DE934586C

DE934586C - Method and device for the production of nitric acid from ammonia combustion gases

Info

Publication number: DE934586C
Application number: DEP8207A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl-Ing Schnur
Original assignee: Ruhrchemie AG
Current assignee: Ruhrchemie AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1955-10-27

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak-Verbrennungsgasen Die bei derkatalytischenAmmoniak-Verbrennung entstehenden Gasgemische enthalten neben Stickstoff und unverbrauchtem Sauerstoff im wesentlichen nur Stickoxyd (N O). Bevor hieraus mit Hilfe von Wasser Salpetersäure (H N 03) gewonnen werden kann, muß das Stickoxyd (NO) möglichst weitgehend in Stickstoffdioxyd (N02) umgewandelt werden. Zur Durchführung dieser Reaktion wird der Salpetersäure-Kondensationsanlage ein sogenannter Oxydationsturm vorgeschaltet. Bisher benutzte man zu diesem Zweck einen. oder mehrere Türme, die zur Abführung der Reaktionswärme in geradem Durchgang mit Salpetersäure berieselt werden. Die Berieselungsflüssigkeit wird im Kreislauf geführt und durchläuft außerhalb des Oxydationsturmes einen Kühler, der die aufgenommene Reaktionswärme an ein Kühlmedium abgibt. Der Turmraum selbst wurde möglichst groß bemessen, weil die NO-Oxydation verhältnismäßig viel Zeit beansprucht. Auch hintereinandergeschaltete Oxydationsräume von zunehmender Größe sind bereits bekannt.Method and device for the production of nitric acid from ammonia combustion gases Contain the gas mixtures resulting from the catalytic ammonia combustion in addition to nitrogen and unused oxygen, essentially only nitrogen oxide (N O). Before nitric acid (H N 03) can be obtained from this with the help of water, the nitrogen oxide (NO) has to be converted as far as possible into nitrogen dioxide (N02) will. The nitric acid condensation plant is used to carry out this reaction a so-called oxidation tower is connected upstream. So far one used for this purpose a. or several towers that dissipate the heat of reaction in a straight pass sprinkled with nitric acid. The sprinkling liquid is in circulation out and passes through a cooler outside the oxidation tower, which absorbs the Releases heat of reaction to a cooling medium. The tower room itself became as large as possible dimensioned because the NO oxidation takes a relatively long time. Also connected in series Oxidation spaces of increasing size are already known.

Bei der Herstellüng von Salpetersäure aus nitrosen Gasen hat man auch bereits Türme verwendet, bei denen ein Teil der am Boden des Turmes ablaufenden Berieselungsflüssigkeit zurückgeführt wird. Diese teilweise zurücklaufende Berieselungsflüssigkeit wird nicht auf die oberste, sondern auf eine darunterliegende Füllkörperschicht aufgegeben und durchfließt die nachfolgenden Schichten ebeilfalls in geradem Durchgang. Zwischen die einzelnen Füllkörperschichten können hierbei Kühlrohre eingebaut sein. Bei dieser Betriebsweise kommt die abfließende Säure in der untersten Füllkörperschicht intensiv und verhältnismäßig lange mit den eintretenden nitrosen Gasen zur Berührung. Hierbei tritt eine Temperaturerhöhung _ein,. wobei die abfließende Säure teilweise wieder Stickoxyd abgibt und ihren Oxydationsgrad vermindert.In the production of nitric acid from nitrous gases one also has towers have already been used, some of which run down the bottom of the tower Sprinkling liquid is returned. This partially returning sprinkling liquid is not on the top, but on a packing layer below abandoned and flows through the subsequent layers also in a straight pass. Cooling tubes can be placed between the individual packing layers built-in be. In this mode of operation, the acid draining off comes in the lowest packing layer intense and comparatively long to contact with the nitrous gases entering. A temperature increase occurs here. the acid draining off partially releases nitrogen oxide again and reduces its degree of oxidation.

