DE2241891C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von bei der Reinigung von Koksofengasen anfallenden Ammoniakschwaden - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von bei der Reinigung von Koksofengasen anfallenden AmmoniakschwadenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung
von bei der Reinigung von Koksofengasen anfallenden Ammoniakschwaden, die zusammen mit einem zusätzlichen
Brennstoff mittels Sauerstoff oder Luft in einem Verbrennungsofen unter Ausnutzung der Verbrennungswärme
zu im wesentlichen Stickstoff und Wasser In reduzierender Atmosphäre verbrannt werden, und
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Das bei der Reinigung von Koksofengasen unter anderem anfallende Ammoniak ist seil der F.ntwicklung
der Technik auf dem Gebiet der l.iiftsiickstoffindustne
mangels Wettbewerbsfähigkeit praktisch nur noch als Ballast zu werten. Aus diesen Grund werden schon seit
längerer ZeM erhebliche Anstrengungen gemacht, um tlas Ammoniak möglichst kostensparend zu beseitigen.
Wobei den ständig wachsenden Anforderungen des Gesetzgebers in bezug auf Umwelt- und insbesondere
Luftverschmutzung Rechnung zu Iragen ist.
If) Anbetracht dessen sind u. a. auch Vorschläge
gemacht worden, um das Ammoniak derart zu Verbrennet daß möglicht wenig der Unerwünschten
Stickoxide mit den Rauchgasen an die Atmosphäre abgegeben werden. So ist es bekannt, daß die
abgetriebenen Ammoniakschwaden in sogenannten Dutch-Öfeii verbrannt werden (US-Patentschrift
OO 693). Diese Öfen müssen allerdings erst auf eine
bestimmte Temperatur vorgeheizt werden, damit die Verbrennung des Ammoniaks mit der erforderlichen
Verbrennungsluft aufrechterhalten werden kann. Aber selbst unter diesen Bedingungen muß zusätzlich ein
Brennstoff in Form von öl oder Gas zugesetzt werden,
wenn der Anteil an Wasserdampf und sonstiger, inerter Gasanteile in den Schwaden hoch ist. Schließlich sind
bestimmte Temperaturen und Wärmemengen vorgeschrieben, die unter den verschiedensten Bedingungen
eingehalten werden müssen, wenn günstige Ergebnisse |j
erzielt werden sollen, und im wesentlichen von der Konstruktion und Auslegung des Verbrennungsofens m
abhängen. Im günstigsten Fall sollen dann 50 bis 100 ppm Stickoxid in den Abgasen enthalten sein. An
eine Ausnutzung der Verbrennungswärme des Ammoniaks ist nicht gedacht.
Die wirtschaftliche Ausnutzung der bei der Verbrennung von Ammoniakschwaden entstehenden Wärme ist
jedoch nicht unbekannt, wie ein weiterer Vorschlag zur Verbrennung des bei der Aufarbeitung von Kokereiur.d
Gaswerksgas anfallenden Ammoniaks zeigt (deut sehe Auslegeschrift 12 02 772). Nach diesem Verfahren
werden in einem Reaktor die Ammoniakschwaden durch Verbrennen eines Brennstoffes erhitzt und
anschließend das heiße Gasgemisch durch eine freie oder mit temperaturbeständigen FüHkörpern oder
einem Nickelkataly^ator beliebiger Form angefüllte
Zersetzungszone geleitet, um schließlich in einer dritten Zone unter Zusatz weiterer Luft vollständig verbrannt
zu werden. Der Aufwand, der zur Durchführung dieses vorgeschlagenen Verfahrens erforderlich ist, erscheint
sehr hoch. So ist ein besonderer Reaktor mit drei verschiedenen Zonen und mehreren getrennten Eingängen
für Gas. Luft und Ammoniak vorgesehen.
Schließlich muß zur Ausnutzung der Verbrennungswärme das Rauchgas in einen nachgeschalteten Abhitzekessel
überführt werden.
