EP0801262A1 - Vorrichtung mit einem Ammoniakdruckbehälter - Google Patents

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EP0801262A1
EP0801262A1 EP96810246A EP96810246A EP0801262A1 EP 0801262 A1 EP0801262 A1 EP 0801262A1 EP 96810246 A EP96810246 A EP 96810246A EP 96810246 A EP96810246 A EP 96810246A EP 0801262 A1 EP0801262 A1 EP 0801262A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ammonia
stream
catalyst
water
heat exchanger
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP96810246A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Roland Dr. Bierer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sulzer Escher Wyss GmbH
Original Assignee
Sulzer Escher Wyss GmbH
Escher Wyss GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sulzer Escher Wyss GmbH, Escher Wyss GmbH filed Critical Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority to EP96810246A priority Critical patent/EP0801262A1/de
Publication of EP0801262A1 publication Critical patent/EP0801262A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/12—Arrangements or mounting of devices for preventing or minimising the effect of explosion ; Other safety measures
    • F17C13/126—Arrangements or mounting of devices for preventing or minimising the effect of explosion ; Other safety measures for large storage containers for liquefied gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0404—Parameters indicated or measured
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/03—Dealing with losses
    • F17C2260/035—Dealing with losses of fluid
    • F17C2260/037—Handling leaked fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F17C2260/03—Dealing with losses
    • F17C2260/035—Dealing with losses of fluid
    • F17C2260/038—Detecting leaked fluid

Definitions

  • the invention relates to a device with an ammonia pressure container which has a filling pressure above atmospheric pressure and which is surrounded by a further shell, the space between the shell and the ammonia container having an inlet opening and an outlet opening so that it can be used to discharge ammonia leaks by a fan with a flushing flow is flushable from normal outside air.
  • ammonia systems - be it as a pressure tank for chemical uses or as refrigeration systems or heat pumps operated with ammonia - have so far managed to dilute ammonia leaks as much as possible in order to bring them to a concentration below the odor limit, i.e. around 5 ppm Surrender environment.
  • Another option is to surround the ammonia system with a second shell and to flush the resulting space with fresh air. Especially if the space in between has to be accessible, this is a possibility of a planned dilution of the ammonia leaks.
  • an absorption device with dilute sulfuric acid can be used as an absorption device with dilute sulfuric acid.
  • the ammonia is not dissolved in such a safety device, but is bound.
  • the reaction product is ammonium sulfate (artificial fertilizer) in dissolved form. This solution must then be disposed of in a flat manner.
  • Ammonia does not form any chemical bond with water, so it is not firmly bound in water, but only dissolved. In principle, a very large amount of ammonia can be taken up in water. However, note the high vapor pressure of the ammonia, i.e. the strong desire to steam out of the water again.
  • the mixture of liquid ammonia and water creates highly concentrated water-ammonia mixtures (ammonia spirit).
  • ammonia spirit When stored in a closed container, the leakage of ammonia must be prevented by gas-tight sealing of the container.
  • the object of the invention is to provide a device which prevents the disadvantages listed above. This is achieved in accordance with independent claim 1 in that for the disposal of ammonia leakage, an apparatus is connected downstream of an escaping flushing stream, which apparatus has a large-area, for example metallic catalyst, a heating device, at least one temperature sensor, at least one sensor for ammonia in the intermediate space and a controller and which heats the rinsing stream when a given ammonia concentration K 1 is exceeded to given temperatures for a catalytic oxidation in order to catalytically decompose ammonia leaks into nitrogen and water from the rinsing stream with the help of oxygen taken from the rinsing stream and to discharge the latter to the environment outside the envelope.
  • the advantage of such a device is that, knowing the amount of air passed through in the flushing flow, the operator can determine from which concentration K 1 the ammonia, which corresponds to an absolute amount, is determined by a wants to decompose catalytic oxidation into water and nitrogen, the nitrogen mixed with the flushing stream reaching the atmosphere, while the precipitated water can be fed to an industrial sewage treatment plant.
  • Advantageous developments of the invention are listed in the dependent claims 2 to 10. So it is advantageous, after the process has been ignited by the heating device upstream of the catalytic converter, to recover the heat escaping with the purge flow, which is done by a control flap which redirects the purge flow entering the apparatus via a heat exchanger at the outlet.
  • the heating power can be regulated back by the temperature detected between the heating device and the catalytic converter, so that no unnecessary amounts of nitrogen oxides are generated by exceeding a predetermined temperature and so that the material is not overheated by the catalytic converter.
  • a reversing device which is designed, for example, as a control flap, takes over the temperature control by only passing a partial flow through the heat exchanger, to which a non-preheated residual current is mixed before the catalytic converter. This has the advantage that even large amounts of ammonia leakage can be broken down for as long as the oxygen content in the purge stream is sufficient.
  • a further possibility in order to be able to reduce large leaks of ammonia that occur at short notice without overdimensioning the apparatus is to pre-purge the purge flow in such a case, which is detected, for example, as an impermissible concentration K 2 via an ammonia sensor at the outlet of the apparatus to change the entry into the apparatus through a control flap via a washing system.
