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Verfahren zur Herstellung von AmmoniumcarbAWat aus Gaswesseri Ammoniakstarkwasser,
d. h. verdichtetes Ammoniakwasser, ist ein Roherzeugnis der Kokereien, Gasanstalten,
Schwelereien oder Benzingewinnungsanlagen, das durch Niederschlagen der beim Abtreiben
von verdünnten Gaswaschfiüssigkeiten oder von Kondensaten der Rohgase entweichenden
Dämpfe gewonnen wird. Seine Zusammensetzung schwankt je nach der Art und
dem Betrieb der vorhandenen Verdichtungsanlagen zwischen 18 bis 22% Ammoniak, 6
bis 200/0 Kohlensäure, 3 bis q.% Schwefelwasserstoff.
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Dem Charakter des Amrnoniakstarkwassiers, als Roherzeugnis entsprechend
enthält dieses außerdem noch geringe Mengen organischerVerunreinigungen. Will man
das Ammoniakstarkwasser durch Druckdestillation zu Ammoniumcarbamat verarbeiten,
so zeigt sich, daß in diesem Wasser zur restlosen Bindung des Ammoniaks nicht genügend
Kohlensäure zur Verfügung steht. Zur Bildung von Ammo.niumcarbamat müßten 34 Gewichtsteile
Ammoniak und q.¢ Gewichtsteile Kohlensäure verfügbar sein, die im gewöhnlichen Ammoniakstarkwasser
jedoch nicht vorhanden sind.
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Die Druckdestillation des Ammoniakstarkwassers zur Herstellung von
Ammoniumcarbam:at kann: in bekannter Weise z. B. dadurch erfolgen, daß -mittels
einer Pumpe in einem Vorwärmer vorerhitztes Ammoniakstarkwasser auf eine Abtreihekolonne
aufgegeben wird, deren Betriebsdruck je nach Zusammensetzung des Ammoniakstarkwassers
dann zwischen 12 und 2 5 atü liegt. Als Däm@pfegemisch entweichen aus dem Abtreiber
praktisch die gesamte Kohlensäure, Ammoniak, soweit es zur Bindung der Kohlensäure
zu Ammoniumcarb:amat benötigt wird, etwas Feuchtigkeit und, gegebenenfalls Schwefelwasserstoff.
Im: erschöpften Kolonnenablauf des Starkwasserabtreibers bleiben bei der Verarbeitung
von gewöhnlichem Ammoniakstarkwasser in der Regel Restmengen von Ammoniak zurück,
da dieses meist im überschuß,
bezogen auf die Zusammensetzung des
Ammoniumcarbamats, vorhanden ist. "Außerdem besitzt Ammoniak einen niedrigeren Sättigungsdruck
als Kohlensäure und Schwefehvasserstolt, und les ist daher schwerer abtreibbar.
Es ergibt sich in der Stoffbilanz des Starkwasserabtreibers infolgedessen ein Unterschuß
an Kohlensäure.
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Der einfachste Weg zur Deckung dieses Unterschusses an Kohlensäure
ist der, einen Teilstrom des Rohgases mit Aminoniakwasser zu waschen, das -mit Kohlensäure
angereicherte Ammoniakwass:er bei Temperaturen zwischen 9o und 95- zu entsäuern
und die so erhaltene Kohlensäure dein Ammoniakstarkwasser nachträglich zuzusetzen.
In der praktischen Durchbildung dieses Verfahrens treten jedoch Schwierigkeiten
auf, die mit der Aufrechterhaltung der Konzentration des zur Kohlensäurewäsche dienenden
Ammoniakwassers zusammenhängen.
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Der günstigste Gehalt des Waschmittels an NH3 liegt zwischen 3 und
60,'o. Auf diesen Gehalt ist das Verfahren in seiner technischen Ausgestaltung einzustellen.
Durch die enge Berührung des Ammoniakwassers mit dem Rohgas beim Auswaschen tritt
jedoch ein Teil des Ammoniaks aus dem Waschmittel in das Rohgas über, was zu einer
Abnahme der Konzentration des Waschmittels am Ammoniak führt. In der gleichen Richtung
wirken sich Feuchtigkeitsübertritte aus dein Gase in die Ammoniaklösung sowie die
beim Austreiben der Kohlensäure aus dein kohlensäuregesättigten Ammoniakwasser entstehenden
Ammoniakverluste aus. Um einen fortlaufenden Waschprozeß aufrechtzuerhalten, ist
also die ständige Zufuhr von frischem Ammoniak erforderlich. Diese Schwierigkeiten
lassen sich nun leicht überwinden.
