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Verfahren zur Wiederbelebung von ammoniakhaltiger Waschflüssigkeit
für die Entfernung ' von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd aus Gasen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur 11
Wiederbelebung von ammoniakhaltiger Waschflüssigkeit,
die zur Entfernung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd aus Gasen mit oder ohne
Gehalt an flüchtigem Ammoniak benutzt worden ist. Bei Verfahren dieser Art dient
bekanntlich -das von der Waschflüssigkeit zusätzlich in die Gaswaschung eingeführte,!
basische Ammoniak dazu, durch seine Bindung an die sauren Bestandteile ILS und
C O.# diese letzteren zu entfernen; hierzu muß dabei eine bestimmte,
für die Gaswaschung anzuwendende Menge der Waschflüssigkeit jeweils im Kreislauf
in diese Waschung zurückgeführt werden, nachdem sie von ihrer Beladung an
H. S und CO. durch Entfernung dieser auf- ; genommenen Verunreinigungen
wiederbelebt I worden ist, damit sie danach im rückgekühlten Zustand erneut als
Reinigungsflüssigkeit verwendet werden kann. - Bei bisher bekannten Verfahren ist
es nicht möglich gewesen, auf wirtschaftlichem Wege die praktisch vollständige Abtrennung
der .von der Waschtlüssigkeit aufgenommenen sauren Stoffe H . S und CO.
durchzuführen. Entweder wird hierbei, wenn eine hochgradige Abtrennung von
H. S und CO. aus dem Wasser erreicht Wird, zugleich
eine sehr beträchtliche Menge von Ammoniak mitentfernt und isoliert, die einer besonderen
und kostspieligen Aufarbeitung bedarf, um in die Form von ammoniakhaltiger l@reislaufwaschflüssigkeit
zurückgebracht zu werden, oder es wird, wenn die Mitabtreibung von Ammoniak in beschränkten
Grenzen gehalten wird, dann nur ein Bruchteil der aufgenommenen sauren Bestandteile
H. S und CO., aus dem Wasser entfernt, so daß ein mit diesen Stoffen
noch verhältnismäßig stark beladenes Waschwasser in die Gasreinigung zurückkehrt,
was den Reinigungsvorgang erschwert und beeinträchtigt und in jedem Fall die Kreislaufführung
einer stark vergrößerten Menge an Ammoniak und Waschflüssigkeit, also wiederum ein
unwirtschaftliches Arbeiten zur'Folge hat.
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Durch das Verfahren der Erfindung wird erreicht, daß die in der Gaswaschung
mit Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd beladene
Waschflüssigkeit
auf einfachem und wirtschaftlichem Wege praktisch vollständig von diesen Stoffen
H. S und CO. befreit wird, ohne daß nennenswerte Mengen an
Ammoniak dabei mit ausgetrieben werden. Zu diesem Zweck wird die mit H. S
und CO,
beladene Waschflüssigkeit in einer bei annähernd gewöhnlichem
Atlnosphärendrucl-; betriebenen Entsäuerungskolonne, der sie mit gewöhnlicher Temperatur
oben zufließt, sowohl mit Gas und direktem Wasserdampf; die beide am Kolonnenfuß
zutreten, als auch mit weiterem, im mittleren Kolonnenteil zugeführten direkten
Dampf behandelt, und zwar unter Einhaltung solcher Mengenverhältnisse der aufeinander
einwirkenden Flüssigkeiten, Gase und Dämpfe, daß die Temperatur der Waschflüssigkeit
an der Stelle der höher gelegenen Dampfzufuhr etwa 55 bis -5' C, je nach
den Konzentrations- und Mengenverhältnissen der Waschflüssigkeiten und dem drucksteigernden
Widerstand in der Kolonne, und an der Stelle der unteren Dampfzufuhr etwa 98 bis
ioo' beträgt; zugleich wird an der Spitze der Entsäuerungskolonne gesondert so viel
ammoniakfreies oder ammoniakarmes kühles Dephlegmationswasser zugegeben, daß das
entweichende Gas-Dampf-Gemisch praktisch frei von Ammoniak bleibt.
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Das Verfahren ist für eine Verarbeitung der Ausgangsgase sowohl bei
gewöhnlichem als auch bei erhöhtem Druck sowie für solche Gase mit und ohne Gehalt
an flüchtigem Ammoniak durchführbar.
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Zur Erläuterung des Verfahrens diene die Zeichnung, die eine zu seiner
Durchführung geeignete Einrichtung im Aufriß in schematischer Darstellungsweise
zeigt.
