DE2617089C2

DE2617089C2 - Verfahren zur katalytischen Spaltung von Ammoniak

Info

Publication number: DE2617089C2
Application number: DE2617089A
Authority: DE
Inventors: German 8047 Karlsfeld Kurz; Joachim von Dipl.-Ing. Dr. 8032 Gräfelfing Linde; Robert Von Dipl.-Ing. Linde
Original assignee: CALORIC GESELLSCHAFT fur APPARATEBAU MBH 8032 GRAEFELFING DE
Current assignee: CALORIC GESELLSCHAFT fur APPARATEBAU MBH 8032 GRAEFELFING DE
Priority date: 1976-04-17
Filing date: 1976-04-17
Publication date: 1984-03-29
Also published as: DE2617089A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur katalytischer! Spaltung von Ammoniak zwecks Herstellung von Stickstoff oder eines Stickstoffgemisches, bei dem die zur Spaltung notwendige Wärme durch Verbrennen vor· Ammoniak erzeugt wird.

Es ist bekannt, ein Gemisch a<«> Ammoniak und Luft bei erhöhter Temperatur durch einen Katalysator zu schicken, an dem der Luftsauers^aff einen Teil des zugeführten Ammoniaks verbrennt, dabei den Katalysator beheizt und die für die Spaltung der restlichen Ammoniakmenge im Katalysator erforderliche Spaltwärme aufbringt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der Umstand, daß das Ammoniak-Luftgemisch zunächst vorgeheizt werden muß, um den Katalysator zum Anspringen zu bringen, und daß aufgrund der zweifachen Funktion des Katalysators, nämlich zirnächst Verbrennung eines Teils des Ammoniaks und sodann Spaltung des restlichen Ammoniaks, ein Platin-Rhodium-Katalysator verwendet werden muß, der teuer und vor allem temperaturempfindlich ist. Dies hat zur Folge, daß mit verhältnismäßig niedrigen Temperaturen gearbeitet werden muß, bei denen das Endgas noch einen erheblichen Anteil an ungespaltenem Ammoniak enthält.

Aus der DE-AS 20 17 540 ist ein Verfahren zur katalytischer! Spaltung von Ammoniak bekanntgeworden, bei dem eine indirekte Erwärmung des zu spaltenden Ammoniaks mit Hilfe von zwei Wärmetauschern erfolgt, von denen der eine von dem erzeugten Spahgas und der andere durch die heißen Abgase eines Brenners erhitzt wird, der zum Anfahren mit Butan und dann mit Spaltgas betrieben wird. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren durch die Anordnung von zwei Wärmetauschern von der Apparatur her sehr aufwendig ist, ist auch der verfahrenstechnische Wirkungsgrad schlecht, da die Wärmeausnutzung in den Wärmetauschern verhältnismäßig gering ist. Schließlich hat dieses Verfahren den Nachteil, daß als Brennstoff Spaltgas verwendet wird, das zuerst durch Spaltung von Ammoniak erzeugt wurde, so daß die Spaltanlage entsprechend größer ausgeführt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur katalytischen Spaltung von Ammoniak zu schaffen, das mit geringem apparativen Aufwand und ohne teuere Katalysatoren auskommt und eine weitgehend vollständige Spaltung ohne nachgeschaltete Verfanrensstufen ermöglicht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Erzeugung der Spaltwärme durch Verbrennung eines ersten Teils von Ammoniak in einem Brenner

ίο erfolgt, daß das dabei entstehende Gas durch Zusatz eines mindestens gleichgroßen zweiten Teils von Ammoniak abgekühlt und dieses Gemisch dann dem Spaltkatalysator zugeführt wird.

Zur Durchführung das erfindungsgemäßen Verfahrens sind weder teuere Katalysatoren noch Vorerhitzer oder Wärmetauscher erforderlich, da der Katalysator nur zur Spaltung und nicht auch zur Verbrennung zwecks Erzeugung der Spaltwärme verwendet wird. Es genügt ein einfacher Brenner und ein robuster, temperaturfester und relativ billiger Katalysator, z. B. ein Nickelkatalysator.

