Verfahren zur katalytischen Oxidation von Ammoniakqas

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Oxidation von Ammoniakgas mittels eines sauerstoffhaltigen Gases in Gegenwart eines Katalysators zu Stickstoffmonoxid .

Bei der Herstellung von Salpetersäure nach dem Ostwald-Verfahren wird durch die Oxidation von Ammoniak in Luft-Sauerstoff oder in speziellen Fällen in anderen sauerstoffhaltigen Gemischen wie beispielsweise Wasserdampf und Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft ein Gasgemisch gebildet, das Stickoxide, Wasserdampf, Sauerstoff und andere an den Folgereaktionen nicht beteiligten Stoffe, enthält. Die Stickoxide sind Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (N0 ₂ ), Distickstoffoxid (N ₂ 0), Distickstofftetroxid (N ₂ 0 ₄ ) und Distickstofftrioxid (N ₂ 0 ₃ ), die unter den entsprechenden Bedingungen bei Reaktion mit Wasser und ggf. Sauerstoff entstehen, wobei diese wässrige Lösungen von Salpetersäure (HN0 ₃ ) und salpetriger Säure bilden. Das bei der Ammoniakoxidation gebildete Gasgemisch ist zunächst heiß - typischerweise im Bereich von etwa 900°C - und wird in der Anlage durch Wärmeaustausch mit anderen Stoffströmen in geeigneten Apparaten abgekühlt.

Die WO 01/68520 AI beschreibt beispielsweise typische herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure durch Oxidation von Ammoniak mit Luftsauerstoff.

Bei der Salpetersäureherstellung wird also Ammoniak mit Luft in Gegenwart von Platinnetzen oder ähnlichen Katalysatoren wie beispielsweise Platin-Rhodium-Katalysatornetzen verbrannt. Dabei werden die Netze von einem Gasgemisch aus typischerweise etwa 9 - 12 Vol .-% NH ₃ und Luft durchströmt, wobei sich an den Netzen durch die Exothermie der Oxidationsreaktion eine Temperatur von etwa 800 - 950°C einstellt. Dabei wird NH ₃ sehr selektiv zu Stickstoffmonoxid (NO) oxidiert (A, Reaktionsschema I), welches dann im Laufe des weiteren Prozesses zu Stickstoffdioxid (N0 ₂ ) oxidiert wird (B, Reaktionsschema II) und schließlich mit Wasser in einer Absorptionsvorrichtung zu HN0 ₃ umgesetzt wird (C, Reaktionsschema III).

A) Verbrennung von Ammoniak in einem Oxidationsreaktor unter Umsetzung von Ammoniak Sauerstoff zu Stickoxid

4 NH ₃ + 5 0 ₂ -» 4 NO + 6 H ₂ 0 (I)

Die Reaktionswärme dieses exothermen Schrittes beträgt etwa -226 kJ / mol NH3.

Im Salpetersäureprozess wird in Folge dieses Reaktionsschrittes also, bezogen auf das Endprodukt, eine Wärme von maximal 226 kJ/mol HN0 ₃ erzeugte Auch wenn demgemäß der in der Verbrennungsluft enthaltene 0 ₂ -Gehalt von 21 Vol .-% gerade ausreicht, um formal eine vollständige Überführung von 10 Vol.-% NH ₃ in HN0 ₃ zu gewährleisten, wird bei der technischen Herstellung von HN0 ₃ dem Prozessgas nach der katalytischen NH ₃ -Oxidation und vor Eintritt in die Absorptionsvorrichtung weiterer Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff (Sekundärluft) zugeführt, um die folgende NO-Oxidation zu N0 ₂ und damit Bildung von HN0 ₃ in der Absorptionsvorrichtung zu beschleunigen . Typischerweise beträgt der Restgehalt an Sauerstoff des die letzte Absorptionsvorrichtung verlassenden Abgases ca . 1- 5 Vol.-%.

B) Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid

2 NO + 0 ₂ ^ 2 N0 ₂ (II)

Die Reaktionsenthalpie dieses exothermen Schrittes ΔΗ ° beträgt etwa 57,2 kJ / mol NO. Im Salpetersäureprozess wird in Folge dieses Reaktionsschrittes allerdings, da die Absorption von N0 ₂ in Wasser als Disproportionierung unter Rückbildung von NO abläuft (vgl . C) und NO reoxidiert werden muss, bezogen auf das Endprodukt eine Wärme von ca. 85 kJ/mol HN0 ₃ erzeugt.

Die Reaktion läuft im Salpetersäureprozess nach dem Ostwaldverfahren als nicht-katalysierte Gasphasenreaktion ab. C) Bildung von HN0 ₃ (Salpetersäure) durch Absorption von N0 ₂ in Wasser in den Kondensatoren und dem Absorptionsturm unter Rückbildung von NO

3 N0 ₂ + H ₂ 0 ^ 2 HN0 ₃ + NO (III) Die Reaktionswärme dieses exothermen Schrittes beträgt etwa -58 kJ / mol HN0 ₃ .

Als Bruttoreaktion resultiert daraus:

NH ₃ + 2 0 ₂ ^ HN0 ₃ + H ₂ 0 (IV)

Beim Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure handelt es sich um einen großtechnischen Prozess. Die Verfahrensabläufe solcher Prozesse unterliegen einer ständigen Optimierung .

In der US 2,201 ,958 A wird ein Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure beschrieben, bei dem man ein Gemisch aus Ammoniak und Luft zunächst durch einen Wärmetauscher leitet, um es vorzuwärmen, bevor dieses Gasgemisch in einen Ammoniakbrenner eingeleitet wird . Als Wärmemedium für dieses Vorwärmen des Reaktionsgasgemisches verwendet man Dampf, welchen man in einem Kessel durch Verdampfen von Wasser erzeugt, wobei man als Wärmequelle für diesen Verdampfungsvorgang die aus dem Ammoniakbrenner austretenden heißen Stickoxide einsetzt. Der durch Wärmetausch mit den heißen Stickoxiden in dem Kessel erzeugte heiße Dampf wird in eine Dampftrommel eingeleitet und strömt in dieser Dampftrommel im Gegenstrom zu dem Gasgemisch aus Ammoniak und Luft.

In der Patentschrift DE 622 726 A wird ein Verfahren zur vollständigen oder nahezu vollständigen Rückgewinnung der Kompressionsarbeit bei der Herstellung von Salpetersäure unter Druck beschrieben . Bei diesem Verfahren wird Luft auf einen erforderlichen Betriebsdruck von 8 bar komprimiert, in die Luftleitung wird über eine Dosierpumpe flüssiges Ammoniak eingespritzt und das komprimierte Ammoniak-Luft-Gemisch wird dann durch einen Wärmetauscher geleitet, um es auf eine Temperatur von 330 °C vorzuwärmen . Anschließend erfolgt die Oxidationsreaktion in einem Reaktor unter Bildung von Stickoxiden und die heißen Stickoxide werden durch den Wärmetauscher geleitet, um das Ammoniak-Luft-Gemisch vorzuwärmen .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Verfahren zur katalytischen Oxidation von Ammoniakgas, welches einen ersten Teilschritt bei der Herstellung von Salpetersäure bildet, die Effizienz zu verbessern, die Ausbeute an Verfahrensprodukt zu erhöhen und die Anlagenkosten zu verringern.

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Beeinflussung der Reaktionstemperatur am Katalysator auf einen im Hinblick auf die Stickstoffmonoxid-Selektivität der Reaktion optimalen Wert erfolgt, wobei diese Beeinflussung über Maßnahmen stromaufwärts des Oxidationsreaktors erfolgt. Mit anderen Worten, gemäß der Erfindung wird auf Parameter eingewirkt, die das Prozessgasgemisch, bevor es in den Oxidationsreaktor gelangt, in seiner Zusammensetzung oder Temperatur so verändern, dass dies zu einer erhöhten Reaktionstemperatur am Katalysator im Oxidationsreaktor führt.

