DE4300865A1 - Plant for disposal of ammonia - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entsorgen von Ammoniak durch Verbrennen mit Hilfe eines Fackelbrenners, bei dem zum Entzünden des zu entsorgenden Gases ein Heizgas, wie Propan oder Methan, verwendet wird. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens. Als Heizgas kommen übliche Verbrennungsgase, aus dem öffentlichen Netz, aus Flaschen usw. infrage, die an Luft ohne weiteres (kalt) zu entzünden sind.

Wenn Ammoniak (NH₃) als Abfall, z. B. aus Kälteanlagen, in der Textilindu­ strie oder bei chemischen Prozessen anfällt, müssen Maßnahmen zu einer für die Umwelt unschädlichen Entsorgung getroffen werden. In der Praxis kann der Ammoniak beispielsweise für die Wiederverwendung gereinigt, in ein unschädliches Produkt chemisch umgesetzt oder verbrannt werden. Da Ammoniak ein relativ preiswertes Produkt ist, wird meist die Verbrennung vorgezogen. Das Verbrennen erfolgt bisher unter ständiger Zufügung von Zusatzbrennstoffen, also Heizgasen, wie Methan oder Propan. Der dadurch bedingte Aufwand wird in der Praxis noch erhöht, weil die derzeitigen Verbrennungsanlagen wegen der hohen Investitionskosten nur an wenigen zentralen Punkten des Landes vorhanden sind. Zu diesen Verbrennungsan­ lagen muß der Abfall-Ammoniak durch Gefahrentransport, normalerweise durch Lastkraftwagen, gebracht werden.

In der DE-OS 37 21 104 wird eine Nitrierhärteanlage mit Abgasaufbereitung beschrieben, bei der der zum Härten, z. B. von Getriebeteilen, im Überschuß zugefügte Ammoniak zusammen mit dem aufzubereitenden Abgas - vor allem Wasserstoff - anfällt. Im Bekannten wird das ammoniakhaltige Abgas in einem Verfahren eingangs genannter Art aufbereitet, indem der Ammoniak entwe­ der allein mit Hilfe des beim Nitrierhärten freiwerdenden Wasserstoffs oder durch Zufügen zusätzlicher Heizgase allein mit dem Luftsauerstoff am Fackel­ brenner verbrannt wird; umweltschädliche Gase sollen dabei nicht ent­ stehen (vgl. die Offenlegungsschrift, Spalte 3, Zeilen 8 bis 14).

Nach dem Stand der Wissenschaft der anorganischen Chemie läßt sich Am­ moniak an der Luft zwar entzünden, er brennt aber nicht weiter. Nur in Gegenwart von Katalysatoren kann die Verbrennung von (reinen) Ammoni­ ak/Luft-Gemischen erreicht werden (vgl. Hollmann-Wiberg, Lehrbuch der or­ ganischen Chemie, 91.-100. Auflage, 1985, Seite 549). In der Praxis macht die Verwendung von Katalysatoren besonders bei der Verbrennung von Ammoniak aus wechselnden Quellen wegen der möglichen Katalysator­ vergiftung Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Entsorgen von Ammoniak zu schaffen, die es gestatten, den Ammoniak praktisch an Ort und Stelle, also ohne aufwendigen Transport, durch Verbrennung an der Luft, ohne ein die Verbrennung unterhaltendes Heizgas, zu entsorgen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei dem Verfahren zum Entsorgen von Ammoniak mit Hilfe eines Fackelbrenners, bei dem zum Entzünden des zu entsorgenden Ammoniaks ein Heizgas verwendet wird, bevorzugt aus den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1. Danach soll zur Vorbe­ reitung der Ammoniak-Entzündung das mit Frischluft gemischte Heizgas unter Bildung einer Flammzone in einem räumlich unterhalb des Fackel­ brenners mit Flammendurchgang zu diesem angeordneten Brennrohr ent­ zündet werden. Anschließend soll zum Entzünden des Ammoniaks dieser un­ ter Ansaugung von Frischluft in einer in der vom brennenden Heizgas un­ terhaltenen Flammzone verbrennbaren Menge in das Brennrohr geleitet werden. Durch das zuströmende Ammoniakgas soll die Flammzone im Brenn­ rohr nach oben verschoben werden. Die Ammoniakzufuhr soll jedoch zu­ nächst so begrenzt werden, daß die Flammzone im Brennrohr unterhalb der eigentlichen Brennkammer des Fackelbrenners bleibt, bis die Brennkammer auf die Flammtemperatur eines im wesentlichen reinen Ammoniak/Luft-Gemi­ sches aufgeheizt ist. Erst dann wird zum Einleiten des Dauerbetriebs der Entsorgung die Flammzone durch allmähliches Erhöhen der Ammoniakzufuhr aus dem Brennrohr nach oben in den Fackelbrenner gedrängt und zugleich die Heizgaszufuhr allmählich gedrosselt und schließlich ganz abgeschaltet werden. Der Ammoniak brennt dann ohne jede Energiezufuhr allein und praktisch ohne Steuerungsbedarf weiter, bis das angeschlossene, zu ent­ sorgende Lager leer ist.