  • this washing system is always connected to the inlet to the catalytic converter and can Therefore, slowly release the briefly dissolved ammonia as a buffer to a later flushing stream that is not diverted by the control valve.
  • a further passive safety is obtained if the inlet opening to the intermediate space has a non-return flap which, even in the event of a fan failure, forces an additional volume flow through the apparatus caused by leakage and a possibly upstream washing system. Even if it is no longer possible to enter the space due to excessive ammonia concentrations, a redundant replacement fan can be put into operation without large amounts of ammonia getting into the environment.
  • Platinum and platinum alloys are suitable as catalyst material at temperatures between 150 ° C and 250 ° C in order to keep the proportion of nitrogen oxides low.
  • the material can be processed into a large reaction surface in the form of fine-meshed wire nets processed into a package or in the form of layers which are applied to a large-area substrate, such as an open-pore ceramic body.
  • Mixed oxide catalysts can also be used.
  • the energy control of the heating device or the flap control for the energy consumption of the partial flow can also be controlled in accordance with the deviation from a predetermined outlet temperature from the catalyst in order to prevent overheating and formation of nitrogen oxides.
  • the figures show a device for ammonia plants 1 which have an internal pressure greater than atmospheric pressure and which are surrounded by a further shell 2 which has an inlet and an outlet opening 19, 20 for purging the intermediate space 3 with a purging stream 10 of outside air.
  • an ammonia leakage which is inadvertently mixed with the flushing stream 10 can be catalytically oxidized with oxygen from the flushing stream and broken down into nitrogen and water, the apparatus comprising a large-area catalyst 7, a heating device 11, at least one temperature sensor 16, at least one sensor 13 for Ammonia in the space 3 and a controller 14 to carry out the catalytic oxidation at a predetermined temperature.
  • FIG. 1 shows an ammonia pressure container 1 in the form of a closed refrigeration circuit 9 of a closed shell 2, for example in the form of a walk-in one Machine hall surrounded.
  • a fan 6 promotes a flushing stream 10 emerging from the shell 2, which is composed of a flushing stream 4 of ambient air 8 entering through an inlet opening 19 and any leaks within the shell 2.
  • the position of the fan 6 at the outlet from the casing 2 has the advantage that a negative pressure is created in the casing 2 via the flow resistance of the inlet opening, which prevents loss of ammonia due to unwanted leaks in the casing.
  • the inlet opening is provided with a non-return flap in order to generate a flow in the direction of the outlet from the casing even if the fan fails with a volume increase due to ammonia leakage in the casing 2.
  • the fan 6 could also be attached to an outlet opening 20 of the apparatus 5 in order to prevent leakage to the outside in the event of leaks in the apparatus 5.
  • the fan drives the rinsing flow 10 against the flow resistance of the subsequent components, the rinsing flow 10 being divided according to the resistances by a heat exchanger 12 connected in parallel with a flap 21 into a partial flow 10a and a remaining rinsing flow 10b, which subsequently mix.
  • a temperature sensor 16 monitors the mixing temperature and reports it to the controller 14.
  • the mixed stream flows through a heating device 11, for example an electric heater with a limited surface temperature, which, if necessary, supplies the mixed stream with heat in order to maintain a predetermined temperature, which is reported back via a temperature sensor 17, in the controller 14 with a heating control when entering a catalytic converter 7.
  • a catalytic reaction takes place in the catalytic converter, in which, with the help of the oxygen present in the purge stream, a decomposition of Ammonia in nitrogen and water is made partly in vapor form. At the same time, heat is released.
  • the sub-stream 10a Since heat is released with the decomposition and oxidation in the catalytic converter, depending on the dimensioning of the purge stream 10 and catalytic converter area, the sub-stream 10a must be regulated back by an overarching regulation as a function of an impermissibly increased outlet temperature 18 at the outlet of the catalyst 7.
  • a first portion of condensed water 23 is already formed, which is precipitated from the flushing stream, while a further portion is formed in the downstream heat exchanger 12 and is likewise collected in a sump 30.
  • the sump 30 releases its water via a siphon from a water outlet 24.
  • the nitrogen released in the catalytic converter reaches the flushing stream via an outlet opening 20 The atmosphere.
  • An ammonia sensor 15 is mounted in the outlet opening, which measures the remaining ammonia content and, if necessary, triggers an alarm via the control.
  • Another ammonia sensor 13 measures the ammonia portion in the intermediate space 3.
  • a predetermined limit value at the sensor 13 is exceeded, the ignition of the process is initiated by heating the flushing stream 10 to a predetermined value dependent on the catalyst material.
  • the flap 21 is practically closed and the entire purge stream 10 passes through the heat exchanger 12.
  • additional heat is released in the catalytic converter, which is partially released in the heat exchanger 12 to the purge stream 10.
  • the heating output must now be reduced in accordance with the specified permissible temperatures 16, 17, 18.
  • the flap 21 takes over the temperature control in that the partial flow 10a through the heat exchanger is reduced accordingly and the remaining purge flow 10b through the flap 21 is increased.
  • the components which are exposed to high temperatures are provided with thermal insulation 25.
