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Verfahren zur Reinigung von Kohlengasen mittels Ammoniak. Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Kohlengasen, bei dem die gekühlten ammoniakhaltigen
Rohgase von ihren hauptsächlichsten Verunreinigungen, wie Schwefelwasserstoff und
Kohlensäure, durch die bekannte Einwirkung von zusätzlich eingeführtem Ammoniak
befreit werden, und sie bezieht sich insonderheit auf eine solche Ausführungsweise
dieses Reinigungsverfahrens, bei der das zum Reinigen dienende Ammoniak in Form
von verdichtetem Ammoinakwasser mit den Gasen zusammengebracht wird.
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Das neue Verfahren möge an Hand der Zeichnung erläutert werden, die
in einer Aufrißdarstellung, zumeist in senkrechtem Schnitt, eine Einrichtung zur
Ausübung des Verfahrens wiedergibt. Die von den Ofen herkommenden Rohgase, die mit
Teer, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Kohlensäure und anderen verunreinigenden Stoffen
beladen sind, werden zunächst durch die Leitung r einer Anlage von Kühlern 2 zugeführt,
um in ihnen bis ungefähr auf die Temperatur der Außenluft herabgekühlt zu werden.
Die Kühler 2 sind hier als Wasserröhrenkühler gezeichnet, die ihr Kühlwasser bei
3 empfangen und bei q. erwärmt abgeben. Bei dieser Kühlung der Rohgase scheiden
sich aus ihnen der Teer und die Hauptmasse des Wasserdampfgehalts als schwachammoniakhaltiges
Kondensat ab und fließen durch Rohre 5 in einen Sammelbehälter 6 weg, in welchem
sich diese Flüssigkeiten nach dem verschiedenen spezifischen Gewicht in eine untere
Schicht Teer und eine obere Schicht Ammoniakwasser .scheiden. Durch eine im Innern
des Behälters 6 liegende Kühlschlange 69 wird das ursprünglich warme Ammoniakkondensat
gekühlt, um es zu seiner späteren Verwendung als Ammoniakwaschwasser geeignet zu
machen. Aus den Kühlern 2 treten die Gase, die nunmehr keinen Teer, sondern nur
noch Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Kohlensäure u. a. als Verunreinigungen
aufweisen,
in eine aus vier Hordenwaschern 8, 9, io, i1 bestehende Anlage ein, in der ihnen
die genannten Stoffe gemäß der Erfindung in der noch näher zu beschreibenden Weise
entzogen werden. Die vier Wascher 8, 9, io, ii werden von oben her mit den darüber
geleiteten Waschflüssigkeiten berieselt und besitzen für ihre Abläufe gesonderte
Sammelbehälter 12, 13, 14, 15. Sie sind durch Rohrleitungen 16, 17, 18 für die durchzuleitenden
Gase so miteinander verbunden, daß die Gase sämtlicher Wascher der Reihe nach hintereir_-ander
durchströmen müssen. Zum Hochfördern der verschiedenen Waschflüssigkeiten auf die
Spitzen der einzelnen Wascher dienen Pumpen 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 mit zugehörigen
Druckleitungen 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36. Aus dem letzten Wascher 1i ziehen die
Gase durch die Leitung ig unter der Wirkung eines Gassaugers 28, der sie durch die
ganze Anlage zu fördern hat, ab und werden nun noch durch die Leitung 2g einem Ammoniaksättiger
37 mit einer Verteilglocke 38 zugeführt, in dem die noch im Gase vorhandenen Mengen
Ammoniak durch Schwefelsäure absorbiert und so als festes Ammoniumsulfat gewonnen
werden. Aus dem Sättiger 37 ziehen die ammoniakfreien Gase durch den Rohrstutzen
40 ab, um den Stellen ihrer weiteren Verwendung zugeleitet zu werden.
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Die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens enthält ferner eine Abtreibeanlage
zum Aufarbeiten der entfallenden Ammoniakwässer, die aus der Ammoniakabtreibekolonne
41 mit Rückflußkühler 42, dem Kohlensäure- und Schwefelwasserstoffabtreiber 43 mit
Barübergebauter Waschkolonne 44 und den beiden. Kühlern 45 und 46 besteht. Zu dieser
Anlage gehören ferner die beiden Sammelbehälter 47 und 48 für die Abläufe der Kühler
45 bzw. 46, und die Förderpumpe 27 zum Aufbringen des abzutreibenden Ammoniakwassers.
