-
Verfahren zur Trennung von Ammoniak und Kohlensäure Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Trennung von Ammoniak und Kohlensäure.
-
Die meisten vorgeschlagenen Verfahren auf diesem Gebiet benutzen die
sogenannteri Dissoziationskolonnen. Bei diesem Verfahren wird die Erscheinung ausgewertet,
daß oberhalb von etwa 65' einerseits die Ammoniak-Kohlensäure-Verbindungen
vollständig aufgespalten sind und anderseits bei diesen Temperaturen die Löslichkeit
der Kohlensäure in Wasser gleich Null ist, die des Ammoniaks aber noch relativ beträchtliche
Werte besitzt. Somit wird die Kohlensäure nach der thermischen Aufspaltung abgegeben,
das Ammoniak in Lösung gehalten. Jedoch beträgt die Löslichkeit des Ammoniaks in
Wasser bei den in Frage kommenden Partialdrucken nur noch etwa 1/3 des Wertes bei
15', und daher lassen; sich auf diese Weise *nur sehr verdünnte Ammoniaklösungen
verarbeiten oder erzielen. Bei der Wiedergewinnung des Ammoniaks aus solchen verdünnten
Lösungen muß sehr viel Dampf aufgewandt werden; sie ist deshalb sehr unwirtschaftlich.
-
Das Verfahren der Erfindung beruht demgegenüber auf anderen Zusammenhängen.
Es setzt zwar als erste Stufe ebenfalls die thermische Aufspaltung der Ammoniak-Kohlensäure-Verbindungen
voraus, aber das so aufgespaltene Gasgemisch wird, bevor es Gelegenheit zur Wiedervereinigung
findet, anstatt mit heißem Wasser mit kalten konzentrierten Lösungen von Calciumchlorid
gewaschen. Diese besitzen ein sehr hohes Bindungsvermögen für Ammoniak und das von
ihnen gebundene Ammoniak -verhält sich unerwarteterweise ,äußerst träge in der Reaktionsfähigkeit
mit Kohlensäure. Die letztere streicht daher größtenteils ungebunden durch die Lösungen.
Im Gegensatz zu den niedrigprozentigen Wässern, die mit den obenerwähnten Dissoziationskolonnen
erzielt werden, fallen bei dem vorliegenden Verfahren Ammoniaklösungen vergleichsweise
hoher Konzentration, z. B. z5o g Ammoniak im Liter, an, und aus diesen läßt sich
Ammoniak als Gas wirtschaftlich günstig wiedergewinnen.
-
Konzentrierte Calciumchloridlösungen verhalten sich in ihrer Absorptionsfähigkeit
gegenüber Kohlensäure erheblich anders als verdünnte Lösungen. Von vornherein sollte
man annehmen, daß bei der gleichzeitigen Einwirkung von Ammoniak und Kohlensäure
auf Calciumchloridlösungen folgende Reaktion verläuft: CaC12 (-I- H20 -E-
z NH3+C02 =CaC03 --I- a NH4C1). Tatsächlich setzt sich eine Lösung von Amxnoncarbonat
oder -carb,amat mit Calciumchlorid sofort in diesem Sinne um. Chlorcalciumlauge
niedriger
Konzentration ist daher zum gemeinsamen Auswaschen von. Ammoniak und Kohlensäure
aus Gasen angewandt worden. Diese gleichzeitige Absorption von Ammoniak und Kohlensäure
erhält man auch mit konzentrierten Chlorcalciumlösungen bei Temperaturen von etwa
8o° C. Schickt man jedoch Ammoniak und Kohlensäure als Gasgemisch durch konzentrierte
Calciumchloridlösungen unterhalb von 6o° C, so wird wider alle Erwartung nur das
Ammoniak festgehalten, während die Kohlensäure fast vollständig die Lösung, nunmehr
frei von Ammoniak, verläß t. Hat die Lösung die gewünschte Ammoniakkonzentration
erreicht, so wird sie einem Abtreiber zugeführt. Es muß nur so viel Kalkhinzugesetzt
werden, wie der aufgenommenen Kohlensäutemenge entspricht, damit das im gleichen
Maße gebildete Ammonchlorid wieder zerlegt wird. Nach dem Austreiben des Ammoniaks
wird der Calciumcarbonatschlamm abfiltriert, und die Lösung ist wieder für einen
neuen Arbeitsgang verwendbar.
-
Das Ammoniak braucht aus Gründen der Dampfersparnis nicht bis zu den
letzten Resten ausgetrieben zu werden. Denn nach der Filtration des Calciumcarbonatschlammes
kann die Lösung wieder im Kreislauf einem neuen Arbeitsgang zugeführt werden.
-
Soll die Trennung möglichst vollständig sein, so ist eine hohe Konzentration
der Calciumchloridlösung erwünscht. Lösungen mit über 30 Klo Calciumchlorid sind
erfindungsgemäß wirksam. Die Arbeitstemperatur bei dem Waschvorgang kann in weiten.
Grenzen schwanken. Vorzuziehen ist die Einhaltung von mäßigen Temperaturen von io
bis 40° C. Auch soll die Berührungsdauer zwischen Gas und Lösung nur so hoch sein,
wie sie für die vollständige Absorption des Ammoniaks erforderlich ist. Das Verfahren
kann besonders dort vorteilhaft sein, wo eine kompressionsfreie Aufarbeitung der
Gase erwünscht ist. Natürlich ist aber auch ein Arbeiten unter Druck möglich.
