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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Ammoniumcarbonat und
-bicarbonat aus schwachem Ammoniakwasser und Kohlensäure Für die Herstellung von
Ammoniumcarbonat und -biearbonat ist die Verwendung von schwachem Ammoniakwasser,
wie es als Nebenerzeugnis der Trockendestillation fester Brennstoffe, hauptsächlich
der Koks- und Gaserzeugung aus Steinkohlen, anfällt, und von Kohlensäure als Ausgangsstoffen
bekannt. Idas übliche Herstellungsverfahren besteht darin, aus dem schwachen Ammoniakrohwasser
durch Destillation ein starkes Ammoniakwasser zu erzeugen, das meist einen mäßigen
Teil seines Ammoniaks bereits an Kohlensäure gebunden enthält, und dieses mit der
notwendigen zusätzlichen Kohlensäure unter hinreichender Durchmischung und Kühlung
bis zu Biearbonat zu sättigen, das größtenteils in Form eines festen Salzes ausfällt,
Der im Ausgangsammoniakwasser mitenthaltene Schwefelwasserstoff, der darin in Form
von Ammoniumsulfiden vorhanden ist, wird bei dem üblichen Verfahren in der Regel
teils schon vor dem Erhalten eines starken Ammoniakwassers durch eine vorgängige
Entsäuerung des Wassers zusammen mit einem beträchtlichen Teil der Kohlensäure entfernt,
teils erscheint er als Beimengung des in die Bicarbonatherstellung einzuführenden
starken Ammoniakwassers und wird dann bei der schließlichen Einwirkung der Kohlensäure
auf dieses Starkwasser ausgeschieden und ebenfalls im Gemisch mit anderen Restgasen,
insbesondere überschüssig gebliebener Kohlensäure, isoliert.
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Nach dem Verfahren der Erfindung wird das Ausgangsammoniakwasser in
einer Kolonne gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Rückflußkühlung, die jedoch
nicht unbedingt erforderlich ist, destilliert,
wobei im ällgemeinen
von einer besonderen Ent= säuerung des Wassers abgesehen wird; dann wird den Destillatdämpfen,
welche unter diesen Bedingungen noch die gesamte ursprünglich -vorhanden gewesene
Menge der Kohlensäure und des Schwefelwasserstoffs mit sich führen, eine solche
Menge gasförnniger -Kohlensäure, am vorteilhaftesten in stärk konzentrierter Form,
zugeführt, die wesentlich zur Bindung des Überschußammoniaks bis mindestens zu Ammoniumcarbonat
genügt oder, bei günstigen Konzentrationsverhältnissen, auch eine weitergehende
Bindung eines mäßigen Teils des Überschußammoniaks zu Bicarbonat herbeiführen kann;
danach wird das Gemisch aus Wasserdampf, Ammoniak, Kohlensäure und Schwefelwasserstoff
durch Kühlung zu einer starken wäßrigen Lösung von Ammoniumcarbonat, gegebenenfalls
teilweise auch. -bicarbonat, verdichtet. Diese erste Stufe des Gesamtverfahrens
ergibt bereits für sich allein wesentliche Vorteile. Die Reaktion zwischen Ammoniak
und Kohlensäure zur Erzeugung von Ammoniumcarbonat verläuft bekanntermaßen sehr
leicht und vollständig und unter Entwicklung einer erheblichen Reaktionswärme; infolgedessen
genügt die gewöhnliche, ohnehin erforderliche Kühlung des Gas-Dampf-Gemisches, um
bei Gegenwart des mitkondensierenden Wasserdampfes ohne- weiteres zu dem Erzeugnis
und zur Abführung der Reaktionswärme zu gelangen. Das Erzeugnis selbst erscheint
wegen der hochgradigen Löslichkeit des Ammoniumcarbonats in Form einer starken wäßrigen
Lösung desselben, da Ammoniumcarbonat bei gewöhnlicher Temperatur etwa mit der gleichen
Menge Wasser in Lösung gehalten werden kann. Die mit dem Ausgangswasser in das Verfahren
eingeführte ursprüngliche Menge an Kohlensäure und Schwefelwasserstoff kann mit
den Destillatdämpfen vollständig in die Kühlung und Verdichtung derselben hineingebracht
werden, womit die sonst übliche besondere Entsäuerung entbehrlich wird. Dadurch
wird einerseits hinsichtlich der erforderlichen Kohlensäure die Zu= fuhr der zusätzlich
in das Verfahren einzuführenden Menge davon und damit deren Aufwand verringert.
Andererseits wird aber auch der größte Teil des in die Kühlung `herübergetragenen
Schwefelwasserstoffs, weil er durch die Kohlensäure ausgetrieben wird, entfernt
und isoliert, und zwar, was sehr wertvoll ist, in Form eines an H, S hochkonzentrierten
Gasgemisches, weil gasförmige Restkohlensäure -infolge ihrer leichten und energischen
Bindung mit dem Ammoniak fast gar nicht daneben'vorhanden ist und nur noch wenig
andere, aus dem - Ausgangswasser frei gemachte Gase beigemengt sind. Schließlich
ist die erhaltene starke Lösung von Ammoniumcarbonat ein für eine weitere Verwendung
sehr bequem zu handhabendes und verarbeitendes Zwischenerzeugnis.
