DE971418C

DE971418C - Saettiger zur Herstellung konzentrierter Ammonnitratloesungen

Info

Publication number: DE971418C
Application number: DES26056A
Authority: DE
Inventors: Pierre Baar
Original assignee: Societe Belge de lAzote et des Produits Chimiques du Marly SA
Current assignee: Societe Belge de lAzote et des Produits Chimiques du Marly SA
Priority date: 1950-11-28
Filing date: 1951-11-27
Publication date: 1959-01-29
Also published as: FR1029010A; BE507228A; NL78741C

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 29. JANUAR 1959

KLASSE 12k GRUPPE INTERNAT. KLASSE C 01 C

S 26056IVa/12 k

Pierre Baar, Lüttich (Belgien)

ist als Erfinder genannt worden

du Marly Societe Anonyme,

Lüttich (Belgien)

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sättiger zur Herstellung konzentrierter Ammonnitratlösungen durch Neutralisation wäßriger Salpetersäure mittels Ammoniak.

Üblicherweise wird die Neutralisation innerhalb einer Lösung bereits gebildeten Ammonnitrates vorgenommen, wobei man die Lösung in geschlossenem Kreislauf zwischen der eigentlichen Neutralisationszone und einer Verdampfungszone führt, in der eine Vorverdichtung der Ammonnitratlösung erfolgt. Dabei kann man vorteilhafterweise die Reaktionswärme der Neutralisationszone zur Vorverdichtung der Lösung ausnutzen. Bei den erhöhten Temperaturen, welche die Salzlösungen bei starken Nitratkonzentrationen erreichen können, setzt man sich beträchtlichen Verlusten an Stickstoff aus, wenn nicht dafür gesorgt wird, daß sich die Neutralisation unter höherem Druck als die Verdampfung vollzieht. Der Druckunterschied muß genügend groß sein, um ein stürmisches Aufwallen der kreisenden Flüssigkeit in der Neutralisationszone zu verhindern, bevor die Säure völlig mit dem Ammoniak reagiert hat.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen verschiedener Ausführungen bekannt, bei denen man diese Druckverhältnisse einhalten und einen Teil der Reaktionswärme praktisch ohne Ammoniakverluste zur Vorverdichtung der Nitratlösung ausnutzen

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kann. Bei den bisher vorgeschlagenen oder angewandten Verfahren wurden zur Herstellung eines genügenden Druckunterschiedes zwischen der Neutralisations- und Verdampfungszone verhältnismäßig verwickelte und viel Platz beanspruchende Apparate benötigt. Dies war besonders dann der Fall, wenn der angestrebte Druckunterschied auf hydrostatischem Wege erzeugt wird.

Die Anmeldung bezweckt, die Erzeugung des

ίο Druckunterschiedes zwischen Neutralisations- und Verdampfungszone mit besonders vorteilhaften, einfachen und wirksamen Mitteln vorzunehmen. Sie betrifft einen Sättiger zur Herstellung konzentrierter Ammonnitratlösungen durch Neutralisation wäßriger Salpetersäure mittels Ammoniak innerhalb einer Ammonnitratlösung, die in geschlossenem Kreislauf durch eine Apparatur geführt wird, wobei in der aufwärts durchströmten Neutralisationszone der Apparatur ein höherer Druck als in der mit ihr

ao in offener Verbindung stehenden und in Abhängigkeit von der Reaktionswärme zur Vorverdichtung dienenden Verdampfungszone durch einen in den Flüssigkeitsstrom von der Neutralisations- zur Verdampfungszone eingeschalteten Widerstand auf-

rechterhalten wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht der Sättiger aus einem einzigen Behälter, innerhalb dessen ein als Reaktionskammer dienendes Rohr angeordnet ist, das mit seiner oberen, mit einem Aufsatz versehenen öffnung in die höher gelegene Verdampfungszone eines Verdampfungsraumes ragt und dessen untere öffnung in die Flüssigkeitszone des Verdampfungsraumes eintaucht.

Gemäß einem weitere Merkmal der Erfindung kann das Kopfende des Rohres teilweise geschlossen und der Aufsatz zwecks Drosselung des Flüssigkeitsstromes unabhängig von der absoluten Höhe des in beiden Zonen herrschenden Druckes mit einer Anzahl von DurchtrittsschKtzen oder -löchern versehen sein. Der Aufsatz kann ferner eine Mehrzahl ejektorartig wirkender, schlangenförmiger Röhrchen aufweisen oder Kugeln oder Füllringe als Füllkörper enthalten. Eine Drosselung des Flüssigkeitsstromes ist auch dadurch möglich, daß der Aufsatz mit Glockenboden oder mit einem als Segnerrad ausgebildeten Leitkörper für die durchströmende Flüssigkeit als Abschlußkappe ausgerüstet ist. Dieser Leitkörper kann eine Propellerschraube zwecks Beschleunigung der Flüssigkeitsbewegung im Rohr antreiben. Außerdem kann der Aufsatz derartig gestaltet sein, daß er der austretenden Flüssigkeit entweder eine laminare Strömung oder eine Drallströmung aufzwingt.

