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Verfahren zur Herstellung von synthetischem Ammoniak Bekanntlich ist
der Preis des synthetischen Ammoniaks vorwiegend von denn Preise des Wasserstoffs
bedingt. Dieses Element muß behufs Anwendung für die Katalyse sehr rein sein und
wird deshalb entweder auf elektrolytischem Wege dargestellt oder sorgfältigst von
jeder Spur gasförmiger Unreinigkeiten befreit, wenn es mittels Kohle hergestellt
wird.
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Diese Reinigung ist teuer und rächt einfach, und deshalb ist der Preis
des mittels Kohle erhaltenen Wasserstoffs so hoch, daß in Gegenden, wo hydroelektrische
Energie reichlich zur Verfügung steht, die elektrolytische Darstellung bevorzugt
wird trotz des großen Energieverbrauches und des hohen Preises der elektrischen
und elektrolytischen Anlagen.
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Man hat bereits vorgeschlagen, das Gasgemisch zur Reinigung, bevor
es in den e?gentlichun Synthesekreislauf eingeführt wird, entweder über auf 200°
C erhitztes Ätznatron oder über einen Eisenkatalysator zu leiten, der der zur eigentlichen
Ammoniaksynthese verwendeten Kontaktmasse möglichst ähnlich sein und auch auf etwa
derselben Temperatur wie diese gehalten werden soll.
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Ferner hat man versucht, das Gasgemisch, bevor es in den Synthesekreislauf
eintritt, über einen Eisenkontakt unter solchen Druck-und Temperaturbedingungen
zu führen, daß sich das Kohlenoxyd unter möglichster Vermeidung von Ammaniakbildung
in dieser Stufe mit dem Wasserstoff im wesentlichen zu Methan und Wasser umsetzt;
diese Gase müssen dann kondensiert und entfernt werden.
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Nicht minder umständlich sind andere Ver: fahren, die zur Reinigung
der vorgeschlagen worden sind, so z. B. die- Maßnahme, das Gasgemenge, bevor es
in die den Katalysator enthaltende Reaktionskammer eingeleitet wird, der Einwirkung
eines Amids der Alkalimetalle, zweckmäßig Natriumamid zu unterwerfen. Abgesehen
von dem hohen Preis des Natriumamids und von der Notwendigkeit seiner öfteren Erneuerung,
ist die Einwirkung der Verunreinigungen, die in relativ kleinen Mengen in der Gasmischung
vorhanden sind; auf dem festen Körper nur dann eine gründliche und sichere, wenn
das Amid einer Rührwirkung oder anderen kräftigen Bewegung unterworfen wird, was
um so mehr eine weitere Erschwerung bedeutet, als bei hoher Temperatur und Druck
gearbeitet wird.
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Auch der Vorschlag, ein Alkalimetall in verflüssigtem Ammoniak zu
lösen und durch diese- Lösung das zu reinigende Gas hindurchzuführen, ist augenscheinlich
kein für einen großen Betrieb geeignetes Verfahren.
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Es wurde nun gefunden, daß es zum
Zwecke der Ammoniaksynthese
möglich ist, Wasserstoff und Stickstoff bzw. Mischungen beider Gase anzuwenden,
die kleine Mengen von für die Katalyse schädlichen Gasen, wie CO, C02, H2S, NO und
andere derartige Verbindungen enthalten, wofern dieselben nur vor der Katalyse mit
überschüssigem Ammoniak, d. h. mit dem Produkt der Katalyse selbst, unter solchen
Bedingungen vermischt werden, daß das Ammoniak mit diesen Gasen feste, in flüssigem
Ammoniak lösliche Verbindungen bildet.
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Gemäß vorliegendem Verfahren werden die auf den für die Ammoniaksynthese
erfoT-derlichen Druck gebrachten Gase behufs. Entfernung der für den Katalysator
schädlichen Verunreinigungen, insbesondere des KOhIe[rioxyds mit dem vom Kontaktraum
kommenden ammoniakhaltigen Gasgemisch vereinigt und die Mischung unter Aufrechterhaltung
des hohen Druckes gekühlt. Hierbei scheiden sich die aus den Verunreinigungen und
Ammoniak gebildeten Stoffe mit dem überschüssigen Ammoniak, in dem sie sich lösen,
vol:ständplg aus. Der Ammoniaküberschuß begünstigt die Vollständigkeit der Ausscheidung,
weil er die Disoziationsspannung der festen Verbindungen praktisch auf Null herabdrückt.
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Die Entfernung des Kohlenoxyds, die den technisch wichtigsten Fall
darstellt, gestaltet sich ' in dieser Weise sehr einfarh. Es ist bekannt, daß diese
Verbindung bei einer geeigneten, nicht sehr hohen Temperatur mit Ammoniak verschiedene
Kondensations- bzw. Umwandlungsprodukte liefert, wie Formamid, Ammoniumformiat,
Ammoniumcyanid u: a. m., die alle bei gewöhnlicher Temperatur fest sind.
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Vorliegendes Verfahren hat nichts gemein mit dem aus -der amerikanischen
Patentschrift I 483 414 bekannten Verfahren, welches eine Reinigung oder Regeneration
des Katalysators durch trockenes gasförmiges Ammoniak unter Druck und bei hoher
Temperatur bezweckt. Bei dem vorliegenden Verfahren. werden die komprimierten Frischgase
dem aus der Katalyse kommenden Gase, die also einen hohen Prozentgehalt von Ammoniak,
etwa 15 % enthalten, eine etwa 250° C hohe Temperatur und einen Druck von
etwa 8oo Atm. besitzen, vor erfolgter Kondensation des Ammoniaks, zugemischt, so
daß, in dieser Gasmischung eine Reaktion zwischen Ammoniak und den vorhandenen.
geringen. Mengen von Verunreinigungen vor sich geht, worauf erst eine Kondensation
des Ammoniaks stattfindet und hiermit gleichzeitig eine Entfernung der zwischen
den Verunreinigungen und Ammoniak gebildeten Verbindung erfolgt und das gereinigte
Gas zu dem Katalysator geführt wird.
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In der beiliegenden Zeichnung ist eine Einrichtung zur Ausführung
des Verfahrens schematisch dargestellt.
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Durch Rohr I gelangen die etwa auf 8oo Atm. komprimierten Gase; welche
etwa 2 bis 3 % CO enthalten, in 2 -und treffen dort die heißen Gase, die aus der
Katalysekammer 7 kommen; die Gasmischung geht weiter in einen Kondensator 3, wo
sich die Reaktionsprodukte des Ammoniaks mit dem Kohlenoxyd usw. verdichten, indem
sie sich. in dem flüssigen Ammoniak lösen, und in diesem Zustand gehen sie dann
in den Sammler 4, aus welchem sie mit dem verdichteten wasserfreien Ammoniak entfernt
werden.
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Die Wasserstoff-Stickstoff-Mischung, welche auf diese Weise von dem
ganzen oder von dem meisten Ammoniak sowie von Kohlenoxyd und den anderen Verunreinigungen
befreit wurde, wird zur Umlaufpumpe 5 und von dieser durch Ö1abscheider 6 zu der
Katalysekammer 7 geführt. Die abgeschiedenen Produkte können dann leicht weiterverarbeitet
und verwendet werden.