DE60222292T2 - Chemische und thermische zersetzung von ammoniumsulfat zu ammoniak und schwefelsäure - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zersetzung von Ammoniumsulfat ((NH4)2SO4) zu Ammoniak (NH3) und Schwefelsäure (H2SO4) durch chemische und thermische Behandlung.
- Ammoniumsulfat fällt als Nebenprodukt in einigen verschiedenen chemischen Prozessen an. Ammoniumsulfat wurde früher als Düngemittelkomponente verwendet, wurde jedoch später durch Ammoniumnitrat für diesen Zweck ersetzt. Ammoniumsulfat wird immer noch in einem gewissen Maß als Düngemittelkomponente in einigen Entwicklungsländern verwendet. Allerdings wird Ammoniumsulfat in den meisten Verarbeitungsfällen als unerwünschtes Nebenprodukt mit beschränkten Vermarktungsmöglichkeiten betrachtet.
- Ammoniumsulfat ist ein wasserlösliches kristallines Produkt mit einem Schmelzpunkt von 235°C. Bei Temperaturen über 280°C zersetzt sich Ammoniumsulfat zu Ammoniak, Schwefeltrioxid und stickstoffhaltigen Gasen.
- Innerhalb der verschiedenen Verfahrenskombinationen, in denen Ammoniumsulfat gebildet wird, sind Schwefelsäure und Ammoniak in den meisten Fällen als Ausgangsmaterialien involviert. Unter diesen Bedingungen ist es aus Umwelt- und ökonomischen Gründen vorteilhaft, Ammoniumsulfat zu Ammoniak und Schwefelsäure zu zersetzen, um die Ausgangsmaterialien des Prozesses im Kreislauf zu fahren oder um verkäufliche Produkte zu erhalten.
- In den folgenden Dokumenten werden einige bekannte Verfahren, die die Zersetzung von Ammoniumsulfat betreffen, beschrieben:
- (1) Chemical Abstracts, Bd. 65 (1966), Acc. Nr. 70990, Zh. Neorgan. Chim, 1966, 11(7), 1673-8 (Russland)
- (2)
DE 1151492 - (3)
DE 1160421 - Die oben aufgeführten Dokumente beschreiben Verfahren, in denen Ammoniumsulfat durch thermische Behandlung und vollständige Zersetzung Gase von NH3, H2O und SO3/SO2 bei Temperaturen über 350°C bildet. Die deutschen Patentveröffentlichungen beschreiben zusätzlich ein Verfahren, welches Koks, Kohle oder Holzkohle als Reduktionsmaterialien unter sauerstofffreien Bedingungen involviert, wobei erreicht wird, Schwefelsäure auf SO2-Basis in wäßriger Lösung zu erhalten und wobei Ammoniak mit Ammoniumhydrogensulfat und Kaliumsulfat in einem Kreislauf abgetrennt wird.
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniakgas (NH3) und Schwefelsäure (H2SO4), welches dadurch gekennzeichnet ist, daß Ammoniumsulfat ((NH4)2SO4) mit konzentrierter Schwefelsäure vermischt wird und daß die Mischung auf eine Temperatur von mehr als 235°C erwärmt wird, wodurch Ammoniumsulfat geschmolzen wird, und daß anschließend die Mischung auf über 280°C, aber unterhalb des Siedepunkts von konzentrierter Schwefelsäure (290-320°C) erwärmt wird, wodurch Ammoniumsulfat simultan zu Ammoniakgas und flüssiger Schwefelsäure zersetzt wird, und worin die im Verlauf der Reaktionsdauer hergestellte Schwefelsäure idealerweise mit der konzentrierten Schwefelsäure aus der anfänglichen Grundmischung vermischt wird.
- Durch dieses Verfahren wird es ermöglicht, Ammoniumsulfat vollständig zu Ammoniakgas und flüssiger Schwefelsäure zu zersetzen, wobei das Ammoniakgas während der Verarbeitung verdampft und von der aus Schwefelsäure bestehenden Restlösung abgetrennt wird.
- Ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens wird im folgenden gegeben.
- Beispiel
- Das aus 3 bis 5 mm ∅ kristallinem Ammoniumsulfat bestehende Grundmaterial wird mit 95 bis 97%iger konzentrierter Schwefelsäure in einem Reaktor in einem Gewichtsverhältnis von Ammoniumsulfat/Schwefelsäure = 1/2 vermischt.