Bislang verwendet man hingegen bei der katalytischen Oxidation von Ammoniakgas als Einflussgröße das Ammoniak-Luft-Verhältnis zur Einstellung der thermodynamisch optimalen Zusammensetzung des Prozessgasgemisches und zur Regelung der optimalen Temperatur für die katalytische Reaktion. Die vorliegende Erfindung empfiehlt hingegen, eine von der genannten Einflussgröße unabhängige Regelung der Temperatur vorzusehen .

Eine genauere Betrachtung des Vorgangs der katalytischen NH ₃ -Oxidation gemäß der obigen Reaktionsgleichung (I) führte zu der Erkenntnis, dass die optimale Fahrweise eines NH ₃ -Brenners in einer HN0 ₃ -Anlage nicht durch die Haltung einer konstanten Netztemperatur des Katalysatornetzes durch automatische Einstellung des NH ₃ : Luft Verhältnisses zu erreichen ist. Vielmehr gibt es eine optimale Temperatur für jede Fahrbedingung, die nicht durch Veränderung des NH ₃ : Luft- Verhältnisses eingestellt werden sollte, sondern durch Anpassung der Reaktionstemperatur. Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sieht vor, dass die Luft und/oder das Ammoniak-Luft-Mischgas vor dem Kontakt mit dem Katalysator indirekt beheizt oder gekühlt werden.

Vorzugsweise ist eine indirekte Beheizung der Luft und/oder das Ammoniak-Luft-Mischgases mittels Dampf oder eines anderen Wärmeüberträgers, insbesondere mittels Restgas und/oder Sekundärluft und/oder elektrischem Strom vorgesehen.

Beispielsweise kann gemäß einer möglichen Variante der Erfindung eine indirekte Beheizung der Prozessluft über eine in einer Primärluftleitung installierte Heizung vorgesehen sein.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die katalytische Oxidation in einer Anlage umfassend einen Prozessluftverdichter mit einem Zwischenkühler erfolgt, wobei ein geregelter prozessluftseitiger Bypass um den Zwischenkühler zur Einstellung der Austrittstemperatur der aus dem Prozessluftverdichter austretenden Luft vorgesehen ist.

Alternativ zu den vorgenannten Varianten können auch die Luft und/oder das Ammoniak-Luft- Mischgas vor dem Kontakt mit dem Katalysator direkt beheizt oder gekühlt werden. Beispielsweise kann die katalytische Oxidation in einer Anlage umfassend einen Prozessluftverdichter erfolgen und der Prozessluftstrom kann vor oder nach dem Prozessluftverdichter mit mindestens einem heißen und/oder mindestens einem kalten Medium vermischt werden.

Eine Vermischung des heißen oder kalten Mediums kann beispielsweise mit dem Gesamtluftstrom oder nur mit der Primärluft erfolgen. Gemäß einer Weiterbildung dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit direkter Beheizung wird zum Beispiel als kaltes Medium demineralisiertes Wasser und/oder flüssiger Stickstoff und/oder Kaltwasser, insbesondere aus der NH ₃ -Verdampfung verwendet.

Gemäß einer möglichen Variante der Erfindung kann beispielsweise eine Aufheizung durch Beimischung von Wasserdampf stromaufwärts des Prozessluftverdichters vorgesehen sein. Alternativ dazu kann auch beispielsweise eine Aufheizung oder Abkühlung des Ammoniak-Luft- Mischgases durch Beimischung von Wasserdampf stromabwärts des Prozessluftverdichters vorgesehen sein. Wenn Wasserdampf vor dem Prozessluftverdichter zugemischt wird, handelt es sich um eine Aufheizung, wenn aber nach dem Prozessluftverdichter beigemischt wird, wird das gemischte Gas (Luft und Medium) heißer oder kälter als das Prozessgas vor der Mischung in Abhängigkeit davon, ob der Dampf heißer oder kälter als die Prozessluft ist.

