DE569945C

DE569945C - Method and device for the production of ammonium nitrate

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Publication number: DE569945C
Application number: DEB146075D
Authority: DE
Original assignee: CONCORDIA BERGBAU AKT GES; IDA BRONN GEB ALTMANN
Current assignee: CONCORDIA BERGBAU AKT GES; IDA BRONN GEB ALTMANN
Priority date: 1929-10-09
Filing date: 1929-10-09
Publication date: 1933-02-09

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Ammoniumnitrat Bei dem Gegenstande des Hauptpatents handelt es sich um Herstellung von festem Amtnoniumchlorid durch Zusammenführen von erhitztem Atnmoniak und chlorwasserstotfhaltigen Dämpfen, von denen die eine oder die beiden Komponenten mit Wasserdämpfen stark beladen sind.Method and apparatus for the production of ammonium nitrate In the The main patent relates to the production of solid office nonium chloride by combining heated atmospheric pressure and vapors containing hydrogen chloride, one or both of which components are heavily loaded with water vapors.

Es hat 'sich herausgestellt, daß, wenn man an Stelle von chlorwasserstoffhaltigen Dämpfen hierbei salpetersäurehaltige Dämpfe, welche noch so stark mit Wasserdämpfen verdünnt sein können, benutzt, man unter ähnlichen Bedingungen direkt zu sehr konzentrierten und zum Teil sogar ganz wasserfreien Schmelzen von :nnmonnitrat gelangt, welche beim Erkalten erstarren.It has been found that if one uses instead of hydrogen chloride Vapors here are nitric acid-containing vapors, no matter how strong they are with water vapors can be diluted, can be used under similar conditions directly to very concentrated and in some cases even completely anhydrous melts of monon nitrate arrive, which freeze on cooling.

Es sind schon früher verschiedene Vorschläge und Versuche bekanntgeworden, zu festem Ammonnitrat ohne vorherige Eindampfungen der entsprechenden Lösungen zu gelangen. Dies soll dadurch erreicht werden können. daß die beiden Komponenten. jede für sich, vorher weitgehend entwässert werden. Manche dieser Vorschläge gehen dahin, daß die beiden Komponenten, und zwar Salpetersäureanhydrid und Ammoniakgas, nur so viel Feuchtigkeit mitführen dürfen, als stöcbiometrisch aus der Gleichung N. 0«-, a NH.;-:-H..O= a NH,N zu folgern ist. Diese Entwässerung der Komponenten soll durch Behandlung derselben mit geeigneten Trockenmitteln, z. B. gebranntem Kalk für Ammoniak, stattfinden.Various proposals and attempts have already been made known to obtain solid ammonium nitrate without prior evaporation of the corresponding solutions. This should be able to be achieved in this way. that the two components. each for itself, largely drained beforehand. Some of these proposals are that the two components, namely nitric anhydride and ammonia gas, may only carry as much moisture with them as stoichiometrically from the equation N. 0 «-, a NH.; -: - H..O = a NH, N is to be inferred. This dehydration of the components should be done by treating them with suitable desiccants, e.g. B. quick lime for ammonia take place.

An Stelle von fertig gebildeter Salpetersaure hat man auch vorgeschlagen, Gemische von Stickstoffoxyden mit Sauerstoff, Ammoniakgas und mit nur so viel Wasserdampf zusammenzuhringen, als nach der Gleichung 4NH; ,'---H.O=rq.NO:. L O-=4NHtNO#" erforderlich ist.Instead of completely formed nitric acid, it has also been suggested that Mixtures of nitrogen oxides with oxygen, ammonia gas and with just that much water vapor to wring together as according to equation 4NH; , '--- H.O = rq.NO :. L O- = 4NHtNO # "required is.

Die etwaige Entwässerung der Stickoxyde soll durch vorherige Herunterkühlung derselben, wobei die wässerige Säure aus diesen Gasen zur Abscheidung gelangt, geschehen.Any dehydration of the nitrogen oxides should be done by cooling down beforehand the same, with the aqueous acid from these gases being deposited.

Es sind auch Vorschläge gemacht worden, ganz konzentrierte Salpetersäure vermittels einer Art Brause in eine mit trockenem Ammoniakgas gefüllte Kammer hineinsprühen zu lassen, wobei sich ebenfalls festes Ammonnitrat niederschlagen soll.Proposals have also been made, very concentrated nitric acid spray into a chamber filled with dry ammonia gas by means of a kind of shower head to let, whereby solid ammonium nitrate should also precipitate.