  • the actual "ignition" of the system takes place via the control 14 by the ammonia sensor 13 in the intermediate space 3.
  • the response value for ignition can, for example, be lower than the MAK Value (50 ppm) can be set when the space is accessible and a second, lower value can be specified in order to prevent the supply of heat in the heating device 11 and thus the process.
  • the size of the flushing flow 10 therefore determines the maximum installed heating power by the predetermined one To reach ignition temperature in the catalytic converter. For example, to break down and oxidize 50 kg of ammonia according to the above equation, the oxygen of 140 m 3 of normal air is necessary.
  • a large flushing stream 10 allows the volume in the intermediate space to be converted relatively often and more leakage to be removed with the same outlet concentration, but it also costs correspondingly more heating energy in order to keep the larger flushing stream at the ignition temperature. For this reason, it is possible, starting from a minimum purge flow 10, to design the controller 14 in such a way that, in combination with a multi-stage fan 6, the purge flow 10 is increased and additional heating registers are switched on if the concentration measured with the ammonia sensor 13 in the interspace is not returns within a reasonable period. In this way, a multi-stage fan can be used to achieve a flushing flow that is tailored to the needs and disposal. When the second, lower concentration value is reached, it is possible to switch from a higher flushing current to a lower flushing current in order to save heating power.
  • FIG. 2 shows how, by interposing a washing system, a buffer 27 of ammonia dissolved in water is created, which enables a later slow degradation if the solution equilibrium is disturbed by a reduced ammonia concentration above the liquid level.
  • the flushing flow 10 is reversed via a flap 26a and brought in counterflow to a spray device 26c via a pipe 28.
  • the spray device 26c is activated by drawing water out of a water basin below the spray device 26c with a pump 26b and supplying it to the spray device 26c.
  • the ammonia is delivered to spray drops in the spray device, which collect in the water basin and form a buffer 27 with dissolved ammonia there.
  • the flushing stream 10d thus reduced in its ammonia content is further treated as described in relation to FIG. 1. In the example of FIG.
  • a reversing flap 26a was dispensed with and instead a second fan 6a was installed which leads directly to a pipe 28 and the characteristics of which can be adapted to the additional resistance in the washing system. It should be noted that when passing through pipe 28 and by blowing holes 29 into the water bath, an additional resistance arises, which should be able to be compensated for by the delivery characteristics of fan 6a.
  • the fan 6 conveys a flow 10, while the second fan 6a generates an additional flow 10e, which - reduced in the ammonia concentration - combines as a flow 10d with that of the fan 6 in order to be fed to the catalyst 7.
  • the controller 14 can switch the second Switch on the fan 6a and thus ensure a substantially greater air throughput and briefly reduce the concentration in the combined flow of the fans 6, 6a with the buffer 27.
  • An additional non-return valve 31 in the flow 10 ensures that the system is effective even if the fan 6 fails.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

Die Erfindung zeigt eine Vorrichtung für Ammoniakanlagen (1), die einen Innendruck grösser als Atmosphärendruck aufweisen und die von einer weiteren Hülle (2) umgeben sind, welche eine Einlass- und eine Auslassöffnung (19, 20) zum Spülen des Zwischenraums (3) mit einem Spülstrom (10) von Aussenluft besitzt. Durch Nachschalten eines Apparates (5) kann eine ungewollt dem Spülstrom (10) zugemischte Ammoniakleckage mit Sauerstoff aus dem Spülstrom katalytisch oxidiert und in Stickstoff und Wasser zerlegt werden, wobei der Apparat einen grossflächigen Katalysator (7), eine Heizeinrichtung (11), mindestens einen Temperaturfühler (16), mindestens einen Sensor (13) für Ammoniak im Zwischenraum (3) und eine Steuerung (14) aufweist, um die katalytische Oxydation bei einer vorgegebenen Temperatur durchzuführen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung handelt von einer Vorrichtung mit einem Ammoniakdruckbehälter der einen Fülldruck über Atmosphärendruck aufweist und der von einer weiteren Hülle umgeben ist, wobei der Zwischenraum zwischen Hülle und Ammoniakbehälter eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung besitzt, damit er zum Abführen von Ammoniakleckagen durch einem Ventilator mit einem Spülstrom von normaler Aussenluft spülbar ist.
