DE233031C

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Publication number: DE233031C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVi 233031-KLASSE 121. GRUPPE

Verfahren zur Konzentration von verdünnter Salpetersäure.

Patentiert im Deutschen Reiche vom Ii. April 1909 ab.

Bei der Herstellung von Salpetersäure durch Oxydation des Luftstickstoffes unter Einwirkung des elektrischen Lichtbogens wurde die Säure bis jetzt in sehr verdünnter Form — im allgemeinen als 25 bis 40 prozentige Säure — gewonnen und dann durch Überführung in Nitrat verwertet, indem die Lösung mit einer geeigneten Base, für gewöhnlich Kalk, neutralisiert und die gewonnene Nitratlösung eingedampft wurde.

Der durchaus größte Teil der elektrischen Energie wird bei dieser Oxydation des Luftstickstoffes in Wärme umgesetzt, so daß die von den elektrischen Öfen kommenden Gase eine Temperatur bis auf 700 ° C. aufweisen, und es ist schon u. a. in Vorschlag gebracht worden, die Wärme dieser Gase für die genannte Eindampfung der Nitratlaugen zu verwerten.

Die Ursache dafür, daß die Stärke der Säure bei der bis jetzt üblichen Herstellungsmethode durch direkte Absorption nicht über die genannte Grenze getrieben. werden kann, ist diejenige, daß, da der Gehalt an Stickstoffoxyden in der aus den elektrischen Öfen kommenden Luft sehr gering ist, ein sehr kräftiges Waschen des Gasgemisches mit schwacher Säure und Wasser erforderlich ist, um. die Stickstoffverbindungen möglichst vollständig in Form von Salpetersäure zu binden.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun, eine direkte Herstellung hochkonzentrierter Salpetersäure, wie sie für die Bedürfnisse der Industrie erforderlich ist, aus der in oben an-

!5 gegebener Weise gewonnenen verdünnten Säure zu ermöglichen, und zwar unter Ausnutzung der Wärme der aus den elektrischen öfen kommenden, Stickstoffoxyde enthaltenden Luft. Zur Erreichung dieses Zweckes wird die verdünnte Salpetersäure zunächst so weit vorkonzentriert, wie es durch direkte Berührung mit Heizgasen wirtschaftlich erreichbar ist, und dann die so gewonnene vorkonzentrierte Salpetersäure nach dem bekannten Destillierverfahren mit konzentrierter Schwefelsäure auf hochkonzentrierte Salpetersäure weiterverarbeitet. Das Verfahren wird im wesentlichen derart ausgeführt, daß die aus dem Vereinigungsraum kommenden heißen Gase zuerst behufs Konzentration von Schwefelsäure einen Schwefelsäurekonzentrationsapparat heizen, welcher mit verdünnter Schwefelsäure von der Destillation des Gemisches von konzentrierter Schwefelsäure mit vorkonzentrierter Salpetersäure gespeist wird, dann einen Turm von außen heizen, der mit dem Gemisch von konzentrierter Schwefelsäure mit vorkonzentrierter Salpetersäure behufs Abdestillation von hochkonzentrierter Salpetersäure beschickt wird, und darauf systematisch eine Reihe von Türmen durchströmen, deren letzter mit der zu konzentrierenden verdünnten Salpetersäure und deren vorhergehende mit der Salpetersäure der folgenden Türme berieselt werden.

Es ist von wesentlicher Bedeutung, daß die Reihenfolge, in welcher die Wärme der Gase ausgenutzt wird, die oben angegebene ist, um einen zufriedenstellenden pyrometrischen Effekt zu erreichen. Zur Konzentration der Schwefelsäure ist nämlich die höchste Temperatur erforderlich, und zu diesem Zweck wird die Wärme der Gase von rund 700 ° C. bis rund

5οο bis 450 ° C. ausgenutzt, zum Abdestillieren der hochkonzentrierten Salpetersäure wird die Wärme der Gase von 500 bis 450° C. bis 350 bis 300⁰C. verwertet, und der Rückstand bis zu 75 bis 50⁰C. wird zur Konzentration der verdünnten Salpetersäure verwendet. Die Vorkonzentration der verdünnten Salpetersäure kann wirtschaftlich nicht über eine Stärke von 58 bis 60 Prozent getrieben werden.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein' Ausführungsbeispiel einer zur Ausführung des Verfahrens verwendbaren Anlage scliematisch dargestellt. Fig. I zeigt eine Seitenansicht der Anlage teilweise im Schnitt, und Fig. 2 ist ein wagerechter Schnitt nach der Linie II-II in Fig. i, wobei ein Teil der Anlage weggelassen ist. Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine andere Ausführungsform eines Teiles der in Fig. ι und 2 dargestellten Anlage.
In dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele ist A (Fig. 2) ein elektrischer Ofen zur Oxydation des Luftstickstoffes. Der Ofen A ist durch einen wärmeisolierenden Kanal k (Fig. 1 und 2) mit einem die Kessel P₂, P₁ enthaltenden Räume k₁ (Fig. 1) verbunden. Die Kessel P₂, P₁ dienen zur Konzentration von verdünnter Schwefelsäure; sie sind mit einem Zuflußrohr ν für verdünnte Schwefelsäure versehen. S₁, S₂ sind Abzugsrohre für die von der Schwefelsäure abdestillierten Wasserdämpfe, welche mit Kühlapparaten D₁, D₁ verbunden sind. t ist eine Abzugsleitung für die konzentrierte Schwefelsäure, durch welche die Säure einem Kühler I₁ und dann einer Säurepumpe m_x zufließen kann. Von der Pumpe W₁ führt eine Rohrleitung I nach dem Behälter R₂.

