DE10211964A1

DE10211964A1 - Verfahren zur Verminderung der NOx-Abgaskonzentration in einer unter Druck betriebenen Salpetersäureanlage beim Ab- und/oder Anfahren der Anlage

Info

Publication number: DE10211964A1
Application number: DE2002111964
Authority: DE
Inventors: Klaus Klueppelberg; Rainer Maurer
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2003-10-23
Also published as: AU2003208701A1; WO2003078314A1

Abstract

Mit einem Verfahren zur Verminderung der NO¶x¶-Abgaskonzentration in einer unter Druck betriebenen Salpetersäureanlage, deren austretendes Abgas einer Restgasreinigung unterzogen wird, beim Ab- und/oder Anfahren der Anlage, soll eine Lösung geschaffen werden, bei welcher die NO¶x¶-Abgaskonzentration beim Ab- und/oder Anfahren einer Salpetersäureanlage ohne Restgasreinigung verringert werden kann. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, dass beim Abfahren der Anlage, unmittelbar nach dem durch Temperaturabfall oder dgl. bedingten Ausfall der Restgasreinigung, der dann innerhalb der Anlage herrschende Druck zeitweise aufrechterhalten und das Gas anschließend geregelt entspannt und mittels von außen eingespeister Luft verdünnt und an die Umgebung abgegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der NO_x-Abgaskonzentration in einer unter Druck betriebenen Salpetersäureanlage beim Ab- und/oder Anfahren der Anlage.

Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure werden in modernen Salpetersäureanlagen unter Druck betrieben, um höhere Säurekonzentrationen und höhere Abbauraten an NO_x (d. h. bessere Wirkungsgrade) in der Absorption zu erreichen. Dabei werden Zweidruck- und Monodruckanlagen unterschieden.

Bei den Zweidruckanlagen erfolgt die Gaserzeugung, d. h. die Produktion der nitrosen Gase durch Oxidation von Ammoniak unter einem Druck von ca. 4 bis 6 bar und die Absorption der so erzeugten nitrosen Gase mit Wasser zu Salpetersäure bei 10 bis 15 bar. Bei Monodruckanlagen dagegen erfolgt die Gaserzeugung und die Absorption bei annähernd gleichem Druck von etwa 6 bis 14 bar.

Zur Druckerzeugung dienen Verdichter, die mittels Gas- und/oder Dampfturbine bzw. Elektromotor angetrieben werden. Eine Gasturbine wird dabei vorzugsweise mit dem Abgas der Salpetersäureanlage unter Nutzung des von dem wenigstens einen Verdichter aufgebrachten Druckes betrieben.

Moderne Salpetersäureanlagen sind mit Restgasreinigungen ausgerüstet, um die immer strenger werdenden Auflagen hinsichtlich der NO_x-Abgasemission zu erfüllen. Standard sind zur Zeit 50 ppm NO_x im Abgas einer Anlage bei Normalbetrieb, wobei die Tendenz zu noch tieferen Werten geht.

Beim Ausfall bzw. beim Abfahren einer Salpetersäureanlage wird das sich in der Anlage unter Druck befindliche Nitrosegas über die Absorptionskolonne und die Restgasreinigung in die umgebende Atmosphäre entspannt. Da die Restgasreinigung nur solange in Betrieb gehalten werden kann, wie es die zulässigen Grenztemperaturen zulassen, ist in der Regel diese Reinigung außer Betrieb, bevor die Anlage komplett entspannt ist. Weiterhin beginnt die üblicherweise mit Siebböden ausgerüstete Absorptionskolonne mit fallender Entspannungsmenge instabil zu werden, so dass der Absorptionswirkungsgrad stark abfällt. Sobald die Restgasreinigung außer Betrieb ist, wird während der Restentspannung der Nitrosegehalt des in die Atmosphäre abzugebenden Gases stark zunehmen und dieses somit sichtbar werden.

Beim Ausfall bzw. Abfahren einer Salpetersäureanlage wird üblicherweise zuerst die Ammoniakzuführung zur Gaserzeugung abgesperrt, bevor der Maschinensatz der Anlage abgestellt wird. Solange die Restgasreinigung unter Beachtung der Grenztemperaturen in Betrieb gehalten werden kann, wird das an die Umgebung abzugebende Gas die geforderte Abgaskonzentration einhalten und farblos sein. Vorteilhaft ist es dabei, den Maschinensatz solange wie möglich in Betrieb zu halten, bis das Nitrosegas in der Anlage durch Luft ersetzt ist.

