DE752321C

DE752321C - Verfahren zur Abscheidung von Wasser aus stickoxydhaltigen Gasen

Info

Publication number: DE752321C
Application number: DEI67013D
Authority: DE
Inventors: Walther Dr Sommer
Original assignee: IG Farbenindustrie AG
Current assignee: IG Farbenindustrie AG
Priority date: 1940-05-10
Filing date: 1940-05-11
Publication date: 1953-05-11

Description

Bei· der Herstellung vorn Salpetersäure aus Sticlcoxyde und Wasserdampf enthaltenden Gasen, wie man sie durch katalytische Verbrennung von Ammoniak erhält, werden die von ihrer Herstellung her noch heißen Gase vor ihrem Eintritt in die Absorptionsanlage durchweg einer Kühlung, im allgemeinen unter gleichzeitiger Abscheidung von Wasser, unterworfen. Die Kühler sind meist unmittelbar hinter den Verbrennungsöfen angeordnet, um ein von Salpetersäure möglichst freies Kondensat zu erhalten. Nach dem Verlassen der Kühler wird das Gas der Absorption in säureberieselten Türmen zugeführt. In manchen Fällen komprimiert man das Gas nach seinem Austritt aus den Kühlern, um die Absorption unter Druck vorzunehmen; vor dem Eintritt in die Absorption wird das Gas gegebenenfalls nochmals gekühlt. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß· im ersten ao Absorptionsturm neben der Oxydation und Absorption der Stickoxyde eine starke Kondensation von Wasserdampf erfolgt, da die aus den Kühlern abziehenden Gase entsprechend dem Dampfdruck des dort abgeschiedenen Kondensats mit Wasserdampf gesättigt sind, einem Dampfdruck, der dem von Wasser praktisch gleichkommt, während die Gase, die die erste Absorptionsstufe verlassen, haben, nur noch einen Wasserdampf-

gehalt haben, der dem Dampfdruck der dort erzeugten Salpetersäure entspricht. Die bei der Kondensation des Wassers in der ersten Absorptionsstufe auftretende Wärmemenge stellt einen erheblichen Anteil, manchmal die Hälfte, der in diesem Teil der Anlage abzuführenden Wärmemenge dar. Der kostspielige Oxydation«- und Absorptionsraum kann daher für die eigentliche Säurebildung ίο nur mangelhaft ausgenutzt werden.

Es wurde nun gefunden, daß sich die Verarbeitung der Gase wesentlich günstiger gestaltet, wenn man zunächst durch indirekte Kühlung oder Einspritzung von Wasser die Hauptkühlung und eine weitgehende Abscheidung des Wasserdampfes, als Wasser oder dünne Salpetersäure und dann durch unmittelbare Berührung der Gase mit gekühlter Salpetersäure mittlerer Konzentration bei möglichst kurzem Verweilen der Gase im Behandlungsraum die weitere Wasserabscheidung und gegebenenfalls eine weitere Kühlung vornimmt, worauf die Gase der Absorption zugeführt werden.

Durch diese Kombination, einer Kühlung auf indirektem' Weg oder durch Einspritzen von Wasser in der ersten Stufe mit der Kühlung durch unmittelbare Berührung mit gekühlter Salpetersäure in der zweiten Stufe wird erreicht, daß nach Abscheidung der Hauptmenge des Wasserdampfes in der ersten Stufe nunmehr der Wasserdampfgehalt der stickoxydhaltigen Gase in der zweiten Stufe so eingestellt werden kann, daß im nachgeschalteten Absorptionssystem praktisch, keine Kondensation von Wasserdampf unter Freiwerden von Wärme mehr stattfindet. Der Wassergehalt der in die erste Absorptionsstufe eintretenden Gase entspricht der im ersten. Absorptionsturm durch die dort umlaufende Säure bedingten. Wasserdampftension. Bei der Kühlung in der ersten Stufe ist es zweckmäßig, die Verweilzeit im Kühler möglichst klein zu wählen, um eine vorzeitige Oxydation eines Teils der Stickoxyde und eine unerwünschte Säurebildung in nennenswerter Menge zu vermeiden.

