DE2626203C2

DE2626203C2 - Vorrichtung zum Entfernen von Ammoniak aus einer Ammoniak enthaltenden Beschickung

Info

Publication number: DE2626203C2
Application number: DE19762626203
Authority: DE
Inventors: Robert Bollington Cheshire Harrison; Stanislaw Edward Mobberley Cheshire Suniewski
Original assignee: JENKINS ROBERT SYSTEMS Ltd; Robert Jenkins Systems Ltd Rotherham South Yorkshire
Current assignee: Robert Jenkins Systems Ltd Rotherham South York
Priority date: 1975-06-14
Filing date: 1976-06-11
Publication date: 1986-03-20
Also published as: GB1555488A; JPS5527648B2; FR2314441B1; JPS5225482A; DE7618549U1; FR2314441A1; DE2626203A1

Description

mit der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung behandelt werden kann, ist ein von der Umsetzung von Kohle zu Koks herrührendes Gas. Das von einem solchen Verfahren herrührende Rohgas kann gewaschen und als eine Ammoniakflüssigkeit, die eine kleine Menge Ammoniak, z. B. 1—2 Gew.-%, enthält, auf eine Destillationskolonne gegeben werden. Das Destillat der Destillationskolonne weist Ammoniak und Dampf auf, möglicherweise auch kleine Mengen von anderen Materialien, wie HiS und HCN, und kann auf einen Partialkondensator gegeben werden. Das Destillat des Partialkondensators kann als Gemisch aus Beschickung und Wasserdampf zu der erfindungsgeniäßen Vorrichtung geleitet werden. Das Verhältnis von Dampf zu Ammoniak in der Beschickung zu der Oxidationszone kann durch Einstellung der Temperatur des Partialkondensators gesteuert werden. Die Beschickung kann gegebenenfalls durch wasserfreies Ammoniak und Dampf in den zutreffenden Mengen gemischt werden.

Es wird angenommen, daß zwei Faktoren dafür von Bedeutung sind, daß die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Gase einen niedrigen Gehalt an Stickstoffoxiden haben. Zunächst verläuft äs Zersetzung von Ammoniak in Gegenwart von Wasserdampf umso schneller, je höher die Temperatur ist, aber ergibt einen niedrigeren Gehalt an Stickstoffoxiden, je niedriger die Temperatur ist Das wirkungsvolle Mischen des Gemisches aus Beschickung und Wasserdampf und der Verbrennungsprodukte der Brenner, die durch die Einführung der Beschickung durch eine ringförmige öffnung um die Brenner und bei einem Mischen unterhalb einer Temperatur der Flammtemperatur erreicht wird, während der sich das Gleichgewicht einstellt, ergibt ein Produkt, das einen zufriedenstellend niedrigen Gehalt an Stickstoffoxiden innerhalb einer annehmbaren Zeit hat Ferner kann das Vorliegen von Schwefel (H2S) die Bildung von Stickstoffoxiden bei der Zersetzung von Ammoniak in der Gegenwart von Wasserdampf unterdrücken.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung der Erfindung veranschaulicht; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenschnittansicht einer Vorrichtung,

Fig.2 eine schematische Seitenschnittansicht der Brennerzone der in Fi g. 1 dargestellten Vorrichtung,

F i g. 3 einen Schnitt nach A-A der F i g. 2 und

F i g. 4 einen Teilseitenschnitt eines 3renners.

Die in den Fig. 1 -3 gezeigte Vorrichtung 1 weist eine Reaktionskammer 2 und eine Brennerzone 3 auf. Die Reaktionskammer 2 weist eine erste Oxidationszone 4 und eine zweite Oxidationszone 5 auf. wobei die erste Oxidationszone an der Brennerzone 3 liegt Ein Luftkühlteii 6 trennt die Oxidationszonen 4 und 5; an die zweite Oxidationszone 5 schließt sich ein weiterer Luftkühlteii 7 an.

Die Brennerzone 3 weist einen Brenner 8, eine Einlaßkammer 9 für die ammoniakhaltige Beschickung, einen Einlaß 10 zur Einleitung der ammoniakhaltigen Beschikkung in die Kammer 9, einen Haupteinlaß 11 für Luft und Gas, einen Einlaß 12 für Startgas, eine Gaszündflamme 13 (es können mehr als eine Zündflamme vorgesehen werden) und Einlasse 14 für die Verbrennungsluft auf.

Die Leitung 15 führt die Verbrennungsluft zu den Verbrennungslufteinlässen 14; die Zuleitung der Verbrennungsluft wird durch einen Ventilator 16 gefördert.