-
Folgende Beispiele verdeutlichen die Wirkung Beispiel i Ein Gasgemisch
von z4,5 kg Ammoniak und 22,.i kg Kohlensäure wurde mit einer Gasgeschwindigkeit
von 1o 1/Sek. bei einer Temperatur von z8° durch Zoo 1 einer kalt gesättigten Calciumchloridlösung
geschickt. Die Gasverteilung erfolgte durch 8 Rohrstutzen, die Höhe der Flüssigkeitssäule
betrug 20 cm. 14,4 kg Ammoniak oder 99,3 °/o davon blieben in der Lösung und wurden
daraus durch Destillation in kohlensäurefreier Form wiedergewonnen. 2o,9 kg Kohlensäure
oder 94,60 /o des Eingebrachten verließen die Lösung und wurden abgeführt.
-
Beispiele Ein Gasgemisch aus 83'/, inerten Gasen, 8 % Ammoniak
und 9 °/a Kohlensäure wurde mit einer Gasgeschwindigkeit von 21/Sek. bei 2o° C durch
eine kalt gesättigte Calciumchloridlösung geschickt. Die Höhe der Flüssigkeitssäule
betrug 15 cm. Die Gasverteilung geschah wie bei Beispiel i. In der Lösung verblieben
95 % des angewandten Ammoniaks und nur 3,5 °% der angewandten Kohlensäure.
Die mit den anderen Gasen abziehenden 5 % des eingebrachten Ammoniaks wurden in
einer zweiten Waschstufe wiedergewonnen. Die Lösung wurde wie unter i aufgearbeitet.
-
Zum Nachweis, daß sich konzentrierte Chlorcalciumlösungen in bezug
auf die Absorption der Kohlensäure anders verhält wie verdünnte, z. B. 2o%ige Lösungen,
seien folgende Vergleichsversuche angeführt: Es wurden jeweils i Mol -- 78 g Ammoncarbamat
vergast und bei 2o° mit einer Gasgeschwindigkeit von . 501/Std. durch eine Spiralwaschflasche
mit 300 ccm 2o°/oiger bzw. 44°/oiger Calciumchloridlösung geschickt. Die
Höhe der Flüssigkeitssäule betrug 12 cm. Hernach wurde der durchgelassene und festgehaltene
Anteil von Ammoniak und Kohlensäure analytisch ermittelt.
-
Beispiel 3 2o°/oige CaCh-Lösung In der Ca ChLösung verblieben 33,-,
N H3 - 97 °/o des Angewandten. 3 % wurden durchgelassen.
-
Daneben wurden 16g CO,, als Carbonat gefunden entsprechend
0,36 Mol oder 36,3 °/o des Angewandten. 73,701, der Kohlensäure wurden
durchgelassen.
-
Beispiel 4 44°/oige CaC1,-Lösung In der. CaC12 Lösung verblieben
33,39
N H3 - 98 °% des Angewandten. 20/ ," wurden durchgelassen und in einer
zweiten Vorlage festgehalten.
-
Daneben wurden 2,25g CO.= als Carbonat gefunden entsprechend 5,1 °/o
des Angewandten. 0,949 Mol oder 94,9 °/o der Kohlensäure wurden durchgelassen.
-
Zur Regenerierung der CaC12 Lösung wurde sie mit so viel Ätzkalk verkocht,
als der aufgenommenen Menge Kohlensäure entsprach. Hierbei fiel das Ammoniak in
kohlensäurefreier Form an. Der Kalkaufwand zur Trennung von Ammoniak und Kohlensäure
betrug nur 6 °,!o von der bei der direkten Trennung von Ammoncarbonat bzw. des
entsprechenden
Gasgemisches durch Kallz erforderlichen Kalkmenge.
-
Die Verhältnisse, die eintreten, wenn eines der beiden Gase im Überschuß
angewendet wird, ergeben sich aus folgenden Versuchen, aus denen hervorgeht, daß
sowohl bei Kohlensäure- wie bei Ammoniaküberschuß eine weitgehende Trennung der
Kohlensäure v Qn dem Ammoniak stattfindet. Beispiel s Kohlensäure im überschuß Ein
Gasgemisch mit 1o l Ammoniak und 40 1 Kohlensäure wurde mit einer Gasgeschwindigkeit
von 75 1/Std. durch eine Spiralwaschflasche mit 300 ccm einer kalt gesättigten
und auf 2o° C gehaltenen Calciumchloridlösung geleitet. Die Höhe der Flüssigkeitssäule
betrug z2 cm.
-
In der Lösung verblieben 7 g NH3-99o/0 des Angewandten. o,o7 g NH3
- r o% des Angewandten waren durchgelassen.
-
Weiter wurden in der Lösung 2 g CO. als Carbonat gefunden oder etwa
2,5 0% der angewandten Kohlensäure. 97,5 % der angewandten C02 gingen mit dem Abgas
fort. Beispiel ö Ammoniak im überschuß Ein Gasgemisch aus q.0 1 Ammoniak und zo
1 Kohlensäure wurde unter denselben Bedingungen wie oben gewaschen.
-
In der Lösung verblieben 28g N Hg 98,7 0/0 des Angewandten.
0,37 g- 43 0% des Angewandten waren durchgelassen.
-
Weiter wurden in der Lösung 1,9 g C02 als Carbonat gefunden oder etwa
to 1/o der angewandten Kohlensäure, 9o % der angewandten Kohlensäure gingen mit
dem Abgas fort.