Es ist bereits ein Sättiger bekannt, der aus mehreren Behältern besteht, die durch zahlreiche Rohre miteinander verbunden sind. Bei diesem ist die Reaktionskammer oben nicht offen, sondern durch ein Ventil geschlossen. Auch ragt das Kopfende der Reaktionskammer nicht in den Verdampfungsraum des Sättigers, sondern ist über ein hinter dem Ventil angesetztes Rohr mit dem mit Flüssigkeit bedeckten Boden des Gefäßes verbunden. Ein weiterer Unterschied zum Gegenstand der vorliegenden \ Erfindung besteht darin, daß der Dampfraum des Verdampfungsabteiles nicht höher angeordnet ist als die höchste durch das Ventil geschlossene öffnung der Reaktionskammer. Dabei liegen die öffnungen der Reaktionskammer weder oben noch unten unmittelbar im Verdampfungsabteil des Sättigers, sondern es wird die Verbindung zwischen diesen beiden Abteilen in beiden Fällen durch Rohre hergestellt.

Es ist ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von konzentrierter Ammonnitratlösung beschrieben, bei der zwischen der Neutralisations- und Verdampfungszone ein zwangläufiger Flüssigkeitsumlauf durch Anordnung einer Propellerschraube am Kopfende des Neutralisationsgefäßes aufrechterhalten wird. Die Propellerschraube verringert den statischen Druck im Neutralisationsgefäß, indem sie ihn teilweise in dynamischen Druck umsetzt. Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung durch den in dem Flüssigkeitsstrom eingeschalteten Widerstand der statische Druck im Neutralisationsgefäß zur Erzeugung des notwendigen Druckgefälles gegenüber dem Verdampfungsgefäß erhöht.

Bei einem ebenfalls bekannten Verfahren zur Herstellung von Ammonnitrat wird die Neutralisation in einer Berieselungskolonne durchgeführt, und die Zufuhr der Reaktionsteilnehmer erfolgt am Kopf der Kolonne. Bei diesem Verfahren wird zum Verdampfen ein Vakuumverdampfer benutzt.

.Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. ι einen Sättiger zur Herstellung von Ammonnitrat,

Fig. 2 bis 7 verschiedene Ausführungsformen für einen Aufsatz,

Fig. 8 eine abgeänderte Ausführungsform des Sättigers nach Fig. 1.

Dem in Fig. 1 dargestellten, aus einem Behälter 10 bestehenden Sättiger werden durch eine absperrbare Leitung 1 gasförmiges Ammoniak, ferner Salpetersäure und gegebenenfalls Frischdampf durch entsprechende Leitungen 2 und 3 in regelbarer Menge zugeführt. Diese Leitungen münden in ein senkrechtes Innenrohr 4 des Sättigers, das als Neutralisationszone 5 dient und völlig innerhalb des Verdampfungsraumes des Sättigers liegt. Dieser ist bis etwa zum Kopfende des Rohres 4 mit Ammonnitratlösung gefüllt. Oberhalb dieser Flüssigkeitszone 6 befindet sich die Verdampfungszone 7. Die exotherme Reaktion zwischen Salpetersäure und Ammoniak in der Neutralisationszone bewirkt eine Erwärmung und dadurch einen Auftrieb der Flüssigkeit. Der Auftrieb wird noch durch die Ejektorwirkung der Bläschen des unter Druck zugeführten Ammoniaks und gegebenenfalls Frisch- iao dampfes unterstützt. Zur beliebigen Verstärkung und Regelung des Flüssigkeitsauftriebes kann der Frischdampf durch Leitung 3 unter entsprechendem Dampfdruck stetig oder unterbrochen eingeleitet werden. Infolge der Verbindung des zentralen ias Rohres 4 am Kopf- und Fußende mit der äußeren

Zone des Sättigers stellt sich in diesem durch Thermosiphonwirkung eine Kreisbewegung der Sättigerflüssigkeit ein.