Klan hat auch vorgeschlagen, Dämpfe, welche bereits gebildetes Ammonnitrat mitführen, durch konzentrierte Schwefelsäure durchzuleiten, wobei wasserfreie Ammonnitratdämpfe erhältlich sein sollen.Klan has also suggested using vapors that contain ammonium nitrate carry along, pass through concentrated sulfuric acid, leaving anhydrous ammonium nitrate vapors should be available.

Schließlich sind Vorschläge bekannt, das in Gasen, Dämpfen und Brüden enthaltene Ammoniak durch Behandlung mittels saurer Gase, wie Schwefeldioxyd oder Chlorwasserstoff, in hochkonzentrierte Amrnoni:a.Izsalzlösungen_ überzuführen. Dieser letzterwähnte Vorschlag, der sich übrigens mit der Bildung von Ammonnitrat gar nicht befaßt, kommt für die durch die vorliegende Erfindung zu lösende Aufgabe schon aus dem Grunde nicht in Betracht, als durch diesen Vorschlag gar nicht ein festes Enderzeugnis (festes Ammomritrat ), sondern nur konzentrierte Salzlösungen erhalten werden. Durch die vorliegende Erfindung soll aber gerade die äußerst lästige, kostspielige und verlustreiche überführung von verdünnten Ammonnitratlösungen zu festem Salz vermieden werden, und zwar trotz des Umstandes, daß eine oder auch die beiden Komponenten stark wasserhaltig sind, und ohne daß diese Komponenten vorher von ihrem Wassergehalt befreit werden.Finally, proposals are known in gases, vapors and vapors included Ammonia by treatment with acidic gases such as sulfur dioxide or hydrogen chloride, to be converted into highly concentrated ammonia: salt solutions. This last-mentioned proposal, which incidentally deals with the formation of ammonium nitrate not concerned at all, comes to the problem to be solved by the present invention For the reason alone not being considered, as by this proposal not at all solid end product (solid ammomritrate), but only concentrated salt solutions can be obtained. The present invention, however, is precisely the extremely annoying, expensive and lossy transfer of dilute ammonium nitrate solutions to solid salt should be avoided, despite the fact that one or the other Both components contain a lot of water, and without these components beforehand be freed from their water content.

Hierzu wird die Salpetersäure zum Erhitzen gebracht und die Dämpfe zusammen mit den mitgeführten Wasserdämpfen auf etwa i7,0- C oder noch etwas höher erhitzt. Andererseits werden Ammoniak-dämpfe, die ebenfalls wasserhaltig sein können, auf ungefähr gleiche Temperatur für sich erhitzt und die beiden Gasströme in einem Raume, der ebenfalls auf iaoE C oder etwas heißer gehalten wird, zusammengebracht. Es bildet sich hierbei eine Schmelze, bestehend aus Ammoniumnitrat mit etwas Wasser. ' Diese Arbeitsweise läßt sich genauer an dem folgenden Ausführungsbeispiel verfolgen: Dämpfe der bei 11,3- C siedenden Salpetersäure, welche neben 87,0;o Wasser nur i8o,1o H N O.j enthalten, werden auf i 5 o' C überhitzt. Ändererseits werden Ammoniakwasserdämpfe, bestehend aus etwa 7,50;o NH;, und 7 5 0;ö H.0, ebenfalls auf ungefähr i 5 o @ C überhitzt. Die beiden Gasgemische treffen in einer Reaktionskammer zusammen, welche auf 130E C vorgewärmt war. Die Temperatur im Reaktionsraum steigt hierbei allmählich auf 165°C. Im Reaktionsraum scheidet sich hierbei eine Schmelze ab, welche abgelassen werden kann und welche beim Erkalten erstarrt. Die erstarrte Masse weist g i % Annnoniurnnitrat und goo Wasser auf.To do this, the nitric acid is heated up and the vapors, together with the water vapors carried along, are heated to around 17.0 ° C or a little higher. On the other hand, ammonia vapors, which can also contain water, are heated to approximately the same temperature and the two gas streams are brought together in a room that is also kept at iaoE C or a little hotter. A melt is formed, consisting of ammonium nitrate with a little water. This mode of operation can be followed more precisely in the following exemplary embodiment: Vapors of the nitric acid boiling at 11.3 ° C , which, in addition to 87.0; o water, contain only 18o.1o HNO, are superheated to 15oC. On the other hand, ammonia water vapors, consisting of about 7.50; o NH; and 7 5 0; ö H.0, are also superheated to about 15 oC. The two gas mixtures meet in a reaction chamber that was preheated to 130E C. The temperature in the reaction space rises gradually to 165 ° C. A melt is deposited in the reaction space, which can be drained off and which solidifies when it cools. The solidified mass has 3% ammonium nitrate and goo water.