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Der Kolonnenablauf des unter einem Druck von etwa 12 bis 25.atü stehenden
Starkwasserabtreibers enthält, wie bereits :erwähnt, meist noch i bis 20,`o Ammoniak.
Dieser Kolonnenablauf kann nun erfindungsgemäß nach vorangegangener Kühlung, die
zweckmäßig im Wärmeaustausch mit dem auf die Kolonne auflaufenden Ammoniakstarkwassererfolgt,
in sehr einfacher Weise dadurch als Auswaschmittel für Kohlensäure aus dem Rohgas
benutzt werden, daß der Abtrieb im Starkwasserabtreiber etwas schwächer, und zwar
nur bis zu derjenigen Ammoniakkonzentration durchgeführt wird, die für die Kohlensäurew:äsche
erwünscht ist und etwa 3 bis 60,'o beträgt. Dabei wird dem auf den Starkwasserabtreiber
auflaufenden Starkwasser nür so viel Kohlensäure zugegeben, als zur Bindung des
abzutreibenden Ammoniaks erforderlich ist. Wenn das Starkwasser also beispielsweise
2o4-o N H", enthält und der Kolonnenablauf auf 4010 N H.- eingestellt
werden soll, so wären dem Starkwasser 20 -- a= 16. -,4 34 =.
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rund 20,70o Kohlensäure insgesamt zuzufügen. Bei einem Kohlensäuregehalt
des Ammoniakstarlwassers von 1700 wären dem Abtreiber in diesem Fall also
2o ,; - i; 0'o = 3,@ 0'(-) Kohlensäure aus dem Rohgas hinzuzufügen.
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Es erübrigen sich bei dieser Arbeitsweise alle sonst erforderlichen
Maßnahmen zur Gleichhaltung der Konzentration des Waschmittels; da das einmal zur
Auswaschung der Kohlensäure aus dem Gase benutzte Ammoniakwasser aus dem Waschprozeß
entfernt und durch neues :-#mmoniak"t-asser ersetzt wird. :yuf diese Weise wird
die Herstellung von Ammoniumcarbamat durch Druckdestillation von Ammoniakstarkwasser
nwangsläui-ig mit der Koblensäuregecvimiting gekuppelt, indem bei schwankender Erzeugung
zwangsläufig immer genau diejenige Waschmittelmenge zur Kohlensäurewäsche in Umlauf
gesetzt wird, die der verarbeiteten Starkwassermenge .entspricht und so eine wirtscbaftliche
Betriebsweise gewährleistet ist.
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Die Entsätterung des mit Kohlensäure angereicherten Ammoniakwassers
kann nun entwede:r gemeinsam mit der des Aminoniakschivachwassers vor seiner Verdichtung
zu Ammoniakstarkwasser erfolgen, oder aber in einem besonderen Entsäurer, von dem
aus die Kohlensäure getrennt dem Carbamatprozeß zugeführt wird. Diese Arbeitsweise
bringt den Vorteil mit sich, daß dadurch die in den Vorratsbehältern stets auftretenden
und lästigen Ausscheidungen von Ammoniumcarbonat verringert oder ganz vermieden
werden.
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Aus der getrennten Entsäuerting des kohlensäureangereicherten Ammoniakwaschtwassers
ergibt sich ztvangsläui-ig die weitere Maßnahme, die zur Carbamatbildung notwendige
zusätzliche Kohlensäure dem Ammoniakstarkwasser erst hinter der Pumpe 7uzusetzen,
welche das Ammoniakstarkwasser auf den Abtreiber der Carbamatanlage aufpumpt. Der
Kohlensäurezusatz erfolgt also in das schon unter Abtreiberdruck stehende Ammoniakwasser,
und zwar entweder auf dem Wege zwischen Pumpe und Abtreiber oder noch zweckmäßiger
in der Bodentasse des Abtreibers selbst. Durch die letztere Arbeitsweise wird ferner
erreicht, daß die Destillationstemperatur des Ammoniaks, den veränderten Teildruckverhältnissen
entsprechend, erniedrigt und der Ammoniakabtreb daher beschleunigt wird.