Für die Wasserabscheidung in der zweiten Stufe durch unmittelbare Berührung mit Salpetersäure wählt man zweckmäßig eine Säure gleicher Konzentration, wie sie die im ersten Absorptionsturm gebildete Säure aufweist, am einfachsten einen Teil dieser Säure. Man verfährt hierbei zweckmäßig so-, daß man aus dem Kreislauf, den die zur Beschickung des ersten Absorptionsturmes dienende Säure durchläuft, indem sie nach dem Verlassen, des Turmes durch einen Kühler geschickt und abgekühlt oben in den Turm zurückgeführt wird, einen Teil der Säure nach der Kühlung abzweigt, ihn mit dem aus der ersten Kühl- und Wasserabscheidungsstufe kommenden Gas in Berührung bringt und. dann wieder mit dem Hauptkreislauf vor dem Säurekühler vereinigt.

Diese Arbeitsweise sei an Hand der Zeichnung näher veranschaulicht. Das zu verarbeitende Ammoniakverbrennungsgas tritt mit einer Temperatur von i8o° in den Kühler^ ein und verläßt ihn. mit einer Temperatur von 40⁰ und einem Wassergehalt von 50 g/m³. Stündlich werden 38 000 m³ Gas (bezogen auf 15⁰ und 735 mm Hg) verarbeitet. Die Stickoxydgase oxydieren sich auf ihrem weiteren Wege unter Erwärmung und treten mit 6o° in die nach Art eines Einspritzkühlers gestaltete Vorrichtung B ein, in die stündlich 100 m^s 45gewichtsprozentige Salpetersäure von 25⁰ eingespritzt werden. Die Säure wird bei C dem Kreislauf entnommen, den die aus dem Absorptionsturm D mit 3 5° ablaufende Säure über die Pumpe E und den Kühler F durchläuft, um mit 25⁰ in den Turm wieder einzutreten. Die Gase verlassen den Einspritzkühler B mit einer Temperatur von 30⁰ und einem Wasserdampfgehalt von 15 g/m³. Hierdurch werden etwa 850000 cal/h Kondensationswärme des Wasserdampfes und etwa 400 000 cal/h Oxydationswärme, insgesamt also ι 250 000 cal/h, abgeführt. Ohne Anwendung des Einspritzkühlers B wären diese Wärmemengen und außerdem die Oxydationsund Absorptionswärme, die bei einer Absorptionsleistung von 30% ebenfalls etwa ι 250 000 cal/h beträgt, zusammen also 2 500 000 cal/h, im Absorptionsturm D abzuführen. Hierzu würden I5om³/h auf 25⁰ gekühlte Salpetersäure benötigt, die sich hierbei um etwa 20⁰ auf etwa 45⁰ erwärmen würde. Bei Einschaltung des Einspritzkühlers B beträgt die Erwärmung der Säure bei Anwendung gleicher Mengen Berieselungssäure nur io°, so daß die aus dem Turm abfließende Säure nur 35⁰ warm ist. Dies hat eine Steigerung der Oxydationsgeschwindigkeit der Stickoxyde und die Bildung einer höher konzentrierten Salpetersäure oder eine Verstärkung der Absorptionswirkung zur Folge. Bei G wird ein Teil der gebildeten Salpetersäure als Enderzeugnis dem Kreislauf entzogen.

Man kann den Einspritzkühler auch mit einer schwächeren oder stärkeren Säure beschicken, als¹ sie in der nachgeschalteten Absorptionsanilage erzeugt wird; die praktisch geeigneten Konzentrationen liegen zwischen 25 und 70⁰/». Dünnere Säuren werden zweckmäßig auf eine tiefere Temperatur gekühlt, als sie die Säure im nachjeschalteten Turm aufweist. Beispielsweise iao hat eine 3O%ige Säure bei 20⁰ denselben Wasserdampfdruck wie eine 40⁰MgC bei etwa