  • Die Betreiber von Ammoniakanlagen - sei es als Drucktank für chemische Verwendungen oder sei es als mit Ammoniak betriebene Kälteanlagen oder Wärmepumpen - haben sich bisher damit beholfen, Ammoniakleckagen möglichst zu verdünnen, um sie bei einer Konzentration unter der Geruchsgrenze d.h. bei etwa 5 ppm an die die Umwelt abzugeben. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Ammoniakanlage mit einer zweiten Hülle zu umgeben und den so entstandenen Zwischenraum mit Frischluft zu spülen. Gerade wenn der Zwischenraum begehbar sein muss, ist dies eine Möglichkeit einer planmässigen Verdünnung der Ammoniakleckagen. Falls kurzzeitig grössere Ammoniakleckagen im Spülstrom auftreten, die beispielsweise über einem MAK-Wert von 50 ppm oder einer Erträglichkeitsgrenze von 500 ppm liegen, kann man den Spülstrom durch eine Waschanlage mit Wasser leiten und das Ammoniak grösstenteils zunächst im Wasser lösen. Wird das Ammoniak in Wasser gelöst, so gibt es unterschiedliche Wege zur Entsorgung des entstehenden Salmiakgeistes. Entweder wird das Ammoniak wieder kontrolliert ausgetrieben, wodurch die Immission des Ammoniaks nur über einen längeren Zeitraum gestreckt wird. Das eigentliche Problem bleibt so bestehen. Als zweiter Entsorgungsweg kann die Wasser-Ammoniaklösung mit Säure neutralisiert werden. Nur wenn die Ammoniumkonzentration nicht zu hoch ist (Ueberdüngung der Gewässer), ist eine Einleitung in das normale Abwasser möglich. Andernfalls muss das Wasser-Ammoniakgemisch als Sondermüll entsorgt werden.
  • Alternativ zu einen System mit Wasser kann eine Absorptionseinrichtung mit verdünnter Schwefelsäure verwendet werden. In einer solchen Sicherheitseinrichtung wird das Ammoniak nicht gelöst, sondern gebunden. Es entsteht als Reaktionsprodukt Ammoniumsulfat (Kunstdünger) in gelöster Form. Diese Lösung muss dann flachgerecht entsorgt werden.
  • Ammoniak geht mit Wasser keinerlei chemische Bindung ein, es wird somit auch nicht fest im Wasser gebunden, sondern lediglich gelöst. Prinzipiell kann in Wasser eine sehr grosse Menge Ammoniak aufgenommen werden. Zu beachten ist aber der hohe Dampfdruck des Ammoniaks, d.h. das starke Bestreben wieder aus dem Wasser auszudampfen.
  • Durch die Mischung von flüssigem Ammoniak und Wasser entstehen hochkonzentrierte Wasser-Ammoniakgemische (Salmiakgeist). Bei Lagerung in einem geschlossenen Behälter muss daher das Austreten von Ammoniak durch gasdichtes Verschliessen des Behälters verhindert werden.
  • Sollen jedoch gasförmige Ammoniakanteile aus der Raumluft ausgewaschen werden, muss eine grosse Kontaktfläche zwischen Luft und Wasser zur Verfügung stehen. Dies kann zum Beispiel durch eine Blasensäule (Sprudelbad), oder auch durch ein Sprühsystem (Gaswäscher) geschehen. Durch die zwangsläufig grosse Kontaktfläche steht die Konzentration in der Abluft aber immer in direktem Zusammenhang zur Konzentration des Ammoniaks im Wasser. Bei ungeschicktem Betrieb kann auch wieder Ammoniak ausgetragen werden, d.h. die Konzentration am Austritt des Absorptionssystems kann höher als am Eintritt sein. Das Lösen von Ammoniak in Wasser kann daher keine dauerhafte Sicherheitseinrichtung darstellen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zu schaffen, die die oben aufgeführten Nachteile verhindert. Dies wird entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1 dadurch erreicht, dass zur Entsorgung von Ammoniakleckage ein Apparat einem austretenden Spülstrom nachgeschaltet ist, welcher Apparat einen grossflächigen, beispielsweise metallischen Katalysator, eine Heizeinrichtung, mindestens einen Temperaturfühler, mindestens einen Sensor für Ammoniak im Zwischenraum und eine Steuerung aufweist und der den Spülstrom bei Ueberschreiten einer vorgegebenen Ammoniakkonzentration K1 im Zwischenraum auf vorgegebene Temperaturen für eine katalytische Oxydation aufheizt, um Ammoniakleckagen katalytisch mit Hilfe aus dem Spülstrom entnommenen Sauerstoff in Stickstoff und in Wasser zu zerlegen und um letztere an die Umgebung ausserhalb der Hülle abzuführen.
