DE2241891B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von bei der Reinigung von Koksofengasen anfallenden Ammoniakschwaden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von bei der Reinigung von Koksofengasen anfallenden Ammoniakschwaden, die zusammen mit einem zusätzlichen Brennstoff mittels Sauerstoff oder Luft in einem Verbrennungsofen unter Ausnutzung der Verbrennungswärme zu im wesentlichen Stickstoff und Wasser in reduzierender Atmosphäre verder Verbrennungswärme zu im wesentlichen Stickstoff und Wasser in reduzierender Atmosphäre verbrannt werden, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahiens.

Das bei der Reinigung von Koksofengasen unter anderem anfallende Ammoniak ist seit der Entwicklung der Technik auf dem Gebiet der Luftstickstoffindustrie, mangels Wettbewerbsfähigkeit praktisch nur noch als Ballast zu weiten. Aus diesem Grund werden schon seit längerer Zeit erhebliche Anstrengungen gemacht, um das Ammoniak möglichst kostensparend zu beseitigen, wobei den ständig wachsenden Anforderungen des Gesetzgebers in bezug auf Umwelt- und insbesondere Luftverschmutzung Rechnung zu tragen ist.

In Anbetracht dessen sind u. a. auch Vorschläge gemacht worden, um das Ammoniak derart zu verbrennen, daß möglichst wenig der unerwünschten Stickoxide mit den Rauchgasen an die Atmosphäre abgegeben werden. So ist es bekannt, daß die abgetriebenen Ammoniakschwaden in sogenannten Duich-Öfen verbrannt werden (USA.-Patentschnft 3 000 693). Diese öfen müssen allerdings erst auf eine bestimmte Temperatur vorgeheizt werden, damit die Verbrennung des Ammoniaks mit der erforderlichen Verbrennungsluft aufrechterhalten werden kann. Aber selbst unter diesen Bedingungen muß zusätzlich

ίο ein Bcennstoff in Form von öl oder Gas zugesetzt werden, wenn der Anteil an Wasserdampf und sonstiger, inerter Gasanteile in den Schwaden hoch ist. Schließlich sind bestimmte Temperaturen und Wärmemengen vorgeschrieben, die unter den verschie-

densten Bedingungen eingehalten werden müssen, wenn günstige Ergebnisse erzieh werden sollen, und im wesentlichen von der Konstruktion und Auslegung des; Verbrennungsofens abhängen. Im günstigsten Fall sollen dann 50 bis 100 ppm Stickoxid in den Abgasen

so enthalten sein. An eine Ausnutzung der Verbrennungswärme des Ammoniaks ist nicht gedacht.

Die wirtschaftliche Ausnutzung der bei der Verbannung von Ammoniakschwaden entstehenden Wärme ist jedoch nicht unbekannt, wie ein weiterer

as Vorschlag zur Verbrennung des bei der Aufarbeitung von Kokerei- und Gaswerksgas anfallenden Ammoniaks zeigt (deutsche Auslegeschrift 1 202772). Nach dksem Verfahren werden in einem Reaktor die Ammoniakschwaden durch Verbrennen eines Brennstoffes erhitzt und anschließend das heiße Gasgemisch durch eine freie oder mit temperaturbeständigen Füllkörpern oder einem Nickelkatalysator beliebiger Form angefüllte Zersetzungszone geleitet, um schließlich in einer dritten Zone unter Zusatz weiterer Luft vollständig verbrannt zu werden. Der Aufwand, der zur Durchführung dieses vorgeschlagenen Verfahrens erforderlich ist, erscheint sehr hoch. So ist ein besonderer Reaktor mit drei verschiedenen Zonen und mehreren getrennten Eingängen für Gas, Luft

und Ammoniak vorgesehen. Schließlich muß zur Ausnutzung der Verbrennungswärme das Rauchgas in einen nachgeschalteten Abhitzekessel überführt werden.

