DE1442899A1 - Verfahren zur Herstellung einer inerten oder reduzierenden,hauptsaechlich Stickstoff enthaltenden Atmosphaere aus Ammoniakgas und Verbrennungsgasen eines Kohlenwasserstoffes - Google Patents

Description

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Societe Chimique de la Grande Paroisse, Azote et Produits Chimiques, 8 Rue Cognacq-Jay, Paris 7e, Frankreich

Verfahren zur Herstellung einer inerten oder reduzierenden, hauptsächlich Stickstoff enthaltenden Atmosphäre aus Ammoniakgas und Verbrennungsgasen eines Kohlenwasserstoffes

Priorität: 957 115 vom 13. Dezember 1963 in Frankreich

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer inerten oder reduzierenden, hauptsächlich Stickstoff enthaltenden Atmosphäre. Eine solche Atmosphäre enthält häufig auch einen ziemlich geringen, aber nicht zu vernachlässigenden Anteil an reduzierendem Gas, nämlich Wasserstoff, Kohlenoxyd und/oder Methan. Eine derartige Atmosphäre wird häufig für metallurgische Arbeitsgänge, z.B. zum Blankglühen oder zur Zementierung, verwendet. Infolge unvermeidlicher Leckverluste verbrauchen Arbeitsvorgänge, die in grossen Öfen durchgeführt werden und bei denen man einen leichten Überdruck aufrechterhalten muss, eine nicht zu vernachlässigende Gasmenge. Dadurch ist man veranlasst, das Schutzgas nicht aus Druckgasflaschen, sondern aus einer Anlage

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liefern zu lassen, die es unter Verbrauch von Rohstoffen erzeugt, die man sich leicht beschaffen kann, wie z.B. Ammoniakgas.

Das Verfahren nach der Erfindung führt zu Anlagen, deren Mengenleistung ebenso wie die Zusammensetzung des erzeugten Gases erheblich verändert werden kann. Das Verfahren ist wirtschaftlich, insbesondere weil der Ammoniakverbrauch viel geringer ist als bei einfachen Ammoniakbrejinern und weil z.B. Propan weniger kostspielig als Ammoniak ist und viel mehr Luft als -Stickstoff verbraucht. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens die folgenden Stufen umfasst:

a) Man lässt Kohlenwasserstoffe mit Luft,beispielsweise mit 1 bis 3 $ Luftüberschuss oder ohne Luftübersehuss,verbrennen.

b) Man zersetzt Ammoniakgas durch Wärme unter Ausnutzung eines Teils der in Stufe a) erzeugten Wärme.

c) Man vermischt die in den Stufen a) und b) erzeugten Gase und beseitigt den Sauerstoff durch Vereinigung mit einem Teil des in diesen Gasen enthaltenen Wasserstoffs in Gegenwart eines Katalysators.

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nach der Erfindung ergibt sich aus folgenden Zahlen: Um 100 m einer Atmosphäre von 98 fo M₀ und 2 fi H₀ herzustellen, verbrennt man im

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Durchschnitt 2,7 m Ammoniakgas und 5 m Propan. Ein Ammoniakbrenner benötigt 31 m dieses Gases für dasselbe Ergebnis.

Die Zeichnung erläutert schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die verwendete Luft wird auf ungefähr 0,2 Bar im Kompressor 2 verdichtet und dann im Mengenmesser 4 gemessen. Er speist einen Brenner 5, der ausserdem Propan von einem Mengenmesser 6 erhält. Das Propan wird durch Leistung 8 in die Anlage eingeführt. Es geht durch eine Schlange 9 eines Verdampfers 10 in einen Druckminderer 12, von dort in den Mengenmes-

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ser 6 und gelangt zum Brenner 5, wo die Luft des Kompressors 2 die Verbrennung unterhalt.