Die ammoniakhaltige Beschickung wird dem Einlaß 10 und der Kammer 9 übür die Leitung 17 zugeführt. In gleicher Weise wird Gas (d. h. die Verbrennung unterhaltender Brennstoff) dem Haupteinlaß 11 für Luft und Gas, dem Einlaß 12 für Startgas und für die Gaszündung 13 durch die Leitungen 18,19 und 20 zugeführt
Verbrennungsluft kann durch die Leitungen 15, 21 und 22 auch den Kühlteilen 6 und 7 zugeführt werden. Es können getrennte Ventilatoren angewendet werden, um die Leitung von Verbrennungsluft zu der Kühlluftzone 7, Brennerzone 3 und Kühlzone 6 zu ermöglichen.

Aus den F i g. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Gaseinlässe 112 für Startgas und die Haupteinlässe 11 für Luft und Gas getrennt sind, wobei die Haupteinlässe 11 für Luft und Gas um die Einlasse für Startgas herum angeordnet sind.

Der Brenner gemäß F i g. 4 ist zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet Gemäß den F i g. 2 und 3 wird Luft und Gas dem Brenner über den Einlaß 11 zugeführt; das Startgas wird über die Leitung 19 und den Einlaß 12 zugeleitet, und Verbrennungsluft wird über die Einlasse 14 zugeführt Nachdem die verschiedenen Gase, d. h. die Verbrennungsluft sowie der die Verbrennung unterhaltende Brennstoff durch die verschiedenen Einlasse hinzugekommen sind, gelangen die Gase durch ein keramisches Venturihohlsteinwerk, das üblicherweise aus Ziegeln gebildet ist von welchen jeder 4 Venturirohre enthält; die Ziegel sind zusammenzementiert Die gesamte Verbrennungsluft wird in den Rücken des Brenners 8 eingeleitet, aber es liegt eine Trennung zwischen Luft und Gas und Startgas vor. Die Luft für den Zündbrenner dringt in diesen durch eine kleine nicht gezeigte Leitung ein, die mit der Windbox 23 verbunden ist Die durch die Leitung 14 eintretende Verbrennungsluft wird in verschiedene Ströme aufgeteil«, und zwar für das Startgas und für die Zündbrenner durch innenliegende, nicht dargestellte Leitungen.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der Gasbrenner in 2:wei getrennte Teilbrenner unterteilt ist, d. h. einen peripheren Teil für den kontinuierlichen Betrieb, der eine Leistung von 20% der Wärmefreigabe der ismmoniakhaltigen Beschickung hat, und einen zentralen Teil für den Start welcher vorzugsv/eise eine Wärmefreigabe aufweist die der auf die ammoniakhaltige Beschikiiunig zurückzuführenden Wärmefreigabe äquivalent ist. Die gesamte für die vollständige Oxidation der ammoniakhaltigen Beschickung erforderliche Verbrennungsluft und der die Verbrennung unterhaltende Brennstoff geht durch den Brenner und ist von der ammoniakhaltigen Beschickung getrennt Die ammoniakhaltige Beschikkung strömt stromab der Brennermündung ringförmig in die Verbrennungszone des äußeren Brennerringes und mischt sich mit der überschüssigen Luft die durch die Mitte des Brenners eintritt Die ammoniakhaltige Beschickung hat vorzugsweise eine Temperatur von etwa 8*° C.

Die Konzentration der Mischung aus ammoniakhaltiger Beschickung u.tJ Wasserdampf ist derart daß die amnrioniakhaltige Beschickung thermisch bei einem verhältnismäßig niedrigen Überschuß von Luft oxidiert werden kann. Der Wasserdampf wirkt als eine Wärmesenke, um die Temperatur der ersten Verbrennungszone auf einer Höhe von vorzugsweise etwa 1140⁰C zu halten.

Wenn die Vorrichtung von niedrigem Temperaturniveau auf die Betriebstemperatur gebracht wird, werden sowohl der periphere äußere als auch der zentrale Teil verwendet Bei der Einführung der ammoniakhaltigen Beschickung bei der vorgesehenen Konzentration, wird der als Startbrenner dienende zentrale Teil abgeschal-

tet. Der weiter betriebene äußere Teil liefert die erforderliche thermische Energie, um das Ammoniak zu spalten, und das Ammoniak selbst zugleich mit gegebenenfalls vorliegendem Schwefelwasserstoff und Cyanwasserstoff liefert die übrige Verbrennungswärme, um die Zersetzungstemperatur aufrecht zu erhalten. Wenn die Vorrichtung unterhalb der vorgesehenenen Ammoniakleistung läuft, wird der Startbrenner bezüglich der Wärmefreigabe lediglich reduziert, aber nicht völlig abgeschaltet, wodurch ermöglicht wird, daß die gesamte vorgesehene Wärmefreigabe aufrecht erhalten werden kann. Der Hauptbrenner reguliert eine Änderung in der Wärmefreigabe, um Schwankungen in de? Ammoniakmenge in der Beschickung für die Verbrenner auszugleichen.