Die Erfindung soll nun aufgabengemäß die oben aufgezeigten Nachteile vermeiden. C.i'i technisch einfa
ches und sicheres Verfahren, das von äußeren Einflüssen und insbesondere auch der Menge und Zusammenset
zung der Ammoniakschwaden weitgehend unabhängig ist. soll mit zufriedenstellenden Ergebnissen arbeiten,
wobei in Anbetracht des Zuschußbetriebs der Ammoniakvernichtung geringe Kosten zur Durchführung des
Verfahrens nicht außer Betracht bleiben dürfen. Letzteres betrifft nicht nur die laufenden Kosten,
sondern auch den finanziellen Aufwand für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Mögliehst
wartungsfrei und wenig reparaturanfällig soll die Vornchlung eine einfache Regelung zur optimalen
Verbrennung der Ammoniakschwaden ermöglichen, ohne daß komplizierte und/oder umfangreiche Einrichtungen
Voraussetzung wären.
Ausgehend von einem bekannten Verfahren der oben beschriebenen An wird zur Lösung der angeschnittenen
Probleme ein Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist. daß die Ammoniakschwaden in den
Hohlraum des Flammenkegels des Brenners eingeführt und unter unmittelbarer Wärmeabgabe an ein Wärmeübertragungsmittel
verbrannt wcfdeh.
Im Gegensatz zu bekannten Verfahren verläuft also erfindungsgemäß die gesamte Verbrennung der Ammo*
hiakschwaden zu Wässer und Stickstoff mit den
gewünschten Ergebnissen in nur einer Reaktionsstufe. ρ
Durch das Einbringen der Aminoniakschwadcn in den |
Hohlraum des Flammenkegels, der eine Zone mit besonders stark reduzierender Atmosphäre aufweist,
OO
891
und infolge der gleichzeitigen Kühlung der Verbrennungsgase wird bewirkt, daß die bei der Verbrennung
entstehenden Stickoxidmengen gering gehalten werden. Auf diese einfache Weise können Aufwendungen von
besonderen Katalysatoren in besonderen Reaktoren bis zu Verbrennungsöfen mit komplizierter Bauweise und
Auslegung gespart werden. Durch die getrennte Zuführung, aber genau lokalisierte Vereinigung der drei
Mittel: Brenn Tioff — vorzugsweise Koksgas —,
Ammoniakschwaden und Verbrennungsluft, lassen sich die optimalen Verbrennungsbedingungen auch bei
unterschiedlichen Belastungen des Ofens in der Flamme aufrechterhalten, wobei Koksgas in Abhängigkeit von
beispielsweise der Menge und Zusammensetzung der Ammoniakschwaden zugesetzt wird und hiervon
abhängig die erforderliche Verbrennungsluft. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß auch geringer
gekühlte Ammoniakschwaden mit Temperaturen, beispielsweise bei 85" C bis 90° C, zur Verbrennung
kommen können. Die Verbrennung läuft bei relativ Zusammensetzung Einfluß genommen werden kann.
Zweckmäßigerweise sind die drei Kanäle so angeordnet,
daß der das Koksgas führende Kanal in einer Düse mit einer Austrittsöffnung, vorzugsweise ringförmigen
Querschnitts, mündet, während der die Ammoniakschwaden führende Kanal im Bereich der Mündung der
Düse, vorzugsweise mittig, in Form einer Verteilerlanze mündet und der die Verbrennungsluft führende Kanal
die Verteilerlanze und die Düse umgibt
Auf diese Weise entsteht ein im Bereich seines Ursprungs hohler, ringförmiger Flammenkegel, wobei
im Innern der Flamme und insbesondere im Bereich des hohlen Ursprungs des Flammenkegels eine stark
reduzierende Atmosphäre sichergestellt ist.
Inmitten des Hohlraumes des Flammenkegels und damit direkt in der stark reduzierenden Zone der
Flamme werden die zu verbrennenden Ammoniakschwaden mittels der Verteilerlanze eingeführt Hierdurch
erreicht man, daß weitere besondere Reduktionszonen innerhalb des Verbrennungsrc.ns mit oder ohne
niedrigen Temperaturen ab, so daß der Siickoxidgchali Katalysatoren entbehrlich sind, ohne daß das Ergebnis
der Rauchgase bei 150 ppm gehalten werden kann.