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In diesem Ausführungsbeispiel der Zeichnung ist angenommen, daß das
Gas, das zur Verarbeitung gelangt, ein von Ammoniak und anderen Wertstoffen bereits
freies, aber noch Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd enthaltendes Kokereigas ist,
das zur Fernverteilung bestimmt ist und deshalb unter einem Druck von beispielsweise
12 bis 2o at steht. Dieses Ausgangsgas wird mit gewöhnlicher Temperatur bei i in
die entsprechend druckfeste Vorrichtung eingeführt, die aus der unteren Waschkolonne
2 und der oberen Waschkolonne 3 besteht. Diese beiden Kolonnenteile sind durch einen
Zwischenboden getrennt, der nur dem aufsteigenden Gas freien Durchtritt zu dem oberen
Kolonnenteil 3 gewährt. Aus letzterem zieht das fertig behandelte Gas am oberen
Teil durch die Rohrleitung 5 unter dem ihm eigenen Druck ab und wird von hier seinem
Bestimmungszweck zugeführt. Der untere Kolonnenteil ist die Waschvorrichtung für
die Entfernung der sauren Verunreinigungen H.S und C02, der obere Kolonnentei13
ist eine Vorrichtung zum Nachwaschen des Gases zwecks Zurückhaltung des ihm im unteren
Kolonnenteil aus der Waschflüssigkeit aufgeladenen Ammoniaks. Der untere Kolonnenteil
2 wird bei 6 mit der im Kreislauf geführten ammoniakhaltigen, aber erfindungsgemäß
von H2 S und CO2 praktisch freien Waschflüssigkeit beschickt, die beim Herabrieseln
die Verunreinigungsstoffe H2S und C02 aus den aufwärts strömenden Gasen auswäscht
und mit ihnen beladen am Fuß des Kolonnenteils 2 durch die Rohrleitung 7 abgeführt
wird. Diese enthält, weil die Flüssigkeit vom Waschungsdruck bis auf atmosphärischen
Druck zu entspannen ist, eine Druckminderungsvorrichtung 8, die mit einer selbsttätigen
Höhenstandsregulierung 9 für den Fußteil der Kolonne verbunden ist. Da sich das
behandelte ursprünglich ammoniakfreie Gas auf seinem Wege durch die Kolonne 2 mit
einer gewissen Menge Ammoniak aus der übergerieselten Waschflüssigkeit belädt, wird
es in dem oberen Kolonnenteil 3 mit einem ammoniakfreien und gekühlten Wasser berieselt,
das an der Spitze der Kolonne 3 bei to aus der Rohrleitung 38 zugeführt wird und
beim Durchgang durch diese Kolonne das Ammoniak des Gases aus ihm auswäscht.
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Die vom Fuß der Kolonne 2 durch die Rohrleitung 7, 8 abgelaufene Waschflüssigkeit
wird durch die Pumpe i i und die Druck- und Steigleitung 1 2 und i 3 auf den oberen
Teil der erfindungsgemäßen Entsäuerungskolonne 1:1 aufgegeben. Unterhalb dieser
Entsäuerungskolonne 14. ist eine Ammoniakabtreibkolonne 15 angeordnet. Zwischen
den beiden Kolonnen 1 ¢ und 15 ist "ein Zwischenboden 16 eingefügt, der den freien
Durchgang von Dämpfen und Gasen aus der unteren in die obere Kolonne und zugleich
das Abfangen von Flüssigkeit aus der letzteren ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung wird am Fuß der Kolonne 1 4. sowohl Gas durch
das Rohr 17 als auch direkter Wasserdampf durch die Brause 18 und außerdem im mittleren
Kolonnenteil durch die Brause 19 weiterer direkter Wasserdampf zugeführt. Das Gas
kann ein beliebiges, im Verfahren im allgemeinen indifferentes Gas sein, etwa Koksofengas,
Hochofengas, Rauchgas, Luft, in besonderen Fällen auch Kohlendioxyd. Ferner wird
an der Spitze der Kolonne ammoniakfreies oder doch ammoniakarmes kühles Dephlegmationswasser
zugegeben, und zwar nach dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung bei 2o dasjenige
Waschwasser,- das am Zwischenboden q. des Fußes der oberen Gaswaschkolonne 3 durch
die Rohrleitung 39 abgenommen und durch die Pumpe 21 und Rohrleitung 22 zugeführt
worden ist; es kann jedoch außerdem
bei 23 Frischwasser zugegeben
werden, oder es ist sogar, wie später erläutert werden wird, die Durchführungsweise
möglich, daß überhaupt nur Frischwasser als Dephlegmationswasser zugegeben wird.