Bei Verwendung von demineralisiertem Wasser als direktes Kühlmittel für das Ammoniak-Luft- Gemisch, ist es ratsam, besondere Vorkehrungen gegen Mitriss von flüssigen Wassertropfen auf die Katalysatorbrennernetze zu treffen .

Eine mögliche Variante des Verfahrens gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sieht eine Erwärmung der Luft und/oder des Ammoniak-Luft-Mischgases vor dem Kontakt mit dem Katalysator vor, wobei die Verwendung eines Brenngases, insbesondere die Verwendung von Wasserstoff als Brenngas, zur Erhöhung der Brennertemperatur in Betracht kommt. Dabei ist es entweder so, dass die Zufuhr eines Brenngases in den Luftstrom im Bereich der Leitung stromaufwärts der Ammoniakzugabe unter Verbrennung dieses Brenngases erfolgt, oder aber es erfolgt eine Zufuhr eines Brenngases oder eines die Temperatur der Reaktion am Katalysator beeinflussenden Mediums stromabwärts der Zugabe von Ammoniak, wobei die Verbrennung dieses Brenngases am Katalysator im Ammoniakbrenner erfolgt.

Die vorgenannte Zufuhr eines Brenngases oder eines die Temperatur der Reaktion am Katalysator beeinflussenden Mediums kann somit nach Maßgabe der obigen Ausführungen entweder stromaufwärts oder stromabwärts der Zugabe von Ammoniak vorgesehen sein oder es erfolgt eine solche Zugabe eines Brenngases sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Zugabe von Ammoniak.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann beispielsweise auch eine erste Zufuhr eines Brenngases oder eines die Temperatur der Reaktion am Katalysator beeinflussenden Mediums stromaufwärts der Zugabe von Ammoniak vorgesehen sein und eine weitere Zufuhr eines Brenngases oder eines die Temperatur der Reaktion am Katalysator beeinflussenden Mediums stromabwärts der Zugabe von Ammoniak. Bei dieser Variante hat man die Möglichkeit an zwei unterschiedlichen Stellen im System eine Beeinflussung der Temperatur am Katalysator im Oxidationsreaktor vorzunehmen.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht ein indirektes Heizen oder Kühlen der Luft vor der Zugabe von Ammoniak mittels eines ersten indirekten Wärmeüberträgers vor und/oder ein indirektes Heizen oder Kühlen des Ammoniak-Luft-Mischgases nach der Zugabe von Ammoniak mittels eines zweiten Wärmeüberträgers. Auch bei dieser Variante besteht die Möglichkeit an zwei unterschiedlichen Stellen im System eine Beeinflussung der Temperatur am Katalysator im Oxidationsreaktor vorzunehmen.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die katalytische Oxidation in einer Anlage umfassend einen Prozessluftverdichter erfolgt und eine Änderung der Temperatur der Verbrennungsluft über die Änderung mindestens eines Einstellungsparameters des Prozessluftverdichters vorgesehen ist, bevorzugt über eine Änderung der Einstellung der Schaufeln des Prozessluftverdichters. Durch Änderung der Effizienz des Prozessluftverdichters kann so eine Temperaturänderung der Verbrennungsluft erzielt werden . Dies wiederum führt letztlich zu einer Einstellung der Netztemperatur des Katalysatornetzes. Eine optimierte Fahrweise der Anlage kann so über Einstellungen im Bereich des Prozessluftverdichters erfolgen .

