DE4206241C2 - Vorrichtung zum Entfernen von Ammoniak aus einer Gasströmung - Google Patents

Vorrichtung zum Entfernen von Ammoniak aus einer Gasströmung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von Ammoniak aus einer Gasströmung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der Zeitschrift "Environmental Science & Technology", Vol. 7, No. 1, Januar 1973, S. 51-54 bekannt. Dort ist beschrieben, wie Ammoniak durch Schamotte absorbiert wird, indem es - möglicherweise vermischt mit anderen Gasen - durch eine mit Schamottestein ausgestattete Röhre geleitet wird.
Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist die Tatsache, daß sich der Scha­ mottestein im Verlaufe der Zersetzung des Ammoniaks verbraucht; es sind deshalb Betriebsunterbrechungen nötig, in denen er im Rahmen von Wartungsarbeiten ausgetauscht werden muß.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine dauerbetriebstaugliche und wartungsarme Vorrichtung zu schaffen, in der Ammoniak aus einer Gasströmung, welche möglicherweise mehrere Gase enthält, absorbiert wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufge­ führten Merkmale gelöst.
Vorteilhaft bei dieser Vorrichtung ist die wartungsarme Betriebsweise. Der von einem Gasgemisch durchströmte Hohlkörper weist mindestens zwei Öffnungen auf, durch die ein mit Säure getränktes Fasermaterial geführt ist. Dabei ist das eine Ende des Fasermaterials in eine Säure getaucht, während das andere Ende frei hängt. Auf diese Weise wird durch die Kapillarwirkung des Fasermaterials stets etwas Säure ange­ saugt und für die Absorption des Ammoniaks in den Hohlkörper geführt, während gleichzeitig an dem freien Ende mit Ammoniak angereicherte Säure abtropft. Wenn das Gefäß recht viel Säure fassen kann, muß nur sehr selten die Säure ausgetauscht werden; es ist also ein wartungsar­ mer Dauerbetrieb möglich. Es ist auch denkbar, einen Zu- und einen Ablauf für Säure in dem Gefäß vorzusehen, so daß der Säureaustausch auch ohne Betriebsunterbrechung vorgenommen werden kann. Säuren eignen sich zum Absorbieren von Ammoniak besonders gut, weil Ammoniak eine große Affinität zu Wasser und Säuren aufweist.
Vorteilhaft ist die Verwendung von Phosphorsäure für die Absorption des Ammoniaks, weil dann die Aufnahme von CO, NO, und NO₂ aus dem durch den Hohlkörper fließenden Gasstrom vermieden wird. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn der Gasstrom aus einem Verbrennungsmotor kommt und die Vorrichtung zum Zwecke der Beseitigung des Ammoniaks einem Abgasmeßsystem vorgeschaltet ist. Das Ammoniak sollte aus dem Gasstrom beseitigt werden, damit es nicht bei Anwesenheit von sauren Gasbestandteilen - beispielsweise Schwefelsäure - in dem Abgasmeßsystem eine Verbindung zu festem Ammoniumsulfat eingeht, welches die Meßleitungen verstopfen könnte.
Von Vorteil ist die Verwendung eines Rohres als Hohlkörper, durch den den der von Ammoniak zu befreiende Gasstrom geleitet wird. Wenn nämlich der Durchmesser des Rohres an das Gasführungssystem einer nachgeschalteten Meßeinrichtung angepaßt ist und gleichzeitig die in das Gefäß mit der Säure führenden Öffnungen in dem Rohr mit dem dort hindurchgeführten Fasermaterial ausgefüllt sind, ist sichergestellt, daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kein zusätzliches Totvolumen in das Gesamtmeßsystem eingefügt ist. Es wird nämlich verhindert, daß Meßgas aus dem Rohr durch die Öffnungen in das Gefäß gelangt. Auf diese Weise werden Messungen durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht verlangsamt.
Günstig ist der Betrieb der Vorrichtung bei einer Temperatur von ca. 50-100°C. Bei dieser Temperatur wird verhindert, daß die Säure Feuchtigkeit aus dem Meßgas aufnimmt.
Wenn die Öffnungen des von der Gasströmung durchfluteten Hohlkörpers durch zusätzliches Fasermaterial abgedeckt sind, welches außen auf dem Hohlkörper angebracht ist, wird verhindert, daß ein Teil der Gasströmung durch die Öffnungen ins Innere des Gefäßes eindringt. Das ebenfalls mit Säure getränkte Fasermaterial dient also der Abdichtung der Öffnungen und sorgt dafür, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung kein Totvolumen darstellt, in dem sich größere Mengen an Gasen ansammeln.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen. Eine Verwendung der Erfindung ist im Anspruch 11 definiert.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in zwei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels, aus dem sich weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben, näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung, und
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Rohr und ein an dieses angebrachtes Fasermaterial ähnlich wie in Fig. 1, wobei die Blickrichtung gegenüber Fig. 1 um 90° verschoben ist.
Eine Ammoniak aus einer Gasströmung beseitigende Vorrichtung weist ein gasdichtes, geschlossenes Gefäß (1) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) auf. Durch zwei gegenüberliegende Öffnungen im Gefäß (1) ist ein aus Keramik bestehender Hohlkörper (2) in Form eines Rohres geführt, wobei zwischen Gefäß (1) und Hohlkörper (2) ein gasdichter Verschluß vorhanden ist. Durch das Rohr wird Meßgas geführt, welches aus einem Gemisch mehrerer Gase besteht. Bei dem Meßgas kann es sich um Gase aus einem Verbrennungsprozeß handeln, beispielsweise um Abgase aus einem Verbrennungsmotor oder aus einem Kraftwerk. Nach dem Verfahren der selektiven katalytischen bzw. nicht katalytischen Reduktion wird vielfach Ammoniak als Reduktionsmittel zur Entfernung von Stickoxiden aus Verbrennungsabgasen eingesetzt. Für eine Gasanalyse mit einem Meßgerät ergeben sich daraus Probleme, die eine selektive Abtrennung des Ammoniaks aus den Verbrennungsabgasen wünschenswert machen; es muß nämlich bei Anwesenheit von sauren Gasbestandteilen (z. B. Schwefelsäure) mit der Bildung von festem Ammoniumsulfat gerechnet werden; dadurch werden Gasleitungen des Meßgerätes schnell verstopft.
