DE934586C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Salpetersaeure aus Ammoniak-Verbrennungsgasen - Google Patents

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.
• 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.
• 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.
• . 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.
• 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.
• 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.
• In der Zeichnung ist die Erfindung in Form eines Beispieles dargestellt.
• 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.
• 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.
• Die beiden Kühler 12 und 15 sind hinsichtlich des Kühlmediums _hintereinandergeschaltet und werden mit Kühlwasser betrieben, das mit etwa 15 ° zufließt.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak-Verbrennungsgasen unter Verwendung eines der Absorptionsanlage vorgeschalteten Oxydationsturmes, der mit im Kreislauf geführter und außerhalb des Oxydationsturmes eine Kühlvorrichtung durchlaufenden Salpetersäure berieselt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oxydationsturm mit mehreren übereinanderliegenden Teilabschnitten mit jeweils gesonderten Umläufen der Berieselungsflüssigkeit verwendet und in jedem Berieselungskreislauf eine eigene Kühlvorrichtung (i2, 15, 18) eingeschaltet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Nähe des Turmkopfes arbeitenden Berieselungsabschnitte mit Kühlflüssigkeiten von besonders tiefer Eingangstemperatur betrieben werden.
3. 3. Verfahren nach Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtungen (i2, 15) aufeinanderfolgender Berieselungsabschnitte hinsichtlich des Kühlmediums hintereinandergeschaltet werden:
4. 4. Verfahren nach Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in den einzelnen Berieselungsabschnitten entstehende Flüssigkeitsüberachuß in den jeweils Barunterliegenden Berieselungsabschnitt abläuft.
5. 5. Verfahren nach An.sprücheri i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in den, einzelnen Berieselungsabschnitten entstehende F'lüssigkeitsüberschuß für jeden Abschnitt getrennt abgezogen wird, um ihn gegebenenfalls der nächsthöheren Absorptionsstufe zuzuführen.
6. 6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Ansprüchen i bis 5, gekennzeichnet durch in einem Turm (i) kolonnenförmig übereinanderliegenden Glockenböden, (4, 5), über denen Füllkörperschichten (9, io) und Flüssigkeitsverteilungsvorrichtungen (i3, 16) liegen, und durch zu jedem Glockenboden gehörige Umlaufpumpen (1i, 14, 17) und Wärmeaustauschvorrichtungen (i2, i@, i8), wobei die Teilabschnitte des Turmes am unteren Turmende (8) geringere Höhe haben als am Turmkopf (i o). Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 623 448, 635 487; französische Patentschriften Nr. 8i5 309, 840 205; USA.-Patentschrift Nr. 1 311 395.