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Bei dem vorbeschriebenen Verfahren kann nach einem weiteren Erfindungsmerkmal
die Kühlung und Verdichtung des aus den Destillatdämpfen und der zugeführten Kohlensäure
bestehenden Gas-Dampf-Gemisches in einem Kühler mit senkrechten Kühlrohren erfolgen,
durch dessen Innenraum es, und zwar am vorteilhaftesten in der Richtung von oben
nach unten oder auch umgekehrt, geführt wird. Bei dieser Durchführungsweise des
Kühlens und Verdichtens wird das durch Kondensieren des mitgekühlten Wasserdampfes
entstehende Wasser gezwungen, an den Wandoberflächen der senkrechten Kühlrohre herabzurieseln,
und vermag dadurch das entstehende Ammoniaksalz leicht in Lösung zu halten, so daß
feste Salzabscheidungen vermieden werden. Da bekanntlich in einem Gas-Dampf-Gemisch
die verhältnismäßig größten Anteilmengen des Wasserdampfes bei den höchsten Temperaturen
der Kühlung, d. h. im Anfang derselben kondensieren, wird bei Führung der Dämpfe
in senkrechten Kühlrohren von oben nach unten der größte Teil des Wasserdampfkondensats
zum Berieseln der gesamten Kühlrohroberflächen ausgenutzt. Durch Anwendung dieses
Erfindungsmerkmals läßt sich mit größerer Sicherheit eine starke, der höchstmöglichen
Konzentration nahekommende Lösung von Ammoniumcarbonat bzw. teilweise auch Bicarbonat
erzeugen.
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Nach einem anderen Erfindungsmerkmal wird die Kühlung und Verdichtung
des Gas-Dampf-Gemisches aus Destillatdämpfen und zugeführter Kohlensäure in einer
Kolonne oder einem Füllwerksturm dadurch zustande gebracht, daß darin dieses Gas-Dampf-Gemisch
mit der gebildeten Lösung von Ammoniumcarbonat bzw. auch -bicarbonat berieselt wird,
die im Kreislauf durch die Kolonne oder den Turm und einen mittelbaren Kühler geführt
wird. Dabei kann das Gas-Dampf-Gemisch in beiden Richtungen, von unten oder von
oben her, durch die Kühlvorrichtung hindurchgeführt werden. Bei dieser Arbeitsweise
ist es ebenfalls leicht möglich, zu einer völlig konzentrierten Lösung von Ammoniumcarbonat
bzw. auch -bicarbonat zu gelangen, ohne daß feste Salzabscheidungen zu befürchten
sind.
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Da es für die Konzentration dieser wäßrigen Lösung wesentlich auf
die Konzentration der die Kolonne verlassenden und zur späteren Kühlung und Verdichtung
gelangenden Degtillatdämpfe an Wasserdampf ankommt, so kann nach einem weiteren
Erfindungsmerkmal diese Wasserdampfkonzentration der Destillatdämpfe durch passende
Einstellung der Rückflußkühlung zwar begrenzt groß, aber doch immer auf einem genügend
hohen Maß gehalten werden, daß bei der nachfolgenden Kühlung und Verdichtung des
Gas-Dampf-Gemisches dadurch, daß die passende Lösungswassermenge verfügbar ist,
feste Salzabscheidungen vermieden bleiben.
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Die Rückflußkühlung kann nach einem weiteren Erfindungsmerkmal in
der Weise zustande gebracht werden, daß die Destillatdämpfe der Kolonne zunächst
in einem Dephlegmator teilweise zur Erzeugung des Kolonnenrücklaufs verdichtet und
erst danach mit der= zuzuführenden Kohlensäure vermischt und der nachfolgenden Kühlung
und Fertigverdichtung zugeführt werden. Bei dieser Durchführungsweise des Verfahrens
ergibt sich der Vorteil, daß der Rücklauf aus einem Gas-Dampf-Gemisch von wesentlich
nur Wasserdampf und Ammoniak besteht, so daß dadurch das etwaige Wiederzersetzen
von bereits gebildetem, im Rücklauf mitenthaltenem Ammoniumcarbonat und der damit
verknüpfte Wärmeaufwand vermieden bleiben.
Die zweite Stufe des
Verfahrens nach der Erfindung, .die Verarbeitung der in der geschilderten ersten
Stufe erhaltenen ammoniumcarbonathaltigen Lösung auf festes Ammoniumbicarbonat,
wird in der Weise durchgeführt, daß die Lösung in einem Sättigungsgefäß mit zusätzlich
zugeführter Kohlensäure bis zur vollständigen Sättigung behandelt wird, während
die Sättigungsflüssigkeit im Kreislauf durch einen mittelbaren Kühler gehalten wird.