24° und eine 5o°/oige bei etwa 30^!°^l. Wird also im Absorptionsturm beispielsweise eine So°/oige Säure bei einer Temperatur der in dem Turm eintretenden Gase von 30° umgepumpt, so genügt zur Beschickung der Vorrichtung B eine nur 30°/»ige Säure, die auf 20° abgekühlt wird', um die Wirkung einer 50°/oigen Säure bei 30°' zu erzielen. Die Verwendung stärkerer Säuren führt bei gleicher Temperatur im Kühler und Absorptionsturm zu einer zu starken Entwässerung, mit der zusätzlichen Wirkung, daß in der unteren Zone des- Absorptionsturmes aus der Berieselungssäure Wasser verdampft und dadurch eine weitere für die Oxydation der Gase günstige Kühlung erzielt wird. Der Einspritzkühler kann in. an sich bekannter Weise unter Aufteilung der Säure in Schleier arbeiten oder auch als· Rieselturm mit möglichst kleinem Querschnitt gestaltet werden. Auch kann es genügen, die gekühlte Säure in feiner Verteilung unmittelbar in die Gasleitung einzuführen, wobei gegebenenfalls vor dem Absorptionsturm ein Abscheider angeordnet wird.

Das vorliegende Verfahren kann auch Anwendung finden, wenn vor den eigentlichen! Absorptionsturm Oxydationsräume vorgeschaltet sind. Zweckmäßig wird dann die neue Kühlvorrichtung vor dem Oxydationsturm angeordnet. Es ist gleichgültig, ob der Einspritzkühler dicht hinter den ersten Kühler oder unmittelbar vor den ersten Absorptionsturm geschaltet wird. Im letzteren· Fall wird gleichzeitig mit der Kondensationswärme auch die Oxydationswärme abgeführt, die in der Zuleitung der Gase zu dem Einspritzkühler auftritt.

Von besonderem Vorteil ist das Verfahren, wenn die Verbrennungsgase zwecks Absorption unter Druck komprimiert werden; es wird dann neben der Kondensationswärme auch die¹ Kompressionswärme abgeführt und damit der Wirkungsgrad der nachgesdhalteten Absorptionsanlage weiterhin gesteigert. Auch bei der Herstellung hochkonzentrierter Salpetersäure nach den bekannten Verfahren, beispielsweise beim Herausnehmen der Stickoxyde durch Tiefkühlung aus dem Gasgemisch, entlastet die neue Arbeitsweise den vor die Abscheidung der Stickoxyde geschalteten Oxydationsraum bzw. die zwischen Oxydationsraum und Tiefkühlung eingeschaltete Nachoxydation, die z. B. mit hochkonzenrtrierter Salpetersäure erfolgt. In allen Fällen gestattet das vorliegende Verfahren, die Absorptionsanlage mit geringeren Stickoxydverlusten in den Endgasen zu betreiben oder bei gleichen Verlusten eine-höhere Säurekonzentration zu erreichen oder schließlich bei gleicher Säurekonzentration und gleichen Verlusten einen höheren Durchsatz zu erzielen. Dies gilt auch für Absorptionsanlagen, an deren Ende eine Absorption mit Alkalien angeordnet ist. Hier kann durch das Verfahren eine wesentliche Erhöhung der Erzeugung an Salpetersäure und eine Verminderung des meist unerwünschten Anteils an Erzeugnissen der alkalischen Absorption erzielt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Abscheidung von Wasser aus stickoxydhaltigen Gasen, insbesondere Ammoniakverbrennungsgasen, durch Kühlung, dadurch gekennzeichnet, daß· man zunächst durch indirekte Kühlung oder Einspritzung von Wasser die Hauptkühlung und eine weitgehende Abscheidung des Wasserdampfes als Wasser oder dünne Salpetersäure und dann durch unmittelbare Berührung der Gase mit gekühlter Salpetersäure mittlerer Konzentration bei möglichst kurzem Verweilender Gase im Behandlungsraum die weitere Wasserabscheidung und gegebenenfalls eine weitere Kühlung bewirkt, worauf die Gase der Absorption zugeführt werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Salpetersäure die Konzentration der Säure besitzt, auf die die Gase beim Eintritt in das Absorptionssystem auftreffen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Salpetersäure der nachgeschalteten Absorptionsanlage entnommen wird.

■4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Salpetersäure unter Kühlung im Kreislauf zwischen dem Kühl- und dem Absorptionssystem geführt wird.

S. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Absorption der Verbrennungsgase unter Druck die Hauptabkühlung der Gase vor der Kompression und, nach ihr die weitere Wasserabscheidung und Abführung der Kompressionswärme vorgenommen wird.

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

Britische Patentschrift Nr. 456518;

französische Patentschrift Nr. 423 967;

deutsche Patentschrift Nr. 186 333.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

5092 4.53