DE916408C - Verfahren zur Ammoniakgewinnung aus Kohlendestillationsgasen u. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ammoniakgewinnung· aus Kohlendestillationsgasen u. dgl., bei dem das Gasammoniak aus den in der Ofenvorlage berieselten Gasen teils im Kondensat der Gaskühlung, teils in einer Waschanlage mittels den Gasen im Gegenstrom zugeführten Waschwassers aus diesen absorbiert und sodann durch Abtreiben der ammoniakhaltigen Flüssigkeiten gewonnen wird. Üblicherweise leitet man dabei die

ίο von der Vorlage ablaufende Berieselungsflüssigkeit in einen Teerkasten zur Grobscheidung von Teer und Ammoniakwasser und führt den wäßrigen Anteil im Kreislauf erneut in die Vorlage zurück. Der aus dem Teerkasten ablaufende, noch stark wasserhaltige Teer wird gewöhnlich zusammen mit dem ebenfalls teerhaltigen Kondensat der Gaskühlung in einen Teerscheidebehälter eingeleitet und nach Abscheidung des Wassers zur weiteren Aufarbeitung auf einen Hochbehälter gepumpt. Das weitgehend teerfreie, vom Teerscheidier ablaufende Ammoniakwasser leitet man teils in den Kreislauf der Vorlageberiesielunig als Ersatz für das auf der Vorlage verdampfte Wasser, teils nach entsprechender Kühlung als Waschflüssigkeit in die erste oder die ersten Stufen der Ammoniakwäsche ein. Das letzte Gasammoniak wird mittels Frischwasser in der letzten Stufe der Ammoniakwäsche gewonnen.

Kohfendestillationsgase enthalten bekanntlich beträchtliche Mengen Wasser in Form überhitzten Wasserdampfes, der einerseits aus der Kohlenfeuchtigkeit stammt, andererseits bei der pyrogenen Zersetzung der Kohle gebildet wird. Bei der Aufarbeitung der Gase, die immer mit einer Gaskühlung verbunden ist, fällt diese Wassermenge entsprechend

dem jeweiligen Taupunkt der Gase a's Kondensat an. Legt man als tiefste in der Gaskühlung zu erreichende Temperatur eine solche von 15° C zugrunde, so fallen bei einem Wassergehalt der Einsatzkohle von etwa ioo/o durchschnittlich etwa 120 bis 125 1 Kondensat je Tonne Einsatzkohle an. Diese sehr erhebliche und heiß anfallende Wassermenge muß bei dem bekannten Verfahren auf etwa niedrigste Gastemperatur heruntergekühlt und zusammen mit dem der Ammoniakwäsche zugeführten Frischwasser unter beträchtlichem Wärmeaüfwand wieder auf Siedetemperatur erwärmt werden, um das in flüchtiger und gebundener Form enthaltene Ammoniak abtreiben zu können. Die sich hierbei in bezug auf Umlauifmengen der verschiedenen Flüssigkeiten, Zusammensetzung des zum Abtreiber fließenden Ammoniakwassers, Dampfverbrauch im Abtreiber und Ammoniakgehalt der Abtreiberdämpfe ergebenden Verhältnisse seien an Hand des in Abb. 1 der Zeichnung dargestellten Schemas einer üblichen Ammoniakgewinnungsanlage näher erläutert.

