DE281095C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Ve 281095 KLASSE 12ä. GRUPPE

Bei einer Reihe von chemischen Prozessen entstehen relativ geringe Mengen von Ammoniak, deren Gewinnung seither unmöglich oder mit großen Kosten verknüpft war, wenn sie

•5 mit Gasen und namentlich Brüden sehr verdünnt waren. Bloßes Kühlen führt alsdann nicht zum Ziel, weil sich mit Wasserdampf nur ein Teil des Ammoniaks verdichtet und dabei ein ganz schwaches, fast wertloses Ammoniakwasser entsteht. Die gewöhnliche und beliebte Methode der Absorption mit Schwefelsäure aber würde nur eine stark verdünnte, saure Ammonsulfatlösung ergeben, deren Weiterverarbeitung eine Rentabilität in Frage stellte.

¹S Bei Anwendung von entsprechend heißer Schwefelsäure ließe sich wohl die Kondensation eines Teiles des Wasserdampfes umgehen, doch sind die Nachteile dieses Verfahrens, was Kosten und Unannehmlichkeiten des Betriebes anlangt, so groß, daß man seither noch kaum daran gedacht hat, größere. Versuche nach dieser Richtung hin zu machen. Eine andere bekannte Methode, das Ammoniak zu extrahieren, besteht darin, daß man den am-

a5 moniakhaltigen Gasen schweflige Säure (bzw. irgendeine andere Säure in Dampf- oder Gasform) beimengt und die hierdurch sich bildenden Ammoniaksalznebel an mit Wasser oder angereicherter Lauge berieselten Flächen kondensiert.

Das letztgenannte Verfahren wird von John und James Addie in der britischen Patentschrift 4758, 1882, ausführlich beschrieben.

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Die ammoniakhaltigen Gase werden in Mischung mit schwefliger Säure durch zwei oder mehr Waschtürme geschickt, in denen die entstandenen Ammonsulfitnebel durch Berieselung mit Wasser und einem Teil der unten abfließenden Lauge größtenteils kondensiert werden. Dieses Verfahren hat zwei Nachteile:

1. ist es infolge der hohen Zersetzungsspannung des Ammonsulfits mit nicht unbeträchtlichen Ammoniak Verlusten verbunden, denn bei dem System

Gas + Dampf + 2NH₃ + SO₂ ^X
Gas + Dampf + (NH₄) 2SO₃

verschiebt sich das Gleichgewicht um so mehr nach links, je konzentrierter die abfließende Lauge und je höher die Temperatur ist.

Man muß also bei dem Verfahren die Temperatur möglichst niedrig halten, wenn man nicht starke Ammoniakverluste haben will,

2. verbietet sich seine Anwendung überhaupt, wenn die auf Ammoniak zu extrahierenden Gase stark wasserdampfhaltig sind. Alsdann entsteht bei der Kondensation in den Waschtürmen eine derart schwache Lösung, daß deren Weiterverarbeitung unrentabel ist. Nach der Erfindung lassen sich beide Übelstände des zuletzt genannten Verfahrens vermeiden, wenn man den Prozeß der Ammoniakentziehung mittels saurer Gase sich in zwei Phasen abspielen läßt, wobei man das zu extrahierende Gas dauernd warm und "mit Feuchtigkeit gesättigt erhält.

In Phase I wird ein Teil des in einem Gasstrom in seiner Mischung mit schwefliger Säure und Wasserdampf enthaltenen Ammoniaks dem System

Gas + Dampf + 2NH₃ + SO₂ T=:

Gas + Dampf + (N H₄) 2 S O₃

entsprechend in Form von Ammonsulfit entzogen, indem man die entstandenen Ammoniaksalznebel beispielsweise einer kräftigen Schleuderwirkung ausetzt, ohne die Brüden oder Gase besonders abzukühlen. Man erhält dabei eine diesem Gleichgewichtszustand entsprechende Menge Ammonsulfit (z. T. zu Sulfat oxydiert) in Form einer fast gesättigten Lösung (mit 12 bis 14 Prozent Ammoniak und einem spezifischen Gewicht 1,2 bis 1,25) kontinuierlich aus dem Gehäuse eines Ventilators, der die ammoniak- und sauerstoffhaltigen Dämpfe, Brüden und schweflige Säure ansaugt. Wenn die abgesaugten Ammoniakdämpfe für sich keinen genügend hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen, sollten, werden von einer anderen Arbeitsstelle Abdämpfe, ev. mit Luft gemischt, herbeigeholt.

