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Gewinnung von Ammoniak und Kohlensäure getrennt aus ihren gemeinsamen
Gemischen Die bekannten Verfahren zur Entfernung von Kohlensäure aus Gasen sind
unwirtschaftlich, soweit sie die Kohlensäure durch Waschen mit Lösungen von Kalkmilch,
Ätznatron usw. zu erzielen versuchen. Für Verfahren, bei denen Ammoniak anfällt
oder verbraucht wird, ist auch die Anwendung von Ammoniak zur Abscheidung der Kohlensäure
bereits vorgeschlagen worden. Letztere Verfahren werden technisch aber nur dann
durchgeführt, wenn die anfallenden Ammonial'-KOhlensäure-Verbindungen bzw. -Lösungen
direkt Verwendung finden, z. B. bei der Darstellung von Ammonsulfat aus Gips.
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Gemäß der Erfindung wird eine Trennung der Kohlensäure von Ammoniak:
bzw. eine Entfernung von Kohlensäure mittels Ammoniaks aus Gasen dadurch erzielt,
daß die in der Druckwäsche vermittels Ammoniaks zurückgehaltene Kohlensäure zweckmäßig
kontinuierlich als festes Ammonsalz, z. B. Ammoncarbaminat, gewonnen wird.
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In zweiter Stufe werden die anfallenden festen Kohlensäure-Ammoniak-Salze
zwecks Trennung von Kohlensäure vergast und unter stark vermindertem Druck im Gegenstrom
zu Wasser weitergeleitet. Die so erhaltenen kohlensäurehaltigen Ammoniaklösungen
werden zwecks Gewinnung von vollständig kohlensäurefreiem Ammoniak entgast und das
erhaltene Gasgemisch dann den zu reinigenden Gasen wieder zugeführt, so- daß ein
Teil des Ammoniaks und der Kohlensäure ständig einen Kreislauf durchmacht. Falls
nicht genügend Ammoniak in den Gasen enthalten ist, muß für die Durchführung des
Waschprozesses den kohlensäurehaltigen Gasen so viel Ammoniak zugesetzt werden,
das auf t Vol. Kohlensäure mindestens 2 Vol. Ammoniak entfallen. Das Gasgemisch
wird mit einer Lösung gewaschen, welche das sich bildende Ammoniumcarbaminat löst
und eine Zersetzung des Carbaminats verhindert.
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Es ist bekannt daß z. B. stark alkoholische oder ammoniakalische Lösungen
diesen Bedingungen entsprechen. Enthalten die kohlensäurehaltigen Gase von vornherein
einen Ammoniaküberschuß,_ so ist es vorteilhaft, den Druck der Absorptionsgase so
zu wählen, daß bei der Wäsche mit ammoniakalischem Wasser der Ammoniakgehalt der
Waschflüssigkeit so hoch bleibt, daß :eine Zersetzung des gelösten Carbaminates
oder Umwandlung in andere Ammoniak-Kohlensäure-Verbindungen unterbleibt. Diesen
Bedingungen genügt eine Konzentration von etwa 25o g Ammoniak im Liter und darüber.
Die Absortionslösung sättigt sich dann mit Ammoncarbaminat,
ohne
einen. merklichen Kohlens.äurepartialdruck aufzuweisen. Die Temperatur der Waschflüssigkeit
wird nach oben hin dadurch begrenzt, daß eine Zersetzung des Carbaminats nicht eintreten
darf. Die untere Grenze ist durch die Temperatur der Kühlflüssigkeit gegeben, da
die Temperatur der Waschflüssigkeit zweckmäßig 2o bis q.0° oberhalb der Kühlflüssigkeitsbempieratur
liegen muß, um beim Abkühlen eine genügende Ausscheidung des Carbaminats zu erzielen.
Es ist daher zweckmäßig, etwa bei Temperaturen zwischen 4.o bis 65° zu arbeiten.
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Um die gebundene Kohlensäure meiner für den weiteren. Trennungsprozeß
besonders günstigen Form zu erhalten, wird aus der gesättigten Carb@aminatlösung
durch Abkühlung festes Carbaminat gewonnen, während die Mutterlauge dem Waschprozeß
wieder zugeführt wird, so daß auf diese Weise die gesamte Kohlensäure, als festes
Salz gebunden-, gewonnen; wird.
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Die aus dem - Waschprozeß kommenden kohlensäurefreien Gase enthalten
Ammoniak, welches mengenmäßig im Verhältnis zu dem eingeleiteten Ammoniak um den
Betrag vermindert ist, welcher zur Ammonca.rbaminätbildung verbraucht wird.
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Die Entfernung des Ammoniaks aus dem CO2-freien Gasgemisch kann nach
den an sich bekannten Verfahren entweder mit Wasser als Ammoniakwasser oder durch
Kühlung als flüssiges Ammoniak verfolgen.
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Die Aufarbeitung des festen Carbamnats erfolgt erfindungsgemäß dadurch,
daß das feste Ammoncarbaminat verdampft wird und die Gase unter stark vermindertem:
Druck im Gegenstrom: mit Wasser berieselt werden. Bei der Wäsche eines solchen oder
ähnlichen Gases unter vermindertem Druck, welches auf 2 Vol. Ammoniak etwa i Vol.
Kohlensäure enthält, wird neben dem gesamten Ammoniak nur 20 bis 3 o % der Kohlensäure
absorbiert, während 7o bis 8o% der Kohlensäure die Wäsche am.moniakfrei durehstreichen.
Die Temperatur wird hierbei zweckmäßig niedrig gewählt, um Ammoniakverluste zu vermeiden.