Die Pumpe 27 entnimmt das zu verarbeitende Arnmoniakwasser durch eine Rohrleitung
50 dem Sammelbehälter 12 des ersten Gaswaschers 8 und fördert es durch die
Druckleitung 51 auf die Spitze des Schwefelwasserstoffabtreibers 43, aus dessen
Fuß es später durch das Siphonrohr 49 auf die Spitze der Ammoniakabtreibekolonne
41 auffließt. Von dieser Kolonne 41: aus führt außerdem oben ein Dämpfrohr 52 in
den Fußteil des Schwefelwasserstoffabtreibers 43 hinein, während an ihrem Fuß ein
Frischdampfrohr 70 und ein Abflußrohr 54 für das fertig abgetriebene Wasser vorgesehen
sind. In dem Schwefelwasserstoffabtreiber 43 wird das auffließende Ammoniakwasser
durch entgegenströmende heiße Dämpfe, die durch das Rohr 52 aus der Ammoniakabtreibekolonne
41 abziehen, gegebenenfalls unterstützt durch Zufuhr von Frischr1r:nipf, bis auf
eine .etwas unter ioo ° C bleibende Temperatur errwärmt, wodurch die vom Wasser
aufgenommenen, das Ammoniak begleitenden Verunreinigungen des Rohgases, hauptsächlich
Schwefelwasserstoff und Kohlensäure, fast vollständig ausgetrieben werden. Die ausgetriebenen
Gase ziehen durch die übergebaute Waschkolonne 44 und weiter durch die Rohrleitung
58 ab. Die Waschkolonne 44 kann durch die Leitung 56, die von der Druckleitung 3o
der Förderpumpe 2o abzweigt und ein Absperr- und Regelorgan 57 enthält, mit gekühltem
Gaswasser aus dem Behälter 6 berieselt werden, wodurch je nach Belieben ein größerer
oder kleinerer Teil des Ammoniaks, das die die Waschkolonne 44 durchziehenden Gase
mit sich führen, zurückgehalten und in den Schwefelwasserstoffabtreiber 43 zurückgeführt
werden kann. Einstweilen kann aber von der Wirkung dieser Waschkolonne 44 hier abgesehen
werden.. Das in dem. Schwefelwasserstoffabtreiber 43 behandelte Wasser, das im wesentlichen
nur noch Ammoniak enthält, fließt nunmehr durch das Siphonrohr 49 auf die Spitze
des Ammoniakabtreibers 41 auf, in dem es durch die Einwirkung von Wasserdampf und
Kalk von der Gesamtmenge seines freien und gebundenen Ammoniaks befreit wird, so
daß es schließlich als völlig abgetriebenes Wasser durch Leitung 54 unten abfließt.
Das in der Kolonne 41 ausgetriebene Gemisch von Ammoniak und Wasserdampf zieht oben,
soweit es nicht durch da3 Rohr 52 in den Schwefelwasserstoffabtreiber 43 übertritt,
in den Rückflußkühler 42 und weiter durch die Leitung 53 ab. In dem Rückflußkühler
42, der z. B. ein einfacher stehender Röhrenkühler mit Wasser als Kühlmittel sein
kann, wird aus dem durchtretenden Dampfgemisch ein Teil des Wasserdampfes kondensiert,
dem sich gleichzeitig ein Teil Ammoniak zumischt. Das entstehende Kondensat, das
ein mäßig starkes Ammoniakwasser mit vielleicht 1o Prozent Ammoniakgehalt darstellt,
wird durch das Siphonrohr 55 einem Schlangenrohrkühler 45 zugeleitet, um in diesem
mittels Kühlwassers auf gewöhnliche Temperatur herabgekühlt zu werden, und schließlich
in dem Behälter 47 gesammelt. Das aus dem Rückflußkühler 42 durch die Leitung 53
entweichende Dampfgemisch wird in dem Kühler 46 vollständig zu verdichtetem Ammoniakwasser
von hohem Stärkegrade, etwa 2o bis 25 Prozent Ammoniakgehalt, verdichtet und zugleich
ebenfalls auf gewöhnliche Temperatur herabgekühlt, bevor es in den Sammelbehälter
48 abfließt.
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Die in der Verdichtungsanlage gewonnenen, in den Behältern 47 und
48 aufgespeicherten verdichteten Ammoniakwässer von verschiedenen Stärkegraden werden
nun gemäß der Erfindung als Waschflüssigkeiten in den beiden vom gekühlten Rohgase
zuerst betretenen Waschern 8 und 9 verwendet, um hierin die Rohgase
von
ihren Verunreinigungen, namentlich Schwefelwasserstoff und Kohlensäure, in wirksamer
Weise zu befreien. Zu diesem Zwecke wird das stark verdichtete Wasser aus dem Behälter
48 durch eine Pumpe 25 mit Druckleitung 35 auf die Spitze des ersten Waschens 8
und ebenso das schwach verdichtete Wasser aus dem Behälter 47 durch eine Pumpe 26.