Erfindungsgemäß gelingt es, ein Ammoniak/Luft-Gemisch ohne Verwendung besonderer Katalysatoren und bei Dauerbetrieb ohne Zusatz von Brennstof­ fen in beliebigen Mengen kontrolliert in einer relativ einfachen vor Ort aufzustellenden Anlage ohne Gefahr für Mensch und Umwelt zu entsorgen. Zum Verbrennen des Ammoniaks bedient sich die Erfindung offensichtlich folgenden Zusammenhangs: Zunächst wird der Ammoniak in dem Brennrohr in der Flammzone des Heizgases entzündet. In dieser Eingangsphase wird die Ammoniak-Verbrennung durch weiterhin zugeleitetes Heizgas aufrecht­ erhalten. Mit Hilfe des in dem Rohr brennenden Ammoniak-Heizgas-Gemi­ sches wird der über dem Rohr mit Flammdurchgang angeordnete Fackel­ brenner auf eine so hohe Temperatur aufgeheizt, daß die eigentliche Brenn­ kammer des Fackelbrenners - möglicherweise nach Art eines Glühkopfes - eine permanente Selbstzündung des Ammoniak/Luft-Gemisches bewirkt, oh­ ne daß weiteres Heizgas zur Aufrechterhaltung der Flamme erforderlich wäre. Bei dem anschließenden Dauerbetrieb wird also allein die Verbren­ nungswärme des Ammoniaks zur Aufrechterhaltung der Zündungstemperatur und damit der weiteren Verbrennung ausgenutzt.

Für eine Vorrichtung zum schadstoffarmen Entsorgen von Ammoniak ist die erfindungsgemäße Lösung bevorzugt gekennzeichnet durch ein unten offe­ nes und oben in die Brennkammer eines Fackelbrenners mündendes Brenn­ rohr mit an das untere Ende über ein Ventil angeschlossenem Anschlußrohr eines Ammoniak-Reservoirs, mit einem auf das untere Ende des Brennrohrs zu schaltenden Heizgasanschluß und mit einer Frischluftzufuhr. In dem Brennrohr, das am oberen Ende in die vorzugsweise einen größeren Durch­ messer als das Brennrohr aufweisende Brennkammer des Fackelbrenners mündet, soll der Ammoniak in der Flammzone eines vorher auf irgendeine Weise gezündeten Heizgases entzündet werden.

Das Heizgas soll dem Ammoniak erfindungsgemäß nur so lange beigemischt werden, bis die Brennkammer des Fackelbrenners auf eine Temperatur er­ hitzt ist, die nach Verlegung der Flammzone aus dem Brennrohr in den Fackelbrenner - auch nach dem Abschalten der Heizgaszufuhr - zu einer ständigen Selbstentzündung des Ammoniaks führt. Während der dem ei­ eigentlichen Prozeß der Ammoniakverbrennung vorausgehenden Aufheizphase soll die Flammzone durch Regelung der Ammoniak/Luft-Zufuhr in dem Brennrohr gehalten werden. Erst wenn die Aufheizphase beendet ist, soll die Ammoniak/Luft-Zufuhr so weit erhöht werden, daß die Flammzone in den Brenner des Fackelbrenners steigt und die Heizgaszufuhr wegen der Selbstentzündung des Ammoniaks an den heißen Teilen des Fackelbrenners abgeschaltet werden kann. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Entsorgungsanlage im betriebsbereiten Zustand; und

Fig. 2 ein Sprengbild der Entsorgungsanlage nach Fig. 1.