Man verzichtet hierbei nicht nur auf jedes Waschen, sei es in einem Berieselungsturm oder sei es in einem der neuerdings so beliebten rotierenden Wäscher — im Gegenteil, es wird sogar sorgsam jedes Eindringen von flüssigem Wasser in den Apparat vermieden und der Kondensation des die Apparatur passierenden Wasserdampfes durch isolierende Holzkonstruktionen nach Möglichkeit entgegenzuwirken gesucht.

Unter Ausnutzung der Tensionsunterschiede in dem System

Gas + (NH₄) 2 S O₃ + Wasserdampf Z=Z
Gas + (N H₄) 2 S O₃-Lösung + Wasserdampf

wird dem gebildeten Ammonsulfit-Sulfat überlassen, sich in der feuchtwarmen Atmosphäre mit einer diesem Gleichgewichtszustande entsprechenden Wassermenge zu beladen. Daß dieser Gleichgewichtszustand ökonomisch sehr günstig liegt, ergibt sich aus dem oben angeführten Analysenbefund (12. bis 14 Prozent NH₃) der resultierenden Lauge. Die Ursachen dieser günstigen Wirkungsweise sind in der hohen Wasserdampftension der wäßrigen Ammonsulfitsulfatlösung begründet.

Phase II. Die aus dem Ventilator austretenden Gase enthalten noch eine der Zersetzungsspannung des Ammoniumsulfits entsprechende Menge an Ammoniak, die nach dem britischen Patent 4758, 1882 verlorengeht. Um diese Verluste zu vermeiden, muß man das in dem Gasstrom noch enthaltene Ammoniak in ein Salz überführen, dessen Zersetzungsspannung bei der angewandten Temperatur praktisch gleich Null ist. Ein Salz dieser Art ist das Ammoniumsulfat. Die Überführung der in dem feuchtwarmen Gasstrom noch enthaltenen restlichen Ammoniakmengen in das Sulfat gelingt in einfacher Weise, wenn man den Gasstrom, der ja neben Ammoniak noch eine für dieses mehr als genügende Menge an schwefliger Säure und eine ausreichende Luftmenge enthält, durch eine Säule von Koks (oder Holzkohle) schickt und dabei wieder jede unnötige Kondensation von Wasserdampf vermeidet; zweckmäßig fertigt man also den Koks- bzw. Holzkohlenbehälter aus isolierendem Material, am besten aus verpichtem Holz an. Bekanntlich oxydiert sich Ammoniumsulfit an der Luft bei gewöhnlicher Temperatur, rascher beim Erhitzen, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist, der bei etwa 65 Prozent Sulfat liegt (v. Keler, Zeitschr. f. angew. Chemie, 26, 219). Durch Erhitzen kann das Sulfat rein gewonnen werden. Genau derselbe Prozeß spielt sich nun in dem Koksturm beim Durchströmen der Gase von unten nach oben ab. Die Höhe der Temperatur sowie die katalytische und kondensierende Wirkung der Turmfüllung beschleunigen die Reaktion. Indem beim Passieren des Turmes von unten nach oben die Phase schwefelsaures Ammoniak abgeschieden wird, stellt sich infolge der reaktionsbeschleunigenden Momente im Turm das Gleichgewicht augenblicklich wieder ein. ' 90