Eine alternative Variante des Verfahrens gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sieht die Regelung der Temperatur des Katalysatornetzes vor. Dazu kann man beispielsweise den Sollwert der Temperatur des Katalysatornetzes in Abhängigkeit von wenigstens einem Modellparameter ermitteln, wobei insbesondere die NH ₃ -Konzentration und/oder die Anlagenlast und/oder der Brennerdruck als Modellparameter gewählt werden, wobei ein Regelkreis verwendet wird, um die Zufuhrmenge des Heiz- oder Kühlmediums einzustellen und/oder die Einstellung des Prozessluftverdichters zu justieren. Vorzugsweise wird bei der vorgenannten Variante eine Kaskadenregelung verwendet, wobei der Ausgang eines Temperaturreglers für die Temperatur des Katalysatornetzes den Sollwert für einen Durchflussregler des Heiz- und/oder Kühlmediums liefern kann .

Eine alternative Möglichkeit zur Regelung der Temperatur des Katalysatornetzes besteht beispielsweise darin, über Anlagendaten sowie theoretische Ansätze ein Modell erstellt wird für das Verhalten der Anlage in Bezug auf Variationen der Heizmittelmengen und/oder Kühlmittelmengen und/oder Änderungen der Einstellungen des Prozessluftverdichters, wobei eine feed-forward Regelung mit feedback trim verwendet wird . Bei dieser Variante des Verfahrens sollte der Regler nach Möglichkeit schneller reagieren als mit konventioneller Regelstrategie. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur katalytischen Oxidation von Ammoniakgas mittels eines sauerstoffhaltigen Gases, insbesondere mittels Luft, in Gegenwart eines Katalysators zu Stickstoffmonoxid, vorzugsweise zur Durchführung des zuvor beschrieben Verfahrens, wobei erfindungsgemäß diese Einrichtung Mittel zur Einstellung der Temperatur eines Ammoniak-Luft-Mischgases vor dem Kontakt mit dem Katalysator umfasst.

Geeignete Katalysatoren für die katalytische Oxidation von Ammoniakgas sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht im Detail aufgezählt. Beispielsweise werden in der Technik Platin- Rhodium-Katalysatoren verwendet.

Besonders bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung wenigstens eine Heizvorrichtung und/oder wenigstens eine Kühlvorrichtung für die Luft und/oder das Ammoniak-Luft-Mischgas stromaufwärts des Katalysators.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Heizvorrichtung eine in einer Primärluftleitung installierte Heizung vorgesehen ist, zur indirekten Beheizung der Prozessluft.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung einen Prozessluftverdichter mit einem Zwischenkühler auf, wobei ein geregelter prozessluftseitiger Bypass um den Zwischenkühler zur Einstellung der Austrittstemperatur der aus dem Prozessluftverdichter austretenden Luft vorgesehen ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung umfasst diese Mittel für eine Aufheizung oder Abkühlung des Ammoniak-Luft-Mischgases durch Beimischung von Wasserdampf stromaufwärts und/oder stromabwärts des Prozessluftverdichters.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Einrichtung Mittel für eine Zufuhr eines Brenngases umfasst, insbesondere für eine Zufuhr von Wasserstoff als Brenngas, zur Erhöhung der Brennertemperatur und Erwärmung der Luft und/oder des Ammoniak-Luft-Mischgases vor dem Kontakt mit dem Katalysator. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Einrichtung wenigstens einen Regelkreis umfasst, um die Zufuhrmenge des Heiz- und/oder Kühlmediums zu der Heiz- oder Kühlvorrichtung einzustellen und/oder die Einstellung des Prozessluftverdichters zu justieren.

Beispielsweise umfasst der Regelkreis eine Kaskadenregelung, wobei ein Temperaturregler zur Erfassung der Temperatur des Katalysatornetzes vorgesehen ist, welcher in Wirkverbindung steht mit einem Durchflussregler für das Heiz- und/oder Kühlmedium.