Die Anlage nach Fig. 1 und 2 besteht im wesentlichen aus einem Ammoniak- Anschlußrohr 1, einer Heizgaszuleitung 2, die beide in das (an sich offene) untere Ende 3 eines Brennrohrs 4 münden. Die Heizgaszuleitung 2 kann auf einen Brenner 5 (Fig. 2), der im Brennrohr 4 anzuordnen ist, geschal­ tet werden. Das Brennrohr 4 kann am unteren Ende offen sein und auf ei­ nem Aufnahmering 6 gelagert werden. Am unteren Ende des Brennrohrs 4 können nicht gezeichnete Luftregelklappen vorgesehen werden, mit denen die für die Verbrennung erforderliche Frischluftzufuhr, in üblicher Weise selbstgesteuert, aufrechterhalten wird. Sowohl das Ammoniak-Anschlußrohr 1 als auch die Heizgaszuleitung 2 sollen Regel- bzw. Absperr-Ventile 7 und 8 enthalten.

An das (an sich offene) obere Ende 9 des Brennrohrs 4 schließt sich nach Fig. 1 und 2 ein insgesamt mit 10 bezeichneter Fackelbrenner an. Dieser besteht im wesentlichen aus einer unmittelbar auf das obere Ende 9 des Brennrohrs 4 aufgesetzten Brennkammer 11 und einer Sturmkammer 12. Die Sturmkammer 12 besitzt in ihrem unteren Bereich eine Aufnahme 13 zum Befestigen auf der Brennkammer 11.

Die Brennkammer 11 soll bevorzugt einen im wesentlichen kegelstumpfför­ migen Mantel 14 besitzen, der an seinem unteren, großen Durchmesser 15 mit einem Aufnahmering 16 zum Aufsetzen auf das Brennrohr 4 ausgestat­ tet werden und der am oberen, kleinen Durchmesser 17 einen offenen Flammausgang besitzen soll. Zum Ansaugen von Frischluft für die Verbren­ nung kann die durch den großen Durchmesser 15 definierte Unter­ seite der Brennkammer 11, z. B. um den Aufnahmering 16 herum, Öffnungen besitzen. Auch das untere Ende 18 der Sturmkammer 12 kann Öffnungen zur Frischluftansaugung aufweisen. Die Sturmkammer 12 soll im übrigen im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und am oberen Ende 19 ganz offen sein.

Die ganze Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 kann als mobile Ammoniak-Ent­ sorgungsanlage ausgebildet werden. In dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel wird ein insgesamt mit 20 bezeichneter Ständer mit drei Schrägstüt­ zen 21 und drei Bodenstreben 22, die mit dem Fuß 23 der Anlage zu ver­ binden sind, stabilisiert. Die ganze Anlage kann einschließlich Sturmkammer beispielsweise etwa 3 m hoch sein und zerlegt in die Einzelteile in einem größeren Kofferraum eines Personenkraftwagens transportiert werden. Die Stützen 21 werden wie in Fig. 1 dargestellt, mit den Längsenden der Bo­ denstreben 22 einerseits und mit beispielsweise am Brennrohr 4 ange­ brachten Laschen 24 verschraubt. Zum Steuern der Verbrennung kann das Brennrohr 4 außer am unteren Ende 3 Frischlufteinlässe 25, die mit einer Manschette 26 verschließbar sind, besitzen.

Bei Betrieb wird das Ammoniak-Anschlußrohr 1 über das Ventil 7 an den Auslaß eines zu entsorgenden Ammoniak-Speichers (nicht gezeichnet) ange­ schlossen. Zum Starten des Entsorgungsvorgangs wird zunächst ein Heiz­ gas, z. B. Propan oder Methan, durch Öffnen des Ventils 8 zu dem Brenner 5, der drei in Fig. 2 dargestellte Düsen besitzen kann, geleitet und dort entzündet, so daß sich innerhalb des Brennrohrs 4 eine Flammzone ausbil­ det. Diese kann zunächst ganz unten im Brennrohr 4, eventuell noch un­ terhalb der (dann zu schließenden) Frischlufteinlässe 25 liegen.