Um in der Neutralisationszone 5 ein zu stürmisches Aufwallen der Flüssigkeit zu verhindern, wodurch unter Umständen ein Stickstoffverlust eintreten könnte, erzeugt man erfindungsgemäß in dieser Zone einen gewissen Gegendruck. Dieser wird durch Anordnung eines besonderen Aufsatzes 8 am Kopfende des Rohres 4 hervorgerufen. Der Aufsatz bewirkt, daß das Aufwallen der Flüssigkeit nur in der äußeren Flüssigkeitszone 6 des Sättigers stattfindet, während die Neutralisation sich vollkommen im Innenrohr 4 ohne jeden Stickstoffverlust vollzieht. Der Aufsatz 8, der den erforderlichen Gegendruck im Rohr 4 hervorruft, kann von jeder geeigneten Bauart sein. Beispielsweise kann sein Durchtrittsquerschnitt für die Flüssigkeit erheblich geringer sein als der Querschnitt des Rohres 4, so daß dem Aufsteigen der Flüssigkeit in diesem Rohr ein gewisser Widerstand entgegengesetzt wird. Dadurch erzielt man den erwähnten Druckunterschied zwischen den beiden Zonen des Sättigers und kann so die Neutralisation unter höherem Druck durchführen als die anschließende Verdampfung.

Der Abdampf der Verdampfungszone 7, der praktisch weder freie Salpetersäure noch Stickoxyd enthält, wird durch eine absperrbare Leitung 9 aus dem Sättiger abgeführt und kann zu verschiedenen technischen Zwecken ausgenutzt werden. Um den Flüssigkeitsaustritt aus dem Kopfende des Innenrohres 4 durch Querschnittsverminderung zu drosseln, kann das Kopfende teilweise geschlossen sein und der Aufsatz 8 eine gewisse Zahl mehr oder weniger enger Durchtrittsschlitze oder -löcher enthalten. Fig. ι und 2 zeigen einen derartigen Aufsatz 8, der ebenso wie die folgenden Ausführungsformen des Aufsatzes der austretenden Flüssigkeit eine laminare oder eine Drallströmung aufzwingt, die zur Verdampfung günstig ist. Der in Fig. 3 dargestellte Aufsatz enthält als Flüssigkeitsauslaß eine Mehrzahl ejektorartig wirkender Röhrchen, die auch mehr oder weniger schlangenförmig ausgebildet sein können (Fig. 4). Der in Fig. S dargestellte Aufsatz enthält Kugeln, Füllringe od. dgl. als Füllkörper, oder er ist entsprechend Fig. 6 mit Glockenboden ausgerüstet. Fig. 7 zeigt einen Aufsatz mit einem in Form aines Segnerrades ausgebildeten Leitkörper für die durchströmende Flüssigkeit als Abschlußkappe, der ebenso wie die Leitschaufeln des Aufsatzes in Fig. 1 der Flüssigkeit einen Drall verleiht. Gegebenenfalls kann der Leitkörper in der in Fig. 8 dargestellten Weise noch eine Propellerschraube antreiben, um die Flüssigkeitsbewegung im Rohr 4 zu beschleunigen. Im Vergleich zu den bisher bekannten Einrichtungen sind die erfindungsgemäß mit einem Aufsatz auf dem Neutralisationsabteil ausgerüsteten Sättiger sehr einfach in Bauart und Betrieb und beanspruchen nur wenig Raum. Andererseits ist dank des verstärkten Flüssigkeitskreislaufes, der durch die Reaktionswärme und die Ejektorwirkung der Ammoniak- und gegebenenfalls der Frischdampfbläschen eingeleitet und aufrechterhalten wird, die Anordnung einer Propellerschraube oder einer besonderen Pumpe für die Flüssigkeitszirkulation im Sättiger im allgemeinen nicht erforderlich, wenn auch diese Einrichtungen in gewissen Fällen natürlich zweckmäßig sind.