Das Verhältnis des Ammoniaks zur Kohlensäure, welches beim Carbaminat 2 Teile Ammoniak
zu i Teil Kohlensäure betrug, ist in der nach der Absorption des vergasten Carbaminats
mittels Wassers unter stark vermindertem Druck -entstehenden Lösung auf 2 Teile
Ammoniak zu o,2 bis o,3 Teilen Kohlensäure gesunken. Der Trennungseffekt beruht
auf der nicht zu erwartenden Erscheinung, daß unter stark vermindertem Druck keine
oder nur sehr langsame Rekombination des gespaltenen Carbaminats eintritt und durch
die geringe Lösungsgeschwindigkeit der Kohlensäure im Verhältnis zu der des Ammoniaks
eine Trennung beider Gase möglich geworden ist.
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Die nur noch wenig Kohlensäure enthaltende Lösung wird auf kohlensäurefreies
Ammoniak dadurch verarbeitet, daß aus diesen Lösungen die Kohlensäure und das Ammoniak
in bekannter Weise abgetrieben und das nur wenig Kohlensäure jenthaltende Gasgemisch
den Frischgasen zugesetzt und erneut der C 02-Druckwäsche zugeführt wird, wobei
dann nur so viel Ammoniak. zurückgehalten wird, als der restlichen Kohlensäure zur
Bildung von Ammoncarbaminat entspricht. Das überschüssige Ammoniak ist nunmehr wieder
in CO2-freier Form in den gewaschenen Gaseng enthalten und wird durch die Schlußwäsche
der Gase als kohlensäurefreies Ammoniakwasser wiedergewonnen, während die Kohlensäure
als Carbaminat wieder den geschilderten Kreislauf durchläuft.
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In der beiliegenden Zeichnung isst unter Abb.I .eine beispielsweise
Anordnung der Apparatur und Abb. II eine graphische Darstellung des Reinigungs-
und Kreislaufprozesses gegeben.
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Wie aus Abb.I ersichtlich, gelangen die Gase von dem Kompressor in
die Kohlensäuredruckwäsche und gehen von dort kohlensäurefrei in den Absorber für
Ammoniak, wo das überschüssige Ammoniak als reines Ammoniakwasser abgezogen werden
kann. Das Ammoniak kann natürlich auch durch Küh= Jung als flüssiges Ammoniak abgeschieden
oder in irgendeiner anderen Form unmittelbar verwertet werden.
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Das Restgas ist vollkommen frei von Kohlensäure und Ammoniak. Unterhalb
der Druckabsorption befindet sich ein Kristalliseur, in dem das feste Salz durch
Abkühlung abgeschieden wird, während die Mutterlauge im Kreislauf in die Absorption
zurückgeführt wird. Das abgeschiedene feste Salz gelangt in den Frederking-Apparat
und wird unter Vakuum vergast. Von diesen Gasen: wird im Absorber unter Vakuum das
gesamte Ammoniak neben einem Bruchteil der Kohlensäure absorbiert, während der Hauptbeil
der Kohlensäure über die Vakuumpumpe frei von Ammoniak gewonnen wird.
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Das im Absorber unter Vakuum anfallende C OZ-haltige Ammoniakwasser
wird meinem besonderen Abtreiher vergast und von neuem dem Kreislaufprozeß zugeführt.
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In Abb.II sind die bei Anwendung eines Gasgemisches von 62,5% Ammoniak,
12,50/0 Kohlensäure und 25% Restgasen (H2, N., C O usw.) sich ergebenden Verhältnisse
in Form eines Stufendiagramms gekennzeichnet, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit
die gasförmigen Volumina - auch bei den: festen
Salzen - als Maßeinheiten
zugrunde gelegt wurden. Der Stundendurchsatz beträgt: 5ooo cbm NH3, Iooo -
C02,
250o - Restgas. Das Gasgemisch enthält nach Zugabe des aus dem CO2-armen
Ammoniakwasser abgetriebenen Gases mit 260o cbm Ammoniak und 30o cbm Kohlensäure
einen Ammoniaküberschuß im Verhältnis zur Kohlensäure von 5,8:r. Bei einer Kompression
des Gasgemisches auf etwa 2 atü ist der Ammoni,akpartialdruck bereits so groß, daß
beim Waschen dieses Gases im C O2-ZVäscher der Ammoniakgehalt der Waschflüssigkeit
nicht unter 25o g Ammoniak im Liter sinkt. Das auf etwa 2 atü komprimierte Gasgemisch
mit 1300 cbm C02 bindet bei der Wäsche :entsprechend der Ammoncarbaminatbildung
260o cbm Ammoniak, während das überschüssige Ammoniak, also 5ooo cbm NH3, die Kohlensäurewäsche
zusammen mit 250o cbm Restgas von Kohlensäure befreit verläßt und im Ammoniakabsorber
als reines Ammoniakwasser erhalten wird.
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Im C02-Wäscher sind 260o cbm Ammoniak und 130o cbm Kohlensäure als
Ammoncarbaminat gelöst und werden als festes Salz (kontinuierlich) abgeschieden.
Bei der Destillation dieses Salzes unter stark vermindertem Druck und fraktionierter
Absorption werden 230!o Kohlensäure = 30o cbm CO2 zusammen mit 2600 cbm NH3
als C02-armes Ammoniakwasser gewonnen, während i ooo cbm Kohlensäure von der Vakuumpumpe
ammoniakfrei, abgesaugt werden.
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Das C02-arme Ammoniakwass:er wird vergast und das Gasgemisch mit 260o
cbm Ammoniak und 30o cbm Kohlensäure den neuen Absorptionsgasen vor der Kompression;
wieder zugesetzt.