Wenn die Heizgasflamme im Brennrohr 4 brennt, wird das Ammoniak-Ventil 7 langsam geöffnet - bevorzugt bis das Strömen des Ammoniaks hörbar wird. Dabei wird die Flammzone im Brennrohr 4 nach oben verschoben. Die Ammoniakmenge soll aber so begrenzt werden, daß die Flammzone im Brennrohr 4 also unter der Brennkammer 11 bleibt. Die Frischlufteinlässe 25 sollen auch jetzt nur geöffnet werden, wenn die Flammzone deutlich darüber liegt. Bereits in der Flammzone im Brennrohr 4 jedoch setzt die Ammoniakverbrennung ein. Dabei wird außer dem Brennrohr 4 auch die darüber befindliche Brennkammer 11 aufgeheizt. Größe und Form der Brennkammer 11 sowie Durchmesser und Länge des Brennrohrs 4 werden bevorzugt gegenseitig derart abgestimmt, daß die Geschwindigkeit des Luft- Heizgas-Ammoniak-Gemisches so herabgesetzt wird, daß das Gemisch wäh­ rend der Aufheizphase im Brennrohr ruhig und vollständig verbrennt. Normalerweise kann hierbei die Frischluftzufuhr allein mit Hilfe einer selbsttätigen (nicht gezeichneten) Jalousie-Regelung am unteren Ende 3 des Brennrohrs 4 bzw. am Aufnahmering 6 gesteuert werden.

Nach wenigen Minuten Aufheizzeit, der Aufheizphase, werden die Heizgas­ zufuhr (mit Hilfe des Heizgasventils 8) langsam gedrosselt und die Ammoni­ ak-Zufuhr mit Hilfe des Ventils 7 zugleich gesteigert. Bei diesem Vorgang wird die Flammzone aus dem Brennrohr 4 nach - schließlich bis oben in die Brennkammer 11 - gedrängt. Wenn die Flammzone in der Brennkammer 11 angelangt ist und dort weiter brennt, wird die Heizgaszufuhr durch Schließen des Ventils 8 - im allgemeinen allmählich - ganz unterbrochen. Das Brennrohr 11 dient dann - nach den bisherigen Erkenntnissen - nur noch der Zufuhr von Frischluft und Ammoniakgas. Die Luftzufuhr kann auch durch Verstellen der Manschette 26 relativ zu den Öffnungen des Frischlufteinlasses 25 nachgestellt werden.

Die auf die Brennkammer 11 aufgesetzte und nach oben offene Sturmkam­ mer 12 des Fackelbrenners 10 erlaubt eine saubere Restverbrennung der im Freien aufzustellenden erfindungsgemäßen Anlage, auch (normaler) Wind kann die Flamme nicht stören. Eventuelle Strömungsgeräusche des zuflie­ ßenden Ammoniaks können mit Hilfe eines Schalldämpfers 28, der innerhalb des Brennrohrs 4 - in dessen unteren Teil, gegebenenfalls etwa bis zu den Frischluftöffnungen 26 reichend - anzuordnen ist, unterdrückt werden. Für maximale Leistungsstärke kann die Sturmkammer 12 unter Umständen über einen Rohrstutzen 29 und einen Ventilator zusätzlich belüftet werden.

Durch die Erfindung wird eine mobile Entsorgungsanlage zum schadstoffar­ men Vernichten von Ammoniak geschaffen, die abgesehen von einer Auf­ heizzeit mit Heizgas geeignet ist, Ammoniak ohne zusätzliche Energiezufuhr vollständig zu verbrennen. Bei dem Verfahren zum Entsorgen von Ammoni­ ak durch Verbrennen mit Hilfe eines Fackelbrenners, bei dem zum Entzün­ den des zu entsorgenden Gases ein Heizgas verwendet wird, kann erfin­ dungsgemäß bei Dauerbetrieb ohne Heizgaszufuhr und ohne Katalysator ge­ arbeitet werden, wenn unterhalb des Fackelbrenners mit Flammdurchgang zu diesem ein Brennrohr angeordnet wird und wenn in dem Brennrohr der Ammoniak mit Hilfe eines Heizgases entzündet und so lange unter Zufügung von Heizgas verbrannt wird, bis der Fackelbrenner eine zum Weiterbrennen eines entzündeten Ammoniak/Luft-Gemisches erforderliche Temperatur er­ reicht hat. Nach Verlegen der Flammzone in den Fackelbrenner durch Erhöhen der Ammoniakzufuhr, kann daher die Heizgaszufuhr ganz abgeschaltet werden.