Die aus den Steigrohren 1 der Gaserzeugungsöfen kommenden heißen Gase treten mit etwa 700° C in die Ofenvorlage 2 ein und werden dort mittels Berieselung durch Ammoniakwasser auf etwa 100 bis 12O° C gekühlt. Das teerhaltige Berieselungswasser wird durch Leitungen 4? und 4* dem Teerkasten 16 zugeführt. Der grob abgeschiedene Teer läuft duorch Leitung 4'' dem Teerscheidebehälter 14 zu, das entteerte Wasser wird durch Leitung i8^a wieder auf die Ofenvorlage 2 gepumpt. In die von der Ofenvorlage 2 zum Gassauger 3 führende Gashauptleitung· 4« sind die üblichen Gaskühler 5^a, S^b usw. eingeschaltet und hinter dem Gassauger 3 noch ein Nachkühler 6, der zum Abführen der im .Gassauger 3 erzeugten Verdichtungswärme dient. Entsprechend der Löslichkeit von Ammoniak in Wasser, die mit sinkenden Temperaturen für gebundenes Ammoniak abnimmt und für flüchtiges Ammoniak steigt, enthalten die Kondensate der einzelnen Gaskühler sehr unterschiedliche Mengen an gebundenen! bzw. flüchtigem Ammoniak entsprechend den in den Kühlern herrschenden Temperaturen. In Richtung des Gasweges nimmt also der Gehalt der Kondensate an fiüchtigern Ammoniak zu, an gebundenem ab. Die in den Gaskühlern S", 5* usw. und dem Nachkühler 6 anfallenden Kondensate gelangen durch eine Sammelleitung 13 zum Teerscheidebehälter 14 und aus diesem in einen nachgeschalteten Klärbehälter 15". Der in den. Behältern 14 und 15^s anfallende Teer wird durch Leitung 17 zum weiteren Verwendungsort gepumpt. Eine Teilmenge der im Klärbehälter 15" sich sammelnden Flüssigkeit, die mindestens dem auf der Vorlage verdampfenden Berieselungswasser entspricht, führt man durch Leitung 18'' in den Teerkasten 16. Die Restmenge, die dem Anfall an mit der Kohle eingebrachtem und aus der Kohle gebildetem Wasser entspricht, führt man aus Klärbehälter ι 5« durch den Kühler 15* und die Leitung 19 der Ammoniakwäsche zu.

Die vom Nachkühler 6 kommenden Gase treten mit niedriger Temperatur von etwa 15⁰C in die Ammoniakwascher 7«, ~^h usw. ein, in denen das nach der Kühlung noch im Gas verbliebene Ammoniak ausgewaschen wird. Zu diesem Zweck gibt man auf die letzte Waschstufe J^c durch Leitung 8 Frischwasser auf, leitet den Ablauf dieser Stufe über einen Sammelbehälter 9 auf die zweite Stufe "j^!>, deren Ablauf über Sammelbehälter 10 auf die nächste Stufe y usw. Der Ablauf der ersten Stufe y gelangt in einen Sammelbehälter 11. Durch Überläufe 12 zwischen den Sammelbehältern 9 bis 11 kann man Menge und Ammoniakgehalt der Waschflüssigkeiten in den einzelnen W^raschstufen entsprechend einregeln. Aus Sammelbehälter 11 wird die insgesamt anfallende Ammoniakwassermenge, die der Summe aus dem durch Leitung 19 in. den Behälter 10 einlaufenden Kondensat und dem auf Wascher j^c aufgegebenen Frischwasser entspricht, durch Leitung 20 zur Ammoniakfabrik gefördert. Die in den einzelnen Leitungen vorgesehenen Förderpumpen für die Flüssigkeiten sind mit P bezeichnet.

Fallen je Tonne Einsatzkohle etwa 1251 Kondensat an (in Leitung 19) und werden bei einer GastemperatuT-von 15⁰ C etwa 65 1 Frischwasser auf die letzte Wascherstuife y^c aufgegeben, so werden aus dem Behälter 11 etwa 190I Ammoniakwasser zur Ammoniakfabrik gepumpt. Dieses Wasser enthält bei einem Ausbringen von 2,5 kg NH₃/t Trockenkohle etwa 12 g NH₃/!, und zwar etwa ein Viertel als gebundenes und etwa drei Viertel als flüchtiges Ammoniak. Enthält dabei das in der Leitung 19 anfallende Kondensat etwa 4 g NH₃/!, und zwar etwa 60 Oo als gebundenes und etwa 400/0 als flüchtiges Ammoniak, so sind insgesamt gewonnen worden vom gebundenen Ammoniak: bei der Gaskühlung etwa 80O/0, durch die N H₃-Wäsche 20 O'o ; vom flüchtigen Ammoniak: bei der Gaskühlung etwa 2ο0/0, durch die NH₃-Wäsche Soft'o; vom Gesamt-NH^: etwa 3S°/o bei der Gaskühlung, etwa 65(¹O durch die NH₃-Wäsche.