Bei 24 werden die sämtlichen am Kopf der Entsäuerungskolonne 1 4. verbleibenden
Gase und Dämpfe nach außen weggeführt.
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Der Betrieb der Entsäuerungskolonne 1 4. wird nun gemäß der Erfindung
so geführt, daß die -Temperatur der durchziehenden Waschflüssigkeit an der Stelle
der höher gelegenen Dampfzufuhr i9 etwa 55 bis 75° C und an der Stelle der unteren
Dampfzufuhr 18 bzw. der eben daselbst befindlichen Gaszufuhr 17 etwa 98 bis ioo°
C beträgt; ferner wird die Menge des an der Kolonnenspitze zugegebenen Dephlegmationswassers
so bemessen, daß das bei 24 entweichende Gas-Dampf-Gemisch praktisch frei von Ammoniak
bleibt, Unter solchen Verfahrensbedingungen wird erreicht, daß der Gehalt der bei
13 zugeführten Waschflüssigkeit an H2 S und CO.
praktisch vollständig aus
ihr entfernt wird und aus der Spitze der Kolonne bei 24. wegzieht. Wenn das 'bei
.17 zugeführte Gas Kohlendioxyd ist oder in größerer Konzentration enthält, wird
die Austreibung des H2 S innerhalb der.Kolonne 14 begünstigt, jedoch das C02 nur
teilweise entfernt; da hierdurch die Reinigungswirkung des umlaufenden Wassers für
C02 in der Gasreinigungskolonne 2 gemindert - wird, kommt diese Durchführungsweise
nur in Betracht, wenn auf vollständige oder doch weitgehende Entfernung des Kohlendioxyds
aus dem Ausgangsgas kein Gewicht gelegt wird. Es wird nun am Fuß der Entsäuerungskolonne
14 von der auf dem Zwischenboden 16 angesammelten Flüssigkeit durch den Ablauf 25
und sein Kegelorgan 26 eine Flüssigkeitsmenge abgezogen, die der bei 13 zugeführten
Waschflüssigkeitsmenge gleich ist. Diese Flüssigkeitsmenge wird durch die Pumpe
27 über einen Kühler 28, der sie bis auf gewöhnliche Temperatur rückkühlt, und die
Steigleitung 29 nach der Zufuhrstelle 6 der Gaswaschkolonne 2 gefördert. Hiermit
ist der Waschflüssigkeitskreislauf über die Kolonne a zunächst mengenmäßig gesichert.
Die auf dem Zwischenboden 16 als überschüssig verbleibende Flüssigkeit wird durch
ein Umlaufrohr 3o, das mit dem Regelorgan 31 ausgestattet ist, der unter der Entsäuerungskolonne
14 angeordneten Ammoniakabtreibkolonne 15 zugeleitet. Am Fußende der letzteren
befindet sich die Dampfbrause 32, mittels der so vieldirekter Wasserdampf
eingeführt wird, daß die Flüssigkeit am Kolonnenfuß je nach dem Widerstand der Kolonnen
14 und 15 eine Temperatur von ioi bis io5° C aufweist und bei ihrem Ablauf durch
die Rohrleitung 33 vollständig von Ammoniak befreit ist. Die abgetriebenen Ammoniakdämpfe
ziehen durch die Kolonne 15 nach oben, treten durch den Zwischenboden 16 in die
Entsäuerungskolonne 14 über und werden durch das bei 2o bzw. 23 zugegebene Dephlegmationswasser
wieder verdichtet, so daß im Beharrungszustand durch den Ablauf 25 ebensoviel Ammoniak
in die Kreislaufwaschflüssigkeit und damit bei 6 wieder in die Kolonne 2 gelangt,
wie sie beim vorherigen Abziehen aus ihr besessen hatte, so daß hiermit auch der
Ammoniakkreislauf durch die Kolonnen 2 und 1 4. vollständig geschlossen ist.
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Die aus dem Fuß der Kolonne 15 bei 33 ablaufende Flüssigkeit ist ein
vollständig abgetriebenes und dementsprechend reines Abwasser. Es enthält an Menge
das auf die Spitze der Kolonne 1 4. bei 20 und 23 aufgegebene Dephlegmationswasser
und das gesamte Kondensat aus dem bei i9, 18 und 32 zugeführten direkten Wasserdampf.