  • Der Vorteil einer solchen Einrichtung besteht darin, dass der Betreiber in Kenntnis von der im Spülstrom durchgesetzten Luftmenge selbst festlegen kann, ab welcher Konzentration K1 er das Ammoniak, welches einer absolut anfallenden Menge entspricht, durch eine katalytische Oxydation in Wasser und Stickstoff zerlegen will, wobei der Stickstoff dem Spülstrom beigemischt an die Atmosphäre gelangt, während das ausgefällte Wasser einer Industriekläranlage zuführbar ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 aufgeführt. So ist es vorteilhaft, nachdem der Prozess durch die dem Katalysator vorgeschaltete Heizeinrichtung gezündet worden ist, die mit dem Spülstrom austretende Wärme zurückzugewinnen, was durch eine Regelklappe geschieht, die den in den Apparat eintretenden Spülstrom über einen Wärmeübertrager am Austritt umleitet. Entsprechend dem zurückgewonnenen Wärmeanteil kann, die Heizleistung durch die zwischen Heizeinrichtung und Katalysator erfasste Temperatur zurückgeregelt werden, damit keine unnötigen Anteile an Stickoxiden durch Ueberschreiten einer vorgegebenen Temperatur entstehen und damit das Material vom Katalysator nicht überhitzt wird. Sobald daher die Heizleistung der Heizeinrichtung gegen Null zurückgeregelt wurde, übernimmt eine Umsteuervorrichtung, die beispielsweise als Regelklappe ausgeführt ist, die Temperaturregelung indem nur noch ein Teilstrom durch den Wärmeübertrager geleitet wird, dem ein nicht vorgewärmter Differenzstrom vor dem Katalysator zugemischt wird. Dies hat den Vorteil, dass kurzfristig auch grössere Leckageanteile an Ammoniak zerlegt werden können solange der Sauerstoffanteil im Spülstrom ausreicht. Eine weitere Möglichkeit, um kurzfristig auftretende grössere Leckagen von Ammoniak ohne Ueberdimensionierung des Apparates abbauen zu können, besteht darin, in einem solchen Fall, der beispielsweise als unzulässige Konzentration K2 über einen Ammoniaksensor am Austritt des Apparates von der Steuerung erfasst wird, den Spülstrom vor dem Eintritt in den Apparat durch eine Regelklappe über eine Waschanlage umzusteuern. Diese Waschanlage ist an ihrem Austritt immer mit dem Eintritt zum Katalysator verbunden und kann daher das kurzzeitig gelöste Ammoniak als Puffer langsam an einen späteren, von der Regelklappe nicht umgeleiteten Spülstrom abgeben. Eine weitere passive Sicherheit ergibt sich, wenn die Eintrittsöffnung zum Zwischenraum eine Rückschlagklappe aufweist, die auch bei Ausfall des Ventilators einen zusätzlich durch Leckage entstandenen Volumenstrom durch den Apparat und eine eventuell vorgelagerte Waschanlage zwingt. Selbst wenn sich der Zwischenraum wegen zu hoher Ammoniakkonzentrationen nicht mehr betreten lässt, kann ein redundanter Ersatzventilator in Betrieb genommen werden, ohne dass grosse Ammoniakmengen an die Umgebung gelangen.
  • Als Katalysatormaterial eignen sich Platin und Platinlegierungen bei Temperaturen zwischen 150°C und 250°C, um den Anteil an Stickoxiden niedrig zu halten. Dabei kann das Material ganz allgemein in Form von feinmaschigen zu einer Packung verarbeiteten Drahtnetzen oder in Form von Schichten, die auf einem grossflächigen Substrat wie zum Beispiel auf einem offenporigen Keramikkörper aufgebracht sind, zu einer grossen Reaktionsfläche verarbeitet sein. Ebenso können Mischoxidkatalysatoren eingesetzt werden.
  • Es ist auch denkbar, den elektrischen Widerstand des Materials so auszunutzen, dass die Energie zum Zünden der Reaktion dem Katalysator selbst zugeführt wird. Die Energieregelung der Heizeinrichtung oder die Klappenregelung für die Energieaufnahme des Teilstroms lassen sich auch entsprechend der Abweichung zu einer vorgegebenen Austrittstemperatur aus dem Katalysator regeln, um eine Ueberhitzung und Bildung von Stickoxiden zu verhindern.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    Schematisch einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit einer Kälteanlage, die von einer Hülle umgeben ist, um eventuelle Ammoniakleckagen abzufangen und einem Apparat zur katalytischen Zerlegung in Wasser und Stickstoff zuzuführen;
    Fig. 2
    schematisch eine Vorrichtung nach Fig. 1, bei der zwischen der Hülle und dem Teil für die katalytische Zerlegung eine Waschanlage für Ammoniak als Puffer zuschaltbar ist und
    Fig. 3
    schematisch eine Vorrichtung analog zu Fig. 2, bei der ein zusätzlicher Ventilator ammoniakhaltige Luft durch ein Wasserbad presst.
  • Die Figuren zeigen eine Vorrichtung für Ammoniakanlagen 1, die einen Innendruck grösser als Atmosphärendruck aufweisen und die von einer weiteren Hülle 2 umgeben sind, welche eine Einlass- und eine Auslassöffnung 19, 20 zum Spülen des Zwischenraums 3 mit einem Spülstrom 10 von Aussenluft besitzt. Durch Nachschalten eines Apparates 5 kann eine ungewollt dem Spülstrom 10 zugemischte Ammoniakleckage mit Sauerstoff aus dem Spülstrom katalytisch oxidiert und in Stickstoff und Wasser zerlegt werden, wobei der Apparat einen grossflächigen Katalysator 7, eine Heizeinrichtung 11, mindestens einen Temperaturfühler 16, mindestens einen Sensor 13 für Ammoniak im Zwischenraum 3 und eine Steuerung 14 aufweist, um die katalytische Oxydation bei einer vorgegebenen Temperatur durchzuführen.