T ist ein Ofenschacht, dessen unterer Teil mit dem Räume A₁ in Verbindung steht und der eine Kolonne α enthält. Diese Kolonne, welche zweckmäßig mit säurefestem Material gefüllt ist, steht unten durch das Rohr ν mit den Kesseln P₁. und P₂ in Verbindung, und oben ist sie mit einem Zuflußrohr O₁ versehen, durch welches ihr ein Gemisch aus vorkonzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Schwefelsäure von dem Mischapparat R zugeführt werden kann. b ist ein Rohr, welches vom oberen Teil der Kolonne α nach einer Reihe von Bombonnen C₁, C₂ führt, die als Kondensatoren für Salpetersäuredämpfe dienen. A₁ ist ein Behälter für vorkonzentrierte Salpetersäure.

T₁, T₂, T₃ und T₄ sind Türme, welche durch Kanäle d, e, f miteinander, in einer Reihe verbunden sind. Der obere Teil des Ofenschachtes T ist durch einen Kanal c mit dem unteren Teil des Turmes T₁ verbunden, so daß ein kontinuierlicher Weg für die aus dem Schachte T abziehenden Gase durch sämtliche Türme T₁ bis T₄ vorhanden ist. E ist ein Exhaustor, welcher die Heizgase durch ein Rohr g vom oberen Teil des Turmes T₁ absaugen und sie an andere in der Zeichnung nicht dargestellte Absorptionstürme durch die Rohrleitung h abliefern kann. m₆, w₅,

sind Säurepumpen, mittels welcher

die Salpetersäure durch Rohrleitungen r₆, f₆, T₁ und r₃ in über den Türmen T₄, T₃, T₂, T₁ aufgestellte Säurebehälter R₆, R₅, A₄ und R₃ gefördert werden kann. . W₂ ist eine Säurepumpe, mittels welcher die vorkonzentrierte Salpetersäure durch eine Rohrleitung r₂ dem Behälter B₁ zugeführt werden kann. Die Behälter R₆, R₆, R₁ und R₃ sind mittels Rohrleitungen «₈, «₄, a₃ und a₂ mit den oberen Enden der Türme T₄, T₃, T₂ und T₁ verbunden, deren untere Enden mit den Säurepumpen m_s, w₄, W₃ und W₂ durch Rohrleitungen W₅, w₄, n₃ und w, verbunden sind.

Das Verfahren kann mit der beschriebenen. Anlage beispielsweise in der folgenden Weise ausgeführt werden:

Die aus dem elektrischen Ofen A kommende, auf eine Temperatur von z.B. 700⁰C. erhitzte Luft strömt durch den Kanal k nach dem Räume Ii₁, umspült die Kessel P₂ und P₁ und konzentriert die darin befindliche Schwefelsäure, während sie selbst z. B. bis auf eine Temperatur von 500 bis 450⁰C. abgekühlt wird. Die konzentrierte Schwefelsäure wird durch die Säurepumpe t_x und die Leitung I nach dem Behälter R₂ gefördert und dann in unten angegebener Weise für die Salpetersäuredestillation verwendet; Die Luft strömt dann durch den Ofenschacht T und erhitzt dabei die Kolonne α von außen, wobei sie selbst bis auf eine Temperatur von 350 bis 300 ° C. gekühlt wird. Vom oberen Ende des Schachtes α strömt die Luft durch c, T₁, d, T₂, e, T₃, f, T₁, g, E und h. Während des Passierens der Luft durch die Türme T₁ bis T₁ wird deren Temperatur durch die direkte Berührung mit der, wie unten näher beschrieben wird, in entgegengesetzter Richtung durch die Türme strömenden verdünnten Salpetersäure allmählich bis auf 70 bis 50⁰C. herabgesetzt.