Vom Brenner 5 ergieesen sich die Verbrennungsgase in eine Kammer 14, wo sich die Verbrennung vollzieht. Diese mit feuerfestem Material ausgekleidete Kammer enthält einen Ammoniakspalter 16. Die Gase gehen dann in den Verdampfer 10, wo sie das Wasser erwärmen, das als Wärmemittel für die Verdampferschlangen dient, und wo sie beginnen, sich abzukühlen. Dann gehen die Dämpfe in eine Schlange 17 eines Wasserkühlers 18 und in den Gasometer 20. PUr die Einschaltperiode ist ein Gasauslasshahn 22 am Eingang der Schlange 17 vorgesehen; eine Wassersperre 24 am Ausgang gestattet, Kondenswasser abzuziehen. Das Ammoniakgas tritt bei 26 in die Anlage in verflüssigter Form ein. Es wird in einer Schlange 27 des Verdampfers 10 verdampft, im Druckminderer 28 entspannt, in einem Mengenmesser 30 gemessen und dann in die Spalteinrichtung 16 eingeführt. In diesem Gerät wird das Ammoniak in Wasserstoff und Stickstoff unter gemeinsamer Einwirkung der Verbrennungswärme des Propans, die in der Kammer 14 herrscht, und eines Katalysators zersetzt, mit welchem es aich dann in Berührung befindet. Dieser Katalysator kann in bekannter Weise Eisen oder Nickel zur Grundlage haben.

Das aus der Spalteinrichtung austretende Gas vermischt sich am Punkt 32 mit den aus der Schlange 17 austretenden Verbrennungsprodukten. Im allgemeinen ist es überflüssig, ein Gerät zur besonderen Abkühlung des Krackgases vorzusehen, weil sein Anteil im Verhältnis zu den Verbrennungsprodukten nur in der Grössenordnung von 1 : 10 liegt.

Die sich an der Vereinigungsstelle 32 bildende Mischung, die in den Gasometer 20 gelangt, enthält:

Stickstoff aus der Luft, die das Propan verbrannt hat,und aus der Ammoniakzersetzung.

Wasserstoff aus der Ammoniakzersetzung.

Sauerstoff, der nicht umgesetzt ist oder Kohlenoxyd je nach dem Luftanteil im Verhältnis zum Pro.pan.

Kohlendioxyd und Wasserdampf. BAD 9 0 9 8 5 0/1011

Gewisse Bestandteile dieser Mischung müssen beseitigt werden, damit die Anlage das Gas gewünschter Zusammensetzung liefert. Ein Kompressor 34 verdichtet die aus dem Gasometer austretende Mischung auf 8 Bar und fördert sie zum unteren Teil einer Kolonne 36. Diese ist mit PAL-Ringen ausgerüstet, auf denen von einer Pumpe 38 gefördertes Wasser herabrieselt. Dieses Wasser belädt sich mit Kohlendioxyd und tritt bei 40 aus der Kolonne aus. Die oben aus der Kolonne 36 abgehende Mischung ist zum grössten Teil von ihrem Kohlendioxydgehalt befreit und tritt in ein DEOXO-Gerät 42 ein. Dieses enthält einen Palladiumkatalysator, der selbst bei Umgebungstemperatur die ,Vereinigung des Sauerstoffes mit dem Wasserstoff hervorruft, dessen Gehalt in der Mischung an dieser Stelle über diejenige Menge hinausgeht, die für diese Vereinigung notwendig ist. Der Sauerstoff wird so praktisch vollständig entfernt.

Diese vom Sauerstoff befreite, aber erhitzte Mischung geht dann in die Schlange 43 des Kühlers 18, an deren Ausgang ein automatischer Kondenstopf 44 das Kondenswasser entfernt.

Durch eine Leitung 46 wird die Mischung zu einer Adsorbergruppe 50, 52 geführt, wo Kohlendioxyd nahezu vollständig und praktisch das ganze Wasser entfernt werden. Am Ausgang der Adsorbergruppe kann die Mischung zu den Verbräuchsgeräten geleitet werden.