Erfahrungsgemäß macht bei dem üblichen Verfahren zur Herstellung von Ammoniumbicarbonat
durch Sättigung von starkem Ammoniakwasser mit Kohlensäure die vollständige Bindung
des in dem starken Ammoniakwasser noch
| 2 (N H4) OH + xH20 -;- C02 - (NH4)2C03 + (I -"- x)H20 - 16
300 |
| gelöst flüssig gasförmig gelöst flüssig kcal, |
| (NH4)2C03 + xH20 + CO2 = 2 (N H4)HC03--
(x-z)H20 113100 |
| gelöst flüssig gasförmig gelöst flüssig kcal, |
| (NH4)2COs +xH20+C02 = a (N H4)HC03-- (x-I)H20 @a57oo |
| gelöst flüssig gasförmig fest flüssig kcal. |
Aus dieser Übersicht erkennt man, daß bei der Überführung von Ammoniakwasser mit
viel freiem, d. h. noch nicht an CO, gebundenem NH3 in gelöstes bzw. festes Ammoniumbicarbonat
ein sehr beträchtlicher Anteil der dabei auftretenden Reaktionswärme auf die erste
Stufe der Überführung in das Zwischenerzeugnis Ammoniumcarbonat entfällt. Dieser
erste Teil der Reaktionswärme wird nun bei dem Gesamtverfahren der vorliegenden
Erfindung in der ersten Stufe durch die Kühlung und Verdichtung des Gas-Dampf-Gemisches
aus Wasserdampf, Ammoniak und Kohlensäure ohne jede Mühe abgeführt und beseitigt,
wodurch die zweite Stufe des Verfahrens, die endgültige Sättigung zu Ammoniumbicarbonat,
hinsichtlich der hier stattfindenden Wärmeentwicklung entsprechend entlastet wird.
Für die Erfindung wesentlich ist aber vor allem, daß die bei dieser Sättigung auftretende
Reaktionswärme dadurch abgeführt wird, daß die Sättigungsflüssigkeit im Kreislauf
durch einen mittelbaren Kühler gehalten wird. Durch dieses :Mittel können bedeutende
Mengen an entwickelter Reaktionswärme aus der gesättigten Flüssigkeit sicher und
mühelos abgeführt werden, ohne daß dieselbe auch nur örtlich eine erhebliche Temperaturerhöhung
annimmt, weil die Stromstärke des Umlaufs beliebig groß gewählt werden kann. Zugleich
ist der starke Umlaufstrom ein vorzügliches Mittel, um gebildetes festes Ammoniumbicarbonat,
soweit es in den Umlaufstrom gelangt oder in ihm, etwa durch örtliche" Unterkühlungen,
neu gebildet wird, überall wegzuschwemmen und nirgends zum Festsetzen gelangen zu
lassen.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmäl werden bei der Sättigung der
Lösung zu Bicarbonat die kohlensäurehaltigen Abdämpfe des Sättigungsgefäßes im Kreislauf
erneut durch seine Verteilvorrichtung mit der Sättigungsflüssigkeit zum Austausch
gebracht, und hierbei wird das im Kreislauf sich anreichernde Überschußgas, hauptsächlich
die nicht ausgenutzte Kohlensäure und daneben der mit der Ausgangslösung hereingetragene
und bei der Sättigung ausgetriebene Schwefelwasserstoff, aus dem Kreislauf abgeführt.
Wenn dieser Schwefelwasserstoff vorhandenen freien Ammoniaks, das den überwiegenden
Teil des Gesamtammoniaks darstellt, bis zu Bicarbonat beträchtliche Schwierigkeiten
und erheischt normalerweise die Anwendung von intensiv wirkenden vorrichtungsmäßigen
Mitteln zur Vermischung der Komponenten, was hauptsächlich darauf zurückzuführen
ist, daß bei dieser Arbeitsweise eine verhältnismäßig bedeutende Reaktionswärme
im ganzen entwickelt wird und abzuführen ist, wodurch das zur erleichterten Absorption
und Bindung der Kohlensäure erforderliche Kühlhalten der Lösung erschwert wird.
Dabei gelten im einzelnen die folgenden thermochemischen Gleichungen genügend hoch
konzentriert ist, kann dieses Überschußgasgemisch mit dem in der ersten Stufe bei
der Kühlung und Verdichtung des Gas-Dampf-Gemisches zu Ammoniumcarbonat erhaltenen,
an Schwefelwasserstoff hochkonzentrierten Gasgemisch vereinigt werden. Wenn dies
jedoch wegen ungenügend hoher Schwefelwasserstoffkonzentration nicht erwünscht erscheint,
so kann erfindungsgemäß dieses aus dem Kreislauf des Sättigungsgefäßes abgeführte,
Kohlensäure und Schwefelwasserstoff enthaltende Überschußgas in der ersten Stufe
des Verfahrens den aus der Destillierkolonne abziehenden Destillatdämpfen zur teilweisen
Beschaffung der ihnen zuzuführenden Kohlensäure beigemischt werden und insoweit
die an dieser Stelle einzuführende frische Kohlensäure ersetzen. Bei Anwendung dieser
Maßnahme wird die Kohlensäure des Überschußgases in dieser ersten Verfahrensstufe
zu Ammoniumcarbonat gebunden und dadurch der daneben mitherangetragene Schwefelwasserstoff
an der Stelle seiner nachfolgenden Abfuhr konzentriert.