Aus den angegebenen Zahlenwerten, die sich selbstverständlich im Einzelfall nach oben oder unten verschieben können, ergibt sich, daß das in der Gaskühlung anfallende Gaswasser beträchtliche Mengen flüchtigen Ammoniaks enthält. Es muß vor seiner Verwendung als Waschwasser in der Ammoniakwäsche auf die notwendige Temperatur heruntergekühlt und später in der Ammoniakfabrik unter-Aufwand beträchtlicher Wärmemengen wieder ito auf Abtreibetemperaturen erhitzt werden. Eine Vorwärmung des zur Ammoniakfabrik gepumpten Ammoniakwassers, das, wie angegeben, auch das Gaswasser enthält, durch den heißen Ablauf des Abtreibers ist nur in beschränktem Umfang möglich; denn zum Freimachen des im Ammoniakwasser enthaltenen gebundenen Ammoniaks muß man eine Nebenkolonne, die sogenannte Kalkmilchkolonne, betreiben, in welcher Ammoniakwasser in Gegenwart von Wasserdampf die Aufspaltung der fixen Ammoniakverbindungen bewirkende Stoffe, wie Kalkwasser, im Überschuß zugesetzt werden. Der Ablauf dieser Nebenkolonne enthält also Kalkschlamm, der sich an den Wandungen des nachgeschalteten Wärmeaustauschers niederschlägt und den Wärmedurchgang zum Rohwasser so erheblich behindert,

daß man häufig auf die:en Wärmeauetausch verzichtet.

Wegen, der geringen Ammomiakkonzentration im Ammoniakwasser von etwa 12 g/l (= 1,20/0) ist auch der Ammoniakgehalt der den Abtreiber verlassenden Dämpfe verhältnismäßig niedrig und beträgt höchstens 12 bis 15%. Die üblicherweise in einen Ammoniaksättiger eingeleiteten Abtreiberdämpfe enthalten also das Vielfache der Ammoniakmenge als Wasserdampfballast, der sich in den Abschwaden des Sättigers, den sogenannten Faulgasen, wiederfindet. Sollen diese Faulgase, im wesentlichen Schwefelwasserstoff und Kohlensäure, einer weiteren Nutzung zugeführt werden, etwa zur Herstellung von Schwefelsäure, so müssen die in ihnen enthaltenen großen Wasserdampfmengen durch Kühlung der Faulgase kondensiert werden. Hierzu sind erhebliche Mengen Kühlwasser und wegen der korrodierenden Wirkung der sauren Gase Kühler aus hochwertigem, korrosionsfestem Werkstoff erforderlich. Neben erheblichem Kühlwasserverbrauch zur Kühlung der Kondensate von etwa 70 auf etwa 15⁰C und zum Kondensieren des Dampfballastes der Sättigerschwaden erfordert also das bekannte Verfahren zum Erwärmen des gesamten Ammoniakwassers von etwa 15 auf etwa 1 oo° C wegen des erschwerten Wärmeaustausches zwischen Abtreiberabwasser und Ammoniakwasser und wegen des hohen Dampfbarastes in den Abtreiberschwaden erhebliche Dampfmengen, deren Kosten wegen des geringen Verkaufserlöses des Ammoniaks die Ammomakgewinnuing häufig unwirtschaftlich machen. Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie bezweckt, Gaskühlung und Ammoniakwäsche so durchzuführen, daß getrennt voneinander ein möglichst heißes Gaswasser mit möglichst nur gebundenem Ammoniak und als Ablauf der Ammoniakwäsche ein möglichst hochkonzentriertes und möglichst nur flüchtiges Ammoniak enthaltendes Ammoniakwasser gewonnen werden. Nur das heiße Gaswasser wird auf einer Kalkkolonne abgetrieben, während der Ablauf der Ammoniakwäsche, im folgenden Waschwasser genannt, eimer einfachen Wasserdampfdestillation unterzogen wird. Zwischen dem Abwasser des Waschwasserabtreibers und dem abzutreibenden Waschwasser ist nunmehr ein von Kalkschlamm unbehinderter, weitgehender Wärmeaustausch möglich.

