DE7618549U1

DE7618549U1 - Vorrichtung zum entfernen von ammoniak aus einer ammoniak enthaltenden beschickung

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Publication number: DE7618549U1
Application number: DE19767618549
Authority: DE
Original assignee: HYGROTHERM ENGINEERING Ltd MANCHESTER LANCASHIRE (VER KOENIGREICH)
Current assignee: HYGROTHERM ENGINEERING Ltd MANCHESTER LANCASHIRE (VER KOENIGREICH)
Priority date: 1975-06-14
Filing date: 1976-06-11
Publication date: 1980-01-24
Also published as: FR2314441A1; DE2626203A1; FR2314441B1; JPS5225482A; JPS5527648B2; DE2626203C2; GB1555488A

Description

Vorrichtung zum Entfernen von Ammoniak aus einer ammoniakhalt ig en Beschickung

Beim Betrieb eines Koksofens ist es sehr erwünscht, daß der Ammoniakgehalt des aus dem Koksofen entweichenden Rohgases auf einen sehr niedrigen Wert gebracht wird, ehe man das Gas als Brennstoff verwendet. Bisher wurde aus einem solchen Rohgas flüssiges Ammoniak gewonnen. Man hat auch schon vorgeschlagen, aus dem Rohgas das Ammoniak dtirch Veraschung zu zerstören. Eine solche Veraschung kann indes zu einem Gas führen, das größere Mengen von Stickstoffoxiden enthält, als im Hinblick auf den Schutz der Umwelt zulässig ist.

per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu ffchsff'?™. ^/1'^{iQ oc} βϊ-mrvri-iriht-. aus einem anunoniakhalticren Gas das Ammoniak praktisch vollständig zu entfernen, und ein Gas herzustellen, das sehr geringe Mengen an Stickstoffoxiden enthält, im allgemeinen weniger als 10 ppm, ausgedrückt als Konzentration von NO , wobei χ mindestens gleich 1 ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende einer Reaktionskammer verringerten Querschnitts ein Brenner angeordnet ist, der eine zentrale Luftdurchlaßzone aufweist, die von einem Haupt-Brennereinlaß umgeben ist, und daß der Brenner von einer Ringkairuner für die ammoniakhaltige Beschickung umgeben ist, deren Stirnfläche gegen die Reaktionskammer offen ausgebildet ist.

Bei der Erfindung kann der Wasserdampf zugleich mit der Beschickung von der Stirnfläche des Ringraumes in die Reak—

tionszone eingeführt werden; es ist aber auch möglich, Wasser in die Reaktionszone zu sprühen. In der Reaktionszone werden die Beschickung und der Wasserdampf durch die Verbrennungsprodukte eines gegebenenfalls gasförmigen Brennstoffes auf eine sehr hohe Temperatur gebracht. Der bzw. die Brenner sind innerhalb der zentrischen Fläche des Ringraumes angeordnet; die Brenner werden gezündet, um eine Flamme zu erzeugen. Geeignete, gasförmige, eine Verbrennung unterstützende Brennstoffe haben einen Kalorienwert von mehr als 180 kg cal (450 Btu/scf.). Geeignete Brennstoffe sind ferner Koksofengas, Stadtgas, natürliches Gas, Raffineriegas, Propan, Butan und Mischungen von Propan und Butan.

Die Einleitung der Beschickung bzw. von Beschickung/Wasserdampf aus dem Ringraum erfolgt vorteilhafterweise etwas stromabwärts von den Brennern, das heißt, in einem Bereich, der etwas unter der hohen Temperatur der Flamme selbst liegt. Eine ununterbrochene Einleitung von Beschickung/Wasserdampf

; die in dem

durch eine ringförmige Öffnung uiüä βίπβΕ' F

führt zu einer besonders wirkungsvollen Mischung von Beschickung/Wasserdampf und den Verbrennungsprodukten des die Verbrennung unterhaltenden Brennstoffes. Die Verbrennungszone ist zylindrisch und hat einen engen Querschnitt, und sie bildet so eine verengte Brennzone.

Die Beschickung/Wasserdampf kann, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschickung und Wasserdampf, 20 bis 90 Gew.% Ammoniak aufweisen und hat im allgemeinen eine Temperatur von 20 bis 95°C. Wenn die Beschickung/Wasserdampf Koksofengas ist, das von der Destillationskolonne erhalten wurde, beträgt die Temperatur vorzugsweise 80 bis 86°C.

