DE894995C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Ammonnitrat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtung zur Herstellung von Ammonnitrat durch Neutralisation von Salpetersäure mittels Ammoniak. Üblicherweise wird die Neutralisation innerhalb einer Lösung bereits gebildeten Ammonnitrats vorgenommen, wobei man diese Lösung in geschlossenem Kreislauf zwischen der eigentlichen Neutralisationszone und einer Verdampfungszone führt. Dabei kann man vorteilhafterweise die sich entwickelnde Reaktionswärme zur Verdichtung der anfallenden Salzlösungen ausnutzen. Bei den erhöhten Temperaturen, welche die Salzlösungen bei starken Nitratkonzentrationen erreichen können, setzt man sich beträchtlichen Verlusten an Stickstoff aus, wenn man nicht dafür Sorge trägt, daß sich die Neutralisation unter höherem Druck als die Verdampfung vollzieht. Außerdem muß in der Apparatur ein genügend hoher Druckunterschied herrschen, um ein heftiges Aufwallen oder Aufkochen der kreisenden Flüssigkeit in der Neutralisationszone zu verhindern, bevor die Säure völlig mit dem Ammoniak reagiert hat.

Es siind Verfahren und Vorrichtungen verschiedener Ausführungen bekannt, bei denen man diese Druckverhältnissei einhalten und, praktisch ohne Amtnoniakverluste, einen Teil der Reaktionswärme! zur Vorvördichtung der wäßrigen Salzlösung ausnutzen kann. Indessen findet bei den bekannten Verfahren lediglich die Neutralisation

unter erhöhtem, die Verdampfung dagegen immer unter Atmosphären- oder sogar unter vermindertem Druck statt. Ferner ist bei Verwendung von wasserfreiem Ammoniak und verhältnismäßig konzentrierter Salpetersäure von etwa 37 bis 3&⁰ Be, also Konzentrationen, wie sie bei den üblichen Herstellungsverfahren erreicht werden, die während der Neutralisation !entstehende Reaktionswärme wesentlich höher als die Wärmemenge, die man zur Verdampfung des Wassers¹ benötigt¹, das noch in der vorverdichtaten Salzlösung beim Verlassen des Sättigers enthalten ist, um diesa Lösung auf die gewünschtei Endkonzentration zu bringen. Überdies besitzt der bei den bekannten Verfahren unter gewohnlichem oder sogar Unterdruck stehende Wasserdampf ein zu geringes Energiepotiential, um ihn noch vorteilhaft ausnutzen zu können, sei es zur Endverdichtung der Nitratlösung, sei es zu anderen technischen Zwecken. Praktisch kann dieser niedrig gespannte Wasserdampf nur teilweise zur Vorwärmung der Reaktions medien dienen. Die ungenügende Ausnutzung seiner fühlbaren Wärme bedingt! einen durch eine äußere Wärmequelle zu deckenden Unterschuß in der Gesamtwärmebilanz der Neutralisation und anschließenden Verdichtung der anfallenden Nitratlösung. Dasi Verfahren nach der Erfindung bezweckt, bei der Herstellung von Ammonnitrat in Form einer konzentrierten heißen Lösung die in der Neutralisationszona entstehende Reaktionswärme und die Wärme dös gegebenenfalls zur Verstärkung des Umlaufs der Ammonnitratlösung zwischen der Neutralisationsi- und der Verdampfungszone zugesetzten Frischdampfes in noch vorteilhafterer Weise auszunutzen. Das erreicht man durch Ausnutzung der fühlbaren Wärme des aus der Verdampfungszone entweichenden Abdampfes zur Verdichtung der Salzlösung und indem man außerdem diesen Abdampf und den gegebenenfalls zugesetzten Frischdampf auf ein genügend hohes Energiepotential bringt, um ihn besser als bei den bekannten Verfahren für industrielle Zwecke verwenden zu können, vorzugsweise zur Endverdichtung der Salzlösung.

Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß nicht nur die Neutralisation, sondern ebenso auch die Verdampfung unter höherem als Atmosphärendruck vorgenommen, eine Maßnahme, die bisher weder vorgeschlagen noch ausgeführt worden istl Dadurch erzielt man wesentliche technische und wirtschaftliche Vorteile, indem einmal unmittelbar und ohne besondere Verdichtung unter Überdruck stehender Abdampf anfällt und zum anderen die Wärmebilanz des Gesamtproizesses sich positiv gestaltet, d. h. an Stelle das bisherigen Unterschusses sich nunmehr ein Wärmaüberschüß ergibt.

Zur praktischen Verwirklichung des Erfindungsgedankens wird das Verdampfungsgefäß· gegebenenfalls unter Vereinigung mit dem Neutralisationsgefäß in einem sogenannten Sättiger als Druckkessel ausgebildet. Der sich im Druckkessel oberhalb des Flüssigkeitsstandes der Nitratlösung einstellende Druck entspricht dar Dampfspannung der Lösung bei ihrer Siedetemperatur. Bei der praktisch erreichbaren Konzentration der Nitratlösung von etwa 70 bis 85 % im Druckkessel kann der Dampfdruck leicht 3 bis 6 ata erreichen. Der aus dem Druckkessel abgezogene gespannte Abdampf ist! natürlich wesentlich wertvoller als ein unteir Atmosphären- oder sogar Unterdruck stehender Abdampf.

Je nach der Konzentration der Ausgangssäure und dem Vorverdichtungsgrad dar Nitratlösung in der Verdampfungszone des Sättigers übersteigt die anfallende Abdampfmenge mehr oder weniger die zur Endverdichtung der Lösung erforderliche Dampfmenge. Der Überschuß kann dann beliebig außerhalb der Ammonriitratherstellung anderen Zwecken dienen. Wenn für den beabsichtigten Zweck die Gegenwart von Reaktionsprodukten ohne Belang ist, kann man sogar auf zwei getrennte Abteilungen oder Gefäße für die Neutralisation und anschließende Verdampfung verzichten und sich mit Recht einfachen Einrichtungen begnügen, um im nunmehr einräumigen Sättiger einen geschlossenen Kreislauf der Flüssigkeit zu bewirken. Das trifft namentlich für gewisse Sätitigerbauarten zu, bsi denen die Reaktionsmedien am Fuß einer beträchtlichen, durch hydrostatischen Druck wirkenden Flüssigkeitssäule zugeführt werden.

In gewissen Fällen kann es umgekehrt vorteilhaft sein, den in dar Verdampfungszone entstehenden Abdampf nicht unmittelbar zu verwenden, weil er unter Umständen Teile mitgerissener Ausgangsstoffe oder Reaktionsprodukte enthält und daher Korrosionen und Verunreinigungen in Leitungen und Apparaten hervorrufen kann. In solchen Fällen wird der anfallende Abdampf dank seines·, beträchtlichen Überdrucks von etwa 3 his 6 ata in bekannter Weise in einem indirekten Wärmeaustauscher oder -speicher u. dgl. zur Erzeugung reinen Frischdampfes etwas geringerer Spannung von beispielsweise 2 bis 5 ata ausgenutzt. Durch Anwendung des Wärmepumpenprinzips kann man auch mittels eines Dampfüberhitzers, gegebenenfalls in Vereinigung mit dem genannten Wärmeaustauscher u. dgl. Abdampf bzw. Frischdampf höherar Spannung und Temperatur erzeugen, als der in der Verdampfungszone des Sättigers anfallende Abdampf besitzt und so den Überschuß der Reaktionswärme noch vorteilhafter ausnutzen.