Wie aus diesem Ausführungsbeispiel ersichtlich, kann die Temperatur im Reaktionsraum recht erheblich steigen, da sowohl die Neutralisationswärme zwischen Ammoniak und Salpetersäure wie auch die latente Wärme, welche bei dem Übergang der beiden Komponenten aus der Gas- oder Dampfform in den gesclunolzenen bzw. flüssigen Zustand recht groß sind, so daß unter Umständen eine Zersetzung des Ammonnitrats und sogar der Salpetersäure befürchtet werden müßte. Bei der vorliegenden Arbeitsweise tritt jedoch eine derartige Selbstzersetzung trotz der Wärmeentwicklung nicht auf, da einerseits hierbei auch die sehr großen Wasserdampfmengen miterhitzt werden, so daß die Temperatursteigerung nur in mäßigen Grenzen bleibt, und weil andererseits die Gegenwert großer Wasserdampfmengen auf das Ammoniumnitrat konservierend wirkt.As can be seen from this embodiment, the temperature increase quite considerably in the reaction space, as both the heat of neutralization between Ammonia and nitric acid, as well as the latent heat produced in the transition of the two components from the gas or vapor form into the melted or liquid Condition are quite large, so that under certain circumstances a decomposition of the ammonium nitrate and even nitric acid would have to be feared. In the present way of working however, such self-decomposition does not occur in spite of the generation of heat, because, on the one hand, the very large amounts of water vapor are also heated here, so that the increase in temperature remains only within moderate limits, and because on the other hand the equivalent of large amounts of water vapor has a preservative effect on the ammonium nitrate.

Immerhin ist es zweckmäßig, die aus dem Reaktionsraum entweichenden Wasserdämpfe, welche Ammoniak und vielleicht noch etwas Salpetersäure und Stickoxyde mitführen, durch sehr heiße Schwefelsäure zu waschen, wobei die Wasserdämpfe und die Stickoxyde entweichen, das Ammoniak aber gebunden wird. Die entweichenden Stickoxyde können zusammen mit der Salpetersäure und unter Luft-oder Sauerstoffzusatz von neuem in den Kreislauf geschickt werden. Der Reaktionsraum ist zweckmäßigerweise so auszugestalten, daß die beiden Gaskomponenten zahlreiche Anprall-Achen finden und da.ß die hierbei entstehende Schmelze leicht herunterrieseln kann, um dann von Zeit zu Zeit oder kontinuierlich in geschmolzenem Zustande, also flüssig, abgelassen zu werden.After all, it is advisable to remove the escaping from the reaction chamber Water vapors, which ammonia and maybe a little nitric acid and nitrogen oxides carry with you, wash by very hot sulfuric acid, with the water vapors and the nitrogen oxides escape, but the ammonia is bound. The escaping nitrogen oxides can together with the nitric acid and with the addition of air or oxygen again be sent into the cycle. The reaction space is expediently designed in such a way that that the two gas components find numerous impact axes and that here resulting melt can easily trickle down, and then from time to time or to be drained continuously in a molten state, i.e. liquid.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise durch die Abb. i und 2 veranschaulicht. Diese- Vorrichtung besteht aus einem kesselartigen Gefäß i, in welches die heißen oder überhitzten Dämpfe der . stark verdünnten Salpetersäure durch die Zuleitungen 2a und 7,1# und die heißen Amnioniakdämpfe, die ebenfalls stark wasserhaltig sein können, durch die Zuleitungen 3a und 3b eingeführt werden. Der Kessel i ist mit einem gewölbten oder flachen Deckel ? abgedeckt. Im Kessel sind konzentrische Wandungen oder auch Rohrstücke 4, 5 und 6 derartig angebracht, daß die eintretenden Dampfströme sich zuerst nach unten bewegen, dann im Raume zwischen ,1 und 5 nach oben; dann weiter zwischen 5 und 6 nach unten und hierauf durch das von der Wandung 6 gebildete Rohr aus dem Kessel entweichen.Such a device is shown, for example, in FIGS. 1 and 2 illustrated. This device consists of a kettle-like vessel i, in which the hot or superheated fumes of the. highly diluted nitric acid through the supply lines 2a and 7.1 # and the hot amnionia vapors, which are also may contain a lot of water, through the feed lines 3a and 3b are introduced. The kettle i has a domed or flat lid? covered. In the boiler concentric walls or pipe sections 4, 5 and 6 are attached in such a way that the incoming steam flows first move down, then in the space between , 1 and 5 up; then further down between 5 and 6 and then through the escape from the boiler tube formed by the wall 6.