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Zur Erläuterung des Verfahrens ist in der beiliegenden Zeichnung eine
beispielsweise Anlage schematisch dargestellt.
Der vom Abtreiber
a für das Ammoniakstarkwasser ablaufende Kolonnenabtrieb gelangt mit einem Gehalt
von mehr als 3 0,'o Ammoniak durch die Leitung b über den Wärmeaustauscher c in
den Iiohlensä.urewäscher d. Als koh lensäuregesättigter Kolonnenabtrieb gelangt
@er anschließend über das Syphon e und die Leitung/ in den Entsäurer ä .
- Von diesem wird die Kohlensäure durch die Leitung lt über den Gasometer i entweder
in die Pumpendruckleitung bei k oder besser noch durch die Leitung L unmittelbar
in den Sumpf m der Kolonne a .aufgegeben, während das im- Entsäurer g von
seinem Gehalt an CO. und H. S weitgehend befreite Ammoniakwasser
einem in der Zeichnung nicht dargestellten Abtreiber zugeführt wird, in welchem
die Verdichtung des Ammoniak. schwachwassers zu Ammoniakstarkwasser erfolgt. Das
Ammoniakstarkwasser schließlich nimmt den Weg über die Pumpe it durch die Leitung
o in den Wärmeaustauscher c, von diesem zurück über die Leitung p in den Vorwärmer
g wieder in den Abtr Biber a, @ :aus dem über. den Rückflußkühler r das Dämpfegemisch
von Kohlensäure und Ammoniak austritt, das in den Carbamatkühlern s zu Ammoniumcarbamat
niedergeschlagen wird. Anwendungsbeispiel Das durch die Pumpe tt über den Wärmeaustauscher
c und den Erhitzer c7 auf dien Abtreiber a aufgegebene Ammoniakst.arkvasser möge
folgende Zusammensetzung haben: i 8 % Ammoniak und i 4, 5 @'o Kohlensäure. Der Schw
efehvasserstofigehalt ist unberücktigt geblieben, da er lediglich Verschiebungen
im Ammoniakbedarf bewirkt, die den Gegenstand der Erfindung nicht grundsätzlich
berühren.
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Die Erwärmung des Ammoniakstarkwassers im Erhitzer q erfolgt beispielsweise
auf :eine Temperatur vorn etwa 117'. Mit dieser Temperatur läuft das Ammoniakstarkwasser
auf den Abtreiber a, der unter einem Betriebsdruck von beispielsweise 17 atü steht.
Während Kohlensäure und das zur Bindung der Kohlensäure zu Ammoniumcarbamat benötigte
Ammoniak, gegebenenfalls Schwefelwasserstoff, und geringe Mengen Wasserdampf in
Dampfform den Abtreiber verlassen, bleibt das Ammoniak, das nicht zur Bindung an
Kohlensäure gelangte, im Kolonnenablauf des Abtreibers zurück.
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Zur Beschaffung von zusätzlicher Kohlensäure mit Hilfe des Waschers
d wird der Ammoniakabtrieb im Abtreiber a bei einem Ammoniakgehalt von
3,5 o ',o im Kolonnenablauf abgebrochen. Die Kohlensäure dagegen wird praktisch
restlos abgetrieben. Insgesamt würden, der Zusammensetzung des Ammoniumcarbamats
aus 34 Teilen Ammoniak und 4¢ Teilen Kohlensäure entsprechend, für 18 -
3,5 = 14,5 Teile Ammoniak also 14,5 - 44 : 34 = etwa 18" Teile Kohlensäure
erforderlich sein. Die Fehlmenge von 18,7 - 14,5 = 4,z Teilen Kohlensäure wird unter
Benutzung des noch 3,50,'o tNH3 enthaltenden Kolonnenablaufs vom Abtreiber a im
Wascherd aus dem Rohgas gewonnen. Die Entsäuerung des aus dem Wascher d und e ablaufenden
und bei / in den Entsäurer ä eintretenden kohlensäuregesättigten Waschwassers erfolgt
vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 96 und I oo'. Die bei 7t aus dem Entsäurer
.austretende Kohlensäure gelangt schließlich über den, Behälter i in der geschilderten
Weise auf - den Starkwasserabtreiber a.