Mögliche Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung die folgenden mit römischen Ziffern I bis XXV bezeichneten Ausführungsformen :

I Verfahren zur katalytischen Oxidation von Ammoniakgas mittels eines sauerstoffhaltigen Gases, insbesondere mittels Luft, in Gegenwart eines Katalysators zu Stickstoffmonoxid in einem Oxidationsreaktor, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beeinflussung der Reaktionstemperatur am Katalysator auf einen im Hinblick auf die Stickstoffmonoxid-Selektivität der Reaktion optimalen Wert vorgesehen ist, wobei diese Beeinflussung über Maßnahmen stromaufwärts des Oxidationsreaktors erfolgt. II Verfahren nach Ausführungsform I, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft und/oder das Ammoniak-Luft-Mischgas, insbesondere das Ammoniak-Luft-Gemisch, vor dem Kontakt mit dem Katalysator indirekt beheizt oder gekühlt werden.

III Verfahren nach Ausführungsform II, dadurch gekennzeichnet, dass eine indirekte Beheizung der Luft und/oder das Ammoniak-Luft-Mischgases mittels Dampf oder eines anderen Wärmeüberträgers, insbesondere mittels Restgas und/oder Sekundärluft und/oder elektrischem Strom vorgesehen ist.

IV Verfahren nach einer der Ausführungsformen II oder III, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Oxidation in einer Anlage umfassend einen Prozessluftverdichter mit einem Zwischenkühler erfolgt, wobei ein geregelter prozessluftseitiger Bypass um den Zwischenkühler zur Einstellung der Austrittstemperatur der aus dem Prozessluftverdichter austretenden Luft vorgesehen ist.

V Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis IV, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft und/oder das Ammoniak-Luft-Mischgas vor dem Kontakt mit dem Katalysator direkt beheizt oder gekühlt werden. VI Verfahren nach Ausführungsform V, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Oxidation in einer Anlage umfassend einen Prozessluftverdichter erfolgt und der Prozessluftstrom vor oder nach dem Prozessluftverdichter mit mindestens einem heißen und/oder mindestens einem kalten Medium vermischt wird . VII Verfahren nach Ausführungsform VI, dadurch gekennzeichnet, dass als kaltes Medium demineralisiertes Wasser und/oder flüssiger Stickstoff und/oder Kaltwasser, insbesondere aus der NH ₃ -Verdampfung verwendet wird.

VIII Verfahren nach einer der Ausführungsformen VI oder VII, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vermischung des heißen oder kalten Mediums mit dem Gesamtluftstrom oder nur mit der Primärluft vorgesehen ist.

IX Verfahren nach einer der Ausführungsformen VI bis VIII, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufheizung durch Beimischung von Wasserdampf stromaufwärts des Prozessluftverdichters vorgesehen ist. X Verfahren nach einer der Ausführungsformen VI bis IX, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufheizung oder Abkühlung des Ammoniak-Luft-Mischgases durch Beimischung von Wasserdampf stromabwärts des Prozessluftverdichters vorgesehen ist.

XI Verfahren nach einer der Ausführungsformen V bis X, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erwärmung der Luft und/oder des Ammoniak-Luft-Mischgases vor dem Kontakt mit dem Katalysator erfolgt, wobei die Verwendung eines Brenngases, insbesondere Verwendung von Wasserstoff als Brenngas, zur Erhöhung der Brennertemperatur vorgesehen ist, wobei die Zufuhr eines Brenngases in den Luftstrom im Bereich der Leitung stromaufwärts der Ammoniakzugabe unter Verbrennung dieses Brenngases erfolgt.

XII Verfahren nach einer der Ausführungsformen V bis XI, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufuhr eines Brenngases oder eines die Temperatur der Reaktion am Katalysator beeinflussenden

Mediums stromabwärts der Zugabe von Ammoniak vorgesehen ist, wobei die Verbrennung dieses Brenngases am Katalysator im Ammoniakbrenner erfolgt.

