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Das Verfahren der Erfindung wird an Hand des auf der Abbildung dargestellten
Schemas näher erläutert.
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Die, Oxydation einer wäßrigen Lösung von Zellstoffkocherablauge findet
in dem Reaktor 1 statt, der wie eine Kolonne ausgebildet ist und aus vier
hintereinandergeschalteten Oxydationsräumen a, b, c und
d
besteht, in denen nach dem Hauptpatent 1230 045 aus zwei konzentrischen
Rohren bestehende Einbauten angeordnet sind, durch welche die Luft nacheinander
durchgeleitet wird. Die Luft - die Leitung für Luft ist gestrichelt gezeichnet
- wird durch die Leitung 2 von der Turbine 3 angesaugt, durch den
Vorwärmer 4 in den Unterteil 5 der Kolonne 1 eingeleitet, in, welchem
sie, von unten nach oben der herabfließenden, Zellstoffkocherablauge- entgegenströmt.
Der Teil 5 der Kolonne ist wie eine Gaswaschkolonne ausgebildet
d. h., er besitzt* z. B. Waschböden oder FMörpereinsätze, durch die ein intensiver
Stoffaustausch zwischen Flüssigkeit und Oxydationsluft stattfmdet.
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Bei dieser Berührung zwischen Luft und Flüssigkeit wird einmal die
Luft unter Aufsättigung mit Wasserdampf und Ammoniak auf die Oxydationstemperatur
angewärmt und gleichzeitig die fertig oxydierte Lösung von überschüssigem
Ammoniak
befreit, welches sie nach der Reaktion und nach Austritt aus dem
Oxydationsraum a noch besitzt. Unter intensiver Dürchwirbelung der zu oxydierenden
Flüssigkeit in, den Oxydationsräumen a bis d
wird, die Oxydation der organischen
Substanz in Gegenwart von Ammoniak bewirkt, das mit Hilfe der Pumpe 6 durch
die Leitung 7 in die Reaktionsräume a bis d wahlweise und nach Bedarf
über die Leitungen 8', 8", 8... eingepumpt werden kann.
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Die Luft verläßt den obersten Reaktionsraum d
durch die gestrichelte
Leitung 9 und wird im Kolonnenteil 10, der ebenfalls als Waschkolonne
mit Waschböden oder Füllkörpereinsätzen ausgebildet ist, durch entgegenfließende
frische Zellstoffkocherablauge gekühlt und gleichzeitig vom Arnrnoniak befreit.
Sie verläßt durch die Leitung 11 die, Kolonne und wird nach Passieren des
Vorerhitzers 12 der Verbrennungsturbine 13, welche mit der Kompressionsturbine
2 gekoppelt ist, als Verbrennungsluft für einen gasförmigen, flüssigen oder staubförmigen
festen Brennstoff zugeführt. Aus der Verbrennungsturbine entweicht das Rauch-gas
durch Leitung 14 (offener Prozeß).
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Während,dr,s Oxydationsprozesses macht die Zellstoffkocherahlauge
folgenden Weg: Aus dem Vor « ratstank 15 wird sie durch Leitung
16
mit Hilfe der Pumpe 17 in den Oberteil der Kolonne eingepumpt. Auf
dem Weg durch die Waschkolonne 10 wird sie durch entgegenströmende Luft vorgewärmt
und mit Ammoniak bereits vorbeladen. Sie fließt -unter Einspelsung des zur
Reaktion benötigten Ammoniaks durch die Leitung 18 mittels der Pumpe
19 - aus dem Sumpf dieser Waschkolonne 10 -über den Vorwärmer 20,
in welchem sie auf die Reaktionstemperatur mittels Dampf oder heißem Wasser vorgewärmt
wird, in den Reaktor ein und passiert dessen einzelne Stufen in der Richtung von
d bis a nacheinander. Nach Verlassen der letzten Reaktorstufe a fließt die
Lösung durch die Kolonne 5,
wo sie duräh entgegenströmende Frischluft gekühlt
und teilweise vom Amnioniakbefreit wird. Sie verläßt die Kolonne unter Entspannung
durch das Ventil 21 und wird durch die Leitung 22 der Weiterverarbeitung, beispielsweise
der Eindampfung, zugeführt Beispiel Ein aus zehn Behandlungsräumen bestehender Reaktor,
der nach dem Hauptpatent 1230 045 konstruiert ist, wirdam Reaktorkopf stündlich
mit 10 m,' einer Lösung beschickt, die 800 kg Trockensubstanz des
Ammoniumsalzes der Ligninsulfonsäure und 1800 kg Ammoniak gelöst enthält.
Die Flüssigkeit fließt nach Maßgabe der Beschickung kontinuierlich von oben nach
unten durch die einzelnen Behandlungsräume. Gleichzeitig werden zur Durchführung
der Oxydation stündlich 17 000 Nms/h Luft entgegengeführt, die mit Hilfe
eines Kompressors im Kreislauf durch den Reaktor geleitet wird und deren Sauerstoffgehalt
infolge des Sauerstoffverbrauchs durch die Reaktion niedriger als derjenige von
Luft liegt. Der in dem Reaktor herrschende Gesamtdruck, unter dem auch die Kreislaufluft
steht, beträgt 41 at. Die Temperatur des Systems beträgt 1270 C.
Infolge
eines stündlichen Sauerstoffverbrauchs der Reaktion von 2600 Nm3 werden dem
Reaktor stündlich 2700 Nms frische Luft zugeführt, die mit Hilfe eines Kreislaufkompressors
vorherauf 36 at komprimiert wurden. Gleichzeitig werden aus dem Reaktorsystem
kontinuierlich 2440 Nm-3/h der im Kreislauf geführten Reaktionsluftmenge mit einem
Sauerstoffgehalt von 12,3 Volumprozent entnommen und nach Abkühlen und Auswaschen
des in ihr noch enthaltenden Ammoniaks durch eine wäßrige Lösung von Ligninsulfonsäure
und Einspritzen von 75 kg Naphtha/h in einer Verbrennungsturbine umgesetzt
und entspannt, wobei die Verbrennungsturbine mit der Frischluftkompressionsturbine
gekoppelt ist. Während die Frischluftkompressionsturbine stündlich für die Kompression
der Frischluft 450 kWh verbraucht, werden in der Verbrennungstarbine durch Entspannen
der Abluft des Reaktors und deren Umsatz mit Naphtha 500 kW frei. Somit ist
es möglich, durch Verbrennen einer relativ kleinen Naphthamenge den für die Oxydation
schwer beschaffbaren und unter einem Partialdruck von etwa 5 at angewandten
Sauerstoff durch auf 41 at komprimierte Luft äquivalenten Sauerstoffpartialdrucks
mit wirtschaftlichem Vorteil zu ersetzen.