DE2617089A1

DE2617089A1 - Ammoniak-spalter

Info

Publication number: DE2617089A1
Application number: DE19762617089
Authority: DE
Inventors: German Kurz; Joachim Von Dipl Ing Dr Linde; Robert Von Dipl Ing Linde
Original assignee: Caloric Gesellschaft fuer Apparatebau mbH
Current assignee: Caloric Gesellschaft fuer Apparatebau mbH
Priority date: 1976-04-17
Filing date: 1976-04-17
Publication date: 1977-11-03
Also published as: DE2617089C2

Description

Ammoi.iakspa 1 ter
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anlagen zur Gaserzeugung, in denen StickstoFf oder ein Wasserstoff-Si-ickstoffgemisch durch thermische Spaltung von Ammoniak hergestellt werden soll und insbesondere auf solche Gaserzeuger, bei denen die zur Spaltung notwendige Wärme durch Verbrennung eines Ammoniakanteils aufgebracht wird.
Es ist bereits bekannt: ein Gemisch aJs Ammoniak und Luft bei höherer Temperatur durch einen Katalysator zu schicken, an dem der Luftsauerstoff einen Teil des zugeleiteten Ammoniaks verbrennt, dabei den Katalysator beheizt und die für die Spultun3 der restlichen Ammoniakmenge im Katalysator erforderliche Spaltwärme auFbringt.
Bei der bekannten Anlage wird ein Platin-Rhodium-Katalysator, der bei verhältnismäßig niederen Tempe-aturen arbeitet, verwendet, um die bei höheren Tempecaturen zu erwartende Bildung von Stickoxyden zu vermeiden. Das bekannte Verfahren ist begrenzt aJf die Vearbeitung von Ammoniak-Luftgemischen, die ohne weitere Ve.-brennung einen Wasserstoffgehalt von 15 bis 25 % Vol im Erdgas hinter dem Katalysator ergeben. Um höhere Stickstoffgehalte zu erhalten, muss eine Verbrennungsstufe nachgeschaltet werden. Einer der Nachteile dieses Je fahrens liegt in der Notwendigkeit des Platin-RhoaZium-Katalysators, der teuer und tempei-aturempcindl ich ist.
Weitere Nachteile liegen in der erforderlichen Vorheizung und der Natwendigkeit, das zugeleitete Gemisch in seiner Zusammensetzung zu begrenzen, um Überhitzungen des Kontakts zu vermeiden. Da bei der bekannten Einrichtung die Bildung von Stickoxyden durch Wahl des Ka:-alysators der niederen Betriebstemperotur von vornherein vermieden werden soll, ergibt sich ferner ein erheblicher Rest ungespaltenen Ammoniaks im Erdgas.
Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, dass dem heissen Abgas der Verbrennung eines Ammoniakanteils in einen einfachen Brenner mindestens so viel Ammoniak zugesetzt wird, wie für die Teilverbrennung verwendet wurde und dass dann das heisse Gasgemisch einem Katalysator zwecks Spaltung des restlichen Ammoniaks zugeleitet wird. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren wird die Bildung von Stickoxyden zunächst in Kauf genommen Als Vorteil ergibt sich damit aber ein sehr einfacher Aufbau der Ve brennungseinrichtung und die Möglichkeit, die Spaltung an einem robusten und temperaturfesten Katalysator, z.B. einem weniger aufwendigen Nickelkontakt, vorzunehmen.