Wegen der hohen Lösungsfähigkeit von Ammoniakgas in Wasser bei niedrigen Temperaturen braucht man in der Ammoniakwäsche höchstens die gleiche Frischwassermenge wie bei dem bekannten Verfahren und erhält somit eine kleinere Waschwassermenge mit erheblich höherer Ammoniak konzentration. Die in diesem enthaltenen sehr geringen Mengen gebundenen Ammoniaks verbleiben im Abwasser der Abtreiberkolonne und können mit diesem, nachdem es zur Erwärmung des Waschwassers gedient hat, unbedenklich in den Vorfluter entlassen werden.

Al'.e diese wesentlichen Vorteile werden erfindungsgemäß folgendermaßen erreicht: Einerseits werden die Kondensate, die an dem zweiten, dritten usw. Kühler, am Gassauger und am Nachkühler anfallen, über den ersten, also den heißesten Kühler gepumpt. Sie bewirken dort eine zusätzliche Kondensation von Wasserdampf und Teer und geben gleichzeitig ihnen Gehalt an flüchtigem Ammoniak weitgehend ab. Der Ablauf vom ersten Kühler wird dem zur Vorlage gehenden Beriese'.ungswasser zugeführt und mit diesem über die Vorlage umgepumpt. Durch Abführen einer dem Wasseranfall aus der Kohle entsprechenden Teilmenge des Berieselungswassers ist dann ein Gaswasser gewonnen, das die höchst mögliche Temperatur, den höchst mögliehen Gehalt an gebundenem und den niedrigst möglichen Gehalt an flüchtigem Ammoniak hat und unmittelbar zum Abtreiben auf die Kalkkolonne genommen werden kann. Andererseits werden die ersten Ammoniakwascher stufenweise nur mit dem vom letzten Wascher ablaufenden Wasser beaufschlagt, so daß sich im Ablauf vom ersten Wascher ein höchst möglicher Gehalt an flüchtigem, bei niedrigstem Gehalt an gebundenem Ammoniak ergibt. Dieses Waschwasser wird auf einer einfachen DestiKierkolonne abgetrieben nach Vorwärmung mittels des Abwassers der Kolonne in einem Wärmeaustauscher.

Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand des in Abb. 2 der Zeichnung dargestellten Schemas einer Ammoniakgewinnungsanlage erläutert, wobei die dem Schema nach Abb. 1 entsprechenden Anlagenteile die gleichen Bezugszeichen tragen. Wie Abb. 2 erkennen läßt, bleiben der Berieselungswasserumlautf über die Ofenvorlage, der Gasweg, alle vom Gas durchströmten Apparate, ferner Teerkasten, Teerscheide- und Zwischenbehälter der Ammoniakwäsche völlig unverändert. Dagegen werden die Kondensate der Küh'.er 5°, 5* usw. und 6 durch Leitung 21 über einen kleinen Sammelbehälter 22 und Leitung 23 auif den ersten Gas-· kühler 5« aufgegeben, dessen Ablauf durch Leitungen 24 und 4* unmittelbar zum Teerkasten 16 fließt, in den Beriesclungswasserumlauif eingeht und dadurch auf der Ofenvorlage mit dem heißesten Gas in Berührung gebracht wird.

Das Gaswasser fällt nun als Überlauf des Teerkastens 16 an und fließt durch Leitungen 25 und &f durch den Teerscheidebehälter 14 in den nunmehrigen Sammelbehälter 15°, aus dem es mit hoher Temperatur über Leitung 26 zur vorhandenen Kalkkolonne der Ammoniakfabrik gepumpt wird. Es entfällt also die Kondensatkühlung 15* und die Einführung des Kondensats in den Waschwasserumlauf der Ammoniakwäsche, der im übrigen völlig unverändert bleibt. Das im Sammelbehälter 11 anfallende Ammoniakwasser wird über Leitung 20 zum Abtrieb ohne Zusatz von Kalkmilch od. dgl. auf die vorhandene Abtreibekoloirme der Ammoniakfabrik gepumpt.