Dar Erfindungszweck, d. h. die Rückgewinnung des Lösungswassers der Salpetersäure und der Wärme des gegebenenfallsi zugesetzten Frischdampfes in Form eines vielfach verwendbaren Abdampfes beträchtlicher Spannung, läßt sich in mannigfaltiger Weise erreichen. Bei Ausbildung des- Verdampfungsgefäßes oder -abteiils als Druckkessel kann man diesen bei den verschiedensten bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Ammonnitrat verwenden, bei denen in der Neutralisationszone mit höherem Druck als in der Verdampfungszone gearbeitet wird. Dabei kann die Neutralisation in einem besonderen Gefäß oder aber teilweise oder gänzlich innerhalb des Verdampfungsgefäßes stattfinden. Besondere bau-

Mche und betriebliche Vorteile bietet die Erfindung gerade in dem letztgenannten Fall, d. h. bei Sättigern, deren Nautralisationsabteil vollkommen im Innern des Verdampfungsabteils untieirgebracht ist.

Beispiel

In einem Sättiger mit innerem Neutralisatiionsabteil wurden in eine im Kreislauf geführte Ammonnitratlösung stündlich 6900 kg Salpetersäure mit S4°/o HNO₃ und 1000 kg wasserfreies Ammoniak eingeleitet. Beide Stoffe waren auf 90⁰ vorgewärmt und standen unter ainem Druck von 5 ata. Im Verdampfungsabtieiil des Sättigers wurde eine Temperatur von etwa .183°, entsprechend einem Dampfdruck von 4,3 ata, aufrechterhalten. Außerdem wurden stündlich noch 100 kg Frischdampf von 8 ata zugesetzt.

Es fielen stündlich an 5900 kg Lösung mit 80 Ge-

ao wichtsprozent Ammonnitrat und 2100 kg Wasserdampf von 4,31 ata. Etwa die Hälfte dieser Dampfmenge, d. h. stündlich 1050 kg, genügte, um die Lösung auf eine Endkonzentration _§ von 95 Gewichtsprozent Nitrat und 135⁰ zu bringen. Die

as überschüssige Abdampfmenge, also stündlich 1050 kg, wurde in das allgemeine Dampf leitungsnetz der Gesamtanlage eingeführt.

In der Zeichnung sind beispielsweise eine Vorrichtung zur Herstellung von Ammonnitrat durch Neutralisation von Salpetersäure mittels Ammoniak unter höherem Druck als> dia nachfolgende Verdampfung und verschiedene Verwendungsmöglichkeiten des anfallenden Wasserdampfes schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. ι eine derartige Vorrichtung mit unmittelbarer-Verwendung einös Teils des anfallenden Abdampfes zur Endverdichtung der erzeugten Nitratlösung,

Fig. 2 einen indirekten Wärmeaustauscher zur Erzeugung von Frischdampf und

Fig. 3 eine Einrichtung zur Erzeugung höher gespannten Frischdampfes.

In Fig. ι bezeichnete einen Sättiger mit einem im Innern untergebrachten Nautralisationsabteil a¹.

Diesem werden durch eine absperrbare Leitung B Ammoniak und durch eine ebensolche Leitung C Salpetersäure und gegebenenfalls durch eine weitere absperrbare Leitung D Frischdampf in regelbarer Menge zugeführt. Zur Ableitung des sich im Oberteil a² des Verdampfungsabteils oberhalb des Flüssigkeitsstandes sammelnden Abdampfes dient eine absperrbara Leitung E. An diese ist eine zu einem Verdampfer G führende, absperrbare Zweigleitung H angeschlossen. Die im Sättiger A vorverdichtete Nitratlösung wird dem Verdampfer G durch eine absperrbare Leitung F in regelbarer Menge zugeführt. Mit der Abdampfleitung H steht eine Heizschlange / des Verdampfers in Verbindung, aus welcher der entsprechend abgekühlte Abdampf durch Leitung / abgeführt und beispielsweise! noch zur Vorwärmung der Reaktionsmedien oder in einem Dampfekonomiser ausgenutzt werden kann. Der durch Leitung E strömende überschüssige Abdampf kann beliebig außerhalb der Nitratherstellung verwendet werden, beispielsweise mit seinem vorhandenen Druck für Bieheizungszwecke u. dgl. oder zur Erzeugung höher oder niedriger gespannten Frischdampfes. Zur Ableitung der im Verdampfer auf ihre Endkonzentration gebrachten Nitratlösung dient eine absperrbare Leitung K und zum Absaugen des dabei anfallenden Abdampfes eine Leitung L, die zu einer Entspannungs- und Kondensationsanlage führt.

Fig. 2 zeigt einen in die Abdampf leitung E eingeschalteten indirekten Wärmeaustauscher M, der zur Erzeugung von Frischdampf dient. Seine von dam Abdampf durchströmten Heizschlangen TV warden von Frischwasser umspült, das aus einer absperrbaren Zuleitung Q kommt. Zur Ableitung des erzeugten Frischdampfesi dient eine absperrbare Leitung O, zu der des¹ in den Heizschlangen N gebildeten Kondensat-Dampf-Gemisches einei Leitung P.

Bei der Einrichtung nach Fig. 3 befindet sich vor dem Wärmeaustauscher M noch ein an Abdampfleitung E angeschlossener Dampfverdichter R, dessen Druckleitung S mit den Heizschlangen N in Verbindung steht. Entsprechend der höheren Spannung des durch dia Schlangen N strömenden Abdampfes fließt durch die absperrbare Ableitung T das Verdampfers ein Frischdampf höherer Spannung zur endgültigen Verwendungsstelle. Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, den überschüssigen Abdampf des Sättigers A ohne Verdichtung dem Wärmeaustauscher M zuzuleiten und den Dampfverdichter R in die Frischdampfleiitung T einzuschalten.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Ammonnitrat durch Neutralisation von Salpetersäure mittels Ammoniak innerhalb einer in geschlossenem Kreislauf geführten Ammonnitratlösung, bei dem, gegebenenfalls unter Frischdampfzusatz, in der Neutralisationszone mit höherem Druck gearbeitet wird als in der Verdampfungszone, die zur Vorvardichtung der gebildeten Nitratiösung dient, dadurch gekennzeichnet, daß auch in der Verdampfungszone ein baträchtlicher Überdruck, vorzugsweise von etwa 3 bis 6 ata, aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Verdichtung der anfallenden Nitratlösung durch indirekte Beheizung mittels des aus der Verdampfungszone entweichenden und unter Überdruck stehenden Abdampfes erfolgt, wobei der gegebenenfalls vorhandene Abdampfüberschuß für andere Zwecke verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Überdruck stehende Abdampf ganz oder teilweise zur Erzeugung -reinen Frischdampfes etwas geringerer Spannung im Wege des indirektem Wärmeaustauschest ausgenutzt wird.

4· Verfahren nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Überdruck stehende Abdampf ganz oder teilweise mittels einesi Dampfverdichters auf höhere- Spannung gebracht wiird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Überdruck stehende Abdampf ganz oder teilweise zur Frischdampferzetugung im Wege des indirekten Wärmeaustausches dient, wobei der Frischdampf durch Einschalten eines Dampfverdichters höhere Spannung erhält.

6. Vorrichtung zur Durchführung desi Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch Anordnung eines Verdampfungsabteils oder -gefäßeis zur Vorverdichtung der anfallenden Nitratlösung, das unter höherem als Atmosphärendruck steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Anordnung eines- Verdampfers zur Verdichtung der anfallenden Nitratlösung auf die gewünschte Endkonzentration, der durch d'en iin der Verdampfungszone entstehenden Abdampf und den zur Versitärkung des Umlaufs der Nitratlösung in der· Neutralisationszone gegebenenfalls zusätzlich eingeführten Frischdampf mittelbar beheizt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, gekennzeichnet durch Anordnung eines Fnischdampferzeugers, der durch den aus der Vorverdichtungs'zone der Nitratlösung entweichenden gespannten Abdampf beheizt ist und zur Erzeugung reinen Frischdampfes etwas geringerer Spannung dient.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß- in die Abdampfleitung der Vorverdichtungszon« der Nitrafrlösung ein Dampfverdichtör eingeschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in diel Frischdampfleitung des Dampferzeugers ein Dampfverdichter eingeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 5509 10.53