DD222416A1

DD222416A1 - Vorrichtung zur kontrolle ammoniakhaltiger gase

Info

Publication number: DD222416A1
Application number: DD25284983A
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 und zum Beispiel zur Gasnitrierung von Werkstoffen eingesetzt werden. Mit Hilfe der Vorrichtung ist es moeglich, die Gasatmosphaere zu ueberwachen beziehungsweise zu steuern und reproduzierbare Nitrierergebnisse zu erzeugen. 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 zwei Elektrodensysteme 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, angeordnet sind, wobei eine der beiden sich im Gasraum befindlichen Messelektroden gegenueber Ammoniak inert und die andere auf die Ammoniakdissoziation katalytisch beschleunigend wirken.

Description

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. Mit Hilfe der Vorrichtung ist es möglich, die Gasatmosphäre zu überwachen beziehungsweise zu steuern und reproduzierbare Hitrierergebnisse zu erzeugen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

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

-7. JUL 1933*102(123

des Meßwertes in eine elektrische Große und die schnelle Verarbeitung der Meßwerte zum Inhalt. Der grundsätzliche, obengenannte Nachteil der volumetrischen Bestimmung" de3 Y Dissoziationsgrades (die diskontinuierliche Arbeitsweise) werden aber nicht beseitigt.

Kontinuierlich arbeitende Vorrichtungen zur Bestimmung der Konzentration einzelner Komponenten im Uitriergas

basieren auf der Messung der Infrarotabsorption zur Be-Stimmung 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-Stickst off -Gasmischungen 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 ν., 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) &, S. 320/ ist eine Vorrichtung zur Messung der Atmosphäre innerhalb des Ofens bekannt. Sie basiert auf der Messung des Ionenstromes. Hur über die Be-

Z52?49

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 Vorrichtung zu entwickeln, die die gleichzeitige Bestimmung des r Dissoziationsgrades des Ammoniaks

- Wasserstoff-Wasser-Verhältnisses

- Ammoniak-Wasserstoff-Verhältnisses gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein w Elektrodensystem, bestehend aus einer Meß- und einer Vergleichselektrode, auf einem einseitig geschlossenen Pestelektrolytrohr, 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 plattenförmigen Pestelektrolyten, der beidseitig von je einer Elektrode kontaktiert wird, innerhalb des Gasraumes angeordnet sind, wobei sich die im Ofenraum befindliehe auf dem Rohr aufgebrachte Elektrode und eine Elektrode des plattenförmigen Pestelektrolyten gegenüber Ammoniak

252*49

inert und die zweite Elektrode des plattenförmigen Pestelektrolyten auf die Ammoniakdissoziation katalytisch beschleunigend verhalten. Das Gas im Reaktionsraum liefert am Elektrodensystem auf dem Pestelektrolytrohr die auf das Referenzgas bezogene Spannung U₁ „und am Elektrodensystem des plattenförmigen Pestelektrolyten eine Spannung Ug. Die Spannung U.. dient als Maß für das Partialdruckverhältnis Pjj /Pj£ Q und die Spannung U₂ als Maß für den Dissoziationsgradc< und für das Partialdruckverhältnis Pjßj /Pjr · ^i "fc .der erfindungs gemäßen Vorrichtung ist es möglich, die prozeßbestimmenden Parameter innerhalb des Reaktionsraumes zu messen. Dadurch gelingt eine sehr ι schnelle Erfassung der auf die zu behandelnden Erzeugnisse wirkenden Gasatmosphäre (sehr geringe Totzeiten). Zur Durchführung der Messung sind keine zusätzlichen gas- _N führenden 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*

Ih der Pig. ist eine aus dem einseitig zum Gasraum geschlossenen Pestelektrolytrohr 1, dem plattenförmigen Pestelektrolyten 2 und den auf ihnen aufgebrachten Elektroden 3_i 4, 5 bestehende Vorrichtung schematisch dargestellt. Das Pestelektrolytrohr 1 und der plattenförmige Pestelektrolyt 2 bestehen aus Zirkonosidkeramik. Im Inneren des Pestelektrolytrohres 1 befindet sich als Referenzgas Luft. Die im Öfenraum auf dem Rohr aufgebrachte Elektrode 3 und die Elektrode 4 des im Ofenraum befindlichen Plattenförmigen Elektrolyten bestehen aus Silber und wirken gegenüber

252*49

Ammoniak inert. Die Elektrode 5 besteht aus nickel und bewirkt die vollständige katalytische Zersetzung des Ammoniaks.

Diese Elektrode kann zusätzlich mit einer porösen Keramik bedeckt sein, die als Diffusionsbarriere wirkt und die Verweilzeit des Gases an der Elektrode erhöht. Dies ist sehr vorteilhaft-bei höheren Gasgeschwindigkeiten, um trotzdem eine vollständige Ammoniakzersetzung zu realisieren.

Aus den an den beiden Elektrodensystemen gemessenen V Spannungen lassen sich nach bekannten Gleichungen die

Partialdruckyerhältnisse Pjj /pg _Q und p^ /Pw ^un4 5l'er Dissoziationsgrad οζ ermitteln.

Claims

2 52 J4 9

Erfindungsanspruch

1. Vorrichtung zur Kontrolle ammoniakhaltiger Gase durch Bestimmung des Dissoziationsgrades X , der Partialdruckverhältnisse p-^ /p„ und pg. /Pjt ο -^ einem Gasraum, dadurch gekennzeichnet, daß em Elektrodensystem, bestehend aus einer Meß- und einer Vergleichselektrode, auf einem einseitig geschlossenen Pestelektrolytrohr, das mit der geschlossenen Seite

in den Gasraum eintaucht und mit der offenen Seite 7"· mit einem Bezugsgas in Verbindung steht und ein zweites Elektrodensystem auf einem plattenförmigen Pestelektrolyten, 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 plattenförmigen Pestelektrolyten gegenüber Ammoniak inert und die zweite Elektrode des plattenförmigen Pestelektrolyten auf die Ammoniakdissoziation katalytisch beschleunigend verhalten.
2. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß ( 'V die Elektrode des plattenförmigen Pestelektrolyten, die

..'." auf die Ammoniakdissoziation katalytisch beschleunigend wirkt,, mit einer porösen Keramik bedeckt ist.

Hierzu Λ Seite Zeichnungen