Nach dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung wird zunächst aus dem Ablauf 33 unter
entsprechender Einstellung des Regelorgans 34 durch die Abzweigleitung 35 das gesamte
überschußwasser abgeführt und die Restmenge, die der bei 20 zugeführten Dephlegmationswassermenge
gleich ist, mittels der Pumpe 36 durch den Kühler 37, der auf gewöhnliche Temperatur
zurückkühlt, und die Steigleitung 38 zu der Aufgabestelle io an der Spitze der Nachivaschkolonne
3 gefördert. Hiermit ist auch der Kreislauf der als Dephlegmationswasser dienenden
Flüssigkeitsmenge geschlossen. -Die Menge an Dephlegmationsfrischwasser, die bei
23 zusätzlich zugeführt wird, findet sich natürlich in dem Ablauf 35 des überschußwassers
wieder. Man erkennt nunmehr, daß man den Betrieb der Entsäuerungskolonne 14 mit
solchem durch 23 zugeführten Frischwasser allein führen, d. h. den Kreislauf an
Dephlegmationswasser vom Fuß der Kolonne 15 über die Nachwaschkolonne 3 zur Spitze
der Kolonne 14 ganz weglassen und hierbei für die Kolonne 3 ebenfalls nur eine Frischwasserzufuhr
vorsehen könnte. Die Anwendung des geschilderten Kreislaufes hat jedoch den Vorteil,
daß der Aufwand an Frischwasser gemindert bzw: ganz erspart und sowohl für die Dephlegmation
in der Kolonne 14 wie auch für die Waschung in der Kolonne 3 ein hochgradig reines
Wasser verwendet werden kann.
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Bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens wird dadurch, daß in der
Kolonne 1¢ eine praktisch vollständige Entsäuerung des Kreislaufwaschwassers erreicht
wird, jedenfalls die im Kreislauf dieser Waschflüssigkeit herumgetragene Menge an
Ammoniak gegenüber dem bekannten Fall,- wo nur eine teilweise
Entsäuerung
erreichbar ist, bedeutend verringert. Es kann daher auch die im Kreislauf arbeitende
Waschflüssigkeitsmenge in erheblichem Maße verringert werden; dies ergibt eine erhebliche
Ersparnis an Wärme in Form von zuzuführendem Frischdampf in der Entsäuerungskolonne
14. Ferner wird zufolge dieses Ergebnisses bei der beschriebener. Ausführungsform
des Verfahrens, weil durch die vom Gas zuerst durchströmte Waschkolonne eine kleinere
Ammoniak-menge transportiert wird, auch die hier auftretende Beladung des Gases
an Ammoniak, die sich in der folgenden Nachtvaschkolonne 3 vorfindet, entsprechend
geringer gehalten. Dies ergibt wiederum einen Vorteil für die zum beschriebenen
Verfahren gehörende Kreislaufführung von Dephlegmationswasser, weil es unter diesen
Verfahrensbedingungen mit wesentlich besserem Erfolg möglich ist, die von diesem
Deplilegmationstvasser in der Kolonne 3 aufgenommene Ammoniakmenge klein und dadurch
die Konzentration des Wassers an Amrncniak niedrig zu halten, was für die DephIegmationswirkung,
die dieses Wasser in der Kolonne 1d auf das in ihr aufwärts strq3inende AInmoniäk
ausüben soll, vorteilhaft ist.
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Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Zeichnung war
angenommen den, daß das zur Verarbeitung gelangende Gas von Ammoniak bereits befreit
ist. Wenn das Gas Ammoniak enthält, so wird dieses zusätzlich in das Verfahren eingeführte
Ammoniak in den GaswaschkoIonnen 2 und durch die umlaufenden Waschflüssigkeiten
ausgewaschen und aufgenommen und gelangt finit ihnen in die Kolonne 1.1 und 15 hinein.
Es erscheint dann schließlich als zusätzliche Beladung des am Fuß der Kolonne 14.
bei 25 abgenommenen Kreislaufwaschwassers und kann dann aus dieseln beispielsweise
durch den .Abzweig 4o nach außen weggeschafft werden, um entweder unmittelbar in
dieser Form oder nach beliebiger Aufarbeitung seinem Verwendungszweck zugeführt
zu werden. -Es inuß dann natürlich dafür gesorgt -werden, daß die aus dem Kreislauf
abge -zogene Flüssigkeitsmenge durch einen entsprechenden Anteil des in die Kolonne
14. zusätzlich -eingebrachten oder in ihr anfallenden überschtil'jtvassers ersetzt
wird, damit die kreisende @VasclrflüssigI:eitsmenge unvermindert bleibt.