XIII Verfahren nach Ausführungsform XI oder XII , dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zufuhr eines Brenngases oder eines die Temperatur der Reaktion am Katalysator beeinflussenden Mediums stromaufwärts der Zugabe von Ammoniak und eine weitere Zufuhr eines Brenngases oder eines die Temperatur der Reaktion am Katalysator beeinflussenden Mediums stromabwärts der Zugabe von Ammoniak vorgesehen ist.

XIV Verfahren nach einer der Ausführungsformen II bis XIII, dadurch gekennzeichnet, dass ein indirektes Heizen oder Kühlen der Luft vor der Zugabe von Ammoniak mittels eines ersten indirekten Wärmeüberträgers vorgesehen ist und/oder ein indirektes Heizen oder Kühlen des Ammoniak-Luft- Mischgases nach der Zugabe von Ammoniak mittels eines zweiten Wärmeüberträgers vorgesehen ist.

XV Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis XIV, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Oxidation in einer Anlage umfassend einen Prozessluftverdichter erfolgt und eine Änderung der Temperatur der Verbrennungsluft über die Änderung mindestens eines Einstellungsparameters des Prozessluftverdichters vorgesehen ist, bevorzugt über eine Änderung der Einstellung der Schaufeln des Prozessluftverdichters.

XVI Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis XV, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der Temperatur des Katalysatornetzes in Abhängigkeit von wenigstens einem Modellparameter ermittelt wird, wobei insbesondere die NH ₃ -Konzentration und/oder die Anlagenlast und/oder der Brennerdruck als Modellparameter gewählt wird, wobei ein Regelkreis verwendet wird, um die Zufuhrmenge des Heiz- oder Kühlmediums einzustellen und/oder die Einstellung des Prozessluftverdichters zu justieren .

XVII Verfahren nach Ausführungsform XVI, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kaskadenregelung verwendet wird, wobei der Ausgang eines Temperaturreglers für die Temperatur des Katalysatornetzes den Sollwert für einen Durchflussregler des Heiz- und/oder Kühlmediums liefert.

XVIII Verfahren nach einer der Ausführungsformen XVI oder XVII, dadurch gekennzeichnet, dass über Anlagendaten sowie theoretische Ansätze ein Modell erstellt wird für das Verhalten der Anlage in Bezug auf Variationen der Heizmittelmengen und/oder Kühlmittelmengen und/oder Änderungen der Einstellungen des Prozessluftverdichters, wobei eine feed-forward Regelung mit feedback trim verwendet wird .

XIX Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur katalytischen Oxidation von Ammoniakgas mittels eines sauerstoffhaltigen Gases, insbesondere mittels Luft, in Gegenwart eines Katalysators zu Stickstoffmonoxid, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer der Ausführungsformen I bis XVIII, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einrichtung Mittel zur Einstellung der Temperatur eines Ammoniak-Luft-Mischgases vor dem Kontakt mit dem Katalysator umfasst.

XX Einrichtung nach Ausführungsform XIX, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine Heizvorrichtung und/oder wenigstens eine Kühlvorrichtung für die Luft und/oder das Ammoniak-Luft- Mischgas stromaufwärts des Katalysators umfasst. XXI Einrichtung nach Ausführungsform XX, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizvorrichtung eine in einer Primärluftleitung installierte Heizung vorgesehen ist, zur indirekten Beheizung der Prozessluft.

XXII Einrichtung nach einer der Ausführungsformen XIX bis XXI, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Prozessluftverdichter mit einem Zwischenkühler umfasst, wobei ein geregelter prozessluftseitiger Bypass um den Zwischenkühler zur Einstellung der Austrittstemperatur der aus dem Prozessluftverdichter austretenden Luft vorgesehen ist.

XXIII Einrichtung nach einer der Ausführungsformen XIX bis XXII, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel für eine Aufheizung oder Abkühlung des Ammoniak-Luft-Mischgases durch Beimischung von Wasserdampf stromaufwärts und/oder stromabwärts des Prozessluftverdichters umfasst.