Die Erfindung soll nun aufgabengemäß die oben aufgezeigten Nachteile vermeiden. Ein technisch einfaches und sicheres Verfahren, das von äußeren Einflüssen und insbesondere auch der Menge und Zusammensetzung der Ammoniakschwaden weitgehend unabhängig ist, soll mit zufriedenstellenden Ergebnis-

sen arbeiten, wobei in Anbetracht des Zuschußbetriiebs der Ammoniakvernichtung geringe Kosten zur Durchführung des Verfahrens nicht außer Betracht bleiben dürfen. Letzteres betrifft nicht nur die laufenden Kosten, sondern auch den finanziellen Aufwand für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Möglichst wartungsfrei und wenig reparaturanfällig scill die Vorrichtung eine einfache Regelung zur optimalen Verbrennung der Ammoniakschwaden ermöglichen, ohne daß komplizierte und/oder umfangreiche Einrichtungen Voraussetzung wären.

Ausgehend von einem bekannten Verfahren der oben beschriebenen Art, wird zur Lösung der angeschnittenen Probleme ein Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ammoniak-Schwaden in den Hohlraum des Flammenkegels des Brenners eingeführt und unter unmittelbarer Wärmeabgabe an ein Wärmeübertragungsmittel verbrannt werden.

Im Gegensalzzu bekannten Verfahren verläuft also erfindungsgemäß die gesamte Verbrennung der Ammoniakschwaden zu Wasser and Stickstoff mit den gewünschten Ergebnissen in nur einer Reaktionsstufe. Durch das Einbringen der Ammoniakschwaden in den Hohlraum des Flammenkegels, der euse Zone mit besonders stark reduzierender Atmosphäre aufweist, und infolge der gleichzeitigen Kühlung der Verbrennungsgase wird bewirkt, daß die bei der Verbrennung entstehenden Stickoxidmengen gering gehalten werden. Auf diese einfache Weise können Aufwendungen von besonderen Katalysatoren in besonderen Reaktoren bis zu Verbrennungsofen mit komplizierter Bauweise und Auslegung gespart werden. Durch die getrennte Zuführung, aber genau lokalisierte Vereinigungder drei Mit*?!: Brennstoff - vorzugsweise Koksgas -, Ammoniakschwaden und Verbrennungsluft, hissen sich die optimalen Verbrennungsbedingungen auch bei unterschiedlichen Belastungen des Ofens in der Flamme aufrechterhalten, wobei Koksgas in Ab- ao hängigkeit von beispielsweise der Menge und Zusammensetzung der Ammoniakschwaden zugesetzt wird und hiervon abhängig die erforderliche Verbrennungsluft. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß auch geringer gekühlte Ammoniakschwaden mit as Temperaturen,beispielsweisebei85° Cbis 90° C, zur Verbrennung kommen können. Die Verbrennung läuft bei relativ niedrigen Temperaturen ab, so daß der Stickoxidgehalt der Rauchgase bei 150 ppm gehalten werden kann.

Die in reduzierender Atmosphäre erfolgende Verbrennungbewirkt darüber hinaus, daß in vorteilhafter Weise die sonst schnell ablaufende Verbrennung des Schwefelwasserstoffs, der anteilig in den Ammoniakschwaden enthalten sein kann, langsamer verläuft.

Zweckmäßigerweise sieht das Verfahren vor, daß als Wärmeübertragungsmittel ein im geschlossenen Kreislauf im Gleichstrom mit den Verbrennungsgasen geführtes, umlaufendes Heißöl verwendet wird. Wärmeverluste, wie sie beispielsweise bei der Überleitung der Rauchgase in einen, dem Verbrennungsofen nachgeschalteten Abhitzekessel auftreten, werden durch das Verfahren vermieden. Dies ist wichtig, da bei relativ niedrigen Verbrennungstemperaturen unter ungünstigen Bedingungen die Gefahr besteht, daß der Schwefelsüure-Taupunkt der Rauchgase unterschritten wird, was in jedem Fall mit besonders starken Korrosionserscheinungen verbunden ist. Das Verfahren erlaubt nun derartige Korrosionserscheinungen zu unterbinden, durch Abkühlung der Rauchgase unmittelbar im Verbrennungsofen, wobei einmal die obengenannten Wärmeverluste ausgeschaltet werden und zum anderen ein Absinken der Austrittstemperatur der Rauchgase unter 350° C unabhängig von der Belastung des Ofens nicht möglich ist - der Schwefelsäure-Taupunkt im Ofen somit sicher nicht unterschritten wird -, weil das im Gleichstrom mit dem Rauchgas geführte öl mit einer Austrittstemperatur von konstant etwa 300° C gefahren wird.

