DE528504C - Verbrennung von Phosphor unter gleichzeitiger Gewinnung eines fuer die Ammoniaksynthese geeigneten Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisches - Google Patents

Verbrennung von Phosphor unter gleichzeitiger Gewinnung eines fuer die Ammoniaksynthese geeigneten Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisches

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DE528504C
DE528504C DEV24766D DEV0024766D DE528504C DE 528504 C DE528504 C DE 528504C DE V24766 D DEV24766 D DE V24766D DE V0024766 D DEV0024766 D DE V0024766D DE 528504 C DE528504 C DE 528504C
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    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
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    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/025Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis

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Description

  • Verbrennung von Phosphor unter gleichzeitiger Gewinnung eines für die Ammoniaksynthese geeigneten Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisches Es ist bereits vorgeschlagen worden, den von der Reduktion von Phosphaten mittels Koks und Kieselsäure herrührenden Phosphor finit Kohlensäure zu oxydieren und das von der Reduktion der zur Oxidation des Phosphors verwendeten Kohlensäure herrührende Kolilenoxvd mit Wasserdampf nach dein Kontaktprozeß reagieren zu lassen, um Wasserstoff und Kohlensäure zu erzeugen und die so wiedergewonnene Kohlensäure zur Oxydation einer weiteren Phosphormenge zu verwenden. In der Beschreibung dieses Verfahrens ist von Stickstoff nicht die Rede und noch weniger von der Gegenwart einer bestimmten Menge Stickstoff neben der zur Oxydation des Phosphors bestimmten Kohlensäure.
  • Es ist ebenfalls vorgeschlagen worden, das aus Phosphor und Kohlenoxyd bestehende Gasgemisch, das von der Reduktion von Phosphaten mit Kieselsäure und Kohle im Hochofen herrührt, bei höherer Temperatur mit der Luftmenge -zu behandeln, die theoretisch nötig ist, um den Phosphor und nur den Phosphor zu oxydieren. Es handelt sich also hierbei um eine Oxydation des Phosphors mit Luftsauerstoff.
  • Es ist ferner vorgeschlagen worden, den von der Reduktion der Phosphate im Hochofen durch Koks und Kieselsäure herrührenden Phosphor mit Kohlensäure allein oder mit kohlensiiurebaltigen Gasgemischen, insbesondere Verbrennungs- und Kalkofengmen, zu oxydieren. Aber bei der Reduktion der Phosphate im Hochofen ist bekanntlich einerseits der Kohleüberschuß, der nötig ist, um gleichzeitig durch Verbrennung der Kohle die zur Reaktion nötige Wärme zu liefern, so groß, daß die Gase aus der Reduktion der Phosphate in der Praxis nahezu ioo Molekularvolumina Kohlenoxyd und i 8o Molekularvolumina Stickstoff auf je 2 Atomgramme Phosphor enthalten. Andererseits enthalten Rauch- und Kalkofengase mindestens zweimal soviel Stickstoff wie Kohlensäure. Hieraus folgt, daß, wenn man diese letzteren Gase verwendet, um den Phosphor des von der Reduktion der Phosphate im Hochofen herrührenden Gasgemisches zu oxydieren, man endlich ein Gasgemisch erhält, das nach Abscheidung der gebildeten Phosphorsauerstoffv erbindungen mindestens ungefähr 2 Raumteile Stickstoff auf je i Raumteil Kohlenoxyd enthält. Nun ist aber ein solches Gasgemisch an Stickstoff viel zu reich, um nach der Kontaktreaktion und der Reinigung unmittelbar für die Ammoniaksynthese verwendet werden zu können.
  • Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet man in der Weise, daß man den Phosphor mit Kohlensäure in Gegenwart von Stickstoff oder stickstoffhaltigem Gas unter solchen Bedingungen oxydiert, daß man außer den Phosphoroxyden noch ein Gasgemisch erhält, das sieh nach Umsetzung des darin enthaltenen Kohlenoxyds in bekannter Weise mit Wasserdampf, Entfernung der dabei entstandenen Kohlensäure und gegebenenfalls Nachreinigung zur Ammoniaksynthese eignet. Das Verfahren, durch das dieses möglich ist, besteht darin, daß man den Phosphor bei hoher Temperatur mit einem Gasgemisch behandelt, das gleichzeitig Kohlensäure und Stickstoff, gegebenenfalls auch Sauerstoff enthält, d. h. insbesondere mit einem Gemisch von Kohlensäure und Luft, wobei das Gasgemisch in solchen Mengenverhältnissen genommen wird, daß die Stickstoffmenge und die Kohlenoxydmenge nach der Verbrennung des Phosphors zueinander nahezu im Verhältnis i : 3 stehen, worauf man das Kohlenoxyd in bekannter Weise mit Wasserdampf zur Reaktion bringt, um Kohlensäure und Wasserstoff zu bilden, d. h. ein Gasgemisch zu erhalten, das sich nach Abscheidung der Kohlensäure und zweckmäßiger Reinigung für die Ammoniaksynthese eignet.
  • Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, daß das zur Oxydation des Phosphors dienende Gasgemisch Sauerstoff enthält, jedoch wird durch das Vorhandensein von Sauerstoff die Oxydation des Phosphors durch Kohlensäure bedeutend erleichtert, da die Oxydation in Gegenwart von Sauerstoff viel exothermischer verläuft, als wenn sie durch Kohlensäure allein erfolgt. Außerdem gestattet die Gegenwart des Sauerstoffs, den für die Reaktion 5C02@-P2=P205+5C0 nötigen Überschuß an CO, zu verringern. Die Abscheidung der Phosphoroxyde kann entweder vor oder nach Einführung des für das Kontaktverfahren nötigen Wasserdampfes erfolgen. Der Zusatz von Wasserdampf vor der Abscheidung der Phosphoroxyde ermöglicht insbesondere einen leichten Niederschlag oder eine leichte Wiedergewinnung dieser Oxyde durch Auflösung zu mehr oder weniger wasserhaltiger Phosphorsäure. Diesen Vorteil erreicht man ohne weitere Kosten wenigstens in dem Fall, wo die mit Wasser verbundenen Oxyde oder Hydroxyde durch elektrische Niederschlagung wiedergewonnen werden, da Wasserdampf später für das Kontaktverfahren nötig ist. Falls das Kontaktverfahren unter Druck stattfindet, kann die Absorption des Phosphorpentoxyds erleichtert werden, wenn sie beispielsweise entweder beim Durchgang der Gase durch umlaufende Kompressoren, in welche eine Absorptionsflüssigkeit eingespritzt wird, oder in einer beliebigen Druckstufe von geeigneten Kompressoren erfolgt. Die Phosphoroxyde werden zweckmäßig vor dem Kontaktverfahren entfernt.
  • Wie man auch verfahren möge, immer wird nach Entfernung der Phosphorverbindungen und der Kohlensäure durch die üblichen Mittel das erhaltene Gasgemisch alsdann mit bekannten Mitteln gereinigt. Das Gemisch besteht im wesentlichen aus einer Mischung von Stickstoff und Wasserstoff in dem ungefähren Mengenverhältnis von i Raumteil Stickstoff auf 3 Raumteile Wasserstoff und eignet sich daher für die Ammoniaksynthese.
  • Die durch das Kontaktverfahren erhaltene und in fast reinem Zustand abgeschiedene Kohlensäure kann aufgefangen und zur Oxydation weiterer Phosphormengen verwendet werden.
  • Die bei der Oxydation des Phosphors entwickeltenWärmemengen können dazu verwendet werden, um den für das Kontaktverfahren nötigen Wasserdampf ganz oder teilweise 'zu erzeugen.
  • Wenn man nicht das ganze Kohlenoxyd durch .das Kontaktverfahren umsetzt, so kann man das nicht umgesetzte Kohlenoxyd aus dem Gasgemisch dadurch entfernen, daß man dieses Gemisch in Verflüssigungsapparaten behandelt. Beispiele i. Das Gasgemisch, das aus einem elektrisehen Phosphorofen entweicht und ungefähr 55o g Phosphor auf je cbm CO enthält, wird bei hoher Temperatur entweder in einer Stufe mit einem Gemisch von CO, und Luft oder in zwei Stufen, und zwar zunächst mit Luft, dann mit C,02 behandelt, wobeiLuft und C02 in gleichen Raumteilen, und zwar im Verhältnis von i,30 cbm C02 und dem gleichen Luftvolumen auf je kg des zu oxydierenden Phosphors genommen werden.