- Der Reaktor wird auf ungefähr 250°C erwärmt, wobei Ammoniumsulfat in einer getrennten flüssigen Phase über der konzentrierten Schwefelsäure ausschmilzt. Der Reaktor wird anschließend auf bis zu 285°C erwärmt, wodurch Ammoniumsulfat zersetzt wird. Während der Zersetzung von Ammoniumsulfat wird das gebildete Ammoniakgas am oberen Ende des Reaktors abgesaugt und anschließend heruntergekühlt und in einem getrennten Behälter gelagert. Das aus konzentrierter Schwefelsäure bestehende Endprodukt der Zersetzung mischt sich idealerweise mit der anfänglichen Schwefelsäure aus der Grundmischung. Nach Vervollständigung der Reaktion, was ungefähr einer Stunde entspricht, wird die Schwefelsäure im Reaktor in einen getrennten Zwischenbehälter zur Verdünnung mit einer beschränkten Menge Wasser überführt, um die Säurekonzentration auf ungefähr 95 bis 97 % einzustellen. Die aus der Ammoniumsulfatzersetzung hergestellte Menge an Schwefelsäure wird dann in einen getrennten Aufbewahrungsbehälter überführt, während der verbleibende Teil der Schwefelsäure auf ungefähr 250°C abgekühlt wird und anschließend in den Reaktor in einen Wiederholungsherstellungszyklus zur Zersetzung von neuem Ammoniumsulfat-Ausgangsmaterial zurückgeführt wird.
- Weitere Anmerkungen zu bekannten Verfahren
- Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von bekannten Verfahren, in denen Ammoniumsulfat in Kristallform in einer aus konzentrierter Schwefelsäure (95-97 %) bestehenden Flüssigkeit bei einer Temperatur von ungefähr 250°C, d.h. oberhalb des Schmelzpunkts von Ammoniumsulfat, der 235°C entspricht, geschmolzen wird. Das geschmolzene Ammoniumsulfat schwebt dann als getrennte Schicht auf der untenliegenden konzentrierten Schwefelsäure. Durch Erhöhen der Temperatur auf 285°C, d.h. oberhalb der Zersetzungstemperatur von Ammoniumsulfat, die 280°C entspricht, aber unterhalb des Siedepunkts von konzentrierter Schwefelsäure, der 290-320°C entspricht, wird dann erreicht, Ammoniakgas (NH3) getrennt zu verdampfen, während der aus 100 % konzentrierter Schwefelsäure (H2SO4) bestehende restliche Teil des Ammoniumsulfats idealerweise mit der konzentrierten Schwefelsäure aus der anfänglichen Grundmischung vermischt wird. Hierdurch wird erreicht, Ammoniumsulfat direkt zu Ammoniakgas und flüssiger Schwefelsaure zu zersetzen.
- Dieses Verfahren unterscheidet sich wesentlich von anderen bekannten Verfahren, in denen Ammoniumsulfat zunächst zu Gasen bestehend aus NH3, H2O, SO3 und nachfolgendem SO2 bei Temperaturen über 350°C zersetzt wird, und wobei die Mischung der Gase in einer Sequenz aufeinanderfolgender Verfahren zu Ammoniak und Schwefelsäure umgewandelt wird.
Claims (2)
- Verfahren zur Herstellung von Ammoniakgas (NH3) und Schwefelsäure (H2SO4), dadurch gekennzeichnet, daß Ammoniumsulfat ((NH4)2SO4) mit konzentrierter Schwefelsäure vermischt wird und daß die Mischung auf eine Temperatur von mehr als 235°C erwärmt wird, wodurch Ammoniumsulfat geschmolzen wird, und daß anschließend die Mischung auf über 280°C, aber unterhalb des Siedepunkts von konzentrierter Schwefelsäure erwärmt wird, wodurch Ammoniumsulfat simultan zu Ammoniakgas und flüssiger Schwefelsäure zersetzt wird, und worin die im Verlauf der Reaktionsdauer hergestellte Schwefelsäure idealerweise mit der konzentrierten Schwefelsäure aus der anfänglichen Grundmischung vermischt wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Ammoniumsulfat/Schwefelsäure zwischen ungefähr 2,0 und 0,1 ist und daß die Schmelztemperatur von Ammoniumsulfat zwischen ungefähr 240 und 270°C gehalten wird und daß die Zersetzungstemperatur bei ungefähr 285°C gehalten wird.
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