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Da bei der Sättigung der Ammoniumcarbonatlösung zu Bicarbonat, weil
dieses letztere in fester Form herausgebracht wird, ein Teil des eingebrachten Lösungswassers
als ein Überschuß an Mutterlauge erscheint, wird nach einem weiteren Erfindungsmerkmal
dieser Überschuß an Mutterlauge von Ammoniumbicarbonat dem zur Verarbeitung gelangenden
Ausgangswasser beigemischt. Auf diese Weise wird der Gehalt der Überschußlauge an
Ammoniak und Kohlensäure im Verfahren wiedergewonnen und ausgenutzt. Zur Durchführung
dieses Teils der Erfindung werden gewisse Vorrichtungen in Verbindung mit der Salzabscheidung
vorgeschlagen, deren Einzelheiten sich aus der nachstehenden Beschreibung ergeben.
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Eine beispielsweise Ausführung des Verfahrens der Erfindung wird an
Hand der Zeichnungen erläutert, die mit Abb. z eine zu seiner Durchführung geeignete
Einrichtung in schematischer Aufrißansicht, teilweise in senkrechtem Schnitt, und
mit Abb. 2 und 3 gewisse Abänderungen für einzelne Verfahrensabschnitte darstellt.
Die
Hauptteile der Einrichtung nach Abb. i sind eine Destillierkolonne i für Ammoniakwasser,
ein zugehöriger -Kühler 2 für die Destillatdämpfe, ein Sättigungsgefäß 3 nebst zugehörigem
Laugekühler 4. und ein Abscheidegefäß 5 nebst Zubehörvorrichtungen für das fertig
erzeugte feste Salz. Das als Ausgangsstoff dienende rohe schwache Ammoniakwasser.wird
in dem tiefliegenden Sammelbehälter 6 gespeichert und aus diesem mittels der Förderpumpe
7 und der Druckleitung 8 in den oberen Teil 9 des Destillatkühlers 2 zu seiner teilweisen
Vorwärmung geleitet und durch die Rohrleitung io auf den oberen Teil, etwa den dritten
Boden von oben, der Kolonne i aufgegeben. Diese Kolonne enthält in ihrem Fußteil
zu ihrer Beheizung eine Zufuhr ii von direktem Wasserdampf, der durch die Brause
12 verteilt wird. Wenn das Ausgangswasser fixe Ammoniakverbindungen enthält, wird
ein Teil der Kolonne i in üblicher Weise als Kalkkolonne ausgebildet. Die in der
Kolonne gebildeten Destillatdämpfe werden aus ihrer Spitze durch die Rohrleitung
14 und das abgetriebene Wasser wird aus ihrem Fuß durch die Rohrleitung 13 über
einen Ablaßtopf 15 weggeführt. Den durch die Rohrleitung 14 entweichenden Destillatdämpfen,
die aus Wasserdampf, Kohlensäure, Schwefelwasserstoff und anderen Gasen bestehen,
wird gemäß der Erfindung durch die Rohrleitung 16 aus einer später zu erwähnenden
Quelle gasförmige Kohlensäure von möglichst hoher Konzentration in einer Menge,
die wesentlich zur Bindung des Überschußammoniaks bis mindestens zu Ammoniumcarbonat
genügt, zugeführt, und das so gebildete Gas-Dampf-Gemisch wird nunmehr in den Kühler
2 von oben her übergeführt. Dieser Kühler ist z. B. ein stehender Röhrenkühler mit
dem schon erwähnten oberen Teil 9, der als Vorwärmen für das Ausgangswasser dient,
und einem unteren Teil 17, der mit kaltem Wasser als Kühlmittel beschickt wird und
die Abkühlung des Destillats bis auf gewöhnliche Temperatur herbeiführt. Der Fußteil
18 des Kühlers ist ein Sammelgefäß für das Kondensat und die un.-kondensierten Gase.