Die in reduzierender Atmosphäre erfolgende Verbrennung bewirkt darüber hinaus, daß in vorteilhafter
Weise die sonst schnell ablaufende Verbrennung des Schwefelwasserstoffs, der anteilig in den Ammoniakichwaden
enthalten sein kann, langsamer verläuft.
Zweckmäßigerweise sieht das Verfahren vor. daß als Wärmeübertragungsmittel ein im geschlossenen Kreislauf
im Gleichstrom mit den Verbrennungsgasen geführtes, umlaufendes Heißöl verwendet wird. Wärmeverluste,
wie sie beispielsweise bei der Überleitung der Rauchgase in einen, dem Verbrennungsofen nachgeschalteten
Abhitzekessel auftreten, werden durch das Verfahren vermieden. Dies ist wichtig, da bei relativ
niedrigen Verbrennungstemperaturen unter ungünstigen Bedingungen die Gefahr besteht, daß der
Schwefelsäure-Taupunkt der Rauchgase unterschritten wird, was in jedem Fall mit besonders starken
Korrosionst/scheinungen verbunden ist. Das Verfahren
erlaubt nun derartige Korrosionserscheinungen zu unterbinden, durch Abkühlung der Rauchgas; unmittelbar
im Verbrennungsofen, wobei einmal die obengenannten Wärmeverluste ausgeschaltet werden und zum
anderen ein Absinken der Austrittstemperatur der Rauchgase unter 350°C unabhängig von der Belastung
des O'ens nicht möglich ist — der Schwefelsäure-Taupunkt im Ofen somit sicher nicht unterschritten w:rd —.
weil das im Gleichstrom mit dem Rauchgas geführte Öl mit einer Austrittstempelatur von konstant etwa 300' C
gefahren wird.
Vorteilheifterweisc wird zur Durchführung des Verfahrens
eine Vorrichtung benutzt, deren Brenner drei voneinander getrennte, für die gleichzeitige Zufuhr der
Ammoniaksellwaden, des Koksgases und der Luft geeignete Kanäle aufweist, wobei jedem Kanal ein
bestimmtes der drei genannten Gase zugeordnet ist. Die getrennte Zuführung der Medien gestattet Art und
Stärke der Flamme nahezu beliebig /u regeln. So können bei /.ugrundelegen einer zu verbrennenden.
etwa konstanten Ammoniakmenge Schwankungen der Eintrittslemperatur des Heißöls durch Zumischen von
mehr oder weniger Koksgas ausgeglichen werden und ifi Abhängigkeil hiervon ist eine genaue Dosierung der
Verbrennungsluft möglich. Diese Vorteile werden ergänzt durch das Zusammenführen der Kanäle in
einem Brenner, Wödurcii In besonders einfacher Weise
auf die Form und Ausbildung der Flamme sowie ihrer der Verbrennung im Hinblick auf den Stickoxidgehalt
der Verbrennungsgase etwas zu wünschen übrig ließe.
An Hand der Zeichnung ist die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert.
Die Figur zeigt eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In einem Röhrenofen 1 werden mittels eines Brenners 2 die durch die Leitung 3 herangeführ :en Ammoniakschwaden
4 verbrannt Zu diesem Zweck strömen die Ammoniakschwaden durch eine Verteilerlanze 5 in die
Zone 6 des an seinem Ursprung rrigformigen. hohlen Flammenkegels 7. Dieser wird gcDildct mittels einer
ringförmigen Austrittsöffnung 8 der Düse 9, aus der das
durch die Leitung 10 und über den Kanal 11 kommende Koksgas 12 strömt, und der zur Verbrennung erforderlichen
Luft 13. die aus der Leitung 14 über den zumindest die Austrittsöffnung 8 der Düse 9 umgebenden K 1IaI 15
von außen an den Flammenkegel 7 herangeführt wird. Die heißen Rauchgase 16 werden an den Rohrschlangen
17 abgekühlt und das in ihnen strömende Heißöl 18 dabei erhitzt.