Die entstan:len(nund hinter dem ersten Katalysator noch vorhandene Stickoxyde werden bei dem Gaserzeuger gemäß der Erfindung mit dem bei der Spaltung entstandenen Wasserstoff an einem nachgeschalteten Katalysator reduziert. Dieser zweite Katalysator ist vorzugsweise ein Platinkontakt. Um dessen Übarhitzung zu verhindern, kann das dem ersten Katalysator verlassende Gasgemisch, z.B. durch Zumischen von rückgeführte kalten Spaltgas auf die optimale Betriebstemperatur des Kontaktbettes abgekühlt werden. ErfindungsgemäS wird die erste Verbrennung in einem Brenner durchgeführt, der entweder mit der theoretischen Luftmenge oder vorzugsweise unterstöchiometrisch betrieben wird. Es ergibt sich aus der Vermeidung von Sauerstofftiberschuss eine geringere Stickoxydbildung bei der Verbrennung, die zudem unter etwas niederer Temperatur stattfindet. Der Hauptvorteil dieses Vorschlages liegt jedoch in der grösseren Stabilität der Verbrennung. Es hat sich nämlich gezeigt, dass ein Ammoniak-Luftbrenner am sichersten im schwach unterstöchiometrischen Bereich um Lambda = 0,8 brennt und dass mit diesem Gemisch auch ein Anfahren des Gaserzeugers ohne elektrische Vorheizung des Katalysators möglich ist.
Wenn gemä.3 dem vorliegenden Vorschlag dem Abgas der (für das Beispiel angenommen mit theoretischer Luftzahl Lambda 0,8 betrieben) Teilverbrennung, die eine theoretische Verbrennungstemperatur von ca. 17500C ergibt, die gleiche Menge NH3 zugemischt wird, so hat das dem Nickelkontakt zugeleitete Abgas - NH3 - Gemisch noch eine Temperatur von ca. 10500, wobei die erforderliche Spaltwärme schon berücksichtigt ist. Das den Spaltkontakt verlassende Gas hat eine Zusammensetzung von 38.7 Vol % H2 und den Rest als St ickstoff (auf trockenes Produktgas bezogen). Eine Steigerung des H2-Gehcltes bis auf bis ca. 50 - 55 Vol % lässt sich durch Vo:wörmung der Verbrennungsluft erreichen. So hohe H2-Gehalte sind bei dem bekannten Verfahren mit der Verbrennungswärme der NH3 arbeitenden Spaltanlagen nicht erreichbar.
Die Vorwärrnun3 der Verbrennungsluft und ggf. auch des Ammoniaks kann in einfacher Weise durch Wärmetausch mit dem heissen Gas hinter dem zweiten Katalysator erfolgen.
Da bei dem vorgeschlagenen Gaserzeuger höhere Temperaturen bei der Verbrennung auftreten, die zu einer schnellen Einstellung des Wassergasgleichgewichts führen, wurde aus dem Kohlensäuregehelt der Vebrennungsluft Kohlenmonoxyd entstehen, das im erzeugten Gas sehr unerwünscht ist und auch den Platinkontakt des Gaserzeugers angreift. Gernän der Erfindung wird vorgeschlagen, die dem Gaserzeuger zugeführte Verbrennungsluft durch eine CO2 bindende Vorlage zu schicken, z.B. einen Waschturm mit wässriger N OH. Dadurch wird die Entstehung von Kohlenoxyd und damit a ein Angriff auf den Katalysator vermieden und ein von CO und C02 vollkommen freies Endgas ermöglicht.
Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1 u. 2 noch näher erläutert.
Es stellt Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Ammoniakspalter gemä3 der Erfindung dar und Fig. 2 ein Fließbild durch eine Spaltanlage mit vorgeschaltetem Kohlensäurewöscher.
Dem an eine Brennkammer 1 angebauten Brenner 2 wird aus einer Ammoniakleitung 3 über eine Leitung 4 Ammoniak zugeführt. Die Verbrennungsluft für eine leicht unterstöchiometrische Umsetzung wird-gaf. vorgewärmt- über 5 zugeleitet. Aus der Ammoniakleitung 3 wird ein weiterer Ammoniaksfrom über Leitung 6 der keramisch ausgekleideten Brennkammer stromab vom Brenner zugeleitet. Das Verhältnis der beiden in 4 und 6 fliessenden Gasmengen zu einander kann durch Regelventile 7I und 7II eingestellt werden.