Das Kondensat besteht im allgemeinen aus einer starken, der Sättigungskonzentration
nahekommenden Lösung von Ammoniumcarbonat, kann aber auch teilweise Bicarbonat oder
in besonderen Fällen auch noch geringe Anteile von freiem Ammoniak enthalten. Diese
Lösung Wird am Fuß des Kühlers durch die Rohrleitung 21 abgeführt. Ein regelbarer
Teil davon wird durch die Anschlußleitung i9 mittels der Pumpe 22 entnommen und
über die Druckleitung 23 auf den obersten Boden der Kolonne i aufgegeben, um als
Rücklauf zu wirken. Die Menge dieses Kolonnenrücklaufs bzw. die Stärke der Rückflußkühlung
wird so eingestellt, daß die Wasserdampfkonzentration der die Kolonne verlassenden
Destillatdämpfe auf einem genügend hohen Maß gehalten wird, um bei der nachfolgenden
Kühlung undVerdichtung des Gas-Dampf-Gemisches im Kühler 2 die richtige Konzentration
des Kondensats, j e nach der Zusammensetzung seiner löslichen Bestandteile, zu ergeben,
welche feste Salzabscheidungen verhütet. -Die nicht kondensierten Gase treten aus
dem Fußteili8 des Kühlers :z durch die Rohrleitung 24 aus. Sie stellen ein an Schwefelwasserstoff
stark angereichertes Gasgemisch dar, das insbesondere zur Weiterverarbeitung auf
Schwefel in einem Claus-Ofen hervorragend gut geeignet ist. Der Hauptteil der im
Kühler 2 als Kondensat erhaltenen Salzlösung wird durch die Abzweigleitung 2o von
der Förderpumpe 25 entnommen und durch die Druckleitung 26 in das Sättigungsgefäß
3 eingeführt. Dieser Sättigen enthält in seinem untersten, trichterförmig zusammenlaufenden
Bodenteil, in dem sich das erzeugte feste Salz sammelt, das ringförmige Verteilerrohr
27 mit dem senkrecht von oben her angeordneten Zufuhrrohr 28, ferner ein zentrales
Gaszufuhrrohr 29, das von der Decke des Sättigers herabhängt, mit dem unteren offenen
Ende in die Sättigungsflüssigkeit@3o eintaucht und hier mit dem turbinenähnlich
ausgebildeten Verteilerkranz 31 ausgestattet ist. An Stelle einer solchen Verteilvorrichtung
kann jede andere geeignete Vorrichtung angewendet werden, z. B. eine Rührvorrichtung
etwa mit einer senkrechten Drehachse, mit welcher aus dem oberen Teil des Sättigungsgefäßes
zugleich Sättigungsflüssigkeit und Gas ständig eingezogen und im unteren Teil unter
starker Durchmischung in die Flüssigkeitsmasse wieder ausgestoßen werden. Das zentrale
Rohr 29 birgt in seinem Innern das erwähnte Zufuhrrohr 28 und das senkrechte Förderrohr
32 der Salzhebevorrichtung 33, die z. B. ein üblicher Dampfejektor ist. Seitlich
neben dem Sättigungsgefäß steht der Laugetopf 34, der mit ihm durch den Rohrstutzen
35 in Verbindung steht und zur Aufnahme der, aus dem Salzsammelgefäß 5 zurückfließenden
Sättigungsflüssigkeit dient. Auf der Decke des Sättigungsgefäßes 3 ist der Laugeabscheider
36, der in üblicher Weise mit Pnallplatten ausgesetzt ist, aufgebaut. Die zur Absättigung
der zugeführten Ammoniumcarbonatlösung dienende Kohlensäure wird zweckmäßig in möglichst
hochkonzentrierter Form durch das Gebläse 37 über dessen Saugleitung 38 aus einem
nicht gezeichneten Gasbehälter entnommen und über die Druckleitung 39 zum Teil in
die Zufuhrrghrleitung 28 des Sättigers 3, zum Teil in die davon abzweigende, mit
dem Regelventil 7o ausgestattete Zufuhrrohrleitnug x6 befördert, welche die erforderliche
Kohlensäure nach denn Igiihler 2 der ersten Verfahrensstufe hinführt, Die durch
die Rohrleitung 28 in das Verteilerrohr 27 eingeprellte Iohlei4säure tritf durch
dessen Brauseöffnungen in die Laugemasse 3q des Sättigers ein und wird von dieser.unter
Bildung von Ammoniumbicarbonat absorbiert, Die Abgase und Abdämpfe, die- noch ansehnliche
Mengen von Kohlensäure enthalten, ziehen durch den Lauge= abscheiden 36 und. die
anschließende Rohrleitung 49 ab, werden von einem Fßrder&ebläse 4= angesaugt,
über dessen Druckleitung 42 in das zertlrale Gasverleilrohr 29 des Sättigers zurückgeführt
und durch dessen Verteilerkranz 31 oder die statt dessen vorgesellena Verteil= bzw,