Die Folge davon ist, daß die Phasen Ammoniak und schweflige Säure nach oben verschwinden. Da nun die Wasserdampf tension des Gas-Dampfgemisches im Turm um ein weniges zu groß ist, um mit festem Ammonsulfat im Gleichgewicht sein zu können, so kann sich kein festes Ammonsulfat ausscheiden, sondern das gebildete Sulfat fließt als nahezu gesättigte Lösung nach unten ab und vereinigt sich mit der aus dem Ventilator kommenden Lauge. Hierdurch wird die gesamte Anlage stets in demselben Zustande erhalten. Etwa beigemengte Schwefel- und Schwefelwasserstoffdämpfe bewirken die Bildung von etwas Thiosulfat. Genau ebenso, mit Ausnahme der Oxydation, ist der Vorgang bei Anwendung solcher . sauren Gase, die, wie beispielsweise Salzsäure, an und für sich Ammoniaksalze von geringer Tension bilden. In diesem Falle ist natürlich ein relativ weit größerer Teil des Ammoniaks schon im Ventilator abgeschieden, der Rest wird durch die Kondensationsflächen des Turmes gefangen. Das Kennzeichen der Erfindung ist also, daß in der angegebenen Apparatur und unter den dadurch geschaffenen Reaktionsbedingungen die ganze Summe der geschilderten Vorgänge nahezu momentan verläuft, mithin die kurze Zeit des Durchgangs der Gase durch die Apparatur vollständig genügt, um sie restlos zu beenden, d. h. die große Menge Gas- und Dampfballast einerseits praktisch ammoniakfrei zu entlassen und andererseits eine hoch-

konzentrierte Ammoniaksalzlösung zu erhalten. Das Verfahren hat demnach mit dem britischen Patent 4758, 1882 nur die Verwendung saurer Gase gemeinsam. Denn selbst wenn man in dem System

2NH3 + SO₂ + H₂O T^ (NH₄) 2SO₃

— sogar in Gegenwart von SO₃, wie es in schwefligsauren Röstgasen immer enthalten ist—

durch einen gewaltigen Überschuß an S O₂ das Gleichgewicht ganz nach rechts zu schieben versucht, so hat es sich doch alsunmöglicherwiesen, das gesamte Ammoniak durch Auswaschen mit Wasser zu gewinnen. Das fast quantitative

!5 Ausbringen des Ammoniaks mit schwefliger Säure auf wirtschaftlicher Basis liegt nur dann im Bereich der Möglichkeit, wenn man bei erhöhter Temperatur in einer mit Wasserdampf gesättigten Atmosphäre arbeitet und gleichzeitig von der autogenen Oxydation des Ammoniumsulfites profitiert.

Das Verfahren ermöglicht es nicht nur, ammoniakhaltigen Gasen und Dämpfen jeglicher Herkunft das Ammoniak, sei es in noch so geringer Konzentration, auf eine äußerst, einfache und billige Weise zu entziehen, es ermöglicht, auch, aus reinen ammoniakhaltigen Wasserdämpfen, wie sie beispielsweise aus Vakuumverdampfapparaten der Zuckerfabriken oder aus den Pfannen der Gasmasseverarbeitungsfabriken kommen, unter Zuhilfenahme von Luft das Ammoniak zu gewinnen. Die Einrichtung erlaubt es fernerhin, Räume, in denen mit Ammoniak gearbeitet wird oder einzelne Arbeitsstellen zu ventilieren und das sonst verlorengegangene Ammoniak zu gewinnen. Das Verfahren hat somit auch eine gewisse hygienische Bedeutung. *

In der Abbildung ist A der Ventilator, B der Koksturm, C der Eintritt der Gase, D der Austritt der nicht kondensierten Gase und Wasserdämpfe.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von in Gasen, Dämpfen und Brüden enthaltenem Ammoniak in Form einer hochkonzentrierten Ammoniaksalzlösung mittels saurer Gase, insbesondere schwefliger Säure, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer warmen, mit Wasserdampf gesättigten Atmosphäre unter Vermeidung jeglicher Kühlung das gebildete Ammoniumsulfit auf mechanische Weise, beispielsweise durch Schleuderwirkung, in Form einer konzentrierten wäßrigen Lösung zur Ausscheidung bringt und hierauf das in dem Gasstrom noch vorhandene dissoziierte Ammoniumsulfit durch autogene Oxydation unter Mitwirkung der vornandenen Wasserdampftensions-Unterschiede in Sulfat umwandelt.

2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle von schwefliger Säure Chlorwasserstoff verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.