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Verfahren zur Gewinnung von Ammoniumbicarbonat aus ammoniak-und kohlensäurehaltigen
Gasen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von festem Ammoniumbikarbonat
aus ammoniak- und kohlensäurehaltigen Gasen, hauptsächlich Kohlendestillationsgasen,
bei welchem die zum Aufbau des Salzes nötige Kohlensäure neben dem erforderlichen
Ammoniak in fortlaufendem Arbeitsgang aus den Gasen selbst gewonnen wird.
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Zur Bildung des Ammoniumbikarbonats aus seinen Bestandteilen finden
bereits versöhiedene Verfahren Anwendung, von denen das bekannteste wohl jenes ist,
bei welchem Kohlensäure in eine starke wäßrige Lösung von Ammoniak, wie sie z. B.
hochverdichtetes Gaswasser darstellt, eingeleitet wird. Für den Erfolg dieses Verfahrens
ist die Verwendung möglichst reiner Kohlensäure von großer Bedeutung; die Beschaffung
derselben war aber bisher meist nur auf Umwegen mit entsprechendem Aufwand an Arbeit
und Kosten möglich.
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Eine Vereinfachung der Darstellung kohlensauren Ainmoniaksalzes erstrebte
ein anderes Verfahren, (amerikanische Patentschrift 10432I2), nach welchem die Kohlensäure
neben dem Ammoniak aus den Kohlendestillationsgasen selbst gewonnen und mit reinem,
gasförmigem Ammoniak in einem Trockenverdichter in Reaktion gebracht wird. Nach
diesem Verfahren wird aus dem von der Rohgaswaschung herrührenden Gaswasser durch
.den bekannten Abtreibeprozeß ein Kohlensäure- und Schwefelwasserstoffgemisch erhalten,
aus welchem zur Gewinnung reiner Kohlensäure der Schwefelwasserstoff mit Hilfe eines
den Sauerstoff zugeführter Luft als Oxydationsmittel benutzenden Oxydationsprozesses
entfernt werden .soll. Die Bindung des Schwefels gelingt zwar auf diese Weise, gleichzeitig
aber wird ,die Kohlensäure durch den bei der, Oxydation frei werdenden Luftstickstoff
und Wasserdampf sowie den kaum zu versneidenden -Luftüberöchuß so beträchtlich verdünnt,
daß sie,-mit dem Ammoniakgas in dem erwähnten Trokkenverdichter zusammengebracht,
nur zu durchaus ungenügender Salzbildung führt. Damit wird die Überleitung der in
diesem Verdichter nicht miteinander in Reaktion getretenen Gase in einen zweiten
.mit Lauge gespeisten Naßverdichter nötig, und-auch in diesem gelingt, wohl wieder
infolge der zu geringen Konzentration der Kohlensäure, nur die Bildung des einfachkohlensauren
Ammoniaksalzes, das wegen seiner Unbeständigkeit technisch nahezu wertlos ist. Abgesehen
von diesen Mängeln haftet diesem Verfahren auch ein großer Nachteil an in der erforderten.
unwirtschaftlichen, den Arbeitsgang unnötig erschwerenden Gewinnung reinen Ammoniakgases.
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Die im folgenden zu beschreibende Erfindung stimmt nun in ihrem Grundgedanken
mit dem vorstehend erwähnten Verfahren überein, schaltet aber dessen Unzulänglichkeiten
restlos aus, indem sie unter teilweiser Ausnutzung bereits bewährter Erkenntnisse
zeigt, wie in neuer und einfacher Weise stark konzentrierte Kohlensäure aus Kohlendestillationsgasen
neben hochverdichtetem Ammoniakwasser für die Darstellung von Ammonium!bikarbonat
in fortlaufendem Arbeitsgang gewonnen werden kann.
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Die Erfindung -benutzt einerseits einen Teil des aus den Rohgasen
stammenden Gaswassers für die Kohlensäuregewinnung aus den Gasen .durch in dauerndem
Wechsel sich wiederholende Anreicherung des Wassers mit der in den Gasen enthaltenen
Kohlensäure und nachfolgende Entsäuerung desselben, anderseits verwendet sie einen
anderen Teil des anfallenden Gaswassers zu der in bekannter Weise erfolgenden Erzeugung
des nötigen verdichteten Ammoniakwassers. Durch Sättigung
des letzteren
mit der im erstgenannten Arbeitsgang erhaltenen Kohlensäure wird dann die Bildung
des Ammoniumbikarbonats aus seinen in den Rohgasen verfügbaren Bestandteilen erreicht.
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Das Verfahren möge an Hand der Zeichnung erläutert werden, .die in
einer Aufrißdarstellung, zumeist in senkrechtem Schnitt, eine Einrichtung zur Ausübung
des Verfahrens darstellt.
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Die von den Öfen kommenden Rohgase treten durch eine Leitung i in
den Kühler 2 ein, welcher hier als Wasserröhrenkühler mit Wasserzufluß bei 3, Wasserabfluß
bei 4 dargestellt ist. In ihm werden die Rohgase bis auf die Umgebungstemperatur
abgekühlt, so daß der in ihnen enthaltene Teer und Wasserdampf fast ganz ausgeschieden
werden. Die Kondensate sammeln sich, aus dem Bodenteil des Kühlers durch ein Siphonrohr
oder einen Tauchtopf abgeleitet, in einem an passender Stelle angelegten Behälter
6, in welchem sich der Teer als Bodenschicht von dem über ihm lagernden, ammoniakhaltigen
Gaswasser absondert. Nach Bedarf kann der Teer aus dem Behälter abgezogen werden,
während .das Gaswasser in der später zu beschreibenden Weise der Anlage wieder,
zugeführt wird.
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Beim Verlassen des Kühlers a besitzen die Gase noch einen erheblichen
Gehalt an Ammoniak und Kohlensäure, also an den für das neue Verfahren wichtigen
Stoffen. Mit diesen treten sie in die aus den Waschern 7 und 8 bestehende Anlage
ein, worin ihnen in der nachstehend zu beschreibenden Weise :erst die Kohlensäure
und dann das Ammoniak entzogen wird.
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In dem ersten Waschen 7, den die aus dem Kühler ,2 kommenden Gase
unter der Wirkung eines nicht gezeichneten Gassaugers durch Leitung 5 betreten,
wird ihnen fein verteiltes, entsäuertes Ammoniakwasser von oben her entgegengeführt.
Dieses Ammoniakwasser wird mit Hilfe der Pumpen io und 17 in dauerndem Kreislauf
zwischen :dem Waschen 7, dem Behälter i i, dem Hochbehälter 18, dem Kohlensäureabtreiber
2o, dem Behälter 22 und dem Waschen 7 umgetrieben. Bei seinem Zusammentreffen mit
den im Waschen 7 aufsteigenden Gasen nimmt es den weitaus größten Teil der in den
Gasen enthaltenen Kohlensäure und des neben dieser auftretenden Schwefelwasserstoffs
auf, so daß .die in den Waschen 8 übertretenden Gase vorwiegend Amrnoniäk und nur
mehr einen Teil der Kohlensäure enthalten.
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Das aus Waschen 7 abfließende, mit Kohlensäure angereicherte Gaswasser
wird im Behälter i i gesammelt und mit Hilfe der Pumpe 17 dem Hochbehälter 18 zugeleitet.
Durch Leitung i g tritt es von ihm aus in den Kohlensäureabtreiber 2o ein und fließt
in diesem über eine Anzahl Kolonnenböden in den Untersatz; dort wird es .durch eine
mit Dampf beschickte Bodenbrause 21 oder eine andere geeignete Heizvorrichtung auf
die zum Abtreiben der Kohlensäure und des Schwefelwasserstoffs nötige Temperatur
von go° bis 95° C gebracht. Die während des Abtreibeprozesses gleichzeitig mit der
Kohlensäure und dem Schwefelwasserstoff sich verflüchtigenden Amrnoniakdämpfe verdichten
sich in den oberen kühleren Kolonnenböden wieder, so daß aus der Spitze des Abtreibers
2o in der Hauptsache nur mit Schwefehvasserstoff vermischte Kohlensäure entweicht,
die durch die Leitung 24 idem Sättigen 34 zugeführt und hier in der weiter unten
zu beschreibenden Weise verwendet wird. Das fast vollkommen entsäuerte, neben dem
Ammoniak nur wenig Kohlensäure :enthaltende Wasser wird aus dem Bodenteil des Abtreibers
2o in den Behälter 22 eingeleitet und :dort :durch eine Kühlschlange 23 bis auf
die Temperatur der Uingebung gekühlt, worauf es durch Pumpe'io zur wiederholten
Verwendung dem Waschen 7 zugeleitet werden .kann.
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Nach der Behandlung im Waschen 7 gelangen :die Gase :durch .das Rohr
g in den Waschen 8, wo ihnen ihr Ammoniakgehalt zusammen mit dem Restteil :der Kohlensäure
durch fein verteilt dem Gasstrom entgegenfließendes, schwach ammonialohaltiges Gaswasser,
gegebenenfalls unterstützt durch Zufuhr .von Frischwasser, irr einem je nach Bedarf
gewünschten Grade entzogen wird. Für diesen Waschprozeß verwendet man zweckmäßig
auch das in Kühler 2 aus den Röhgasen niedergeschlagene, von Teer befreite, schwach
ammoniakhaltige Kondensat, welches in dem Ausführungsbeispiel ,durch Pumpe 12 aus
:dem Behälter 6 dem Waschen 8 in mittlerer Höhe zugeführt wird, während im oberen
Teil des Waschers durch Brause 14 eintretendes Frischwasser die Gase restlos von
Ammoniak befreit. Soll nicht alles Ammoniak durch Wasser aus den Gasen ausgewaschen
werden, so ist die Zuführung von Frischwasser unnötig, und die noch ammoniakhaltigen
Gase können beispielsweise zur direkten Gewinnung von Ammoniumsulfat einem Sättigen
zugeleitet oder in anderer passender Weise verwendet werden. Aus dem Waschen 8 fließt
unten das mit Ammoniak beträchtlich angereicherte, daneben auch etwas Kohlensäure
enthaltende Waschwasser in :den Behälter 16 ab.