Auch großräumige Oxydationstürme ähnlicher Art habenden Nachteil, daß in ihnen eine teilweise Rückbildung von N O erfolgt. Nach der Kühlung und nach erfolgter Luft- oder Sauerstoffzumischung sind in den am Turmboden eintretenden Gasen etwa 25 bis 3o '/o des vorhandenen N O zu NO2 oxydiert. Am Turmkopf hat der Oxydationsumfang annähernd 85 bis 9o °/o erreicht. -Die umlaufende Berieselungsflüssigkeit, die durch das Kondensationswasser der Gase oder durch sonstige Flüssigkeitszufuhr eine dauernde Volumenzunahme erfährt, kommt bei ihrem Kreislauf am Turmkopf mit weitgehend oxydierten und am Turmboden mit nur wenig oxydierten Gasen in Berührung. Dies hat zur Folge, daß sie am Turmkopf NO, aufnimmt und NO abgibt, während sie am Turmboden N O aufnimmt, um dafür in unerwünschter Weise N02 abzugeben. Der tatsächliche NO2-Gehalt, der im Oxydationsturm - als Berieselungsflüssigkeit verwendeten Säure, erreicht unter diesen Umständen nur einen Wert, der von dem in der Turmmitte herrschenden NO-Oxydationsgrad der durchlaufenden Gase abhängt. Mit den bisherigen Oxydationstürmen lassen sich trotz ihres großen Rauminhaltes deshalb nur geringere Säurekonzentrationen erzielen, als man erwarten sollte.Large-scale oxidation towers of a similar type also have the disadvantage that a partial regression of NO takes place in them. After cooling and after air or oxygen has been admixed, about 25 to 30% of the NO present in the gases entering the tower floor is oxidized to NO2. At the top of the tower the extent of oxidation has reached approximately 85 to 90 per cent. -The circulating sprinkling liquid, which experiences a permanent increase in volume due to the condensation water of the gases or other liquid supply, comes into contact with largely oxidized gases at the top of the tower and with only slightly oxidized gases at the tower base. As a result, they receive the tower head NO and NO emits while it raises in the tower bottom NO to deliver it undesirably N02. Under these circumstances, the actual NO2 content of the acid used as a sprinkling liquid in the oxidation tower only reaches a value that depends on the degree of NO oxidation of the gases passing through in the middle of the tower. With the previous oxidation towers, despite their large volume, only lower acid concentrations can be achieved than one should expect.

. Es wurde gefunden, daß sich aus Ammoniak-Verbrennungsgasen auf verhältnismäßig einfache Weise wesentlich höhere Säurekonzentrationen ergeben, wenn der Oxydationsturm in mehreren übereinanderliegenden Teilabschnitten arbeitet, wobei jeder Teilabschnitt mit einem gesonderten Umlauf der Berieselungsflüssigkeit und einer Kühlung der Berieselungsflüssigkeit betrieben wird. Die einzelnen Teilabschnitte des Oxydationsturmes werden zweckmäßig so bemessen, daß der relative Oxydationsgrad der durchströmenden Gase in den einzelnen Stufen des Oxydationsturmes annähernd gleich ist. Die Größe der einzelnen Teilabschnitte wird hierbei derart gewählt, daß die kleinsten Abschnitte am unteren Turmende. und die größten in der Nähe des Gasaustritts am Kopf des Turmes angeordnet sind. Jeder Flüssigkeitskreislauf ist mit einem Kühler versehen, wobei die oberen Turmabschnitte mit besonders tiefen Kühltemperaturen betrieben werden.. It has been found that ammonia combustion gases on relatively simply result in much higher acid concentrations when the oxidation tower works in several superimposed subsections, each subsection with a separate circulation of the sprinkling liquid and cooling of the sprinkling liquid is operated. The individual sections of the oxidation tower are appropriate dimensioned so that the relative degree of oxidation of the gases flowing through in the individual Stages of the oxidation tower is approximately the same. The size of the individual sections is chosen so that the smallest sections at the lower end of the tower. and the largest are arranged near the gas outlet at the top of the tower. Everyone Liquid circuit is provided with a cooler, the upper tower sections be operated with particularly low cooling temperatures.

Zur praktischen Durchführung der erfindungsgemäßen Arbeitsweise verwendet man - am besten einen mit den üblichen Glockenböden versehenen Turm, wobei über jeden Glockenboden eine Füllkörperschicht angebracht sein kann, die eine besonders intensive Berührung zwischen Gasstrom und Berieselungsflüssigkeit veranlaßt. Die überschüssigen Flüssigkeitsmengen der einzelnen Berieselungsabschnitte fließen von jedem Glockenboden durch das übliche Überlaufrohr oder Überfallwehr auf darr darunterliegendern Boden, tim schließlich am unteren Ende des Turmes abgeführt zu. werden. Statt dessen kann aber auch aus jedem Berieselungskreislauf der Flüssigkeitsüberschuß getrennt entnommen werden.Used for the practical implementation of the procedure according to the invention one - preferably a tower with the usual bell bottoms, with over each bell bottom a packing layer can be attached, which is a special causes intense contact between gas flow and irrigation liquid. the Excess amounts of liquid from the individual sprinkling sections flow off each bell bottom through the usual overflow pipe or weir to the bottom Boden, tim finally discharged to the lower end of the tower. will. Instead of this but the excess liquid can also be separated from each sprinkling circuit can be removed.