Ein weiteres Problem tritt bei Einsatz von NO₂/NO-Konvertern auf, die zur Erfassung des Gesamt-NOx-Gehaltes in Verbrennungsabgasen notwendig sind. Da in den Konvertern Ammoniak teilweise zu NO abgebaut wird, wird das Meßergebnis verfälscht; denn es wird im Rahmen der Gasanalyse ein höherer Anteil von Stickoxiden ermittelt als in den Verbrennungsabgasen ursprünglich vorhanden war. Für die Analyse ist also die Beseitigung von Ammoniak anzustreben.
Durch zwei gegenüberliegende, als Längsschlitze ausgebildete Öffnungen in dem rohrförmigen Hohlkörper (2) ist ein Streifen aus Fasermaterial (3) - beispielsweise aus Filterpapier oder aus einem Glasfasergewebe - gelegt, wobei ein Ende dieses Streifens in Säure (4) - beispielsweise konzentrierte Phosphorsäure - getaucht ist und das andere Ende frei aus dem Rohr - über der Säure schwebend - herabhängt. Der Streifen ist durch die gegenüberliegend im Rohr angeordneten Längsschlitze geführt, wodurch im Rohr eine große Fläche zur Aufnahme des Ammoniaks zur Verfügung steht. Die Säure (4) befindet sich unten im Gefäß (1), sie wird für die Absorption des Ammoniaks benötigt. Die Säure (4) steigt durch die Kapillarwirkung des Fasermaterials (3) an dem einen Ende des Streifens aus Filterpapier auf, gelangt infolge der Saugwirkung des Streifens durch den einen Längsschlitz in den rohrförmigen Hohlkörper (2), nimmt dort hindurchströmendes Ammoniak auf, und tropft an dem anderen, frei schwebenden Ende des Streifens - mit Ammoniak durchsetzt - herab. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, daß stets "frische" Säure zur Aufnahme des Ammoniaks nachfließt. Von Zeit zu Zeit muß die Säure in dem Gefäß (1) ausgetauscht werden.
Ammoniak reagiert mit Phosphorsäure nach folgenden Gleichungen:
  • a) NH₃ + H₃PO₄ → (NH₄)H₂PO₄
  • b) 2NH₃ + H₃PO₄ → (NH₄)₂HPO₄
  • c) 3NH₃ + H₃PO₄ → (NH₄)₃PO₄.
Die Reaktion nach Gleichung a) ist unter den herrschenden Bedingungen am wahrscheinlichsten.
Das Gefäß (1) ist von einer außen anliegenden Heizwicklung (5) umgeben, die dafür sorgt, daß im Innern des Gefäßes (1) stets eine Temperatur von 50-100°C herrscht.
Fig. 2 zeigt den Schnitt durch den als Rohr ausgeführten Hohlkörper (2) nach Fig. 1 mit dem Fasermaterial (3), welches durch zwei im Rohr gegenüberliegende Längsschlitze geführt ist. Es ist in dieser Figur zusätzliches Fasermaterial (3) dargestellt, und zwar ist der äußere obere Teil des Rohres mit diesem zusätzlichen Fasermaterial (3) (Filterpapier) abgedeckt.
Es ist mit Säure (4) getränkt und dichtet die Längsschlitze gegen den Durchtritt von Gas ab.
Im Innern des Rohres verläuft der Streifen des Filterpapiers waagerecht zwischen den Längsschlitzen. Dadurch bietet sich für das Ammoniak unterhalb und oberhalb des Streifens eine Aufnahmefläche. Es ist deutlich zu sehen, daß das eine Ende des Streifens aus Filterpapier tiefer herabhängt als das andere Ende. Nur das tiefer herabhängende Ende ist in Säure (4) getaucht, wie es in Fig. 1 zu sehen ist.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Entfernen von Ammoniak aus einer Gasströmung mit einem von der Gasströmung durchfluteten Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (2) mindestens zwei in das Innere wenigstens eines gasdichten Gefäßes (1) führende Öffnungen aufweist, daß durch die Öffnungen ein säurefestes, saugfähiges Fasermaterial (3) gelegt ist, wobei ein Ende des Fasermaterials in im Gefäß (1) be­ findliche Säure (4) getaucht ist und das andere Ende außerhalb der Säure (4) frei schwebend angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säure (4) Phosphorsäure ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen mit dem dort hindurchgelegten Fasermaterial (3) ausgefüllt sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (2) ein Rohr ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen Längsschlitze sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (1) von außen mit einer Heizwicklung (5) umgeben ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Gefäßes (1) eine Temperatur von 50 bis 100°C herrscht.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des saugfähigen Fasermaterials (3) außen am Hohlkör­ per (2) anliegend angebracht ist, wobei es sich innerhalb des Ge­ häuses (1) befindet und die Öffnungen bedeckt.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das saugfähige Fasermaterial (3) Filterpapier ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das saugfähige Fasermaterial (3) Glasfasern enthält.
11. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, als vor eine Meßeinrichtung geschalteter Ammoniakfilter, wobei die Meßeinrichtung zur Analyse von Abgasen aus einem Verbrennungsprozeß bestimmt ist.
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