Die beschriebene Ausgestaltung des Flarnmenkegels
7. dem von außen die zur Verbrennung ertorderhche Verbrennungsluft zugeführt wird, so dad eine Zone des
Sauerstoffüberschusses in den Randbereichen der Flamme in Richtung auf die Mittelachse des Flammenkegels
in eine Zone des Sauerstoffmangels übergeht, bewirkt, daß die dort eingeführten Ammoniakschwaden
4 bei relativ niedrigen Temperaturen in einer reduzierenden Atmosphäre verbrannt werden, so daß die bei
der Vei brennung entstehenden Stickoxidmengen gering "ehalten werden.
Die unter anderem bei der Verbrennung der aus einem Abtreiber 2? kommenden Ammoniakschwaden 4
entstehende Verbrennungswärme dien: der Erhitzung eines Wärmeübertragungsmediums, beispielsweise
Heißöls 18. das in den Rohrschlangen 17 von unten nach oben in der Konvektionszone in Richtung der
Rauchgase 16 strömt. Die Austrittstemperatur des Heißöls beträgt konstant etwa 300°C. Es kann einem
Verdampfer 19 durch die Leitung 20 zur Erzeugung von Dampf zugeführt, werden, der wiederum zum Abtrieb
von angereichertem Ammoniakwasser 21 im Abtreiber 22 eingesetzt wird. Je nach benötigter Dampfmenge
fließt mehr oder weniger Heißöl 18 durch den Verdampfer 19. Der überschüssige Teil der konstant
umlaufenden Ölmenge wird am Verdampfer vorbeige-
führt und dem den Verdampfer durch Leitung 23 verlassenden Öl zugemischt. Die Mischöltemperatur ist
gleich Ofeneintrittslemperatur, die von der zu erzeugenden Dampfmenge abhängt. Die hierbei auftretende
Gefahr, daß infolge zu niedriger Eintrittstemperatur des Heißöls 18 die Rauchgase 16 unter den Schwefelsäure-Taupunkt
abgekühlt werden, wodurch die Korrosion im Röhrenofen 1 gefördert würde, begegnet der erfindungsgemäße
Brenner besonders wirkungsvoll in Verbindung mit dem beschriebenen, geschlossenen
Heißölkreislaufsystem. Ohne großen Aufwand wird der
im wesentlichen konstanten zu verbrennenden Ammoniakschwadenmenge in Abhängigkeit der öleintrittstemperalur
bei konstanter Ölaustrittslemperatur eine veränderliche Menge Koksgas 12 in Verbindung mit der
erforderlichen Menge Verbrennungsluft 13 zugesetzt. Hierdurch erreicht man, daß in jedem Betriebszustand
des Röhrenofens 1 die Austrittstemperatur der Rauchgase 16 immer über 3500C liegt und damit der
Schwefelsäure-Taupunkt im Ofen sicher nicht unterschritten wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Verbrennung von bei der Reinigung von Koksofengasen anfallenden Ammoniakschwaden,
die zusammen mit einem zusätzlichen Brennstoff mittels Sauerstoff oder Luft in einem
Verbrennungsofen unter Ausnutzung der Verbrennungswärme zu im wesentlichen Stickstoff und
Wasser in reduzierender Atmosphäre verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ammoniakschwaden (4) in den Hohlraum (6) des Flammenkegels (7) des Brenners (2) eingeführt und
unter unmittelbarer Wärmeabgabe an ein Wärmeübertragungsmittel (18) verbrannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeübertragungsmittel (18) ein
im geschlossenen Kreislauf im Gleichstrom mit den Verbrennungsgasen geführtes, umlaufendes Heißöl
verwendet»ird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Brenner (2) drei voneinander getrennte, für die gleichzeitige Zufuhr der Ammoniakschwaden
(4), des Koksgases (12) und der Luft (13) geeignete Kanäle (5, 11, 15) aufweist, wobei jedem Kanal ein
bestimmtes der drei genannten Gase (4, 12, 13) zugeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das Koksgas (12) führende Kanal
(11) in einer Hase (9) mit einer Austrittsöffnung (8),
vorzugsweise ringförmigen Querschnitts, mündet, daß der die Ammoniakschwaden (4) führende Kanal
(5) im Bereich der "Mündung der Düse (9). vorzugsweise mittig, in Form t.ner Verteilerlanze
mündet, und daß der die Verbrennungsluft (13) führende Kanal (15) die Verleilerlanze (5) und die
Düse (9) umgibt.
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