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Beispiel In die untere bei einem Druclt von z. B. 2o atü arbeitende
Waschkolonne 2 treten i o ooo N m A Koksofengas'li ein, die 8 g Schtt#efeltvasserstoff/Nm.'
und 1,3 VO1nInprozent Kohlendioxyd enthalten und zur Weiterverarbeitung für die
Zwecke der Ammoniäksynthese vollständig von diesen Fremdbestandteilen befreit werden
müssen. Auf den Kopf der unteren Waschkolonne 2 werden bei 6 stündlich 1 2 m=' einer
regenerierten alnnionialzalischen Kreislaufwaschflüssigkeit fol-ciider Zusammensetzung
aufgegeben:
| Ammoniakgehalt |
| !nur flüchtiges N Hrl .... 23" g/1, |
| Schwefelwasserstoffgehalt ... o,8 g;l, |
| Kohlendioxydgehalt . . . . . . .. q.,19/1. |
Die in der unteren Waschkolonne 2 behandelten Gase treten in die obere Waschkolonne
,; über und werden in dieser mit 3 ni ##h eines praktisch restlos von Ammoniak,
Sclitvefel-vasserstoff und Kohlendioxyd befreiter, Kreislaufwaschtvassers berieselt.
Bei 5 tritt das so behandelte Gas frei von Ammoniak, Schu-efcltassel-stoff und Kohlensäure
aus. Die aus der untern Waschkolonne 2 bei ; austretende, mit H,S und CO= angereicherte
ammoniakalische Waschflüssigkeit hat folgende Zusammensetzung:
| Amnioniakgehalt . . . . . . . . . . 23,8 g/1, |
| Schu-efelwasserstoftgehalt ... 7,49/1, |
| Kolileiidioxvdgelialt . . . . . . . . 25,3911. |
Das für die obere Waschkolonne ; benutzte @Vaschv:asscr tritt bei 39 mit einem Gehalt
von 2,; g Ammoniak 1. o.3 g SchwefelwasserstOfi,l und 0,4g C0,1 aus und -wird auf
den Oberteil der Entsäuerungskolonne 1 4. gefördert, in -welcher praktisch atmosphärischer
Druck herrscht. Min Unterteil der 1,.ntsäuerungskolonne 14 wird bei i ß und im Unterteil
der Abtreibkolonne 15 -wird bei 32 so viel direkter Wasserdampf zugegeben, daß die
Kolonnenflüssigkeit daselbst auf die erforderliche Temperatur, nämlich in der Entsäuerungskolonne
auf etwa 9o= C, in de
r Abtreibkolonne auf etwa 1o3- C. erhitzt -wird. Außerdem
wird in die Entsäuerungskolonne bei i; eint: Luftmenge von 25o Nm3/Ii und bei 19
so viel direkter Dampf eingeblasen, daß an letzterer Stelle eine Temperatur von
etwa 6o' C aufrechterhalten. -wird. Am Fuß der Entsäuerun@skolonne hei 25 -,wird
die ammoniakalische Waschflüssigkeit in der eingangs angegebenen 'Menge von i2m3li
und Zusammensetzung, also in -weitestgehend regeneriertem Zustand abgezogen und
dann nach einer Kühlung im Kühler 2S bei 6 auf den Oberteil der unteren Waschkolonne
2 zurückgegeben, -während am Unterteil der Abtreibkolonne 15 das von Ammoniak, Kohlensäure
und Schwefelwasserstoff restlos befreite Kreislaufwasser abgezogen,
in 3-
gekulilt und auf den Kopf der oberen Waschkolonne 3 zurückgeführt wird. Aus der
in die Kolonnen 14 und 15 eingeführten Dampfmenge entsteht eine entsprechende Menge
überschußwasser, das über Leitung 35 abgeführt wird.
Wird gemäß
der sonst üblichen Arbeitsweise in die Entsäuerungskolonne 14 bei i 9 kein Dampf
und bei
17 kein Gas eingeblasen, so läßt sich das mit C02 und
H. S
angereicherte
ammoniakalische Wasser von ebenfalls 7,49 H2S/1 und
25,3- C02/1 nur bis auf
etwa 4,o8 g H2 S/1 und 14,219 C 02/1 entsäuern; daher muß in diesem Fall zur Erzielung
des gleichen Auswaschungsgrades wie oben die Umlaufmenge an ammoniakalischer Waschflüssigkeit
für die Kolonne 2 von 12 auf 22 ms/h und außerdem die Umlaufmenge an ammoniakfreiem
Wasser für die Kolonne 3 von 3 auf 6 ms/h erhöht werden, was natürlich entsprechende
Erhöhungen der als Heiz-und Abtreibmittel dienenden Dampfzufuhren bei 18 und 32
nötig macht.