In jeden Berieselungskreislauf kann man außerdem fortlaufend Säuren geringerer Konzentration einführen, um den hierdurch verursachten Flüssigkeitsüberlauf dem nächsthöheren Berieselungsabschnitt zuzuführen. In diesem Fall kann der endgültige Ablauf der Säurelösung vom obersten Boden erfolgen.Acids can also be continuously added to each sprinkler system Introduce a lower concentration in order to avoid the liquid overflow caused by this to the next higher sprinkling section. In this case the final one The acid solution drains from the top shelf.

In der Zeichnung ist die Erfindung in Form eines Beispieles dargestellt.In the drawing, the invention is shown in the form of an example.

Es ist i ein Nitrosegas-Oxydationsturm, in den die von der Ammoniakverbrennung kommenden Gase nach ausreichender Kühlung und gegebenenfalls zusätzlicher Luftzumischung durch Leitung 2 eintreten, um nach dem Verlassen des Turmes durch Leitung 3 in die Säurekondensationsanlage überzugehen. Im Innern des Turmes i sind Böden (Glockenböden) q. und 5 vorhanden, von denen jeder eine oder mehrere mit Kappe versehene Gasdurchtrittsöffnungen 6 -und einen. Flüssigkeitsablauf 7 besitzt. Die eintretenden Gase durchstreichen zunächst eine Füllkörperschicht 8 und dann die oberhalb der Böden q. und .5 liegenden Füllkörperschichten 9 und io. Hierbei läßt die Zeichnung erkennen, daß die Höhe der Füllkörperschichten in Richtung auf den Turmkopf zunimmt.It is i a nitrous gas oxidation tower in which the ammonia burns coming gases after sufficient cooling and, if necessary, additional air admixture enter through line 2 to after leaving the tower through line 3 in the Acid condensation plant to pass. Inside the tower i are bottoms (bell bottoms) q. and 5, each of which has one or more capped gas passages 6 - and one. Liquid drain 7 has. Cross out the incoming gases first a packing layer 8 and then the above the floors q. and .5 lying Packing layers 9 and io. The drawing shows that the height the packing layers increases in the direction of the tower head.

Die am Boden des Turmes i ablaufende Flüssigkeit wird von der Pumpe i r durch einen Kühler 12 in die Verteilungsvorrichtung 13 befördert. Von hier aus fließt sie auf die Füllkörperschicht 8 herab, um ihren Kreislauf von neuem zu beginnen. In entsprechender Weise gelangt die den Boden q. verlassende Flüssigkeit in die Pumpe 1q.. Von hier aus wird sie durch Kühler 15 in die Verteilungsvorrichtung 16 befördert, aus der sie auf die@darunterliegende Fültlkörperschioht 9 abfließt.The liquid running off at the bottom of the tower i is taken from the pump i r conveyed through a cooler 12 into the distribution device 13. From here it flows down onto the packing layer 8 in order to start its cycle anew. In a corresponding manner, the floor q arrives. leaving liquid in the Pump 1q .. From here it is fed through cooler 15 into distribution device 16 conveyed, from which it flows down to the filler body 9 underneath.

Die beiden Kühler 12 und 15 sind hinsichtlich des Kühlmediums _hintereinandergeschaltet und werden mit Kühlwasser betrieben, das mit etwa 15 ° zufließt.The two coolers 12 and 15 are connected one behind the other with regard to the cooling medium and are operated with cooling water that flows in at around 15 °.

Die auf dem obersten Boden 5 sich ansammelnde Flüssigkeit fließt der Pumpe 17 zu, die sie durch einen Kühler 18 über die Verteilungsvorrichtung 19 auf die Füllkörperschicht io befördert. Der Kühler 18 -wird, mit Kühlsole betrieben, deren Temperatur eine Kühlmaschine so weit herabsetzt, daß sie beispielsweise mit -f- q.° zu- und mit etwa -I- io° abfließt.On the top plate 5 which collects liquid flows to the pump 17 which conveys it through a cooler 1 8 of the distribution apparatus 1 to the filler layer 9 io. The cooler 18 is operated with cooling brine, the temperature of which is lowered by a cooling machine to such an extent that it flows in, for example, at -f- q. ° and at about -I- 10 °.