Es stellen sich nunmehr etwa folgende Ammoniakkonzentration«! ein: Je Tonne Kohle sind enthalten: in den mit eimer Temperatur von etwa 70° C anfallenden 125 1 Gaswasser etwa 5,7 g NH3/I, davon etwa 12 0/0 als flüchtiges und etwa 880/0 als gebundenes Ammoniak, in den höchstens 651 Waschwasser etwa 24 g NH₃/!, davon etwa 980/0 als fluch-

tiges und etwa 20/0 als gebundenes Ammoniak, so daß gewonnen sind: von insgesamt gewonnenem Ammoniak etwa 30 o/_o bei der Gaskühlung, etwa 70 0/0 in der Ammoniak was ehe, vom gebundenen Ammoniak etwa 95°/o bei der Gaskühlung, vom flüchtigen Ammoniak etwa 95% in der Ammoniakwäsche.

Der Umstand, daß das flüchtige Ammoniak fast vollständig in der Ammoniakwäsche gewonnen wird, d.h. daß die Gase mit fast allem flüchtigen Ammoniak in die Ammoniakwäsche eintreten, wirkt sich noch, in einer anderen Richtung sehr vorteilhaft aus, und zwar bei der Anwendung des Ammoniakwasserkreislaufverfahrens zur Entschwefelung der Gase. Der Dampfverbrauch und damit die Wirtschaftlichkeit »dieses Verfahrens hängt unmittelbar von der im Kreislauf umzupumpenden Ammoniakwassermenge und diese wiederum unmittelbar von dem sogenannten Ammoniakspiegel, d.h. dem Ammoniakgehalt der Gase vor der Ammoniakwäsche ab. Durch erfindungsgemäße Ammoniakgewinrauingsverfahren wird also auch die Wirtschaftlichkeit der Gasentstihwefelung erhöht.

In Abb. 3 ist das bekannte Ammoniakabtreibeverfahren dargestellt. Das nach dem bekannten Gewinnungsverfahren gewonnene Ammoniakwasser 20, das also das bei der Gaskühlung in der Ammoniakwäsche angefallene flüchtige und gebundene Ammoniak 'enthält, wird bei 2.7 dem obersten Glockenboden 28° der sogenannten Hauptkolonne 29 zugeleitet und läuft vom Glockenboden 28° zum Glockenboden 28* usw. nach unten im Gegenstrom zu. den aufsteigenden Dämpfen. Es verläßt die Kolonne 29 im 'Zwischenboden 30 und fließt durch Leitung 31 in das Kalkzersetzungsgefäß 3 2, wo ihm durch die Leitung 33 Kalkmilch zugemischt und wo durch in Leitung 34 ausgeführten Dampf die Mischung aus ,Ammoniakwasser und Kalkmilch aufgekocht und dadurch das gebundene Ammoniak aus seinen Verbindungen frei gemacht wird. Das Wasserdampf-Ammoniakgas-Gemisch aus dem Kalkzersetzungsgefäß steigt zum Zwischenboden 30, von diesem zum Glockenboden 28*, von diesem zum Glockenboden 28^ usw. im Gegenstrom zum abwärts fließenden Ammoniakwasser nach oben durch die Hauptkolonne 29. Das Ammoniakwasser-Kalkmilch-Gemisch fließt durch Leitung 35 auf den obersten Boden der sogenannten Nebenkolonne 36, um beim Wandern über die Glockenboden 37°, 37*, 37^ usw. nach unten durch den ihm entgegenströmenden, durch Leitung 38 eingeführten Dampf von Ammoniak vollständig befreit zu werden. Das Abwasser läuft bei 39 ab. Die Dämpfe der Nebenkolonne treten durch Leitung 40 in den Zwischenboden 30 der Hauptkolonne 29 ein. Das abgetriebene Ammoniak verläßt zusammen mit Wasserdampf und den sogenannten Faulgasen, die fast vollständig schon auf der Hauptkolanne 29 abgetrieben werden, die Abtreibeanlage durch Leitung 41. Bei dem Ammoniakabtreibeverfahren gemäß Erfindung können sämtliche Apparateteile der bekannten Abtreibeanlage wieder verwendet werden. In seiner schematischen Darstellung in Abb. 4 tragen sie deshalb die gleichen Bezugszeichen. Lediglich die Anzahl und Anordnung der Glockenböden muß den veränderten Verhältnissen angepaßt werden.