Der untere Teil des Kessels ist trichterförmig ausgebildet und wird durch das Ventil 8 abgeschlossen. In diesem trichterförmigen Teil sammelt sich das beim Zusammentreffen der Arnmoniakdämpfe mit den Salpetersäuredämpfen entstehende geschmolzene Ammoniumnitrat i o.The lower part of the boiler is funnel-shaped and is completed by valve 8. This collects in this funnel-shaped part when the ammonia vapors meet the nitric acid vapors molten ammonium nitrate i o.

Der ganze Kessel ist durch einen Mantel g umgeben. Dieser Mantelraum kann vor dem Beginn des Arbeitens zur Vorwärmung der Vorrichtung und bei zu starkem Temperaturanstieg zur Kühlung der Vorrichtung benutzt werden.The whole boiler is surrounded by a jacket g. This cloakroom can be used to preheat the device before starting work and if it is too strong Temperature rise can be used to cool the device.

Die Zuleitungen z und 3 können in den Kessel i tangential münden, wodurch eine bessere Durcliwirbelung der dampfförmigen Komponenten untereinander erzielt wird.The supply lines z and 3 can open tangentially into the boiler i, whereby a better circulation of the vaporous components is achieved with each other.

Die Lage der Zuleitungsrohre 2 und 3 5.n der Abb. a entspricht nicht ganz derjenigen in der Abb. i; diese Darstellungsweise ist jedoch der besseren Veranschaulichung halber gewählt worden.The position of the supply pipes 2 and 3 5.n in Fig. A does not correspond quite like that in Fig. i; however, this representation is for better illustration was chosen for the sake of it.

Die Vorrichtung kann auch beweglich, z. B. als Zentrifuge rotierend, ausgebildet werden. In solchem Falle kann es sich empfehlen, die Zuleitungen der beiden dampfförmigen Komponenten durch zwei ineinandersteckende konzentrische Rohrleitungen, welche von oben in der Mitte der Vorrichtung münden, auszubilden. Die Wandungen 4., 5 und 6 werden aus Drahtgaze hergestellt, und das gebildete schmelzflüssige Ammoniumnltrat bleibt an der engmaschigen Gaze haften, um später herunterzurieseln. Auch die Wandung i der Vorrichtung ist durchbrochen, und der austretende Wasserdampf, welcher noch etwas Ammoniak und vielleicht Stickoxyde enthält, kann aus dein Zwischenraum zwischen der rotierenden Zentrifuge und der feststehenden Ummantelung abgeleitet werden.The device can also be movable, e.g. B. rotating as a centrifuge, be formed. In such a case, it may be advisable to use the two vaporous components through two concentric pipes plugged into one another, which open from above in the middle of the device to train. The walls 4th, 5 and 6 are made of wire gauze, and the molten one formed Ammonium filtrate sticks to the close-meshed gauze to trickle down later. The wall i of the device is perforated, and the escaping water vapor, which still contains some ammonia and maybe nitric oxide, can come from your space derived between the rotating centrifuge and the fixed casing will.

Auch der zentrifugenartige sogenannte Kreiselmischer kann hierfür benutzt werden. Die Auswahl der BaustoFe bietet hier keine Schwierigkeiten, da nicht nur Auskleidungen mittels keramischer Baustoffe, sondern auch säurefeste Stähle und Aluminium hierbei gut verwendbar sind.The centrifuge-like so-called impeller mixer can also do this to be used. The selection of the building materials does not present any difficulties here, as it does not only linings using ceramic building materials, but also acid-resistant steels and aluminum can be used well here.