  • In Figur 1 ist ein Ammoniakdruckbehälter 1 in Form eines geschlossenen Kältekreislaufs 9 von einer geschlossenen Hülle 2 zum Beispiel in Form einer begehbaren Maschinenhalle umgeben. Quer durch die Hülle 2 fördert ein Ventilator 6 einen aus der Hülle 2 austretenden Spülstrom 10, der sich aus einem durch eine Einlassöffnung 19 eintretenden Spülstrom 4 von Umgebungsluft 8 und aus eventuellen Leckagen innerhalb der Hülle 2 zusammensetzt. Die Lage des Ventilators 6 am Austritt aus der Hülle 2 hat den Vorteil, dass über den Strömungswiderstand der Einlassöffnung ein Unterdruck in der Hülle 2 geschaffen wird, der einen Verlust von Ammoniak durch ungewollte Lecks in der Hülle verhindert. Die Einlassöffnung ist mit einer Rückschlagklappe versehen, um auch noch bei Ausfall des Ventilators mit einem Volumenzuwachs aufgrund von Ammoniakleckage in der Hülle 2 eine Strömung in Richtung Austritt aus der Hülle zu erzeugen.
  • Der Ventilator 6 könnte auch an einer Auslassöffnung 20 vom Apparat 5 angebracht sein, um bei Undichtheiten im Apparat 5 eine Leckage nach aussen zu verhindern. Der Ventilator treibt den Spülstrom 10 gegen den Strömungswiderstand der nachfolgenden Komponenten an, wobei sich der Spülstrom 10 entsprechend den Widerständen von einem mit einer Klappe 21 parallel geschalteten Wärmeübertrager 12 in einen Teilstrom 10a und in einen restlichen Spülstrom 10b aufteilt, die sich anschliessend vermischen. Ein Temperaturfühler 16 überwacht die Mischtemperatur und meldet sie an die Steuerung 14 weiter. Der Mischstrom fliesst durch eine Heizeinrichtung 11, beispielsweise eine Elektroheizung mit begrenzter Oberflächentemperatur, die bei Bedarf dem Mischstrom Wärme zuführt, um mit dem Eintritt in einen Katalysator 7 eine vorgegebene, über einen Temperaturfühler 17 rückgemeldete Temperatur in der Steuerung 14 mit einer Heizungsregelung einzuhalten. Im Katalysator findet eine katalytische Reaktion statt, bei der mit Hilfe des im Spülstrom vorhandenen Sauerstoffs eine Zerlegung von Ammoniak in Stickstoff und Wasser zum Teil in Dampfform vorgenommen wird. Gleichzeitig wird Wärme freigesetzt.
  • Aus 4 NH3 + 3 O2 entstehen 6 H2O + 2 N2, wenn der Katalysator so tiefe Temperaturen zulässt, dass die Bildung von Stickoxiden weitgehend unterbunden ist. Als Katalysator in einem Temperaturbereich zwischen 150°C und 250°C haben sich Platin und Platinlegierungen bewährt. Diese werden beispielsweise in mehrlagigen, feinen Drahtnetzen verarbeitet, um eine genügend grosse und gleichmässig verteilte Reaktionsfläche zu erzeugen. Solche Drahtnetze werden beispielsweise von der Firma Heraeus, Heraeusstrasse 12-14, D-63450 Hanau, hergestellt und in Apparaten zur Verminderung der Geruchsemissionen in Mastbetrieben verwendet. Andere Ausführungsformen bestehen aus offenporigen Keramikteilen, die mit einer Schicht des Katalysators beschichtet sind oder aus Mischoxiden.
  • Da mit der Zerlegung und Oxidation im Katalysator Wärme frei gesetzt wird, muss je nach Dimensionierung von Spülstrom 10 und Katalysatorfläche der Teilstrom 10a durch eine übergreifende Regelung in Abhängigkeit von einer unzulässig erhöhten Austrittstemperatur 18 am Austritt des Katalysators 7 zurückgeregelt werden.
  • Am Austritt des Katalysators entsteht bereits ein erster Anteil von kondensiertem Wasser 23, das aus dem Spülstrom ausgefällt wird, während ein weiterer Anteil im nachgeschalteten Wärmeübertrager 12 entsteht und ebenfalls in einem Sumpf 30 aufgefangen wird. Der Sumpf 30 gibt über einen Syphon sein Wasser einen Wasserablauf 24 ab.
  • Der im Katalysator frei gesetzte Stickstoff gelangt mit dem Spülstrom über eine Auslassöffnung 20 an die Atmosphäre. In der Auslassöffnung ist ein Ammoniaksensor 15 angebracht, der den Restanteil an Ammoniak misst und gegebenenfalls über die Steuerung einen Alarm auslöst. Ein weiterer Ammoniaksensor 13 misst den Ammoniakanteil im Zwischenraum 3. Bei Ueberschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes am Sensor 13 wird die Zündung des Prozesses durch Aufheizen des Spülstroms 10 auf einen vom Katalysatormaterial abhängigen, vorgegebenen Wert eingeleitet. Die Klappe 21 ist praktisch geschlossen und der ganze Spülstrom 10 geht durch den Wärmeübertrager 12. Mit dem Anspringen des Prozesses wird im Katalysator zusätzliche Wärme frei gesetzt, die im Wärmeübertrager 12 teilweise an den Spülstrom 10 abgegeben wird. Entsprechend den vorgegebenen zulässigen Temperaturen 16, 17, 18 muss die Heizleistung nun zurückgeregelt werden. Falls die Heizleistung der Heizeinrichtung auf Null zurückgenommen werden muss, übernimmt die Klappe 21 die Temperaturregelung, indem der Teilstrom 10a durch den Wärmeübertrager entsprechend verkleinert und der restliche Spülstrom 10b durch die Klappe 21 vergrössert wird. Um die Wärmeverluste im Apparat 5 klein zu halten, sind die Komponenten, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, mit einer Wärmeisolation 25 versehen.