Das durch die Zumischung des Ammoniakstroms aus 6 abgekühite Abgas wird im Katalysatorbett 8 umgesetzt. An diesem Katalysator, z.B. auf Ni oder Fe-Basis, wird das Ammoniak im heissen Gasgemisch gespülten, wobei die Spaltwärme der Enthalpie des heissen Gemisches entnommen wird Die aus der Verbrennung herrührenden Stickoxyde werden an einem zweiten Katalysator 9, der zweckmänig auf Platinbasis arbeitet, mit dem aus der Ammoniakspaltung herrührenden Wasserstoff reduziert. Der Platinkontakt könnte auch durch einen Katalysator auf Ku?ferbasis ersetzt werden. Zwischen den beiden Katalysatoren kann zur Temperatursenkung des Gasgemisches kaltes Produktgas aJs einer Leitung 10 zugeführt werden.
Un den Stickstoffgehalt des Spaltgases zu erhöhen, kann in einer zweiten Brennkammer 11 weitere Luft aus Leitung 12 in das heisse Gasgemisch eingebracht werden.
Um dabei aber nicht infolge zu hoher Temperatur weitere Stickoxyde zu erzeugen, ist vorgesehen aus Leitung 13 kaltes Produktgas zuzugeben. Es kann a'ser auch ein weiteres Katalysatorbett 14 nachgeschaltet sein, in dem entstandene Stickoxyde abgebaut werden. Das heisse Gas durchströmt dann Kühler 15 und einen Abscheider 16 für das Verbrennungswasser, ehe es durch Leitung 17 7 der Verwendung zugeführt bzw. zur Kühlung durch Gebläse 29 rückgeführt wird. Die beiden Kuhlgassfröme aus 10 und 13 werden durch Regelventile 181 und 1811 In Fig. 2 ist der erfindungsgemöße Ammoniakspalter iiu Zusammenwirken mit einem LuFtwäscher 20 dargestellt. In diesem wird die über Filter 21 zugeführte LuFt mit wird einer CO2 bindenden Lauge z.B. NaOH-Lösung gewaschen. Diese Lauge/durch eine u Pumpe 22 über ein Fullkörperbett 23 umgepUmpt. Die gereinigte Luft verlässt nach Durchströmen eines Tropfenabscheiders 24 den Wäscher und wird durch ein Gebläse 25 entweder unmittelbar durch Leitung 5 oder über einen Wärmetauscher 26 durch Leitung 27 dem Brenner 2 zugeleitet. Das heisse Produktgas durchströmt nach dem Wärmetauscher 26 noch den Kühler 15 hinter dem das Verbrennungswasser in einem Abscheider 16 ausgeschieden wird. Von dort strömt das Gas durch Leitung 17 zum Verbraucher oder durch Gebläse 28 in die Kühlgasleitungen 10 und 13.
Die beiden Katalysatorfüllungen 8 und 9 können auch dicht aufeinander oder unmittelbar ineinander übergehend angeordnet werden, wenn auf eine Kühlung zwischen ihnen verzichtet wird.

Claims

Ansprüche 1 Ammoniakspalter, bei dem die Spaltwärme durch Veobrennung eines NH3-Anteils aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem heissen Abgas dieser Verbrennung mindestens so viel NH3 zugesetzt wird, wie für die Teilverbrennung verwendet wurde und dass das heisse Gemisch einem Katalysator zwecks Spaltung zugeleitet wird.
2. Ammoniakspalter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Teilverbrennung unterstöchiometrisch erfolgt.
3. Ammoniakspalter nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltkatalysator auf Nickelbasis arbeitet.
4. Ammoniakspalter nach Anspruch 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, dass auf den Spaltkatalysator ein zweiter Katalysator auf Platinbasis folgt.
5. Ammoniakspalter nach Anspruch 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch von Abgas und Spaltgas zwischen beiden Katalysatoren abgekühltes Gas zugesetzt wird.
6. Ammoniakspalter nach einem de-- Ansprüche 1 - 5 dadurch gekennzeichnet, dass auch der Teilverbrennung im oder hinter dem Brenner abgekühltes Gas zugeführt wird.
7. Ammoniakspalter nach einem der Ansprüche 1 - 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Ve-brennungsluFt für die Teilverbrennung vor dieser einer KohlensäJrewäsche unterzogen wird.