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Das im Behälter 16 gesammelte Ammoniakwasser wird nunmehr zur Verarbeitung
auf verdichtetes Ammoniakwasserdurch die Pumpe 25 dem Hochbehälter 26 zugeführt.
Gleichzeitig kann in dies(-n Behälter auch
aus fremden Betrieben
stammendes, zur Mitverarbeitung bestimmtes Gaswasser eingeleitet werden.
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Der Hochbehälter 26 speist .durch Leitung 27 eine Abtreibekolonne
28, welche in der für Ammoniakabtrenheapparate üblichen Form gebaut ist. Sie enthält
demnach im unteren Teil eine Kalkmilchzufuhr zur Zerlegung des gebundenen Ammoniaks
und über der Hauptkolonne einen Dephlegmator a9. Im Bodenteil wird durch eine Dampfbrause
32 Heizdampf zum A.b-treiben des eingeleiteten Ammoniakwassers zugeführt. Das entstehende
Dampfgemisch wird dephleginiert und das dabei sich bildende Kondensat in die Kolonne
zurückgeleitet. Das durch Leitung 33 aus dem Apparat ablaufende Abwasser ist vollkommen
von Ammoniak und seinen Verbin-(Jungen befreit.
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Die im Dephlez;inator 2) nicht kon.densiert;.-n kohlensäurehaltigen
Ammoniak- und Wasserdämpfe gelangen durch die LeitUng 30 in den Kühler 3
t tin-1 werden dort als huch verdichtetes, kohlensäurehaltiges Ainmoniakwasser niedergeschlagen.
Dieses tritt in # n -%ätti,<,er34 ein, in welchem ihm durch I' i [,g 2
d Le tun ie aus den Rohgasen ,durch die beschriebene Verarbeitung des Gaswassers
gewonnene Kchlensäure zugeführt wird. Zwar tritt neben dieser auch Schwefelwasserstoff
auf; doch hat sich als eine Eigentümlichkeit 1 der Erfindung gezeigt, daß in (lern
fertigen Ammoniuinbikarbonat kein Schwefelammonium nachzuweisen ist, so daß die
Anwesen= heit des Schwefelwasserstoffs neben der Kohlensäure zu Bedenken keine Veranlassung
gibt.
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Die für die Verbintdüng zix Ammoniumbikarbonat durchzuführende Reaktion
zwischen oder Kohlensäure und dem Ammoniakwasser geht am besten unter Anwendung
kräftiger mechanischer Mischung und nur bei Temperaturen von 20° bis 30° in befriedigender
Weise vor sich. Es muß deshalb wegen der entstehenden Reaktionswärme für eine Aufrechterhaltung
dieser Temperaturgrenzen durch besondere Kühlung des Sätti:gers, etwa mittels eines
Kühtmantels 35, Sorge getragen werden. Die Kühlung ist besonders wichtig deshalb,
weil infolge der starken Konzentration der zutretenden Kohlensäure die Reaktion
energisch vor sich geht. Ein Rührwerk 36 o. ,g1. mischt den Inhalt des Sättigers
dauernd' kräftig mit der zuströmenden Kohlensäure und sichert eine gleichmäßige
Salzbildung durch Bildung möglichst feiner Flüssigkeitsschleier, welche von der
Kohlensäure durchzogen werden müssen.
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Das sich ausschei.dende'feste Ammoniumbikarbonat kann in einer am
Bodenteil des Sättig ers vorgesehenen Vertiefung gesammelt und beispielsweise durch
eine Förderschnecke 37 aus dein Reaktionraum entfernt werden. Durch Abnutschen oder
A.bschleu-;lern wird das Salz hierauf von der Mutterlauge getrennt und diese am
besten dem zu entsäuernden Ammoniakwasser im Hochbehälter 18 zur Wiedergewinnung
der in ihr enthaltenen Kohlensäure zugegeben: Da bei der Bildung des Ammoniumbikarbonats
stets ein geringer Teil der Kohlensäure und des Ammoniaks nicht miteinander in Verbindung
tritt und außerdem aus den Rohgasen auch gasförmige Stoffe in das geschilderte Verfahren
mit übernommen wurden, welche bei der Endreaktion sich als durchaus neutrale Permanentgase
verhalten; sind im Sättiger dauernd Überschußgase vorhanden, welche entfernt werden
müssen. Deshalb schließt sich an den Sättiger eine mit einem Drosselhahn 38 versehene
Rohrleitung 39 an, welche in den Strom der Rohgase vor deren Austritt aus der Wascheranlage,
beispielsweise in das Gasüberleitungsrohr 9 zwischen den Waschern 7 und 8 mündet
und den wertvollen Kohlensäuregehalt der überschüssigen Gase der Wiedergewinnung
in den Waschern zuführt. Der Drosselhahn 38 dient der für eine günstige Durchführung
.der Reaktion nötigen Aufrechterhaltung eines gewissen Überdruckes im Sättiger.