Auch hat man die Möglichkeit, durch Anwendung eines geringen Überschusses an Ammoniak sowohl die Schmelze wie auch die entweichenden Dämpfe leicht alkalisch zu halten.You also have the option of using a small excess of ammonia, both the melt and the escaping vapors are slightly alkaline to keep.

Jc- höher die Temperatur im Reaktionsraum gehalten wird, um so ärmer an Wasser ist die erhaltene Sclunelze. So z. B. entsteht bei einer Temperatur von etwa i3oI C eine Schmelze mit etwa aoo'o Wasser, bei etwa i 5o- C eine Schmelze mit etwa i 2 o'o Wasser und bei einer Temperatur von etwa 1650C eine Schmelze mit etwa 9 oio Wasser usw.The higher the temperature is kept in the reaction space, the poorer in water is the melt. So z. For example, at a temperature of about 130 ° C. a melt with about aoo'o water is formed, at about i 50 ° C. a melt with about i 2 ° C. is formed, and at a temperature of about 1650 ° C. a melt with about 9% water, and so on .

Die gewonnene, in der Kälte jedenfalls erstarrende Schmelze kann, wenn sie doch noch mehr Wasser enthält, als der Verwendungszweck zuläßt, in an sich bekannter Weise in Vakuumapparaten u. dgl. weiter eingedampft werden. In der Regel ist jedoch die so gewonnene Schmelze auch ohne nachträgliche Konzentration in Vakuumapparaten genügend wasserfrei; sie wird daher während des Erkaltens in üblicher Weise in die gewünschte, meist körnige Form übergeführt.The melt obtained, which in any case solidifies in the cold, can if it still contains more water than the intended use allows, in itself be further evaporated in a known manner in vacuum apparatus and the like. Usually However, the melt obtained in this way is even without subsequent concentration in vacuum apparatus enough anhydrous; it is therefore in the usual way during cooling in the desired, mostly granular shape transferred.

Ähnlich wie Salpetersäuredämpfe verhalten sich bei dieser Arbeitsweise auch andere Stickoxyde, wenn sie mit Luft oder Sauerstoff und selbst viel Wasserdampf vermengt sind.This mode of operation behaves in a similar way to nitric acid vapors also other nitrogen oxides, if they are mixed with air or oxygen and even a lot of water vapor are mixed up.

Die .entweichenden groben Mengen sehr heißen Wasserdampfs können zur Erwärmung der zu verdampfenden Salpetersäure und gegebenenfalls des abzutreibenden Ammoniakwassers oder auch zur Heißhaltung der Dämpfe dieser Komponenten vor deren Eintritt in eine geeignete, hier beispielsweise beschriebene Reaktionskammer benutzt werden.The .entreienden large amounts of very hot water vapor can be used Heating of the nitric acid to be evaporated and, if necessary, that to be driven off Ammonia water or to keep the vapors of these components hot Entry into a suitable reaction chamber, described here for example, is used will.

Auf diese Weise gelingt es, auch bei Benutzung noch so stark mit Wasserdampf vermengter Salpetersäure- und Ammoniakdämpfe ohne das lästige und kostspielige Eindampfen der sonst beim Zusammenbringen dieser Komponenten entstehenden verdünnten Ammonnitratlaugen direkt zu sehr wasserarmen oder gar wasserfreien Schmelzen von Ammonnitrat, welche beim Abkühlen erstarren, zu gelangen.In this way it works, no matter how strong it is with water vapor mixed nitric acid and ammonia vapors without the annoying and costly evaporation the dilute ammonium nitrate liquors that otherwise arise when these components are brought together directly to very low-water or even water-free melts of ammonium nitrate, which solidify on cooling to arrive.

Claims

PATENT APPLICATION: i. Process for the production of molten or crystalline ammonium nitrate using those described in patent 531 50 ° Function by bringing together heated ammonia vapors and. nitric acid Water vapors, characterized in that the nitric acid diluted by evaporation obtained nitric acid-containing water vapors dry or water-containing ammonia gas is supplied at temperatures which are above the melting temperature of the resulting Ainmonitrats lie, and the higher, the more water-poor the melt is to be. Method according to claim i, characterized in that when processing Nitric oxide containing water vapors containing nitric acid, air or oxygen added. 3. Apparatus for the production of ammonium nitrate melts according to claim i and a from nitric acid and ammonia vapors strongly diluted with water vapors, characterized in that the reaction space is designed as a centrifuge which the melt can be let out.