mit Druckleitung 36 auf die Spitze des zweiten. Waschens 9 geleitet. Auf diese Weise
wird. aus den Gasen, die in den ersten. Waschen 8 mit der Gesamtmenge ihrer Verunreinigungen
eintreten, hierin mit Hilfe des darüber geleiteten stark verdichteten Ammoniakwassers
erst die Hauptmenge der Verunreinigungen ausgewaschen, worauf ihnen der Rest derselben.
in dem zweiten Waschen 9 mittels schwächer verdichtetem Ammon'iakwasser entzogen
wird. Man erreicht also eine vorteilhafte Verwertung der beiden .verschiedenartigen
Ammoniakwässer, die im Betriebe der Verdichtungsanlage entfallen-, und erspart außerdem
das sonst übliche Rückführender Kondensate des Rückflußkühlers 42 in die Abtreibekolonne
41, das eine erhebliche Belastung und Verteuerung des Betriebes darstellt. Die von
den Gaswaschern 8 und 9 ablaufenden Waschflüssigkeiten sammeln sich in den zugehörigen
beiden Behältern 12 und 13. Die aus dem zweiten u'ascher 9 durch die Leitung 17
austretenden Gase enthalten im wesentlichen nur noch Ammoniak, das ihnen nunmehr
in weiteren Waschern io und ii durch Wasser gänzlich oder teilweise entzogen wird.
Zu diesem Zwecke wird beispielsweise der nächstfolgende Waschen io durch die Leitung
30 und die Pumpe 2o mit dem schwach ammoniakhaltigen gekühlten Gaswasser
aus dem Behälter 6 und der letzte Waschen ii zur weitergehenden, gegebenenfalls
vollständigen Auswaschung des Ammoniaks durch die Leitung 34 und die Pumpe 24 mit
Frischwasser berieselt, das diese Pumpe mittels der Saugleitung 67 aus einem Vorratsbehälter
66 entnimmt. Die von den Gaswaschern io und ix ablaufenden Waschflüssigkeiten werden
wieder in zugehörigen Behältern 14 und 15 aufgesammelt. Ferner sind für die drei
ersten Waschen 8, 9 ur_d io roch besondere Förderpumpen 21, 22, 23 mit zugehörigen
Druckleitungen 31, 32, 33 vorgesehen., mit deren Hilfe die von jedem Waschen abgelaufene
ammoniakhaltige Waschflüssigkeit immer dem vorhergehenden Wa;clif,r zugesetzt werden
kann. Auf dicse Weise werden sämtliche Waschflüssigkeiten hintereinander zu eircm
zusammenhängenden Strome vereinigt, der durch die Reihe der verschiedenen Waschen
hindurch unter - stufenweiser Zunahme seines Ammoniakgebalts entgegengesetzt der
Strömungsrichtung der Gase gefördert wird und schließlich in dem Sammelbehälter
12 des ersten Waschens 8 als ein einziges Erzeugnis in Ge->tal± von starkem Ammoniakwasser
gesammelt wird, das der Weiterverwendung, nämlich der Aufarbeitung in der Verdichtungsanlage,
bedarf.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Zeichnung ist vorausgesetzt,
daß in den. letzten Gaswaschern io und ii keine vollständige Auswaschung des Ammoniaks
der Gase mittels Wasser stattfindet, was übrigens in solchen Fällen der Rohgasreinigung
durch Ammoniak wohl dis Regel bilden wird, und deshalb ist hier noch eine Einrichtung
zur Gewinnung des restlichen Ammoniaks der Gase vorgesehen. Diese Gewinnung erfolgt
in dem Ammoniaksättiger 37 für die ammoniakhaltigen Kohlengase, der mit einem Vorsättiger
61 für die ammoniakhaltigen, durch eine Rohrleitung 58 herangeführten Abgase des
Schwefelwasserstoffabtreibers 43 der Verdichtungsanlage zusammenarbeitet. Der Abzweig
59 der Leitung 58 bleibt dabei für den vorliegenden Fall durch ein Absperrorgan
6o verschlossen und ausgeschaltet. In beiden Sättigern 37 und 61 werden die ammoniakhaltigen
Gase mit Schwefelsäure zur Gewinnung dcs Ammoniaks als Ammoniumsulfat gewaschen.
Die erforderliche Schwefelsäure wird aus einem Vorratsbehälter 68 entnommen und
durch eire Druckleitung 62 etwa mittels Druckluft in den Vorsättiger 61 heraufbefördert.