Vorteilhafterweise wird zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung benutzt, deren Brenner drei voneinander getrennte, für die gleichzeitige Zufuhr der Ammoniakschwaden, des Koksgases und der Luft geeignete Kanäle aufweist, wobei jedem Kanal ein bestimmtes der drei genannten Gase zugeordnet ist. Die getrennte Zuführung der Medien gestattet Art und Stärke der Flamme nahezu beliebig zu regeln. So können bei Zugrundelegen einer zu verbrennenden.

etwa konstanten Ammoniakmenge Schwankungen der Eintrittstemperatur des Heißöls durch Zumischen von mehr oder weniger Koksgas ausgeglichen werden und in Abhängigkeit hiervon ist eine genaue Dosierung der Verbrennungsluft möglich. Diese Vorteile werden ergänzt durch das Zusammenführen der Kanäle in einem Brenner, wodurch in besonders einfacher Weise auf die Form und Ausbildung der Flamme sowie ihrer Zusammensetzung Einfluß genommen werden kann.

Zweckmäßigerweise sind die drei Kanäle so angeordnet, daß der das Koksgas führende Kanal in einer Düse mit einer Austrittsöffnung, vorzugsweise ringförmigen Querschnitts, mündet, während der die Ammoniakschwaden führende Kanal im Bereich der Mündung der Düse, vorzugsweise mittig, in Form einer Verteilerlanze mündet und der die Verbrennungsluft führende Kanal die Verteilerlanze und die Düse umgibt.

Auf diese Weise entsteht ein im Bereich seines Ursprungs hohler, ringförmiger Flammenkegel, wobei im Innern der Flamme und insbesondere im Bereich des hohlen Ursprungs des Flammenkegels eine stark reduzierende Atmosphäre sichergestellt ist.

Inmitten des Hohlraumes des Flammenkegels und damit direkt in der stark reduzierenden Zone der Flamme werden die zu verbrennenden Ammoniakschwaden mittels der Verteilerlanze eingeführt. Hierdurch erreicht man, daß weitere besondere Reduktionszonen innerhalb des Verbrennungsofens mit oder ohne Katalysatoren entbehrlich sind, ohne daß das Ergebnis der Verbrennung im Hinblick auf den Stickoxidgehalt der Verbrennungsgase etwas zu wünschen übrig ließe.

An Hand der Zeichnung ist die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert.

Die Figur zeigt eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In einem Röhrenofen 1 werden mittels eines Brenners 2 die durch die Leitung 3 herangeführten Ammoniakschwaden 4 verbrannt. Zu diesem Zweck strömen die Ammoniakschwaden durch eine Verteilerlanze 5 in die Zone 6 des an seinem Ursprung ringförmigen, hohlen Flammenkegels 7. Dieser wird gebildet mittels einer ringförmigen Austrittsöffnung 8 der Düse 9, aus der das durch die Leitung 10 und über den Kanal 11 kommende Koksgas 12 strömt, und der zur Verbrennung erforderlichen Luft 13, die aus der Leitung 14 über den zumindest die Austrittsöffnung 8 der Düse 9 umgebenden Kanal 15 von außen an d?n Flammenkegel 7 herangeführt wird. Die heißen Rauchgase 16 werden an den Rohrschlangen 17 abgekühlt und das in ihnen strömende Heißöl 18 dabei erhitzt.