Es wird angenommen, daß in der kurzen Verweilzeit der Ammoniakbeschickung in dem Flammenring die Rpaktionstemneratur auf eine das Ammoniak crackende Initialtemperatur angehoben wird. Das gecrackte Ammoniak mischt sich dann mit der Luft und das hohe Wasserstoff/Stickstoffverhältnis verringert die Verfügbarkeit von Sauerstoff, um mit dem aktiven Stickstoff bei hoher Flammentemperatur zu reagieren und die Bildung von Stickstoffoxid zu erhöhen.

Gegebenfalls vorliegender Schwefelwasserstoff und Cyanwasserstoff werden in der ersten Verbrennungszone teilweise oxidiert; eine völlige Oxidation findet in der zweiten Verbrennungszone durch Zusetzen überschüssiger Luft statt, um eine niedrige Temperatur zu erreichen, welche die Umsetzungsgeschwindigkeit von Stickstoffoxid zu Stickstoffdioxid verringert. Vorzugsweise wird die erste Verbrennungszone bei einer Sauerstoffkonzentration von etwa 5 Vol-% und die zweite Verbrennungszone bei etwa 12 bis 15 Vol-% Sauerstoff betrieben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

45

50

55

60

Claims

1 2 aschung zu entfernen. Eine solche Veraschung kann inPatentansprüche: des zu einem Gas führen, das größere Mengen von Stickstoffoxiden enthält, als im Hinblick iuf den Schutz

1. Vorrichtung zum Entfernen von Ammoniak aus der Umwelt zulässig ist i

einer ammoniakhaltigen Beschickung durch thermi- 5 In der DE-OS 20 14 248 wird eine Vorrichtung zur sehe Oxidation, bei welcher man die Beschickung im Umwandlung NO_x-haltiger Gase in ,schadlose Abgase Dampfzustand in Gegenwart von Wasserdampf der beschrieben, in der man Brennstoffe in einer ersten ReEinwirkung einer hohen Temperatur aussetzt, beste- aktionskainmer in Gegenwart unterstöchiometrischer hend aus einem Einlaß für die ammoniakhaltige Be- OrMengen zu nicht vollständig oxidierten Vcrbrenschickung, einem Brenner, einer Reaktionskammer io nungsprodukten umsetzt, diese dann bei erhöhten Temmit zwei Oxidationszonen und einem Mittel zum peraturen unter Ausschluss weiteren Sauerstoff mit den Einlaß von Luft, das am stromaufwärtigen Ende der ΝΟχ-haltigen Gasen zu molekularem Stickstoff und ersten Oxidationszone angeordnet ist, dadurch Verbrennungsprodukten der Brennstoffe reagieren gekennzeichnet, daß lässt und diese dann in einer zweiten Reaktionskammer

15 m Gegenwart von O2 vollständig zu CO2 und H2O oxi-

a) die Reaktionskammer (2) einen verringerten diert und in die Atmosphäre ablässt

Querschnitt am Eingang verglichen mit dem Die Erfindung stellte sich die Aufgabe, eine Vorrich-

Querschnitt der 1. und 2. Oxidationszone auf- tung anzugeben, mit der bei verhältnismässig geringem

weist und die zweite Oxidationszone (5) ein klei- Aufwand eine weitgehende Entfernung von Ammoniak neres Volumen hat als die erste Oxidationszone 20 aus einer ammoniakhaltigen Beschickung möglich ist

(4), Dabei war ein modernen Sicherheitsstandard für Indu-

b) der Brenner (8) einen Einlaß (12) für Luft oder striegasemissionen gerecht werdender reduzierter AnLuft und Startgas sowie einen Haupteinlaß (11) teil schädlicher Gase sicherzustellen.

für Luft und Gas hat, der eine Kapazität von Vorliegende Erfindung sieht dazu eine Vorrichtung

20% der Wärmefreigabe der ammoniakhaltigen 25 vor, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist Sie