Bezugszeichenliste

 1 Ammoniak-Anschlußrohr
 2 Heizgas-Zuleitung
 3 Unteres Ende (4)
 4 Brennrohr
 5 Brenner
 6 Aufnahmering
 7 Ammoniak-Ventil
 8 Heizgas-Ventil
 9 Oberes Ende (4)
10 Fackelbrenner
11 Brennkammer
12 Sturmkammer
13 Aufnahme (11)
14 Mantel
15 Großer Durchmesser (14)
16 Aufnahmering
17 Kleiner Durchmesser (11)
18 Unteres Ende (12)
19 Oberes Ende (12)
20 Ständer
21 Stütze
22 Bodenstrebe
23 Fuß
24 Lasche
25 Frischluft-Einlaß
26 Manschette
27 Schalldämpfer
28 Rohrstutzen

Claims (10)

1. Verfahren zum Entsorgen von Ammoniak durch Verbrennen mit Hilfe ei­ nes Fackelbrenners (10), bei dem zum Entzünden des zu entsorgenden Ga­ ses ein Heizgas, wie Propan oder Methan, verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Vorbereitung der Ammoniak-Entzündung das mit Frischluft ge­ mischte Heizgas unter Bildung einer Flammzone in einem räumlich unterhalb des Fackelbrenners (10) mit Flammdurchgang zu diesem angeordneten Brennrohr (4) entzündet wird, daß danach Ammoniak unter Ansaugung von Frischluft in einer in der vom brennenden Heizgas unterhaltenen Flammzo­ ne verbrennbaren Menge in das Brennrohr (4) geleitet und am brennenden Heizgas entzündet wird, daß der Fackelbrenner (10) durch das im Brenn­ rohr (4) brennende Heizgas/Ammoniak-Gemisch auf die Flammtemperatur ei­ nes im wesentlichen reinen Ammoniak/Luft-Gemisches aufgeheizt wird, und
daß schließlich zum Einleiten des Dauerbetriebs der Entsorgung die Flamm­ zone durch allmähliches Erhöhen der Ammoniakzufuhr aus dem Brennrohr (4) nach oben in den Fackelbrenner (10) gedrängt und zugleich die Heiz­ gaszufuhr allmählich bis zur vollständigen Unterbrechung gedrosselt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ammoniakzufuhr bei Beginn der Verbrennung im Brennrohr (4) all­ mählich nur so weit gesteigert wird, bis die Ammoniak-Strömung hörbar wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ursprünglich nur vom Heizgas aufrechterhaltene Flammzone im Brennrohr (4) durch Einschalten und Verstärken der Ammoniakzufuhr von unten nach oben verschoben wird und daß die Luft-Ansaugung durch das zuströmende Ammoniak so geregelt wird, daß die Flammzone in einem vor­ gegebenen Bereich des Brennrohrs (4) unterhalb der Brennkammer (11) des Fackelbrenners (10) stehenbleibt.

4. Vorrichtung zum schadstoffarmen Vernichten von Ammoniak, insbesonde­ re zum Durchführen des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein unten offenes und oben in die Brennkammer (11) eines Fackelbrenners (10) mündendes Brennrohr (4) mit an das untere Ende (3) über ein Ventil (7) angeschlossenen Ammoniak-Anschluß (1), mit einem auf das untere Ende (3) des Brennrohrs (4) zu schaltenden Heizgasanschluß (2) und mit einer Frischluftzufuhr.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Brennrohrs (4) ein Schalldämpfer (27) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Brennkammer (11) im Fackelbrenner (10) mit einem größeren Durch­ messer als das Brennrohr (4).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Brennkammer (11) in Strömungsrichtung - des Ammoniaks bzw. der durch die Verbrennung resultierenden Gase - wie ein Pyramidenstumpf abnimmt.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strömungsrichtung - des Ammoniaks bzw. der durch die Ver­ brennung resultierende Gase - auf die Brennkammer (11) eine diese auch umgebende Sturmkammer (12) größeren Durchmessers folgt.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Frischluftzufuhröffnung beim Aufheizen mit Hilfe oder unter Beifü­ gung des Heizgases ausschließlich die untere Öffnung (3) des Brennrohrs (4) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennrohr (4) nach Abschalten der Heizgaszufuhr ausschließlich als Ammoniak/Frischluft-Zuleitung vorgesehen ist.