  • Das eigentliche "Zünden" der Anlage, indem der Spülstrom 10 durch die Heizeinrichtung 11 auf die vorgegebene Temperatur gebracht wird, geschieht über die Steuerung 14 durch den Ammoniaksensor 13 im Zwischenraum 3. Der Ansprechwert für Zünden kann beispielsweise auf einen Wert kleiner als der MAK-Wert (50 ppm) eingestellt werden, wenn der Zwischenraum begehbar ist und es kann ein zweiter, tieferer Wert vorgegeben werden, um die Wärmezufuhr in der Heizeinrichtung 11 und somit den Prozess zu unterbinden. Bei der Dimensionierung der Anlage bestimmt daher die Grösse des Spülstromes 10 die maximale installierte Heizleistung, um die vorgegebene Zündtemperatur im Katalysator zu erreichen. Um beispielsweise 50 kg Ammoniak nach der obigen Gleichung zu zerlegen und zu oxidieren ist der Sauerstoff von 140 m3 normaler Luft notwendig. Ein grosser Spülstrom 10 erlaubt es, das Volumen im Zwischenraum relativ oft umzusetzen und bei gleicher Austrittskonzentration mehr Leckage abzuführen, aber es kostet auch entsprechend mehr Heizenergie, um den grösseren Spülstrom auf Zündtemperatur zu halten. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, ausgehend von einem Mindestspülstrom 10, die Steuerung 14 so zu gestalten, dass in Kombination mit einem mehrstufigen Ventilator 6 der Spülstrom 10 erhöht wird und weitere Heizregister zugeschaltet werden, wenn die mit dem Ammoniaksensor 13 im Zwischenraum gemessene Konzentration nicht in nützlicher Frist zurückgeht. Auf diese Weise kann mit einem mehrstufigen Ventilator ein bedarfsgerechter Spülstrom und eine bedarfsgerechte Entsorgung erfolgen. Bei Erreichen des zweiten, tieferen Wertes für die Konzentration kann von einem höheren Spülstrom auf einen tieferen Spülstrom heruntergeschaltet werden, um Heizleistung zu sparen.
  • Es ist üblich Anlagen, die den Sicherheitsbereich betreffen, auf einen angenommenen schlimmsten Fall hin zu dimensionieren, der in der vorliegenden Anordnung einer maximalen Ammoniakleckage über eine bestimmte Zeit entsprechen wurde. In Figur 2 ist gezeigt, wie durch das Zwischenschalten einer Waschanlage ein Puffer 27 von in Wasser gelöstem Ammoniak geschaffen wird, der einen späteren langsamen Abbau ermöglicht, wenn das Lösungsgleichgewicht durch eine verminderte Ammoniakkonzentration über dem Flüssigkeitsspiegel gestört ist.
  • Im Falle eines sprunghaften Anstiegs der Ammoniakkonzentration der im Zwischenraum über den Sensor 13 erfasst wird oder der über den Sensor 15 in der Auslassöffnung 20 erfassbar ist, wird der Spülstrom 10 über eine Klappe 26a umgesteuert und über ein Rohr 28 in Gegenstrom zu einer Sprüheinrichtung 26c gebracht. Gleichzeitig mit der Klappe 26a wird die Sprüheinrichtung 26c aktiviert, indem aus einem Wasserbecken unterhalb der Sprüheinrichtung 26c mit einer Pumpe 26b Wasser abgesogen und der Sprüheinrichtung 26c zugeführt wird. Das Ammoniak wird an Sprühtropfen der Sprüheinrichtung abgegeben, welche sich im Wasserbecken sammeln und dort einen Puffer 27 mit gelöstem Ammoniak bilden. Der so in seinem Ammoniakanteil verringerte Spülstrom 10d wird wie zu Figur 1 beschrieben weiterbehandelt. Im Beispiel von Figur 3, das sonst dem von Figur 2 entspricht, wurde auf eine Umsteuerklappe 26a verzichtet und stattdessen ein zweiter Ventilator 6a installiert, der direkt auf ein Rohr 28 führt und in seiner Charakteristik an den zusätzlichen Widerstand in der Waschanlage anpassbar ist. Zu beachten ist, dass bei dem Weg durch Rohr 28 und durch das Einblasen mittels Löchern 29 in das Wasserbad ein zusätzlicher Widerstand entsteht, der mit der Fördercharakteristik des Ventilators 6a ausgleichbar sein sollte. Der Ventilator 6 fördert einen Förderstrom 10, während der zweite Ventilator 6a einen zusätzlichen Förderstrom 10e erzeugt, der sich - vermindert in der Ammoniakkonzentration - als Förderstrom 10d mit dem des Ventilators 6 vereinigt, um dem Katalysator 7 zugeführt zu werden. Im Normalfall wäre nur der Ventilator 6 in Betrieb, um den Zwischenraum 3 zu belüften und um kleinere Leckagen von Ammoniak über die Zerlegung im Katalysator 7 zu entsorgen. Eine Rückströmung über den Ventilator 6a ist nicht möglich, solange im Rohr 28 eine dem Innendruck entsprechende Wassersäule zurückgestaut werden kann. Bei einem sprunghaften Anstieg der Ammoniakkonzentration im Zwischenraum 3, gemessen mit dem Ammoniaksensor 13, kann die Steuerung 14 den zweiten Ventilator 6a zuschalten und so für einen wesentlich grösseren Luftdurchsatz sorgen und kurzzeitig mit dem Puffer 27 die Konzentration im vereinigten Förderstrom der Ventilatoren 6, 6a heruntersetzen. Eine zusätzliche Rückschlagklappe 31 im Förderstrom 10 gewährleistet, dass die Anlage auch bei Versagen des Ventilators 6 wirksam ist.