Wenn man einen leichten Sauerstoffüberschuss von z.B. 1 bis 3 $ verwendet hat, erhält man so eine Mischung von Stickstoff und Wasserstoff. Der Wasserstoffgehalt kann einfach abgewandelt werden, indem man das Mengenverhältnis des Ammoniaks verändert. Durch merkliche Verminderung der Luftmenge erhält man eine Mischung, die Kohlendioxyd enthält. Durch Erhitzung des Katalysators des DEOXO-Gerätes auf etwa 300° C kann man durch Umsetzung mit dem aus der Ammoniakkrackung stammenden Wasserstoff einen Teil des Kohlenoxydes in Methan umwandeln, und die Mischung kann dann für Zementierungen in der Gasphase verwendet werden.

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Die dargestellte Adaorbergruppe "besteht aus zwei Kolonnen 50 und 52, die z.B. mit künstlichem Zeolit ausgefüttert sind. Eine Kolonne reinigt dann, während die andere in der Regenerierung steht. Diese Regenerierung erfolgt sehr einfach, indem man durch Leitung 54 den zu regenerierenden Adsorber an den Gasometer anschliesst. Wasser und Kohlendioxyd werden durch den Zeolit im Adsorber unter 8 Bar festgehalten, während der Druck im Gasometer wenig oberhalb Luftdruck liegt. Diese Desorption durch starke Drucksenkung wird durch eine Ausspülung vervollständigt, die mittels eines Stromes von zu reinigendem Gas erfolgt. Die so desorbierten Gase werden zum grössten Teil in dem Wasser aufgelöst, das in der Kolonne 36 wirksam ist. Der Rest wird durch die Adsorbergruppe 50 und 52 festgehalten werden, von wo er, wie schon beschrieben, ausgetrieben wird.

Diese Anlage gestattet durch das einfache Spiel leichter Regelungen, Gase von sehr verschiedener Zusammensetzung zu erhalten, wie z.B.

90 ?6 N₂ + 10 ^ H₂

98 # N₂ + 2 ^ H₂

96 ^ N₂ + 4 f> CO

96 j» N₂ + 2 j, GO + 2 i> OH₄.

Mit einer Anlage, die gut arbeitet, ist der Gehalt an Kohlendioxyd gering und zwar unterhalb 0,10 $, und der Taupunkt liegt in der Grössenordnung von -70° 0. Den Gehalt an CO₂ kann man leicht noch weiter absenken, indem man beispielsweise einen Beutel mit festem Ätznatron am Ausgang des Adsorbers einschaltet oder auch, indem man die Regenerierung der Adsorber unter Vakuum abschliesst. Wenn man die Ammoniakspaltung und die Adsorbergruppe abschaltet und wenn man den Wasserzutritt zur Kolonne 36 mässigt oder abschaltet, kann man Gemische erzielen, die Kohlendioxyd enthalten.

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Claims (2)

H42899 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer hauptsächlich Stickstoff enthaltenden, inerten oder reduzierenden Atmosphäre aus Ammoniak und Verbrennungsgasen eines Kohlenwasserstoffes, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens folgende Stufen umfasst:

a) Man lässt Kohlenwasserstoffe mit luft, beispielsweise mit 1 bis 3 $ Luftüberschuss oder ohne Luftüberschuss, verbrennen.

b) Man zersetzt Ammoniakgas durch Wärme unter Ausnutzung eines Teils der in Stufe a) erzeugten Wärme.

c) Man vermischt die in den Stufen a) und b) erzeugten Gase und beseitigt den Sauerstoff durch Vereinigung mit einem Teil des in diesen Gasen enthaltenen Wasserstoffs in Gegenwart eines Katalysators.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das am Schluss der Stufe c) erhaltene Gas anschliessend von seinem Kohlendioxyd oder seinem Wasserdampf oder beiden befreit wird.

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