VerniWhvorrichtung erneut mit der Flüssigkeit in 13eriilirnng gebracht, Die in diesem
Kreislauf als Überscliuß guttretende Masse von Gasen, die hauptsächlich licht arisgenutzle
Kohlensäure und Schwefelwasserstoff enthalten, -werden durch das von der Rohrleitung
4g gbzweigende Rohr 43 über das A,blaßventil 44 entfernt, Sie können zur ihres Sachwelelwasserstofls
ausgenutzt werden,
gegebenenfalls zusammen mit den schwefelwasserstoffreichen
Abgasen, die aus dem Kühler 2 durch dessen Entlüftungsrohr 24 entweichen; statt
dessen können sie aber auch erfindungsgemäß in die Destillatdämpfeleitung 14 eingeführt
und als teilweiser Ersatz der dorthin durch die Rohrleitung 16 zugeleiteten frischen
Kohlensäure ausgenutzt werden. Von der im Sättiger 3 gehaltenen Flüssigkeit, die
eine konzentrierte Ammoniumbicarbonatlösung darstellt, wird ständig ein Teil aus
dem Laugetopf 34 durch die Rohrleitung 45 von der Förderpumpe. 46 angesaugt und
über deren Druckleitung 47 in den Kühler 4 durch dessen Rohre 48, die von kaltem
Wasser als Kühlmittel umströmt werden, gedrückt und weiter durch die Abgangsrohrleitung
49 in das Zentralrohr 29 des Sättigers 3 zurückgeleitet, wo sie sich mit der darin
anstehenden Flüssigkeit wiedervereinigt. Der Kühler 4 ist hier als stehender Röhrenkühler
angenommen worden, doch können statt dessen beliebige andere geeignete Kühlerbauarten
Anwendung finden. Besonders vorteilhaft und wirksam sind hierfür die neuzeitlichen
Spiralkühler, bei denen # durch zwei spiralförmig ineinandergewickelte zylindrische
Platten zwei enge Spiralkanäle mit umfangreichen Wärmeaustauschflächen für die beiden
Flüssigkeiten gebildet und die meistens im Gegenstrom betrieben werden. Der ständige
Kreislauf der Sättigungsflüssigkeit durch den Kühler 4 bewirkt das dauernde Kühlhalten
der Flüssigkeitsmasse 3o des Sättigers auf gewöhnlicher Temperatur, wodurch eine
ständig intensive Absorption der Kohlensäure und glatte Erzeugung von Ammoniumbicarbonat
gesichert wird, das in fester Form in den Bodenteil des Sättigers hinabfällt und
sich hierin sammelt. Es wird von hier durch die Salzhebevorrichtung 33 und deren
Förderrohr 32 nach dem Salzsammelgefäß 5 hin befördert. Dieses trägt darübergebaut
ein stehendes Abscheidegefäß 5o, das durch eine mittlere, nur über einen größeren
Teil seiner Höhe reichende Scheidewand 51 in einen größeren Abscheideraum 52 und
eine kleinere Ablaßtasche 53 unterteilt. ist. Die obere Kante der Scheidewand
51
dient als Überlauf für hineingeförderte, praktisch salzfreie Flüssigkeit
nach der Ablaßtasche 53 hin. In gleicher Höhe wie diese Überlaufkante befindet sich
als Sicherheitsvorrichtung das Ablaßrohr 54 mit der Absperrvorrichtung 55, das in
den Flüssigkeitsraum des Salzsammelgefäßes 5 hineintaucht. Am Fußteil des Abscheideraums
52 ist an das Abscheidegefäß 50 das mit der Absperrvorrichtung 56 ausgestattete
Ablaufrohr 57 angeordnet, das ebenfalls in die Flüssigkeit des Salzsammelgefäßes
5 hineintaucht. Im Innern des Gefäßes 5 befindet sich das stehende Überlaufrohr
58, das in die geneigte Rohrleitung 59 einmündet, welche mit dem Laugetopf 34 Verbindung
hat. Der Boden des Salzsammelgefäßes 5 ist in üblicher Weise schräg abwärts geneigt,
und an seiner tiefsten Stelle befindet sich die mit dem Absperrschieber 6o versehene
Ablaßöffnung in der senkrechten Seitenwand, die durch den Stutzen 61 mit der Salzschleuder
62 verbunden ist. Die erwähnte Rohrleitung 59 hat an ihrem oberen Ende Verbindung
mit dem Mantelraum dieser Salzschleuder. Am Boden derselben ist die geschlossene
Rutsche 63 vorgesehen, welche das abgeschleuderte Salz nach weaaren, nicht gezeichneten
Vorrichtungen zu seiner Trocknung und Fertigbehandlung überführt. Das Abscheidegefäß
5o, das Salzsammelgefäß 5 und die Salzschleuder 62 sind durch Rohrleitungen 64,
65 und 66 mit einer Sammelrohrleitung 67 zur Abführung aller Entlüftungsgase versehen.