Ein Beispiel einer Beschickung ist eine von der Karburierung von Kohle herrührende Zusammensetzung. 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\on anderen Materialien, wie H₂S und HCN, und kann auf einen Dephlegmator gegeben werden. Das Destillat des Dephlegmator kann als Beschickung/ Wasserdampf zu der ringförmigen öffnung geleitet werden. Das Verhältnis von Dampf zu Ammoniak in der Beschickung zu der Oxidationszone kann durch Einstellung der Temperatur des Dephlegmators 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 die 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 der Beschickung/Wasserdampf und der Wärmequelle, das heißt, der Verbrennungsprodukte der Brenner, die durch die Einführung durch eine ringförmige Öffnung und gleich bei einem Mischen unterhalb einer Temperatur der Flammtemperatur erreicht wird, kann zu einem Gleichgewicht/Reaktionszeit führen, die ein Produkt ergibt, das einen zufriedenstellenden Gehalt an niedrigen Stickstoffoxiden innerhalb einer annehmbaren Zeit hat. Ferner kann das Vorliegen von Schwefel (H₃S) die Bildung von Stickstoffoxiden bei der Zersetzung von Ammoniak in der Gegenwart von Wasserdampf unterdrücken.

-4-

Die Vorrichtung der Erfindung weist eine Reaktionskainnier von verengtem Querschnitt und einen Ringraum auf, um die Beschickung in diese Kammer einzuführen; sie besitzt ferner Mittel, um den Wasserdampf in die Kammer einzuleiten und Brenner, die innerhalb des zentrischen Teiles des Ring-Raumes liegen, wobei dieser Ringraum vorzugsweise in einem Abstand in Abwärtsrichtung von dem Brenner bzw. den Brennern angeordnet ist. Mittel zur Einleitung von Wasserdampf in die Kammer ermöglichen die Einführung des Wasserdampfes durch den Ringraum.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung der Erfindung veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenschnittansicht einer Vorrichtung,

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

Fig. 3 einen Schnitt nach A-A der Fig. 2 und Fig. 4 einen Teilseitenschnitt eines Brenners.

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

Die Brennerzone 3 weist einen Brenner 8, eine Einlaß- Il

kammer 9 für die ammoniakhaltige Beschickung, einen ξ

Ammoniakeinlaß 1O zur Einleitung der ammoniakhaltigen f;

Beschickung in die Kammer 9, einen Gaseinlaß 11 für die ·

f Hauptbeschickung, einen Gaseinlaß 12 für die Startbe- |

Schickung, eine Gaszündflamme 1 3 ( es können mehr als |

eine Zündflamme werden) und Einlasse 14 für die Ver- ^

brennungsluft auf. ψ

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

Eine ammoniakhaltige Beschickung wird dom Einlaß 10 und
der Kammer 9 über die Leitung 17 zugeführt- In gleicher
Weise wird Gas (d.h. die Verbrennung unterhaltender Brennstoff) dem Einlaß 11 für die Hauptbeschickung, dem Einlaß
12 für den Start und für die Gaszündung 13 durch die Lei- ; tungen 18, 19 bzw. 20 zugeführt. J

Verbrennungsluft kann auch durch die Leitungen 15,21 und
22 den Kühlteilen 6 und 7 zugeführt werden. Es können ge- ; trennte Ventilatoren angewendet werden, um die Zuleitung I von Verbrennungsluft zu der Kühlluftzone I₁ Brennerzone < 3 und Kühlzone 6 zu ermöglichen.

Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Gaseinlässe
für den Start und die Einlasse für die Hauptbeschickung
getrennt sind, wobei die Einlasse für die Hauptbeschickung
die Peripherie der Einlasse der Startbeschickung umgeben.

Der Brenner der Figur 4 ist zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet. Gemäß den Figuren 2 und 3 wird die Hauptbeschickung an Gas dem Brenner über die Leitung 18 und dem Einlaß 11 zugeführt; die Gasstartbeschickung wird über die Leitung 19 und den Einlaß 12 zugeleitet, und Verbrennungsluft wird über die Leitung 14 zugeführt.Nachdem die verschiedenen Gase, das heißt, die Verbrennungsluft sowie der die Verbrennung unterhaltende Brennstoff durch die verschiedenen Einlasse hinzugekommen sind, gelangen die Gase durch ein keramisches Venturiholsteinwerk, das üblicherweise aus Ziegel gebildet ist, von welchen jeder vier Venturirohre aufweist und die Ziegel miteinander verbunden sind. Die gesamte Verbrennungsluft wird in den Rücken des Brenners 3 eingeleitet, aber es liegt eine Trennung der Luft für die Hauptbeschickung und die Startbeschickung vor. Die Luft für den Zünder 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 aufgeteilt, und zwar für die Hauptbeschickung, für die Startbeschickung und für die Zünder durch innenliegende, nicht dargestellte Leitungen.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der Gasbrenner in zwei getrennte Brenner unterteilt ist, das heißt, einen peripheren Brenner 11 für die Hauptbeschickung, der vorzugsweise eine Leistuig von 20 % der Wärmefreigabe