  • Diese volumetrischen Mengenverhältnisse ergeben sich aus folgenden Gleichungen: 2P2+5.2C0+502+2oN2=2P205+2oN2+zoCO (a5 Luftvol.) 5P2+5#5C0+25C02=5p201 + 25C0 +25C0 oder im ganzen: 7 P2+ 35C0 -I- 25 Luftvol. + 25C02 = 7P205 -f- 2o N2 -j-- 6o CO Auf diese Weise erhält man ein Gasgemisch, das nach Reinigung, Anwendung der Kontaktreaktion und nochmaliger Reinigung für die Ammoniaksynthese geeignet ist. Die bei der Kontaktreaktion erzeugte Kohlensäure wird zur Oxydation weiterer Phosphormc:ngenvenjendet. 2. Phosphor, der von der thermischen Behandlung von Phosphaten im Lufthochofen herrührt, wird kondensiert und dann mit Luft und Kohlensäure oxydiert, die entweder für sich genommen öder gemischt im Verhältnis von r Raumteil Luft auf 2,d Raumteile CO. verwendet werden. Dieses Mengenverhältnis ist durch folgende Gleichungen bestimmt: q.P '-, 502+2oN2=2P205+2oN2 !z5 Luftvol.; 24 P + 6o C02 = 12 P20;, -j- 6o CO also im ganzen 2öP+502+2oN2+6oC02=z4P205+2oN2+6oC0 `'.5 Luftvol. Auf diese Weise erhält man aus r kg Phosphor einerseits 2,3 kg Phosphorsäureanhydrid und andererseits ein Gasgemisch, das 2o Vol. Stickstoff und 6o Vol. Kohlenoxyd enthält.
  • Das so erzeugte Kohlenoxyd wird dann möglichst weitgehend der Umsetzungsreaktion unterworfen, wodurch es annähernd zu dem gleichen Volumen CO: umgesetzt wird, das dem Kreislauf wieder zugeführt wird. Nach der Reinigung eignet sich das übrigbleibende Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff für die Ammoniaksynthese. Es sind also nur etwaige CO.-Verluste durch äußere Zufuhr auszugleichen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Verfahren zur Verbrennung von Phosphor unter gleichzeitiger Gewinnung eines für die Ammoniaksynthese geeigneten Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisches, dadurch gekennzeichnet, daß man Phosphor oder phosphorhaltige Gasgemische mit einem Kohlensäure, Stickstoff und gegebenenfalls Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch oxydiert, das gebildete und das gegebenenfalls in den benutzten Phosphorgasen enthaltene Kohlenoxyd zweckmäßig nach Entfernung der gebildeten Phosphorsauerstoffverbindungen mit Wasserdampf im Kontaktverfahren umsetzt unter nachfolgender Reinigung des erhaltenen Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisches nach vorangegangener Abscheidung der gebildeten Kohlensäure, derart, daß die Zusammensetzung des zur Oxydation des Phosphors dienenden Gasgemisches so eingestellt wird, daß ein Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisch im. Verhältnis von z : 3 entsteht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die die Phosphoroxyde enthaltenden Gase vor der Kontaktreaktion nur mit einem Teil der für diese nötigen Wasserdampfmenge umgesetzt werden, worauf das nicht umgesetzte Kohlenoxyd durch Behandlung in Verflüssigungsapparaten aus dem Gemisch entfernt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die, Abscheidung der Phosphorsauerstoffverbindungen unter Druck stattfindet, wobei das Kontaktverfahren ebenfalls unter Druck, und zwar vorzugsweise nach Abscheidung der Phosphorsauerstoffverbindungen erfolgt.
DEV24766D 1929-01-10 1929-01-10 Verbrennung von Phosphor unter gleichzeitiger Gewinnung eines fuer die Ammoniaksynthese geeigneten Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisches Expired DE528504C (de)

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