Aus diesem hießt die säure- und sulfathaltige Sättigungsflüssigkeit in dem Maße,
wie frische Säure nachströmt, durch die Leitung 63 in den Hauptsättiger 37 ab. Da
in dem Vorsättiger nur ein Teil der Säure an Ammonialc gebunden wird, bleibt hier
das Salz in Lösung, erst in dem Hauptsättiger 37 erfolgt die vollständige
Bindung der Säure und die Ausfällung alles Ammoniaks in Form von festem Salz, das
durch den Ejek-tor 39 herauszubefördern ist. Die aus dem Vorsättiger 61 entweichenden
ammoniak- i freien Abgase, die hauptsächlich aus Schwefelwasserstoff und Kohlensäure
bestehen, werden durch eine Rohrleitung 64. in eine Anlage 65 eingeleitet, in der
der Schwefelwasserstoffgehalt durch irgendein bekanntes Verfahren zu Schwe- i felsäureaufgearbeitetwird.
Beispielsweisekönnte man den Schwefelwasserstoff mit Luft zu Schwefeldioxyd verbrennen
und aus diesem nach dem Kontaktverfahren Schwefelsäure herstellen. Die gewonnene
Schwefelsäure wird in den Behälter i 68 aufgesammelt und in der beschriebenen Weisr
für den Betrieb der Ammoniaksättiger 61 und 37 verwendet. Da erfahrungsgemäß der
Schwefelgehalt von Kohlengasen meist größer ist alein_er dem ganzen Ammoniakgehalt
chemisch äquivalenten; zu dessen Bindung als Sulfat erforderlichen Menge Schwefelsäure
entsprechen würde, so läßt sich in der Regel der ganze Bedarf an Schwefelsäure für
den Sättigerbetrieb in der angegebenen Weise decken. -Beim Betriebe der Gaswascheranlage
wird in Verbindung mit dem hier vorausgesetzten Gasreinigungsverfahren
in
der Regel eine Ammoniakmenge durch Waschwasser aus den Gasen ausgewaschen, die das
mit der Reinigungsflüssigkeit, dem verdichteten Ammoniakwasser, in die Gase zurückgeführte
Ammoniak und einen Teil des ursprünglichen Ammoniakgehalts der Rohgase umfaßt. Die
Gaswascher können aber auch in solcher Weise ausgebildet und betrieben werden, daß
die Rohgase in ihnen vollständig durch Wasser von Ammoniak befreit werden, womit
also die Anfügung einer Sättigeranlage für Säurewaschung überflüssig werden würde.
Für diesen Fall wird man zweckmäßig die Verdichtungsanlage so ausgestalten und betreiben,
daß sie das ganze im Betriebe entfallende Ammoniakwasser zu verdichtetem Ammoniakwasser
aufarbeiten kann, also nicht nur die zur Rohgasreinigung erforderlichen Mengen Starkwasser,
sondern noch eine überschießende, dem ganzen ursprünglichen Ammoniak der Rohgase
entsprechende Menge an stark verdichtetem Ammoniakwasser als gewinnbares Fertigerzeugnis
liefern kann. Da es dann aber bei Fortfall der Sättigeranlage nicht erwünscht wäre,
daß durch die Abzugsleitung 58 des Schwefelwasserstoffabtreibers 43 zusammen mit
dem Schwefelivasserstoff und Kohlensäuregasen noch nennenswerte Anteilmengen Ammoniak
wegzögen, so wird in diesem Falle die auf dem Schwefelivasserstoffabtreiber 43 aufgebaute
Waschkolonne 44 in der schon angedeuteten Weise durch die Leitung 56 und die Pumpe
2o mit einer solchen Menge gekühlten Gaswassers aus dem Behälter 6 beschickt, daß
durch dessen Waschwirkung eine vollständige Zurückhaltung des Ammoniaks aus den
Abgasen des Schwefelwasserstoffabtreibers 43 erreicht wird. Die nunmehr ammoniakfreien,
schwefehvasserstoffhaltigen Abgase des Schwefelwasserstoffabtreibers 43 können daher
durch die Leitung 58 unmittelbar einer Anlage zur Verwertung ihres Schwefelgehalts
zugeführt werden. Zu diesem Zwecke ist die Abzweigleitung 59 vorgesehen, die bei
geöffnetem Absperrorgan 6o die Abgase unmittelbar durch die Leitung 64 der schon
erwähnten Anlage 65 zur Aufarbeitung des Schwefelwasserstoffs zuführt. Die Aufarbeitung
in der Anlage 65 braucht dabei durchaus nicht auf die Gewinnung von Schwefelsäure
als Enderzeugnis gerichtet zu sein, da für solche im vorliegenden Falle keine unmittelbare
Verwertung innerhalb des ganzen Verfahrens gegeben sein würde; vielmehr könnte man
den Schwefelwasserstoff auch in bekannter Weise, z. B. in einem, sogenannten »Clausofen«,
mit einer beschränkten Menge Sauerstoff oder Luft zu Schwefel oxydieren, der ebenfalls
ein brauchbares und beliebtes Handelserzeugnis darstellt und bei Bedarf später selbst
wiederum als Rohstoff für die Erzeugung von Schwefelsäure dienen könnte.