Beschickung hat und den Einlaß (12) umgibt, ermöglicht es, aus einem ammoniakhaltigen Gas das

c) der Einlaß (10) für die ammoniakhaltige Be- Ammoniak praktisch vollständig zu entfernen, da nach Schickung den Brenner (3) umgibt und der Erfindung ein Gas erhalten wird, das sehr geringe

d) die Reaktionskammer (2) ein Mittel zur Einlei- Mengen an Stickstoffoxiden enthält; im allgemeinen tung von Wasserdampf hat. 30 weniger als 10 ppm, ausgedrückt als Konzentration von

NO» wobei χ mindestens gleich 1 ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der zeichnet, daß der Einlaö (10) ckr ammoniakhaltigen Wasserdampf zugleich mit der ammoniakhaltigen BeBeschickung stromabwär :s vom Brenner (8) gelegen Schickung von der Stirnfläche in die Reaktionszone einist 35 geführt werden; es ist aber auch möglich, Wasserdampf

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, in die Reaktionszone zu sprühen.

dadurch gekennzeichnet, daß das zur Einleitung von In der Reaktionszone werden die Beschickung und

Wasserdampf in die Reaktionskammer vorgesehene der Wasserdampf durch die Verbrennungsprodukte ei-

Mittcl die Einführung des Wasserdampfs durch den nes gasförmigen Brennstoffes auf eine sehr hohe Tem-

Einlaß (10) für die ammoniakhaltige Beschickung er- 40 peratur gebracht Geeignete gasförmige Brennstoffe

möglicht haben einen Heizwert von mehr ah 16,76 · 10³ kj/m³

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, unter Standardbedingungen.

Geeignete Brennstoffe dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der zweiten sind Koksofengas, Stadtgas, natürliches Gas, Raffinerie-Oxidationszone (5) kürzer als die Länge der ersten gas, Propan, Butan und Mischungen von Propan und Oxidationszone (4) ist. 45 Butan.

Die Einleitung der ammoniakhaltigen Beschik-

kung bzw. des Gemisches aus Beschickung und Wasser-

dampf aus einer ringförmigen Einlaßkammer erfolgte

vorteilhafterweise etwas stromabwärts von den Brennern, d. h. in einem Bereich, der unter der hohen Tempe-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfer- 50 ratur der Flamme selbst liegt.

Eine ununterbrochene nen von Ammoniak aus einer ammoniakhaltigen Be- Einleitung des Gemisches aus Beschickung und Wasserschickung durch thermische Oxidation, bei welcher man dampf durch eine ringförmige öffnung und eine Flamdie Beschickung im Dampfzustand in Gegenwart von me, die zentral in der ringförmigen Brennerzone gebil-Wasserdampf der Einwirkung einer hohen Temperatur det wird, führen zu einer besonders wirkungsvollen Miaussetzt, bestehend aus einem Einlaß für die ammoniak- 55 schung des Gemisches aus Beschickung und Wasserhaltige Beschickung, einem Brenner, einer Reaktions- dampf und der Verbrennungsprodukte des die Verbrenkammer mit zwei Oxidationszonen und einem Mittel nung unterhaltenden Brennstoffes.

Die Verbrennungszum Einlaß von Luft, das am stromaufwärtigen Ende der zone ist zylindrisch und hat einen engen Querschnitt und |f ersten Oxidationszone angeordnet ist.

Eine solche Vor- sie bildet so eine verengte Brennzone.
ρ richtung ist durch die Zeitschrift »Chemie-Ing.-Techn.« 60 Das Gemisch aus Beschickung und Wasserdampf 46.

Jahrg, 1974, Nr.

15, S. 628—635 bekannt. kann, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschickung Beim Betrieb eines Koksofens ist es sehr erwünscht, und Wasserdampf, 20 bis 80 Gew.-% Ammoniak aufweidaß der Ammoniakgehalt des aus dem Koksofen ent- sen und hat im allgemeinen eine Temperatur von 20 bis weichenden Rohgases auf einen sehr niedrigen Wert 95° C. Wenn das Gemisch aus Beschickung und Wassergebracht wird, ehe man das Gas als Brennstoff verwen- 65 dampf Koksofengas ist, das von der Ammoniak-Destildet. Bisher wurde aus einem solchen Rohgas oft flüssi- lationskolonne erhalten wurde, beträgt die Temperatur ges Ammoniak gewonnen. Man hat auch schon vorge- vorzugsweise 80 bis 86°C.
schlagen, aus dem Rohgas das Ammoniak durch Ver- Ein Beispiel einer ammoniakhaltigen Beschickung, die