DE1118765B - Verfahren zur Gewinnung von gasfoermigem Ammoniak aus Ammoniakstarkwasser - Google Patents

Description

Bei der Kühlung und Reinigung von Kohlendestillationsgasen gewinnt man bekanntlich ammoniakhaltige Wässer, die durch Abtreiben zu sogenanntem Starkwasser, einem etwa 20- bis 25%igen Ammoniakwasser, verarbeitet werden können. Neben Ammoniak enthält dieses Starkwasser im allgemeinen etwa 2 bis 6 % H₂ S und 8 bis 12% CO₂ in Form von Ammoniumsulfid bzw. Ammoniumcarbonat. Die Gewinnung von reinem Ammoniak in Gasform aus diesem Starkwasser ist auf ökonomische Weise durch Entsäuern unter sehr hohen Drücken von 40 bis 60 atü und an schließendes Abtreiben des entsäuerten Wassers möglich. Es liegt auf der Hand, daß man ungern Kolonnen unter so hohen Drücken betreibt, zumal erhebliche Betriebstemperaturen von etwa 200° C zur Anwendung gelangen müssen und die Aggressivität des Starkwassers bei so hohen Temperaturen besondere Vorsichtsmaßnahmen verlangt. Die Energie- und Materialkosten stehen dadurch in einem ungünstigen Verhältnis zum angestrebten Erfolg.

Für die Entsäuerung von weniger konzentrierten, also 4 bis 8%igen Ammoniakwässern genügen Entsäuerungskolonnen für Drücke bis etwa 10 atü, die man auch materialmäßig gut beherrscht. In einer solchen Kolonne würde der Schwefelwasserstoff aus etwa 4 bis 8%>igem Ammoniakwasser vollständig entfernt werden, hingegen nicht das gesamte CO₂, von dem auch bei diesem weniger konzentrierten Ammoniakwasser höchstens etwa zwei Drittel über Kopf der Kolonne entweichen würden.

Die Erfindung löst die Aufgabe, aus Starkwasser reines gasförmiges Ammoniak zu gewinnen, unter Verwendung von bis zu Drücken von etwa 10 atü Belastung ausgelegten Kolonnen und unter Ausnutzung der Erkenntnis, daß ein weniger konzentriertes Ammoniakwasser bei 5 bis 10 atü zumindestens leichter zu entsäuern ist. Die Erfindung geht aber im übrigen völlig neue Wege zur Lösung dieser Aufgabe. Sie beruht vor allem auf der Erkenntnis, daß der Entsäuerungseffekt bezüglich der CO₂-AuS-treibung nur abhängig vom Ammoniakgehalt der Lösungen und vor allem unabhängig von ihrem absoluten CO₂-Gehalt ist. Das heißt z.B., daß die Entsäuerung eines 10°/cigen Ammoniakwassers bei 10 atü stets zu einem Ammoniakwasser mit etwa 3% CO₂ führt, unabhängig davon, wie groß der ursprüngliche CO₂-Gehalt ist. Sie beruht weiterhin auf der Feststellung, daß das Starkwasser in der Lage ist, im Zuge einer Wäsche noch wesentliche Mengen an CO₂ aufzunehmen.

Erfindungsgemäß wird gasförmiges Ammoniak aus Starkwasser der Kokereien oder ähnlich zusammen-Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Ammoniak aus Ammoniakstarkwasser

Anmelder:

Bergwerksverband G.m.b.H., Essen, Dortmunder Str. 151

Dr. Georg Huck, Dortmund-Eving, und Dr. Paul Opgenhoff, Essen, sind als Erfinder genannt worden

gesetzten Lösung dadurch gewonnen, daß das Starkwasser verdünnt und unter Drücken bis zu 15 atü entsäuert wird, wobei neben einem Teil des CO₂ praktisch sämtlicher H₂S entfernt wird, das teilweise entsäuerte Ammoniakwasser abgetrieben und der NH₃- und CO₂-haltige Schwaden in einen Wascher geleitet wird, die Schwaden hier mit dem für die Entsäuerung bestimmten Starkwasser oder einem Teil desselben unter Aufnahme des im Abtreiberschwaden noch enthaltenen CO₂ gewaschen und auf Ammoniak aufgearbeitet werden, während das vom Schwadenwascher abfließende und gegebenenfalls das restliche Starkwasser vorzugsweise mit dem heißen Ablaufwasser des Abtreibers verdünnt wird.

Das Entsäuern und anschließende Abtreiben von Ammoniakwässern ist in der Kokereitechnik seit langem bekannt. Insofern besteht das neue Verfahren aus einer Kombination an sich bekannter Verfahrensschritte. Es erreicht insbesondere einen ausgezeichneten Effekt bezüglich der C O₂-Entfernung aus Ammoniakwasser ohne Anwendung noch nicht erprobter Einrichtungen. Trotz der Verdünnung des Starkwassers, z. B. auf das doppelte Volumen oder darüber, arbeitet es durchaus ökonomisch, da, wie gesagt, bei einer Entsäuerung bei 50 atü mit besonders hohen Dampfkosten zu rechnen ist, die größer sind als die Kosten für das Verarbeiten der vergrößerten Flüssigkeitsmenge. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt demgegenüber mit Drücken von 10 bis 15 atü aus. Im übrigen kann durch Wärmeaustauscheinrichtungen der gesamte Dampfbedarf so niedrig wie möglich gehalten werden.

Im allgemeinen erzielt man ausgezeichnete Resultate, wenn Starkwasser mit 20 bis 25% Ammoniak

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auf einen Ammoniakgehalt von etwa 7 bis 10% verdünnt wird. Bei höheren Konzentrationen, z. B. einem Ammoniakgehalt von 12 bis 15%, kann die Absorption des CO₂ bei der Wäsche der Abtreiberschwaden unzulänglich werden. Auch steigt der Dampfverbrauch beim Entsäuern und Abtreiben mit steigender Konzentration des Ammoniakwassers stark an, da dann höhere Zersetzungs- und Verdampfungsenergien aufgebracht werden müssen. Auf der anderen Seite würde eine zu starke Verdünnung des Starkwassers ebenfalls den Dampfaufwand für die Entsäuerung und den anschließenden Abtreibungsprozeß unerwünscht erhöhen, da größere Flüssigkeitsmengen aufgeheizt werden müßten. Im übrigen wären auch größere Entsäurer und Abtreiber erforderlich. Ein brauchbarer Anhaltspunkt für die optimale Verdünnung ist die Austreibung des Schwefelwasserstoffs in der Entsäuerungskolonne. Es ist zweckmäßig, das Starkwasser gerade so weit zu verdünnen, daß bei der Entsäuerung praktisch sämtlicher Schwefelwasserstoff ausgetrieben wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Der Druckentsäurer 1 besteht wie üblich aus einer Kolonne mit Verteilerorganen im unteren und mittleren Raum und Kühlschlangen im oberen Teil. Über die Leitungen 2 und 3 wird Ammoniakwasser eingeführt, über Leitung 4 etwas Frischwasser zur Kühlung der aufsteigenden Dämpfe und Rückführung von Ammoniak. Entsäurerschwaden verlassen die Kolonne über Leitung 5 bzw. das Ventil 6. Die Kolonne kann indirekt, z. B. über die Schlangen 7, oder auch direkt geheizt werden.

Das teilweise entsäuerte Wasser läßt man aus dem Sumpf der Kolonne 1 über Leitung 8 in den Abtreiber 9 überströmen, der wie üblich direkt mit Dampf betrieben wird. Die Leitung 10 deutet an, daß man den Dampf der indirekten Beheizung des Entsäurers für den Abtreiber benutzen kann.

Die Leitung 11 dient zur Abführung des praktisch NH₃- und CO₂-freien Abwassers. Die Abtreiberschwaden verlassen den Abtreiber 9 über Leitung 12, werden auf 50 bis 70° C gekühlt und durchströmen den Wascher 13, der zweckmäßigerweise im oberen Teil indirekt gekühlt wird, was durch die Kühlschlange 14 veranschaulicht ist. Die Schwaden, die nunmehr ausschließlich aus Ammoniak und etwas Wasserdampf bestehen, verlassen den Wascher über die Leitung 15. Spuren von H₂S können in einer zweiten Wäsche mit Ammoniakwasser oder Alkalilauge aus dem Ammoniak entfernt werden.