In nicht dargestellten Absorptionstürmen gewonnene verdünnte Salpetersäure, welche höchstens 40 Prozent Salpetersäure enthält, wird der Säurepumpe m₆ durch eine Rohrleitung M₆ zugeführt und dann durch die Rohrleitung r₆ nach dem Behälter R₆ gefördert. Von dem Behälter R₆ fließt die Säure durch die Rohrleitung a₆ nach dem oberen Teil des Turmes T₄, rieselt durch diesen hinab und fließt dann der Säurepumpe Wt₅ zu. Von dieser letzteren wird die Säure nach dem Behälter i?_g weitergefördert. Die Säure fließt dann durch a₄, T₃, w₄ nach der Pumpe W₄, wird von dieser letzteren nach R₁ gefördert, fließt dann durch «₃, T₂, W₃ nach Pumpe m₃, wird -von dieser

letzteren durch die Rohrleitung r₃ nach R_s gefördert und fließt dann durch a₂, T₁, n_% nach der Pumpe m_z ; von dieser letzteren wird die Säure durch die Rohrleitung r_s nach dem Behälter R₁ gefördert. Während die Luft und die schwache Salpetersäure in entgegengesetzten Richtungen durch die Türme T₁ bis T₄ strömen, vollzieht sich eine fraktionierte Destillation und Konzentration, bei welcher sich die Luft allmählich mit Wasserdampf und Salpetersäuredämpfen -in einem Verhältnis entsprechend einer Säurestärke von etwa 20 bis 25 Prozent sättigt, während die Säure angereichert wird. In dieser Weise wird eine etwa 60 prozentige Salpetersäure gewonnen.

Die so gewonnene 60 prozentige Salpetersäure wird dann im Behälter R mit konzentrierter Schwefelsäure aus dem Behälter R₂ gemischt, worauf das Salpetersäure-Schwefelsäuregemisch durch die Rohrleitung a_x dem oberen Ende der Kolonne α zugeführt wird. Infolge der äußeren Heizung der Kolonne a wird die Salpetersäure in Dampfform gebracht und zieht durch das Rohr b nach den Bombonnen C₁, C₂ ab, worin sie zu konzentrierter Salpetersäure mit einem Gehalt von 90 bis 97 Prozent Säure kondensiert wird. Die Schwefelsäure, mit dem Wassergehalt der der Kolonne α zugeführten vorkonzentrierten SaI-petersäure verdünnt, fließt den Kesseln P₁ und P₂ zu und wird darin wieder auf ihre ursprüngliche Stärke konzentriert.

In Fig. 3 ist eine andere Anordnung der Türme dargestellt. Diese sind hier mit T¹, Γ², T_a ^x und T ² bezeichnet und bilden zwei parallele Systeme, durch welche der erwärmte Gasstrom geleitet wird. Die Säureleitungen sind derart angeordnet, daß die zu konzentrierende schwache Salpetersäure dem Turm T_n ² zugeführt werden kann, um dann nacheinander durch die Türme T²ZT₁₂ ¹, T¹ geleitet zu werden.

Man kann statt der beschriebenen Apparate zur Konzentration von Salpetersäure in der beschriebenen Weise auch andere Apparate für denselben Zweck verwenden. Beispielsweise kann man die Abdestillierung der Salpetersäure und die Konzentration der dabei erhaltenen schwachen Schwefelsäure nacheinander in einem System von kontinuierlich arbeitenden Kesseln ausführen, die in derselben Weise wie die in Fig. ι dargestellten Kessel P₁, P₂, aber in größerer Anzahl angeordnet sind; oder man kann die Konzentration der Schwefelsäure in einem Turmapparat bekannter Gattung unter Verwendung der Wärme des erwähnten Gasstromes entweder direkt oder durch Luft, welche mittels des Gasstromes vorgewärmt, worden ist, ausführen.

Claims

Patent-Anspruch: .

Verfahreil zur Konzentration von verdünnter Salpetersäure wie sie aus den Gasen von der thermochemischen Vereinigung von Stickstoff mit Sauerstoff durch deren Behandlung mit Sauerstoff und Wasser erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Vereinigungsraum kommenden heißen Gase zuerst behufs Konzentration von Schwefelsäure einen Schwefelsäurekonzentrationsapparat heizen, welcher mit verdünnter Schwefelsäure von der Destillation des Gemisches von konzentrierter Schwefelsäure mit vorkonzentrierter Salpetersäure gespeist wird, dann einen Turm von außen heizen, der mit dem Gemisch von konzentrierter Schwefelsäure mit vorkonzentrierter Salpetersäure behufs Abdestillation von hochkonzentrierter Salpetersäure beschickt wird, und darauf systematisch eine Reihe von Türmen durchströmen, deren letzter mit der zu konzentrierenden verdünnten Salpetersäure und deren vorhergehende mit der Salpetersäure der folgenden Türme berieselt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.