Verfahren zur Herstellung einer Mischung von Stickstoff und Wasserstoff. Wie bekannt, gehen zahlreiche Anlagen für die Ammoniaksynthese von aus Wasser gas erhaltenem Wasserstoff aus. Jenes wird in den gewöhnlichen, bei atmosphärischem Druck arbeitenden Generatoren erzeugt; hier auf wird es mit Wasserdampf umgesetzt, so dass der grösste Teil des Kohlenoxyds in Kohlendioxyd verwandelt wird; in der Folge wird es auf ungefähr 25 Atm. komprimiert und der Waschung mit Wasser zwecks Absorbierung des Kohlendioxyds unterwor fen;
der so erhaltene Wasserstoff wird noch verschiedenen Behandlungen unterworfen, um die noch anwesenden kleinen Mengen Kohlen oxyd, Methan und anderer Verunreinigungen zu entfernen, und wird schliesslich in den geeigneten Verhältnissen mit dem in geson derten Anlagen hergestellten Stickstoff ver einigt, um die Gasmischung für die Ammo- niaksynthese zu bilden.
In vorliegender Erfindung wendet man die Wassergasreaktionen dergestalt an, dass die Mischung von Stickstoff und Wasser stoff auf einfachere und billigere Art erhal- ten wird: Durch Einwirkung einer auf Kohle unter Druck wird eine im wesentlichen aus Wasserstoff, Stickstoff und Kohlendioxyd bestehende Gas mischung erzeugt, welche fast vollständig vom Kohlenoxyd befreit ist;
diese braucht nicht mehr mit Wasserdampf umgesetzt zu werden und befindet sich schon beim nötigen Druck, um die vollständige Entfernung des Kohlendioxyds und kleiner Mengen Kohlen oxyd, Methan und andere Verunreinigungen auf gebräuchliche Art zu bewerkstelligen; die in den Generator eingeblasene Luft ist dergestalt bemessen, dass die erhaltene Wasserstoff-Stickstoffmischung sich im für die Ammoniaksynthese geeigneten Verhält nisse befindet.
Die grundsätzlichen stattfindenden Reak tionen sind, wie in einem gewöhnlichen Wassergasgenerator, die folgenden: C -I- H20 = CO -}- HZ - 39 Kai. (1) CO -f- H20 = C02 -f- HZ --i- 10 Kal. (2) 2 CO = C -f- C02 -I- 39 Kal. (3) Die Reaktion 2 wird, da sie ohne Volu menänderung stattfindet, nicht vom Druck beeinflusst.
Die mit Volumenveränderung stattfindende Reaktion 3 wird stark durch die Druckerhöhung begünstigt, so dass der grösste Teil des Kohlenoxyds in Kohlen dioxyd verwandelt wird; gleichzeitig wird, da die Reaktion exotherm verläuft, die Endo- thermizität der Reaktion 1 grösstenteils aus geglichen; es genügt hinmit die Anwendung einer relativ .geringen Wärmemenge, um die Gasbildung fortlaufend zu gestalten, welche Bedingung für ein Druckverfahren unent behrlich ist.
Indem man mit dem Dampf eine bestimmte Menge an Sauerstoff angereicher ter Luft einführt, erhält man einerseits die notwendige Wärmeentwicklung und ander seits eine solche Menge Stickstoff, dass bei den gebildeten Gasen das gewünschte Ver hältnis zum VTasserstoff erzielt wird.
Man kommt so zu folgender Reaktion:
EMI0002.0026
Luft
<tb> 8C+02+02+4Nz+12H20=
<tb> 8 <SEP> COZ <SEP> -f- <SEP> 4 <SEP> (N2 <SEP> -I- <SEP> 3 <SEP> H2) <SEP> (4) Es ist jedoch hervorzuheben, dass der Kohlenstoff, das Kohlenoxyd und das Koh lendioxyd im Generator mit Wasserstoff unter Bildung von Methan reagieren können, welche Reaktionen durch die Druckerhöhung begünstigt werden und anderseits möglichst verhindert werden müssen, weil sie einen Ver lust an Wasserstoff mit sich bringen und auch weil die Reinigung der Gase um so kostspieliger wird, je höher der anwesende Prozentsatz an Methan ist.
Es ist von uns festgestellt worden, dass man die Reaktion 4 bei gleichzeitiger, fast vollständiger Vermeidung der Methanbildung erzielen kann, wenn die Kohlenvergasung bei 10 bis 20 Atm. stattfindet, bei einer Tempe ratur, welche je nach der Reaktivität der Kohle zwischen 650 und <B>800'</B> schwanken kann, unter Verwendung eines starken Über- Schusses an Wasserdampf, und zwar mehr als 10 Volumen Dampf für 1 Volumen Sauer stoff.
Unter solchen Bedingungen ist zur Ver billigung des Verfahrens notwendig, dass die fühlbare Wärme des aus dem Generator strö menden Gases sorgfältig zur Vorwärmung der Dampf-Luft-Sauerstoffmischung zurück gewonnen wird; ausserdem lohnt es sich, einen Teil .des im Überschuss verwendeten Dampfes zurückzugewinnen, indem man die Luft- und Sauerstoffmischung mittels des heissen Kondenswassers sättigt.
Die Entfernung des im erzeugten Gag anwesenden Kohlendioxyds kann vermittelst Absorbierung in Wasser unter Druck erzielt werden, und schliesslich kann die Wasser stoff-Stickstoffmischung .des weiteren von den kleinen Mengen Methan und Kohlenoxyd durch Waschung mit flüssigem Stickstoff ge reinigt werden. Bei Anwendung dieser Me thode erzielt man einen hohen Reinheitsgrad und erhält .gleichzeitig als Nebenprodukt die zur Anreicherung der in den Generator ein zuführenden Luft notwendige Sauerstoff menge.
Eine Ausführungsart des Generators ist in .der beigefügten Zeichnung wieder gegeben, ohne deshalb die Erfindung auf die dargestellten Einzelheiten zu beschränken.
Die Luft-Sauerstoffmischung wird unter einem Druck von 10 bis 20 Atm. bei 1 in die Kolonne 2 eingeführt, in welche von oben aus dem Rohr 3 das heisse Kondenswasser herabsprüht und wo sie sich mit Wasser dampf sättigt; beim Austritt aus der Kolonne wird sie an Frischdampf aus dem Rohr 4 angereichert; die so erhaltene Luft-Sauer- stoff-Dampfmischung wird vorerst durch den Wärmeaustauscher 5 geschickt, welcher im Gegenstrom vom heissen Gase durchlaufen ist;
hierauf wird sie durch den drehbaren Rost 6 in .den Ofen eingeführt. Das her gestellte, einen starken Überschuss an Dampf enthaltende Gas wird nach Durchströmung des Wärmeaustauschers 5 in einen äussern Mantel zwecks Vorwärmung des zur Dampf erzeugung bestimmten, in der Schlange 7 be findlichen Wassers eingeführt und strömt durch 8 aus (9 und 10 stellen den Ein- und Austritt des vorzuwärmenden Wassers dar). Mittels der verwendeten Anordnung wird die Aussenwand 11. bei einer genügend niederen Temperatur erhalten, um dem innern Druck zu widerstehen. Das warme Kondenswasser wird durch die Pumpe 12 in die Sättigungs kolonne eingeführt.
Die Beschickung des Generators mit Kohle wird durch einen Trichter 13 mit .doppeltem Verschluss ermög licht, während die Entfernung .der Verbren nungsrückstände durch den drehbaren Rost 6 stattfindet, welcher durch die Vorrichtung 14 bewegt wird, die die Asche in den Trichter 15 mit doppeltem Verschluss entlädt. Die Reaktionstemperatur kann sowohl durch Ver änderung der der Luft beigemengten Sauer stoffmenge geregelt werden, als durch un mittelbare Zuleitung der Dampf-Luft-Sauer- stoffmischung zum Unterteil des Generators vermittels der Umführungsleitung 16, ohne den Vorwärmer 5 zu durchströmen.
Im Falle, dass kein billiger Sauerstoff zur Verfügung steht, kann vorteilhaft die kleine noch nötige Wärmezuführung durch elek trische Heizung des Generators erzielt wer den, da die einzublasende Luftmenge auf die Bedingung beschränkt ist, den Stickstoff gehalt der gebildeten Gase innerhalb eines gewissen Prozentsatzes zu erhalten.
Die hauptsächlichen Vorteile des be schriebenen Verfahrens, im Vergleich zum schon bekannten Verfahren zur Wasserstoff gewinnung aus Wassergas, sind die folgenden: 1. Höhere Gaserzeugung pro Raumeinheit des Generators infolge des Druckes; 2. Fortlaufender Arbeitsgang des Gene- rators; 3. Vermeidung der Umsetzungsphase des Kohlenoxyds mit Wasserdampf; 4. Vermeidung der gesonderten gtick- stofferzeugung; 5. Vermeidung .der kostspieligsten Phase der Komprimierung der Synthesemischung, welche beispielsweise schon bei einem Druck von 10 bis 20 Atm. erhalten wird.