Das heiße Gaswasser 26 mit fast nur gebundenem Ammoniak fließt bei 42 zum Abtrieb des geringen Gehaltes von flüchtigem Ammoniak auf den Glockenboden 43« und von diesem über einige wenige Glockenboden durch Leitung 31 mit KaIkmilchzumischung durch Leitung 33 in das Kalkzersetzungsgefäß 3 2, in dem das gebundene Ammoniak aus seinen Verbindungen frei gemacht wird. Das Gemisch Ammoniakwasser-Kalkmilch läuft durch Leitung 44 auf die Nebenkolonne 36, über deren Glockenböden 37°, 37* usw. im Gegenstrom zu dem durch die Leitung 3 8 eintretenden Dampf nach unten und als ammoniafcfreies Abwasser bei 39 zum Vorfluter ab. Die Dämpfe der Nebenkolonne 36 strömen durch Leitung 40 in den Zwischenboden 30 der Hauptkolonne 29 ein.

Das kalte, mit fast nur flüchtigem Ammoniak in hoher Konzentration beladene Waschwasser 20 fließt durch Leitung 45 und den Wärmeaustauscher 46 bei 27 vorgewärmt in die Hauptkolonne 29, über deren Glockenböden 28«, 28* usw. im Gegenstrom zu den aufsteigenden Dämpfen zum Zwischenboden 30, von diesem durch Leitung 47 auf die Kolonne 48, über deren Böden 49^a, 49^s usw. im Gegenstrom zu dem bei 50 eintretenden Dampf nach unten und durch Leitung 51 und den Wärmeaustauscher 46 zum Vorfluter ab.

Allein die erfindungsgiemäß ermöglichte unmittelbare Überführung des heißen Gaswassers zur Kalkkolonne sowie der unbehinderte Wärmeaustausch zwischen dem Abwasser der Waschwasserabtreibekolonne und dem abzutreibenden Waschwasser verringern den Dampfverbrauch der Ammoniakfabrik gegenüber dem bekannten Verfahren um mehr als die Hälfte. Dazu kommt eine weitere Verringerung des Dampfverbrauches dadurch, daß das die Abtreibeanlage verlassende Gemisch Was.serdampf-Ammoniakgas eine höhere Ammoniakkonzentration, also weniger Dampfballast, hat.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Ammoniakgewinnung aus Kohlendestillationsgasen, die in einer Vorlage mit ständig im Kreislauf geführtem Ammoniakwasser berieselt werden und bei denen das Gasammoniäk teils im Kondensat der Gaskühlung, teils durch Waschen mit Wasser ausgeschieden und sodann durch Abtreiben der ammoniakhaltigen Flüssigkeiten gewonnen wird, gekennzeichnet durch die Vereinigung nachstehender Merkmale: a) der erste Gaskühler (s^a) wird mit den Kondensaten (23) weiterer Gaskühler (5* bis s^d) berieselt und sein Ablauf (18^a) in den Ammoniakwasserumlauf der Vorlagenberieselung gegeben, b) eine Teilmenge des Ammoniakwassers, die dem Anfall an Wasser aus der entgasten Kokskohle entspricht, wird aus dem zur Vorlagenberieselung dienenden Umlauf bei hoher

   Temperatur über Leitung 25 und 4<" bzw. 26 abgezogen und das Ammoniak darauf unmittelbar mit Dampf in Gegenwart eines zur Aufspaltung der fixen Ammoniakverbindungen geeigneten Stoffes, wie Kalkmilch, abgetrieben, c) aus der beim Auswaschen des Ammoniaks mit Wasser anfallenden Flüssigkeit (Leitung 20) wird das Ammoniak unter Verzicht auf eine Maßnahme zur Aufspaltamg der fixen Verbindungen abgetrieben.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kalkkolonne abgehenden Dämpfe (40) in einen Zwischenboden (30) der Kolonne (29) eingeführt werden, die zum Abtreiben der bei der Ammoniakwäsche gewonnenen Flüssigkeit (20) dient.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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