der Ammoniakbeschickung ist und einen zentralen Brenner 12 für die Startbeschickung, welcher vorzugsweise eine Wärmefreigabe aufweist, die der auf die Ammoniakbeschickung zurückzuführenden Wärmefreigabe äquivalent ist. Die gesamte für die vollständige Oxidation der Ammoniakbeschickung erforderliche Verbrennungsluft und der die Verbrennung unterhaltende Brennstoff geht durch den Brenner und ist von der Ammoniakbeschickung getrennt. Die Ammoniakbeschickung strömt ringförmig 9 in die Verbrennungszone des äußeren Brennerringes und mischt sich mit der überschüssigen Luft, die durch die Mitte des Brenners eintritt. Die Ammoniakbeschickung hat vorzugsweise eine Temperatur von etwa 84 C.

Die Ammoniakbeschickung / Wasserdampf-Konzentration ist derart, daß äie Ammoniakbeschickung thermisch bei einem verhältnismästig 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 1.140° C zu halten.

Wenn die Vorrichtung von der Kälte auf die Betriebstemperatur gebracht wird, werden sowohl die Brenner für die Hauptbeschickung wie auch für die Startbeschickung verwendet. Bei der Einführung des Ammoniaks (in der Beschickung) bei der vorgesehenen Konzentration, wird der Startbrenner abgeschaltet. Der Brenner für die Hauptbeschickung liefert die erforderliche thermische Energie, um das Ammoniak zu spalten, und das Ammoniak selbst, zugleich mit gegebenenfalls vorliegendem Hydrogensulphid und Hydrogencyanid, liefert die übrige Verbrennungswärme,

1)1 11

um die Zersetzungstemperatur aufrechtzuerhalten. Wenn

•f die Vorrichtung unterhalb der vorgesehenen Ammoniakleistung

läuft, wird der Startbrenner bezüglich der Wärmefreigabe lediglich reduziert, aber nicht völlig abgeschaltet, wodurch ermöglicht wird, daß die gesamte vorgesehene Wärmefreigäbe aufrechterhalten werden kann. Der Brenner für

ί die Hauptbeschickung reguliert eine Änderung in der Wärmefreigabe, um Schwankungen in der Ammoniakmenge in der Beschickung für die Verascher auszugleichen.

Es wird angenommen, daß die kurze Verweilzeit der Ammoniakbeschickung in dem Flammenring die Reaktionstemperatur auf eine das Ammoniak krackende Initialtemperatur hebt. Das gekrackte 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 Ausbeute an Stickstoffoxid zu erhöhen.

Gegebenenfalls vorliegendes Hydrogensulphid und Hydrogencyanid werden in der ersten Verbrennungszone teilweise oxidiert; eine völlige Oxidation findet in de.r: zweiten Verbrennungszone durch Zusetzen überschüssiger Luft statt, um eine niedrige Temperatur zu erreichen, welchs die Umsetzungsgeschwindigkeit von Stickstoffoxid zu Stickstoffdioxid verringert. Vorzugsweise wird die erste Verbrennungszone bei einer Sauerstoffkonzentration von etwa 5 % V/V und die zweite Verbrennungszone bei etwa 12 bis 15% Sauerstoff V/V betrieben.

litt ItC

Es wird ferner angenommen, daß der in der Verbrennungszone vorliegende Wasserdampf nicht nur als eine Temperatursenke, sondern auch als ein Kettenbrecher wirkt.

Wenn reines Ammoniak als Beschickung verwendet wird, ist eine zweite Verbrennungszone nicht erforderlich, da andere Verunreinigungen vorliegen, welche einen hohen Luftüberschuß erfordern, um die thermische Oxidation zu vervollständigen.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Entfernen von Ammoniak aus einer ammoniakhaltigen Beschickung durch thermische Oxidation, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende einer Reaktionskammer (2) verringerten Querschnitts ein Brenner (8) angeordnet ist, der eine zentrale Luftdurchlaßzone aufweist, die von einem Haupt-Brennereinlaß (11) umgeben ist, und daß der Brenner (8) von einer Ringkammer (9) für die ammoniakhaltige Beschickung umgeben ist, deren Stirnfläche gegen die Reaktionskammer (2) offen ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer

(2) einen Spnüheinlaß für Wasser aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (9) für die ammoniakhaltige Beschickung auf der Abströmseite des Brenners (8) mit Abstand zu diesem angeordnet 'ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer

(2) eine erste Verbrennungszone (4) und eine zweite Verbrennungszone (5) aufweist, und daß die erste Verbrennungszone (4) in der Nähe des Brenners (8) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der zweiten Verbrennungszone (5) von der Größe der ersten Verbrennungszone (4) abweicht.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbrennungszone (5) kürzer als die erste Verbrennungszone (4) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4-6, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Verbrennungszone (5) ein kleineres Volumen als die erste Verbrennungszone (4) aufweist.