Das Starkwasser wird über die Leitung 16 ganz oder teilweise nach Umweg über den Wascher 13 zum Entsäurer 1 geführt. Die Zufuhr zum Wascher 13 geschieht über Leitung 17, die Abführung vom Wascher über Leitung 18, die wieder in die Leitung 16 einmündet. Zur Verdünnung des Starkwassers zweigt von der Abwasserleitung 11 eine Leitung 19 ab, die gleichfalls in die Rohrleitung 16 einmündet. Zweckmäßigerweise werden an den Stellen, an denen zwei Flüssigkeitsströme vereinigt werden, Mischbehälter vorgesehen. Das verdünnte Starkwasser wird schließlich über eine Flüssigkeitspumpe 20 in den Entsäurer 1 eingepumpt.

Bei der Entsäuerung eines Kokereistarkwassers mit 2OVoNH₃, 10%CO₂ und 4%H₂S ergibt sich etwa folgende Verfahrensbilanz, falls 40% dieses Wassers über den Wascher 13 geleitet werden und das Starkwasser mit Wasser aus dem Abtreiber etwa auf das Dreifache verdünnt wird: Das in den Entsäurer eintretende Wasser enthält 8% NH₃, 6% CO₂ und

ίο 1,4% H₂ S. Nach der Entsäuerung bei 8 atü enthält dieses Wasser 7,9% Ammoniak, 2,5% CO₂ und 0,08% H₂S. Es wird in der Kolonne 9 vollständig abgetrieben, so daß der Ablauf vom Abtreiber nur noch 0,01% Ammoniak und weder CO₂ noch H₂S enthält.

Aus 1 m³ verarbeitetem Starkwasser erhält man hinter dem Abtreiber einen Schwaden mit 227 kg NH₃ und 72 kg CO₂. Dieser Schwaden wird im Wascher 13 mit 0,4 m³ Starkwasser gewaschen, dadurch wird das gesamte Kohlendioxyd vom Ammoniak getrennt. Der Ablauf vom Wascher 13 enthält 27,5% NH₃ und 28% CO₂. Es wird also im Wascher 13 auch ein geringer Teil des Ammoniaks vom Starkwasser ausgewaschen. Nach Mischen mit dem Rohwasser beträgt die Konzentration des Starkwassers 23% NH₃, 17,5% C O₂ und 4% H₂S.

Das vorstehende Zahlenbeispiel zeigt, daß mit der Erfindung mühelos aus Starkwasser ein 100%iges Ammoniak gewonnen werden kann. Es sei jedoch bemerkt und dürfte aus den vorstehenden Darlegungen klar erkennbar sein, daß das Verfahren hinsichtlich der einzustellenden Konzentrationen der Lösungen in den einzelnen Abschnitten des Verfahrens und hinsichtlich der Bedingungen für die Entsäuerung, die Abtreibung und die abschließende Wäsche in gewissen Grenzen variiert werden kann.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Ammoniak aus dem Starkwasser der Kokereien

u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß das Starkwasser verdünnt und unter Drucken bis zu 15 atü entsäuert wird, wobei neben einem Teil des CO₂ praktisch sämtlicher H₂S entfernt wird, das teilweise entsäuerte Ammoniakwasser abgetrieben und der N H₃- und C O₂-haltige Schwaden in einen Wascher geleitet wird, die Schwaden hier mit dem für die Entsäuerung bestimmten Starkwasser oder einem Teil desselben unter Aufnahme des im Abtreiberschwaden noch enthaltenen C O₂ gewaschen und auf Ammoniak aufgearbeitet werden, während das vom Schwadenwascher abfließende und gegebenenfalls das restliche Starkwasser vorzugsweise mit dem heißen Ablaufwasser des Abtreibers verdünnt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 20- bis 25%iges Ammoniakwasser auf etwa 7- bis 12%iges Ammoniakwasser verdünnt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entsäuerung des verdünnten Starkwassers bei Drücken von etwa 8 bis 15 atü durchgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen