Schwefel – eine Frage pro Tag, 22. Mai------Teilnahme bringt 3 Reichtümer, 10 richtige Antworten bringen 10 Reichtümer
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Dieser Beitrag wurde zuletzt von Schwefel-Zink-Aluminium am 3.6.2016 um 11:09 bearbeitet. In welchen Formen kommt das Ammoniak in Abwässern vor, die durch saure Wassergasentzugsmethoden aufbereitet werden?
NH3 sowie Ammoniumsalze wie (NH4)2CO3 und NH4HCO3
In saurem Wasser existieren Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid usw. hauptsächlich in Form von NH4HS, NH4HCO3 usw.; es handelt sich dabei um eine Lösung von schwachen Säuren und schwachen Basen. H2S, NH3 und CO2 im Flüssigzustand sind flüchtige Stoffe. Nach dem Gesetz von Henry kann man den Partialdruck dieser Stoffe durch Dampf verringern – dadurch gelangen H2S, NH3 und CO2 aus der Lösung in die Gasphase. Das ist das grundlegende Prinzip der sauren Wasseraufreinigung. Der Stiegevorgang im Vierkomponentensystem H2S‑NH3‑CO2‑H2O kann durch folgende Gleichung dargestellt werden:
NH4+ + HS- → (NH4HS)? → (NH3 + H2S + H2O)flüssig → (NH3 + H2S + H2O)gasförmig.
Durch eine Erhöhung der Menge an Stiege-Dampf sowie der Anzahl der Stiegeplatten lässt sich der Ammoniakgehalt im gereinigten Wasser verringern. Doch die Reduzierung des Ammoniakgehalts ist begrenzt – selbst bei großem Dampfeinsatz kann die Konzentration von Ammoniak im gereinigten Wasser nicht auf unter 50 mg/L gesenkt werden. Durch die Analyse der Struktur dieses Teils des Ammoniakstoffs, den die herkömmlichen Stillprozesse nicht entfernen können, wird angenommen, dass in dem Abwasser auch folgende Reaktionen stattfinden: +-NH3 + H2O → NH4+ + OH-. Zudem wurden im Abwasser Sulfat-, Thiosulfat-, Hydrogensulfat- sowie Cyanid-Ionen nachgewiesen. Dadurch wird NH4+ in Ammoniumsalze umgewandelt. Allein durch eine erhöhte Stilltiefe lässt sich dieser Stoff nicht entfernen. Daher kann das gebundene Ammonium, wenn es in freies Ammoniak umgewandelt wird, durch Destillation entfernt werden.
NH4+ + HS- → (NH4HS)? → (NH3 + H2S + H2O)flüssig → (NH3 + H2S + H2O)gasförmig.
Durch eine Erhöhung der Menge an Stiege-Dampf sowie der Anzahl der Stiegeplatten lässt sich der Ammoniakgehalt im gereinigten Wasser verringern. Doch die Reduzierung des Ammoniakgehalts ist begrenzt – selbst bei großem Dampfeinsatz kann die Konzentration von Ammoniak im gereinigten Wasser nicht auf unter 50 mg/L gesenkt werden. Durch die Analyse der Struktur dieses Teils des Ammoniakstoffs, den die herkömmlichen Stillprozesse nicht entfernen können, wird angenommen, dass in dem Abwasser auch folgende Reaktionen stattfinden: +-NH3 + H2O → NH4+ + OH-. Zudem wurden im Abwasser Sulfat-, Thiosulfat-, Hydrogensulfat- sowie Cyanid-Ionen nachgewiesen. Dadurch wird NH4+ in Ammoniumsalze umgewandelt. Allein durch eine erhöhte Stilltiefe lässt sich dieser Stoff nicht entfernen. Daher kann das gebundene Ammonium, wenn es in freies Ammoniak umgewandelt wird, durch Destillation entfernt werden.
Es kommt in Form von Ammoniumsalzen wie NH4HS, (NH4)2CO3 und NH4HCO3 vor.
Ammoniakmonohydrat, Ammoniumionen, Ammoniumsalze
Zu den schädlichen Stoffen im sauren Wasser gehören vor allem Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid. Die Stiegeverfahren dienen hauptsächlich dazu, Ammoniak und Schwefelwasserstoff zu entfernen und wiederzugewinnen. Das NH3-H2S-H2O-Triplett ist ein komplexes System, in dem chemisches Gleichgewicht, Ionisierungsgeleichgewicht und Phasengleichgewicht gleichzeitig vorherrschen. Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Wasser sind alle schwach flüchtige Elektrolyte, die miteinander chemische Reaktionen eingehen können und in Ionen ionisieren: Ammoniak und Schwefelwasserstoff lösen sich in unterschiedlichem Maße in Wasser. • NH3 + H2O → NH4+ + OH-
Wasserstoffsulfid ionisiert in Wasser ebenfalls etwas: H2S → H+ + HS-. Wenn Ammoniak und Wasserstoffsulfid gleichzeitig im Wasser vorhanden sind, entsteht Ammoniumwasserstoffsulfid – ein Salz, das aus einem schwachen Säure und einer schwachen Base entsteht. Im Wasser wird dieses Salz stark hydrolysiert, wodurch wieder freies Ammoniak und Wasserstoffsulfid entstehen. Das bedeutet: NH4+ + HS- → (NH3 + H2S)flüssig. Die freien Ammoniak- und Wasserstoffsulfidmoleküle in der flüssigen Phase befinden sich im Gleichgewicht mit den Ammoniak- und Wasserstoffsulfidmolekülen in der gasförmigen Phase: (NH3 + H2S)flüssig → (NH3 + H2S)gas. Zusammengefasst lässt sich das wie folgt schreiben: NH4+ + HS- (also NH4HS) → (NH3 + H2S)flüssig → (NH3 + H2S)gas. In der gasförmigen Phase gilt: NH3 + H2S ↑↓ ↔ NH4+ + HS-. In der flüssigen Phase gilt: (NH4HS). In Abwässern ist viel Kohlendioxid enthalten. Auch dieses kann in Wasser gelöst werden, doch seine Löslichkeit ist geringer als die von Wasserstoffsulfid. Bei derselben Temperatur ist außerdem sein Dampfdruck höher als der von Wasserstoffsulfid. Daher ist seine Verdunstungsfähigkeit größer als die von Wasserstoffsulfid. Somit kann Kohlendioxid leichter verdampfen als Ammoniak und Wasserstoffsulfid. Daher hat das Vorhandensein von Kohlendioxid keinerlei Auswirkung auf die Reinigung von Abwasser. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass Kohlendioxid – insbesondere bei niedrigen Temperaturen – mit Ammoniak reagiert und so Ammoniumcarbamat entsteht. 2NH3(g) + CO2(g) = NH2CO2NH4(s) Es handelt sich um ein schwer lösliches Salz, das zu Verstopfungen in Rohren und Ventilen führen kann. Bei dem Prozess mit einziger Turm-Seitenlinie muss die Temperatur im Strömungskanal der Streckkolonne auf über 138 °C gehalten werden. Der wichtigste Zweck dabei ist es, zu vermeiden, dass Kristalle wie Ammoniumcarbamat oder Ammoniakthiol entstehen und so Verstopfungen verursachen.
Wasserstoffsulfid ionisiert in Wasser ebenfalls etwas: H2S → H+ + HS-. Wenn Ammoniak und Wasserstoffsulfid gleichzeitig im Wasser vorhanden sind, entsteht Ammoniumwasserstoffsulfid – ein Salz, das aus einem schwachen Säure und einer schwachen Base entsteht. Im Wasser wird dieses Salz stark hydrolysiert, wodurch wieder freies Ammoniak und Wasserstoffsulfid entstehen. Das bedeutet: NH4+ + HS- → (NH3 + H2S)flüssig. Die freien Ammoniak- und Wasserstoffsulfidmoleküle in der flüssigen Phase befinden sich im Gleichgewicht mit den Ammoniak- und Wasserstoffsulfidmolekülen in der gasförmigen Phase: (NH3 + H2S)flüssig → (NH3 + H2S)gas. Zusammengefasst lässt sich das wie folgt schreiben: NH4+ + HS- (also NH4HS) → (NH3 + H2S)flüssig → (NH3 + H2S)gas. In der gasförmigen Phase gilt: NH3 + H2S ↑↓ ↔ NH4+ + HS-. In der flüssigen Phase gilt: (NH4HS). In Abwässern ist viel Kohlendioxid enthalten. Auch dieses kann in Wasser gelöst werden, doch seine Löslichkeit ist geringer als die von Wasserstoffsulfid. Bei derselben Temperatur ist außerdem sein Dampfdruck höher als der von Wasserstoffsulfid. Daher ist seine Verdunstungsfähigkeit größer als die von Wasserstoffsulfid. Somit kann Kohlendioxid leichter verdampfen als Ammoniak und Wasserstoffsulfid. Daher hat das Vorhandensein von Kohlendioxid keinerlei Auswirkung auf die Reinigung von Abwasser. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass Kohlendioxid – insbesondere bei niedrigen Temperaturen – mit Ammoniak reagiert und so Ammoniumcarbamat entsteht. 2NH3(g) + CO2(g) = NH2CO2NH4(s) Es handelt sich um ein schwer lösliches Salz, das zu Verstopfungen in Rohren und Ventilen führen kann. Bei dem Prozess mit einziger Turm-Seitenlinie muss die Temperatur im Strömungskanal der Streckkolonne auf über 138 °C gehalten werden. Der wichtigste Zweck dabei ist es, zu vermeiden, dass Kristalle wie Ammoniumcarbamat oder Ammoniakthiol entstehen und so Verstopfungen verursachen.