Bei allen Ausführungsformen, sowohl bezüglich Bauart des Aufsatzes 8 als auch gegenseitiger Anordnung der beiden Zonen, arbeitet der Sättiger nach der Erfindung, dessen Neutralisationsrohr mit einem Aufsatz versehen ist, in der Verdampfungszone mit geringerem Druck als in der Neutralisationszone. In der Verdampfungszone kann dabei absolut genommen Über- oder Unterdruck oder Atmosphärendruck herrschen. Falls in dem Sättiger während der Neutralisation und der anschließenden Votrverdichtung der Nitratlösung durch Verdampfen des Lösungswassers ein Überdruck aufrechterhalten wird, erweist sich die Anordnung des erfindungsgemäßen Aufsatzes auf dem Neutralisationsrohr als besonders vorteilhaft. Man kann die Bauhöhe des Sättigers beträchtlich herabsetzen, ohne eine unzeitige, d. h. vorzeitige Verdampfung der Flüssigkeit in der Neutralisationszone befürchten zu müssen. Bei Überdruck wäre eine solche vorzeitige Verdampfung wegen der viel stärkeren Erhöhung der Dampfspannung in der Nitratlösung bei zunehmender Temperatur besonders zu befürchten. Ebenso kann man von den verschiedenen Möglichkeiten Gebrauch machen, die sich hinsichtlich der unmittelbaren Ausnutzung der Reaktionswärme ergeben, wenn in Neutralisationsund Verdampfungszone Überdruck herrscht, und ohne größere technische Schwierigkeiten alle die sich bei Druckverdampfung von Ammonnitratlösungen einstellenden Vorteile erzielen. Diese Möglichkeiten bestehen vorzugsweise darin, einen Teil des gespannten Abdampfes der Verdampfungszone zur Endverdichtung der Nitratlösung auszunutzen und den überschüssigen Teil mit einer beispielsweisen Spannung von 3 bis 6 ata für Heizzwecke oder zur Durchführung chemischer Reaktionen oder auch zur Erzeugung von Frischdampf etwas geringerer Spannung von beispielsweise 2 bis S ata im Wege des indirekten Wärmeaustausches zu verwenden. Gegebenenfalls kann durch Einschaltung einer Wärmepumpe, beispielsweise eines mit dem Wärmeaustauscher zusammenarbeitenden Dampfverdichters, auch Frischdampf erzeugt werden, der eine höhere Spannung als der Sättigerabdampf besitzt.

Beispiel

In einem Sättiger der Ausführungsform nach Fig. ι wurden in eine kreisende Ammonnitratlösung stündlich 6900 kg Salpetersäure mit 54% HNO₃, 1000 kg gasförmiges Ammoniak, beide Stoffe unter einem Druck von 5 ata und mit einer Temperatur von 90⁰ C, und außerdem 100 kg Frischdampf von 8 ata eingeführt. In dem Verdampfungsbehälter wurde eine Temperatur von 183⁰ C entsprechend 4,3 ata Druck aufrechterhalten.

Obwohl in der Neutralisationszone eine höhere Temperatur und ein höherer Druck herrschten, verhinderte der erfindungsgemäße Aufsatz des Neutralisationsrohres jedes stürmische Aufwallen der Flüssigkeit in diesem Rohr. Die zur Verdampfungszone abströmende Flüssigkeit enthielt weder freie Salpetersäure noch deren Zersetzungsprodukte. Es fielen stündlich an 5900 kg vorverdichteter Lösung mit 80 Gewichtsprozent Ammonnitrat und 2100 kg Abdampf von 4,3 ata, der praktisch frei von Salpetersäure war. Etwa die halbe Abdampfmenge, d. h. stündlich 1050 kg, genügte zur Endverdichtung der Nitratlösung auf eine Konzentration von 95 °/o und 135⁰ C. Die restlichen 1050 kg Abdampf wurden in das allgemeine Dampfverteilungsnetz der Gesamtanlage eingeleitet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Sättiger zur Herstellung konzentrierter ao Aminonnitratlösungen durch Neutralisation wäßriger Salpetersäure mittels Ammoniak innerhalb einer Ammonnitratlösung, die in geschlossenem Kreislauf durch eine Apparatur geführt wird, wobei in der aufwärts durchströmten Neutralisationszone der Apparatur ein höherer Druck als in der mit ihr in offener Verbindung stehenden und in Abhängigkeit von der Reaktionswärme zur Vorverdichlung dienenden Verdampfungszone durch einen in den Flüssigkeitsstrom von der Neutralisations- zur Verdampfungszone eingeschalteten Widerstand aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sättiger aus einem einzigen Behälter

(10) besteht, innerhalb dessen ein als Reaktionskammer (5) dienendes Rohr (4) angeordnet ist, das mit seiner oberen, mit einem Aufsatz (8) versehenen öffnung in die höher gelegene Verdampfungszone (7) eines Verdampfungsraumes ragt und dessen untere öffnung in dessen Flüssigkeitszone (6) eintaucht.
2. Sättiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfende des Rohres (4) teilweise geschlossen ist und der Aufsatz (8) eine Anzahl Durchtrittsschlitze oder -löcher aufweist.
3. Sättiger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz eine Mehrzahl ejektorartig wirkender, schlangenförmiger Röhrchen aufweist.
4. Sättiger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz Kugeln oder Füllringe als Füllkörper enthält.
5. Sättiger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz mit Glockenboden ausgerüstet ist.
6. Sättiger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz (8) einen als Segnerrad ausgebildeten Leitkörper für die durchströmende Flüssigkeit als Abschlußkappe trägt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 590469;
britische Patentschrift Nr. 625 004;
Winnacker und Weingärtner, »Chemische Technologie«, Bd. II, S. 235.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen