DD222415A1

DD222415A1 - Vorrichtung zur kontrolle ammoniakhaltiger gase

Info

Publication number: DD222415A1
Application number: DD25285083A
Authority: DD
Inventors: Klaus Teske; Siegfried Boehmer; Hans-Joachim Berg; Volker Richter
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1983-07-07
Filing date: 1983-07-07
Publication date: 1985-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung des Dissoziationsgrades von Ammoniak, des Wasserstoff-Wasser-Verhaeltnisses und des Ammoniak-Wasserstoff-Verhaeltnisses in Gasen, die durch Dissoziation von Ammoniak gewonnen werden. Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der bei geringem messtechnischen Aufwand die Messung der charakteristischen prozessbestimmenden Parameter moeglich ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die die gleichzeitige Bestimmung des- Dissoziationsgrades des Ammoniaks- Wasserstoff-Wasser-Verhaeltnisses- Ammoniak-Wasserstoff-Verhaeltnissesgestattet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass ein Elektrodensystem, bestehend aus einer Mess- und einer Vergleichselektrode, auf einem einseitig geschlossenen Festelektrolytrohr, das mit der geschlossenen Seite in den Gasraum eintaucht und mit der offenen Seite mit einem Bezugsgas in Verbindung steht und ein zweites Elektrodensystem auf einem plattenfoermigen Festelektrolyten, der beidseitig von je einer Elektrode kontaktiert wird, innerhalb des Gasraumes angeordnet sind, wobei sich die im Ofenraum befindliche auf dem Rohr aufgebrachte Elektrode und eine Elektrode des plattenfoermigen Festelektrolyten gegenueber Ammoniak inert und die zweite Elektrode des plattenfoermigen Festelektrolyten auf die Ammoniakdissoziation katalytisch beschleunigend verhalten.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung des Dissoziationsgrades von Ammoniak, des Wasserstoff-Wasser-Verhältnisses und des Ammoniak-Wasserstoff-Verhältnisses in Gasen, die durch Dissoziation von Ammoniak gewonnen und zum Beispiel zur Gasnitrierung von Werkstoffen eingesetzt werden. Hit Hilfe der Vorrichtung ist.es möglich, die Gasatmosphäre.zu überwachen beziehungsweise zu steuern und reproduzierbare Nitrierergebnisse zu erzeugen,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Um reproduzierbare Nitrierergebnisse zu erzeugen, ist die Kenntnis der Zusammensetzung der Nitrieratmosphäre unbedingt erforderlich. Seit der Einführung der Gasnitrierung in dis,soziiertem Ammoniak wurden eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Erfassung einzelner, für die Zusammensetzung der Nitrieratmosphäre charakteristischer Kenngrößen erprobt. /S. Böhmer u.a., Neue Hütte 24 (1979) 10, S. 384 - 390/ Die einfachste, am häufigsten praktizierte Methode ist die volumetrische Bestimmung des Dissoziationsgrades. Verfahren und Vorrichtung werden in /"Chemisch-

. thermische Oberflächenbehandlung von Stahl", VEB Verlag Technik, Berlin 1953, S. 182/ beschrieben. Durch bekannte mathematische Beziehungen sind aus dem Dissoziationsgrad die Partialdrücke für Ammoniak, Stickstoff und Wasserstoff bestimmbar. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist ihre diskontinuierliche Arbeitsweise und das Fehlen eines Signals für die Prozeßregelung. Verbesserte Verfahren und Vorrichtungen sind aus /S. Dombrovskij u.a.: Metalloved, obra. met. (1966) 8, S. 52 - 55; liodulevshij u.a.: Mechaniz. i. Avtomatiz. Proszv. 24 (1970) 8, S. 4; Koloszvari, Z.. u.a.: ZWF 68 (1973) 6, S. 304/ bekannt. Sie haben die Wandlung des Meßwertes in eine elektrische Größe und die schnelle

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Verarbeitung der Meßwerte zum Inhalt. Der grundsätzliche,' obengenannte Nachteil der volumetrischen Bestimmung des Dissoziationsgrades (die diskontinuierliche Arbeitsweise) werden aber nicht beseitigt.

Kontinuierlich arbeitende Vorrichtungen zur Bestimmung der Konzentration einzelner Komponenten im Hitriergas basieren auf der Messung der Infrarotabsorption zur Bestimmung des Ammoniakvolumenanteils /T.Bell u.a. in Sorce Book on nitriding, Metals Park, Ohio 1977/beziehungsweise auf der Messung der Wärmeleitfähigkeit bei der Bestimmung des Wasserstoffvolumenanteils /W. Lerche u.a. in Freiberger Forschungsheft B 185 (1976)/. Die Bestimmung der Volumenanteile Ammoniak in Ammoniak-Wasserstoff-Stickstoff-Gäsmischungen beziehungsweise'der Wasserstoffvolumenanteile in Wasserstoff-Ammoniak-Stickstoff-Gasmischungen ist immer dann ohne Probleme möglich, wenn keine weiteren Gaskomponenten im Uitriergas anwesend sind. Sobald dem Ausgangsgas/ Ammoniak eine oxidierende Gaskomponente zugesetzt wird (zum Beispiel Sauerstoff, Luft, Kohlendioxid) ist eine eindeutige Zuordnung des Dissoziationsgrades zu der gemessenen Gaskomponente Ammoniak oder Wasserstoff nicht mehr möglich· ..._,,

Grundsätzlich sind sämtliche Volumenanteile Ammoniak, Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid oder Stickstoff mit Verfahren und Vorrichtungen der GasChromatographie bestimmbar, nachteilig ist der hohe apparative und personelle Aufwand, sowie die diskontinuierliche Arbeitsweise. Allen bisher genannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß sie zur Ermittlung der Atmosphärenzusammensetzung im Abgas eingesetzt werden können. Aus /J. Lachtin u.a.: Heue Hütte 22 (1977)/ 6, S. 320/ ist eine Vorrichtung zur Messung der Atmosphäre innerhalb des Ofens bekannt. Sie basiert auf der Messung des Ionenstromes. Hur über die Be-

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Stimmung des Ammoniak-Ionenanteils ist die Kennzeichnung des Dissoziationszustandes des Ammoniaks möglich. Sobald dem Ausgangsgas Ammoniak eine oxidierende Gaskomponente (zum Beispiel Sauerstoff) zugesetzt wird, ist keine eindeutige Zuordnung des Dissoziationsgrades zu der gemessenen Gaskomponente mehr möglich.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung ^ bereitzustellen, mit der bei geringem meßtechnischen Aufwand die Messung der charakteristischen prozeßbestimmenden Parameter möglich ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor-. richtung zu entwickeln, die die gleichzeitige Bestimmung des .

- Dissoziationsgrades des Ammoniaks

- Wasserstoff-Wasser-Verhältnisses

- Ammoniak-Wasserstoff-Verhältnisses , Γ" gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Elektrodensysteme auf einem einseitig geschlossenen Pestelektrolytrohr, das mit der geschlossenen Seite in den Gasraum eintaucht und mit der offenen Seite mit einem Bezügsgas in Verbindung steht, angeordnet sind, wobei eine der beiden sich im Gasraum befindlichen Meßelektroden gegenüber Ammoniak inert und die andere auf die Ammoniakdissoziation katalytisch beschleunigend

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wirken. ' ' , \ Das Gas im Reaktionsraum liefert an der Elektrode, die sich gegenüber Ammoniak inert verhält die auf das Referenzgas bezogene Spannung U₁ und an der katalytisch beschleunigend wirkenden Elektrode die auf das Referenzgas bezogene Spannung U₂* Die Spannung U₁ dient als Maß für das Partialdruckverhältnis pg /Pjj q ^und die Spannungsdifferenz Δ'ν β.Ug-U^ als Maß für den Dissoziationsgrad und yfür das Partialdruckverhältnis

· Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die, prozeßbestimmendeh Parameter innerhalb des Reaktionsraumes zu messen. Dadurch gelingt eine sehr_vschnelle Erfassung der auf die zu behandelnden Erzeugnisse wirkenden Gasatmosphäre (sehr geringe Totzeiten). Zur Durchführung der Messung sind keine zusätzlichen gasführenden Anlagenteile erforderlich. Der apparative Aufwand ist sehr gering. Die Bestimmung der gewünschten Parameter erfolgt kontinuierlich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. .' '.'. In der Figur ist eine aus dem einseitig zum Gasraum geschlossenem Pestelektrolytrohr 1 und den beiden auf ihm angeordneten Elektrodensystemen 2,3 bestehende Vorrichtung schematisch dargestellt.

Das Pestelektrolytrohr 3 besteht aus Zirkonkeramik.&n Inneren des Pestelektrolytrohres befindet sich als Referenzgas Luft Eine der im Ofenraum befindlichen Elektroden besteht aus Gold und liefert die auf das Referenzgas bezogene Spannung U-j, welche dem Logarithmus des Wasserstoff-Wasser-Verhältnisses proportional ist. Die zweite der im Ofenraum befindlichen Elektrode besteht aus lickel.

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Sie bewirkt die vollständige katalytische Zersetzung des Ammoniaks und erzeugt die Spannung U₂. Aus der Differenz U₂ - U₁ kann nach bekannten Gleichungen der Dissoziationsgrad oC und das Partialdruckverhältnis

bestimmt werden.

Claims

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Srfxndungsanspruch

Vorrichtung zur Kontrolle ammoniakhaltiger Gase durch Bestimmung des Dissoziationsgrades oC , der Partialdruck-Verhältnisse pjjjj /pg und p^ /p^ q in einem Gasraum, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektrodensysteme auf einem einseitig geschlossenen Festelektrolytrohr, das mit der geschlossenen Seite in den Gasraum eintaucht und mit der.offenen Seite mitieineni Bezugsgas in Verbindung steht, angeordnet sind, wobei eine -der beiden sich im Gasraum befindlichen Meßelektroden gegenüber Ammoniak inert und'die andere auf die Ammoniakdissoziatioh katalytisch beschleunigend wirken.

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