Claims (10)

  1. Vorrichtung mit einem Ammoniakdruckbehälter (1) der einen Fülldruck über Atmosphärendruck aufweist und der von einer weiteren Hülle (2) umgeben ist, wobei der Zwischenraum (3) zwischen Hülle (2) und Ammoniakbehälter (1) eine Einlassöffnung (19) und eine Auslassöffnung (20) besitzt, damit er zum Abführen von Ammoniakleckagen durch einen Ventilator (6) mit einem Spülstrom (4) von normaler Aussenluft (8) spülbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entsorgung von Ammoniakleckage ein Apparat (5) einem austretenden Spülstrom (10) nachgeschaltet ist, welcher Apparat einen grossflächigen Katalysator (7), eine Heizeinrichtung (11), mindestens einen Temperaturfühler (16), mindestens einen Sensor (13) für Ammoniak im Zwischenraum (3) und eine Steuerung (14) aufweist und der den Spülstrom (10) bei Ueberschreiten einer vorgegebenen Ammoniakkonzentration im Zwischenraum (3) auf vorgegebene Temperaturen für eine katalytische Oxydation aufheizt, um Ammoniakleckagen katalytisch mit Hilfe von dem Spülstrom (10) entnommenen Sauerstoff in Stickstoff und in Wasser zu zerlegen und um letztere an die Umgebung ausserhalb der Hülle (2) abzuführen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat (5) in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator (7) einen Wärmeübertrager (12) aufweist und vor dem Katalysator (7) eine Regelklappe (21) besitzt, mit deren Schliessen mindestens ein Teilstrom (10a) des Spülstroms (10) vor dem Eintritt in den Katalysator (7) durch Umleitung durch den Wärmeübertrager (12) aufheizbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat (5) als vorschaltbare Vorstufe für den Spülstrom (10) aus dem Zwischenraum (3) eine Waschanlage (22) aufweist, durch welche der Spülstrom (10) über ein Umsteuerorgan (26) beim Ueberschreiten eines vorgegebenen Messwertes K2 für die Ammoniakkonzentration an der Auslassöffnung (20) umsteuerbar ist, um einen Puffer (27) von im Wasser gelösten Ammoniak für dessen spätere Zerlegung und Oxydation im Katalysator (7) zu bilden.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ammoniakbehälter (1) aus einer im geschlossenen Kreislauf (9) mit Ammoniak betriebenen Wärmepumpe oder Kälteanlage besteht.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (7) eine metallische Oberfläche beispielsweise aus Platin oder aus einer Platinlegierung aufweist oder aus einem Mischoxidkatalysator besteht.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das katalytisch wirkende Material durch Drähte oder durch auf Keramik aufgebrachte Schichten gebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das katalytisch wirkende Material über seinen elektrischen Widerstand elektrisch beheizbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (14) beim Ueberschreiten einer ersten Ammoniakkonzentration K1 im Zwischenraum die katalytische Reaktion durch ein Aufheizen des Spülstroms in einen Temperaturbereich zwischen 150°C bis 250°C zündet und auf eine vorgegebene Temperatur in diesem Bereich regelt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8 in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung beim Zünden den vollständigen Spülstrom (10) zunächst über den Wärmeübertrager (12) umleitet, um entsprechend der im Wärmeübertrager aufgenommenen Wärme und der zwischen Heizeinrichtung (11) und Katalysator (7) gemessenen Temperatur (17) die Heizleistung der Heizeinrichtung (11) zurückzuregeln, dass die Steuerung bei auf Heizleistung Null zurückgeregelter Heizleistung über ein Oeffnen der Klappe (21) den Teilstrom (10a) durch den Wärmeübertrager (12) soweit zurückregelt, dass die vorgesehene Temperatur für die katalytische Zerlegung eingehalten ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (19) in dem Zwischenraum (3) eine Rückschlagklappe aufweist, um bei einem Versagen des Ventilators (6) wenigstens einen Teil des im Zwischenraum (3) befindlichen Luftsauerstoffs für eine Zerlegung in Wasser und in Stickstoff zu verwenden.
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