Vorzugsweise sou die Ammoniakverbrennung unterstöchiometrisch erfolgen. Dadurch findet eine geringere Stickoxidbildung statt Darüber hinaus ergibt sich eine größere Stabilität der Verbrennung, denn es hat sich gezeigt, daß ein Ammoniak-Luft-Brenner am sichersten im schwach unterstöchiometrischen Bereich um Lambda—0,8 brennt und daß mit diesem Gemisch auch ein Anfahren des Katalysators ohne elektrische Vorheizung möglich ist

Wenn dem Abgas der (beispielsweise mit Lambda 0,8 betriebenen) Verbrennung, die eine theoretische Verbrennungstemperatur von ca. 1750⁰C ergibt, die gleiche Menge Ammoniak zugemischt wird, so hat das dem Nickelkatalysator zugeführte Abgas-Ammoniakgemisch noch eine Temperatur von ca. 1050⁰C, wobei die erforderliche Spaltwärme schon berücksichtigt ist Das den Spaltkatalysator verlassende Gas hat eine Zusammensetzung von 37,7 Vol.-% H₂, Rest Stickstoff (auf trockenes Produktgas bezogen).

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Bildung von Stickoxiden zunächst in Kauf genommen. Sollen diese entfernt werden, so kann das aus dem Spaltkatalysator austretende Gemisch aus Abgas und Spaltgas z. B. zusammen mit abgekühltem Spaltgas einem Katalysator auf Platinbasis zugeführt werden, an dem die Stickoxide zusammen mit dem bei der Spaltung entstandenen Wasserstoff reduziert werden. Durch die Zugabe von abgekühltem Spaltgas kann das Gasgemisch auf die optimale Betriebstemperatur des zweiten Katalysators eingestellt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung im Schnitt schematisch dargestellten Ammoniak-Spalters erläutert.

Es sei zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen, die einen Ammoniak-Spalter mit einem Gehäuse zeigt, das eine keramisch ausgekleidete Brennkammer 1 aufweist, an die ein Brenner 2 angebaut ist. Dem Brenner 2 wird aus einer Ammoniakleitung 3 über eine Leitung 4 Ammoniak und durch eine Leitung 5 die Verbrennungsluft für eine leicht unterstöchiometrische Verbrennung zugeleitet. Aus der Ammoniakleitung 3 wird ein weiterer Ammoniakstrom über eine Leitung 6 der Brennkammer 1 stromab vom Brenner 2 zugeführt. Das Verhältnis der beiden durch die Leitungen 4 und 5 strömenden Gasmengen zueinander kann durch Regelventile T und 7" eingestellt werden. Das Abgas der Verbrennung im Brenner 1 wird durch das durch die

Leitung 6 zugegebene Ammoniak abgekühlt und das so gebildete Gemisch wird einem Katalysator 8, z. B. auf Ni- oder Fe-Basis, zugeführt. An diesem Katalysator wird das in dem heißen Gasgemisch enthaltene Ammoniak gespalten, wobei die Spaltwärme der Enthalpie des heißen Gemisches entnommen wird.

Die aus der Verbrennung herrührenden Stickoxide werden zusammen mit dem aus der Ammoniakspaltung herrührenden Wasserstoff an einem zweiten Katalysator 9 reduziert, der zweckmäßig auf Platin- oder Kupferbasis arbeitet Zwischen den beiden Katalysatoren 8 und 9 kann zur Temperatursenkung des Gasgemisches kaltes Spaltgas durch eine Leitung 10 zugeführt werden.

Um den Stickstoffgehalt des Spaltgases za erhöhen, kann in einer zweiten Brennkammer 11 weitere Luft durch eine Leitung 12 in das heiße Gasgemisch eingebracht werden. Um die Bildung weiterer Stickoxide zu unterdrücken, kann durch eine Leitung 13 kaltes Spaltgas zugegeben werden. Es kann aber auch ein weiterer Katalysator 14 nachgeschaltet werden, in dem entstandene Stickoxide abgebaut werden. Das heiße Gas durchströmt dann einen Kühler 15 und einen Wasserabscheider 16, ehe es durch eine Leitung 17 der Verwendung zugeführt bzw. durch ein Gebläse 19 in die Leitungen 10 und 13 gefördert wird. Die beiden Kühlgasströme durch die Leitungen 10 und 13 werden durch Regelventile 18' und 18" eingestellt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur katalytischer! Spaltung von Ammoniak, bei dem die zur Spaltung notwendige Wärme durch Verbrennen von Ammoniak erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Spaltwärme durch Verbrennung eines ersten Teils von Ammoniak in einem Brenner erfolgt, daß das dabei entstehende Gas durch Zusatz eines mindestens gleich großen zweiten Teils von Ammoniak abgekühlt und dieses Gemisch dann dem Spaltkatalysator zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ammoniakverbrennung unterstöchiometrisch erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Spaltkatalysator austretende Gemisch aus Abgas und Spaltgas abgekühlt einem Katalysator auf Platin- oder Kupferbasis zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch abgekühltes Spaltgas zwecKS Abkühlung beigegeben wird.