An die Ablaßtasche 53 ist in tieferer Lage, als die Überlaufkante der Scheidewand
51 besitzt, die Flüssigkeitsrohrleitung 68 angeschlossen, welche über die Rohrleitung
69 in den Behälter 6 für Ausgangsammoniakwasser einmündet. Beim Betriebe der Salzhebevorrichtung
33 wird ein Flüssigkeitsgemisch von Sättigungslauge und Salzschlamm in den Abscheideraum
52 hineingefördert, worin sich die Hauptmasse des Salzes zu Boden setzt, während
die überschießende Flüssigkeit nach der Ablaßtasche 53 herüberläuft und über die
Rohrleitungen 68, 69 in das Ausgangsammoniakwasser abgeführt wird. Diese Flüssigkeit
stellt den im Verfahren anfallenden Überschuß an Mutterlauge des Sättigungsprozesses
im Sättiger 3 dar. Da nun diese Lauge eine völlig konzentrierte Ammoniumbicarbonatlösung
darstellt, die bei örtlichen Abkühlungen leicht zu Salzabscheidungen und damit zu
Verstopfungen führen kann," wird an den Fußteil der Ablaßtasche 53 die Rohrleitung
71 angeschlossen, welche über das Absperrventil 72 mit der Förderleitung 8 für frisches,
aus dem Behälter 6 entnommenes und in das Verfahren einzuführendes Ammoniakschwachwasser
in Verbindung steht. Man kann durch diese Anordnung ständig eine kleine Menge von
Ausgangswasser in die Ablaßtasche 53 einführen und dadurch die hier anfallende konzentrierte
Ammoniumbicarbonatlösung sofort verdünnen, ehe sie weitertransportiert wird. Der
am Boden des Abscheideraums 52 abgesetzte Salzschlamm wird über das Ablaßrohr 56,
57 in das Salzsammelgefäß 5 übergeführt und hierin durch ruhiges Stehenlassen weiter
in Salzmasse und Flüssigkeit geschieden. Die Flüssigkeit wird durch das Überlaufrohr
58 in den Laugetopf 34 des Sättigers 3 und damit in die Sättigungsflüssigkeit zurückgeführt.
Die Salzmasse wird beim Öffnen des Absperrschiebers 6o in die Salzschleuder 62 abgelassen,
trockengeschleudert und schließlich über die Transportrutsche 63 weggebracht. In
der Regel wird das fertiggetrocknete und gedarrte Ammoniumbicarbonat zu festen Briketts
gepreßt, da es in dieser Form besser lagerbeständig und nicht im Laufe der Zeit
stärkeren Verflüchtigungsverlusten ausgesetzt ist.
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Die Abb. z erläutert eine Abänderung des Verfahrensabschnitts der
ersten Stufe, der sich in dem Kühler z der Abb. i abspielt. Ein Füllwerksturm 72,
dessen Füllwerk 73 von oben her durch die Brause 74 berieselt wird, wird am unteren
Ende durch die Rohrleitung 14 der Abb. i hinter deren Einmündungsstelle der Rohrleitung
16 für Kohlensäurezufuhr mit dem Gas-Dampf-Gemisch von Wasserdampf, Ammoniak und
Kohlensäure beschickt, das durch Kühlung zu einer Lösung von Ammoniumcarbonat verdichtet
werden soll, während am oberen Ende des Turms die Abgase durch die Rohrleitung 79
abziehen. Die hierbei gebildete Lösung, welche am Fuß der Vorrichtung 72 durch die
Rohrleitung 76 abgeht, wird wiederum
zum Teil wie nach Abb. i durch
die Abzweigleitung i9 als Rückfluß für die Ammoniakdestillierkolonne abgenommen.
Zum andern Teil wird diese Lösung durch die Rohrleitung 2o von der Pumpe 25 entnommen,
durch deren Druckleitung 77 in einen stehenden Röhrenkühler 78 eingeleitet, dessen
Rohre von kaltem Kühlwasser umspült werden, und dann weiter durch die Abgangsrohrleitung
75 der Berieselungsbrause 74 des Turms 72 zugeführt. Von dieser Rohrleitung 75 zweigt
die mit dem Regelventil 8o ausgestattete Rohrleitung 26 der Abb. i ab, welche in
das Sättigungsgefäß 3 einmündet. Beim Betriebe dieser Einrichtung wird das durch
die Rohrleitung 14 ankommende heiße Gas-Dampf-Gemisch durch die über das Füllwerk
73 gerieselte, im ständigen Umlauf durch den Kühler 78 gehaltene Lösung von Ammoniumcarbonat
ständig gekühlt und zu der Lösung von Ammoniumcarbonat verdichtet, die in Umlauf
gehalten wird. Der gebildete Überschuß dieser Lösung wird durch die Abzweigleitung
26 dem Sättigungsgefäß der zweiten Stufe zugeführt. Die unverdichtet gebliebenen
Abgase und Dämpfe werden durch die Rohrleitung 79 aus dem Turm 72 abgeführt, die
der Entlüftungsleitung 24 der Abb. i entspricht.
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Das Gas-Dampf-Gemisch kann durch den Turm 72 auch von oben nach unten
geführt werden, wobei die Stellungen der Rohrleitungen 14 und 79 am unteren und
oberen Ende vertauscht werden. Die Vorrichtung 72 kann ein Turm mit beliebiger Füllung
oder eine Kolonne beliebiger Bauart sein. Der Kühler 78 kann ebenfalls eine geeignete
andere Bauart als gezeichnet besitzen, etwa wie es oben für den Umlaufkühler 4 der
Abb. i angegeben worden ist. Der ständige Kreislauf der Berieselungsflüssigkeit,
der einen starken Umlaufstrom darstellt, ist eine Sicherheit dafür, daß in dem ganzen
System feste Salzabscheidungen vermieden bleiben.