Die beschriebene Ausgestaltung des Flammenkegels 7, dem von außen die zur Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft zugeführt wird, so daß eine Zone des Sauerstoffüberschusses in den Randbereichen der Flamme in Richtung auf die Mittelachse des Flammenkegels in eine Zone des Sauerstoffmangels übergeht, bewirkt, daß die dort eingeführten Ammoniakschwaden 4 bei relativ niedrigen Temperaturen in einer reduzierenden Atmosphäre verbrannt werden, so daß die bei der Verbrennung entstehenden Stickoxidmengen gering gehalten werden.

Die unter anderem bei der Verbrennung der aus einem Abtreiber 22 kommenden Ammoniakschwaden 4 entstehende Verbrennungswärme dient der Er-

hitzung eines Wärmeübertragungsmediums, beispielsweise Heißöls 18, das in den Rohrschlangen 17 von unten nach oben in der Konvektionszone in Richtung der Rauchgase 16strömt. Die Austrittstemperaiur des Heißöls beträgt konstant etwa 300° C. Es kann einem Verdampfer 19 durch die Leitung 20 zur Erzeugung von Dampf zugeführt werden, der wiederum zum Abtrieb von angereichertem Ammoniakwasser 21 im Abtreiber 22 eingesetzt wird. Je nach benötigter Dampfmenge fließt mehr oder weniger Hcißöl 18 durch den Verdampfer 19. Der überschüssige Teil der konstant umlaufenden ölmenge wird am Verdampfer vorbeigeführt und dem den Verdampfer durch Leitung 23 verlassenden öl zugemischt. Die Mischöltemperatur ist gleich Ofeneintrittstemperatur, die von der zu erzeugenden Dampfmenge abhängt. Die hierbei auftretende Gefahr, daß infolge zu niedriger Eintrittslemperatur des Heißöls 18 die Rauchgase 16 unter den Schwefelsäure-Taupunkt abgekühlt werden, wodurch die Korrosion im Röhrenofen 1 gefördert würde, begegnet der erfindungsgemäßc Brenner bcsonders wirkungsvoll in Verbindung mit dem beschriebenen, geschlossenen Hcißölkreislaufsystcm. Ohne großen Aufwand wird der im wesentlichen konstanten zu verbrennenden Ammoniakschwadenmenge in Abhängigkeit der Öleintrittstemperatur bei

ίο konstanter Olaustrittstempcratur eine veränderliche Menge Koksgas 12 in Verbindung mit der erforderlichen Menge Verbrennungsluft 13 zugesetzt. Hierdurch erreicht man. daß in jedem Betriebszustand des Röhrenofens 1 die Austrittstemperatur der Rauchgase 16 immer über 350° C liegt und damit der Schwefelsäure-Taupunkt im Ofen sicher nicht unterschritten wird

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbrennung von bei der Reinigung von Koksofengasen anfallenden Ammoniakschwaden, die zusammen mit einem zusätzlichen Brennstoff mittels Sauerstoff oder Luft in einem Verbrennungsofen unter Ausnutzung der Verbrennungswärme zu im wesentlichen Stickstoff und Wasser in reduzierender Atmosphäre verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ammoniakschwaden (4) in den Hohlraum (6) des Flammenkegels (7) des Brenners (2) eingeführt und unter unmittelbarer Wärmeabgabe an ein Wärmeübertragungsmittel (18) verbrannt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeübertragungsmittel (18) ein im geschlossenen Kreislauf im Gleichstrom mit den Verbrennungsgasen geführtes, umlaufendes Heißöl verwendet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (2) drei voneinander getrennte, für die gleichzeitige Zufuhr der Ammoniakschwaden (4), des Koksgases (12) und der Luft (13) geeignete Kanäle (5, 11, 15) aufweist, wobei jedem Kanal ein bestimmtes der drei genannten Gase (4, 12, 13) zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das Koksgas (12) führende Kanal (11) in einer Düse (9) mit einer Austrittsöffnung (8), vorzugsweise ringförmigen Querschnitts, mündet, daß der die Ammoniakschwaden (4) führende Kanal (5) im Bereich der Mündung der Düse (9), vorzugsweise mittig, in Form einer Verteilerlanze mündet, und daß der die Verbrennungsluft (13) führende Kanal (15) die Verteilerlanze (5) und die Düse (9) umgibt.