Wenn jedoch, aus welchen Gründen auch immer, eine Abschaltung des Maschinensatzes unmittelbar oder kurz nach dem Abstellen der Ammoniakzuführung erforderlich ist, ist ein solcher Gasaustausch nicht mehr gegeben. Bei weiterer Entspannung und dadurch bedingtem zwangsläufigen Erreichen der Grenztemperaturen für die Restgasreinigung und den dadurch bedingten Ausfall der Restgasreinigung treten deutlich höhere und sichtbare NO_x-Emissionen auf.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Lösung zu schaffen, bei welcher die NO_x-Abgaskonzentration beim Ab- und/oder Anfahren einer Salpetersäureanlage ohne Restgasreinigung verringert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass beim Abfahren der Anlage, unmittelbar nach dem durch Temperaturabfall (Erreichen der Grenztemperatur) oder anderer Ursachen bedingten Ausfall der Restgasreinigung, der dann innerhalb der Anlage herrschende Druck zeitweise aufrechterhalten und das Gas anschließend geregelt entspannt und mittels von außen eingespeister Luft verdünnt und an die Umgebung abgegeben wird.

Auf diese Weise läßt sich erreichen, dass nach dem Ausfall der Restgasreinigung keine zu hohen NO_x-Abgaswerte auftreten, die nitrosen Abgase werden dazu mit nitrosegasfreier Umgebungsluft vor dem Austritt aus der Anlage verdünnt. Dieser Vorgang läuft dabei kontrolliert ab, weil das Gas geregelt entspannt wird.

Dazu ist bevorzugt vorgesehen, dass zur zeitweisen Aufrechterhaltung des Druckes die Zuleitungen zur Gaserzeugung bzw. zur Anlage und die Gasableitungen von der Absorption bzw. aus der Anlage abgesperrt werden. Das nitrosehaltige Gas wird somit gleichzeitig mit dem Ausfall der Restgasreinigung ein geblockt, anschließend wird es geregelt entspannt und mittels der eingespeisten Luft ausreichend stark verdünnt abgegeben.

Die Zuführung der Luft zur Verdünnung kann mit einem separaten Gebläse oder mit Hilfe des zum Maschinensatz der Anlage gehörigen Luftverdichters zugeführt werden.

Dabei kann die Luft zur Verdünnung vor oder hinter der Gasturbine zugeführt werden.

Es versteht sich von selbst, dass das Verfahren beim Abfahren der Anlage nur solange durchführbar ist, bis die gesamte Anlage drucklos geworden ist. Anschließend tritt aber ohnehin kein Abgas mehr aus der Anlage aus.

Beim Wiederanfahren der Anlage wird mit Einsetzen der Luftförderung des Maschinensatzes das drucklos in der Anlage verbliebene Nitrosegas in die Atmosphäre gedrückt und sichtbar. Um auch während dieses Vorganges die Abgaskonzentration zu verringern ist in weiterer Ausgestaltung vorteilhaft vorgesehen, dass beim Wiederanfahren der Anlage die Zufuhr von Prozessluft geregelt erhöht und zusätzliche Luft zur Verdünnung vor oder hinter der Gasturbine zugeführt wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in:
Fig. 1 ein vereinfachtes Anlagenschema einer Monodrucksalpetersäureanlage und
Fig. 2 ausschnittweise eine Zweidrucksalpetersäureanlage.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Monodruckanlage sind die Nitrosegaserzeugung und die nachgeschaltete Absorption mit dem gemeinsamen Bezugszeichen 1 angedeutet, diese Anlagenteile sind für sich betrachtet für einen Fachmann bekannt.
Im normalen Betrieb arbeiten sowohl die Gaserzeugung als auch die Absorption unter annähernd gleichem Druck von etwa 6 bis 14 bar. Der Gaserzeugung wird in üblicher Weise Ammoniak zugeführt, während der nachgeschalteten Absorption Wasser zugeführt wird. Dies ist nicht dargestellt. Dargestellt ist lediglich eine Luftzuführleitung 2 sowie eine Gasableitung 3 am Ende der Absorption.
Zur Zuführung der Prozessluft ist ein Luftverdichter 3 vorgesehen, der über ein Absperrelement 4 mit der Luftzuführleitung 2 in Verbindung steht sowie über eine weitere Leitung 5 und ein Absperrelement 6 mit einer Luftableitung 7 an die Atmosphäre.
Die Nitrosegasableitung 3 stromabwärts der Absorption mündet über ein Absperrelement 8 in eine Gasturbine 9 und von da über eine Abgasleitung 10 in die Umgebung. Parallel dazu verzweigt sich die Gasableitung 3 in eine Nebenleitung 11, die über ein Absperrelement 12 in die Abgasleitung 10 mündet.
Zur Einspeisung von Umgebungsluft in die Abgasleitung 10 ist gestrichelt eine Luftleitung 13 mit Absperrelement 14 angedeutet, die von der Leitung 5 abzweigt und in die Gasableitung 3 vor der Gasturbine 9 mündet. Zusätzlich oder alternativ ist eine weitere Luftleitung 15 mit Absperrelement 16vorgesehen, die direkt in die Abgasleitung 10 mündet und von einem nicht dargestellten zusätzlichen Gebläse ausgeht.
Während des normalen Betriebs der Anlage sind die Absperrelemente 14 bzw. 16 geschlossen, so dass in den Bereich der Gasableitung 3 bzw. der Abgasleitung 10 keine zusätzliche Luft gelangen kann. Der Verfahrensablauf ist dann der übliche, d. h. über den Luftverdichter 3 wird Luft in die Gaserzeugung gemeinsam mit Ammoniak geführt und dort nitroses Gas erzeugt, welches anschließend durch die Absorption geleitet wird, um Salpetersäure zu erzeugen. Die nitrosen Abgase treten aus der Absorption durch die Gasableitung 3 aus und gelangen entweder über die Gasturbine 9 und/oder über die Nebenleitung 11 in die Abgasleitung 10, die durch eine nicht dargestellte Restgasreinigung geführt ist.
Beim Abfahren der gesamten Anlage, entweder gezielt oder durch eine Störung, sinkt nach und nach der Druck in der Anlage ab. Weiterhin wird bei fortschreitender Entspannung durch fallende Wärme zwangsläufig bei Erreichen der Grenztemperatur sich die Restgasreinigung abstellen. Um gleichwohl keine erhöhte NO_x-konzentration am Austritt der Abgasleitung 10 zu erhalten, wird gleichzeitig mit dem Ausfall der Restgasreinigung zeitweise der Druck in der Anlage aufrechterhalten, indem die Absperrelemente 4 und 8 bzw. 12 vor der Gaserzeugung und hinter der Absorption geschlossen werden, d. h. das Gas wird mit dem Ausfall der Restgasreinigung sozusagen eingeblockt. Dieser eingeblockte Bereich ist mit A bezeichnet. Anschließend wird das Gas geregelt in die Abgasleitung 10 eingeleitet, wo es mittels Umgebungsluft so stark verdünnt wird, dass die NO_x-Konzentration ausreichend absinkt und das Gas farblos wird. Diese Umgebungsluft wird dabei entweder mit Hilfe des separaten Gebläses über die Leitung 15 oder unter Nutzung des Luftverdichters 3 des Maschinensatzes über die Leitung 13 vor der Gasturbine 9 eingespeist.
Diese Verfahrensweise wird solange aufrechterhalten, bis die Anlage drucklos geworden ist, anschließend tritt kein Abgas mehr aus.
Beim Wiederanfahren der Anlage wird mit Einsetzen der Luftförderung des Maschinensatzes an sich das drucklos in der Anlage verbliebene Nitrosegas mit erhöhter NO_x-Konzentration aus der Abgasleitung 10 gedrückt. Um dies zu vermeiden, wird die zugeführte Prozessluft geregelt erhöht und gleichzeitig wie beim Entspannen mit zusätzlicher Luft über die Leitung 13 bzw. 15 verdünnt.
In Fig. 2 ist der in Fig. 1 mit A dargestellte eingeblockte Bereich zwischen den Absperrelementen 4 und 8 bzw. 12 für eine Zweidruckanlage dargestellt. Der Prozessblock besteht hier aus zwei unterschiedlichen Druckräumen, nämlich einer Gaserzeugung 17 und einer nachgeschalteten Absorption 18, wobei üblicherweise die Produktion der nitrosen Gase in der Gaserzeugung bei einem Druck von ca. 4 bis 6 bar erfolgt, während die Absorption 18 bei etwa 10 bis 14 bar durchgeführt wird. Zur Erreichung dieses höheren Druckes in der Absoprtionskolonne ist ein zwischengeschalteter Verdichter 19 vorgesehen. Ansonsten ist die gesamte Verfahrensführung dieselbe, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Verminderung der NO_x-Abgaskonzentration in einer unter Druck betriebenen Salpetersäureanlage, deren austretendes Abgas einer Restgasreinigung unterzogen wird, beim Ab- und/oder Anfahren der Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abfahren der Anlage, urunittelbar nach dem durch Temperaturabfall oder dergl. bedingten Ausfall der Restgasreinigung, der dann innerhalb der Anlage herrschende Druck zeitweise aufrechterhalten und das Gas anschließend geregelt entspannt und mittels von außen eingespeister Luft verdünnt und an die Umgebung abgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur zeitweisen Aufrechterhaltung des Druckes die Zuleitungen zur Gaserzeugung und die Gasableitungen von der Absorption abgesperrt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft zur Verdünnung mit einem separaten Gebläse oder mit Hilfe eines zum Maschinensatz der Anlage gehörigen Luftverdichters zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft zur Verdünnung vor oder hinter der Gasturbine zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wiederanfahren der Anlage die Zufuhr von Prozessluft geregelt erhöht und zusätzliche Luft zur Verdünnung vor oder hinter der Gasturbine zugeführt wird.