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Die Abb. 3 erläutert eine abgeänderte Ausführungsform für die Rückflußkühlung
der Kolonnendestillatdämpfe und ihre Fertigkühlung und Verdichtung bei Anwendung
eines dem Kühler 2 entsprechenden Röhrenkühlers. Dieser abgeänderte Röhrenkühler
81 besitzt drei übereinanderstehende Abschnitte 82, 83, 84 und das Sammelgefäß 85
im Fußteil. Zwischen den beiden oberen Kühlerteilen 82 und 83 befindet sich der
waagerechte Querboden 86, der nur Gase und Dämpfe hindurchtreten läßt, aber die
von oben her auf ihn herabgerieselte Flüssigkeit abfängt, so daß sie durch die angeschlossene
Rohrleitung 87 vollständig abgeleitet werden kann. Der oberste Kühlerteil 8z dient
als Dephlegmator und zugleich teilweise als Vorwärmer, der mittlere Kühlerteil
83 als weiterer Vorwärmer für das der Destillierkolonne 1 zuzuführende Ausgangsammoniakwasser,
und der unterste Kühlerteil 84 bewirkt die vollständige Verdichtung und Fertigkühlung
der Destillatdämpfe. Das vorzuwärmende Rohwasser wird durch die Rohrleitung 8 herangeführt
und durch die anschließenden beiden Zweigleitungen 88 und 89 nach einem regelbaren
Anteilverhältnis, das durch die eingebauten Regelorgane 9o und 9i eingestellt werden
kann, auf die Kühlräume der beiden Röhrenkühlerteile 82 und 83 verteilt. Die Abgangsrohrleitungen
92 und 93 der beiden Kühlerteile werden in der Rohrleitung 94 zusammengeführt, welche
in den oberen Teil der Kolonne i, etwa bei deren drittem Boden von oben her, einmündet.
Bei der beschriebenen Anordnung ist der oberste Kühlerteil $2 der Dephlegmator,
der durch die geregelte Einstellung des durch die Zuleitung 88 eingeführten vorzuwärmenden
Ammoniakrohwassers ein teilweises Kondensieren der durch die Rohrleitung i4 zuströmenden
Destillatdämpfe zur Erzeugung eines Kondensats herbeiführt, das durch die Rohrleitung
87 auf den obersten Boden der Kolonne i als Rücklauf aufgegeben wird. Unterhalb
des Zwischenbodens 86 und oberhalb des mittleren Kühlerteils 83 ist an den Kühler
81 die Rohrleitung 16 angeschlossen, durch welche die zur Bindung des Ammoniaks
als Ammoniumcarbonat erforderliche Kohlensäure eingeführt wird. Die darunter befindlichen
Kühlerteile 83 und 84, von denen der letztere mit kaltem Kühlwasser beschickt wird,
wirken in gleicher Art wie die entsprechenden beiden Abschnitte des Kühlers 2 in
Abb. i, d. h. sie führen die vollständige Verdichtung und Fertigkühlung der Destillatdämpfe
zu einer starken Lösung von Ammoniumcarbonat herbei, die sich in _ dem Fußteil 85
des Kühlers sammelt. Sie wird von hier über die Abgangsleitung 2o mittels der Pumpe
25 und der Druckleitung 26 ebenso wie in Abb. i dem Sättigungsgefäß der zweiten
Verfahrensstufe zugeführt. Die im Kühler 81 unverdichtet gebliebenen Gase ziehen
durch die Entlüftungsleitung 24 als ein an Schwefelwasserstoff hochkonzentriertes
Gasgemisch ab. Beispiel für das Verfahren nach Abb. i Zum Einsatz gelangen stündlich
30m3 rohes Ammoniakwasser mit einem Gehalt an NH3 io gjl, C02 8 g/1, H,S
2 g/1.
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Die Konzentrierung der Kolonnendestillatdämpfe bezüglich NH3 und H20
geht bis zu einer Stärke entsprechend 18 Gewichtsprozent N H,.
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Den Destillatdämpfen wird i7o kg/h Kohlensäure mit 92 °/o
CO, zugesetzt.
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Die Zwischenerzeugnisse der ersten Stufe sind: 187o kg Lösung mit
845 kg (N Hj2 CO" 3o kg H2 S und 995- kg Wasser. Diese Lösung wird
in den Sättiger der zweiten Stufe übergeführt, außerdem etwa 31 Nm3 Entlüftungsgasgemisch
mit 65 Volumprozent H2 S. Der Sättiger erhält als Zusatzkohlensäure 47o kg mit 92
°/o C02. Die Kreislaufmenge der Kohlensäure im Sättiger ist etwa das Einfache davon.
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Das ÜberschuBgasgemisch des Sättigers sind etwa 6o Nm3 mit 33 Volumprozent
H2 S.
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Erzeugnisse des Sättigers: iooo kg/h festes Ammoniumbicarbonat, 123o
kg/h Mutterlauge mit 31,7 Gewichtsprozent Salz entsprechend 84 kg NH3/h. Diese Ammoniak-menge
beträgt annähernd 30 % des eingesetzten NH3. Wenn diese Mutterlauge dem Ausgangsammoniakwasser
zugesetzt wird, erhöhen sich entsprechend die durch das Verfahren laufenden Stoffe
und Erzeugnisse.