Durch die. Rohre 7 fließt der auf den einzelnen Böden sich ansammelnde Flüssigkeitsüberschuß auf den jeweils daru:nterliegendern Boden. Vom Turmsumpf wird der Flüssigkeitsüberschuß durch ein Rohr 2o aus dem Oxydationsturm entfernt. Er kann an geeigneter Stelle in den Flüssigkeitskreislauf der Säurekonden:sationsanIage eingeführt werden.Through the. Pipes 7 flows the accumulating on the individual floors Excess liquid on the respective underlying floor. From the tower swamp the excess liquid is removed from the oxidation tower through a pipe 20. He can at a suitable point in the liquid circuit of the acid condensers: sationsanIage to be introduced.

In der Zeichnung sind aus Gründen der Einfachheit nur zwei Glockenböden (q., 5) und drei Füllkörperschichten (8, 9, io) mit. den zugehörigen Flüssigkeitskreisläufen dargestellt. Bei der technischen Ausführung kann der erfindungsgemäße Oxydationsturm beliebig viele Böden und Füllkörperschichten enthalten. Jeder Boden arbeitet mit besonderem Flüssigkeitsumlauf und gesonderter Kühlvorrichtung. Die Kühlvorrichtungen können für aufeinanderfolgende Böden teilweise hintereinandergeschaltet sein, wobei der Eintritt des frischen Kühlmediums am jeweils obersten Boden erfolgt.For the sake of simplicity, there are only two bubble-cap trays in the drawing (q., 5) and three packing layers (8, 9, io) with. the associated Liquid circuits shown. In the technical implementation, the oxidation tower according to the invention Contain any number of floors and packing layers. Every floor works with us special liquid circulation and separate cooling device. The cooling devices can be partially connected in series for successive floors, whereby the entry of the fresh cooling medium takes place at the top floor in each case.

Der Vorteil des erfindungsgemäß arbeitenden NO-Oxydationsverfahrens besteht darin, daß mit wesentlich verkleinertem Turmvolumen erhöhte Säurestärken erreichbar sind. Diese Wirkung kommt dadurch zustande, daß sich in jedem Turmabschnitt ein Konzentrationsmittelwert einstellt, der in den oberen Turmzonen natürlicherweise höher liegt als in der Mitte eines einräumig arbeitenden großen Turmes. Die übereinanderliegende kolonnenförmige Anordnung der einzelnen Oxydationsabschnitte hat außerdem den Vorteil einer besonders guten Flüssigkeits- und Gasführung.The advantage of the NO oxidation process working according to the invention is that with a significantly reduced tower volume, increased acid strengths are attainable. This effect is due to the fact that in each tower section sets an average concentration value which naturally occurs in the upper tower zones higher than in the middle of a large one-room tower. The one on top of the other The columnar arrangement of the individual oxidation sections also has the advantage a particularly good liquid and gas flow.

Ohne Vergrößerung des Raumvolumens liefert die erfindungsgemäße Arbeitsweise z. B. eine Säure von 51 1/o H N 03, während unter gleichen Betriebsbedingungen bisher nur 48 % H N 03 erreichbar waren.The method of operation according to the invention delivers without increasing the volume of space z. B. an acid of 51 1 / o H N 03, while under the same operating conditions so far only 48% H N 03 could be achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of nitric acid from Ammonia combustion gases using an upstream of the absorption system Oxidation tower, the one with circulated and outside of the oxidation tower nitric acid passing through a cooling device is sprinkled, characterized in that that an oxidation tower with several superimposed sections with each separate runs of the irrigation fluid and used in each irrigation circuit its own cooling device (i2, 15, 18) is switched on.

2. The method according to claim i, characterized in that the sprinkling sections working in the vicinity of the tower head be operated with coolants with a particularly low inlet temperature.

3. The method according to claims i and 2, characterized in that the cooling devices (i2, 15) successive sprinkling sections with regard to the cooling medium can be connected in series:

4. The method according to claims i to 3, characterized in that that the excess liquid produced in the individual sprinkling sections runs into the respective sprinkling section below the bar.

5. Procedure according to An.sprücheri i to 3, characterized in that in the individual sprinkling sections any excess liquid is drawn off separately for each section, in order to feed it to the next higher absorption level if necessary.

6. Apparatus for carrying out the method according to claims i to 5, characterized by in a tower (i) column-shaped, superimposed bell trays (4, 5), over which packing layers (9, io) and liquid distribution devices (i3, 16) lie, and through Circulation pumps (1i, 14, 17) and heat exchange devices (i2, i @, i8) belonging to each bell bottom, the sections of the tower at the lower end of the tower (8) being less than at the tower head (io). Cited publications: German Patent Specifications No. 623 448, 635 487; French Patent Nos. 815309 , 840 205; USA. Pat. No. 1,311,395.