XXIV Einrichtung nach einer der Ausführungsformen XIX bis XXIII, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel für eine Zufuhr eines Brenngases, insbesondere für eine Zufuhr von Wasserstoff als Brenngas, zur Erhöhung der Brennertemperatur und Erwärmung der Luft und/oder des Ammoniak- Luft-Mischgases vor dem Kontakt mit dem Katalysator umfasst.

XXV Einrichtung nach einer der Ausführungsformen XIX bis XXIV, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens einen Regelkreis umfasst, um die Zufuhrmenge des Heiz- und/oder Kühlmediums zu der Heiz- oder Kühlvorrichtung einzustellen und/oder die Einstellung des Prozessluftverdichters zu justieren .

XXVI Einrichtung nach Ausführungsform XXV, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis eine Kaskadenregelung umfasst, wobei ein Temperaturregler zur Erfassung der Temperatur des Katalysatornetzes vorgesehen ist, welcher in Wirkverbindung steht mit einem Durchflussregler für das Heiz- und/oder Kühlmedium.

In bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff „Beeinflussung " insbesondere eine „Regelung " zu verstehen, also eine gezielte Steuerung der Reaktionstemperatur und keine zufällige Einflussnahme. In diesen bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann die Formulierung „Beeinflussung der Reaktionstemperatur am Katalysator" durch die Formulierung„Regelung der Reaktionstemperatur am Katalysator" ersetzt werden. Dies gilt sowohl für die erfindungsgemäßen Verfahren als auch für die erfindungsgemäßen Einrichtungen, wobei in letzteren statt „Mittel zur Einstellung der Temperatur" entsprechend „Mittel zur Reglung der Temperatur" vorhanden sind . Insbesondere in diesen Ausgestaltungen wir die Temperatur am Katalysatornetz gemessen und ausgehend von diesen Messwerten werden dann andere Prozessparameter, wie sie in den Unteransprüchen dargestellt sind geregelt, so dass die Reaktionstemperatur am Katalysator möglichst nahe am Zielwert gehalten wird .

Dadurch wird zielgerecht ermöglicht, dass die ideale Reaktionstemperatur am Katalysator aufrechterhalten und eine optimale Reaktionsführung erreicht wird.

In einer Variante betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur katalytischen Oxidation von Ammoniakgas mittels eines sauerstoffhaltigen Gases, insbesondere mittels Luft, in Gegenwart eines Katalysators zu Stickstoffmonoxid in einem Oxidationsreaktor, wobei eine Regelung der Reaktionstemperatur am Katalysator auf einen im Hinblick auf die Stickstoffmonoxid-Selektivität der Reaktion optimalen Wert vorgesehen ist, diese Regelung über Maßnahmen stromaufwärts des Oxidationsreaktors erfolgt dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniak-Luft-Mischgas vor dem Kontakt mit dem Katalysator indirekt beheizt oder gekühlt wird . In einer weiteren Variante erfolgt die Regelung explizit unter Verzicht auf eine Sättigung von Ammoniak mit Wasserdampf.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Einrichtung .

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die Darstellung zeigt schematisch stark vereinfacht die im Rahmen der vorliegenden Erfindung wesentlichen Elemente einer Anlage zur katalytischen Oxidation von Ammoniakgas. Die Anlage umfasst einen Ammoniakbrenner 10, eine Leitung 11 für die Zuführung von Ammoniak in das Leitungssystem sowie einen Kompressor 12, dem Prozessluft über eine Leitung 13 zugeführt wird, die mittels des Kompressors 12 auf einen vorgesehenen Druck verdichtet wird . Die komprimierte Prozessluft strömt über eine vom Kompressor 12 ausgehende Leitung 14, der über die Leitung 15 ein Brenngas 21 wie beispielsweise Erdgas zugeführt wird, zunächst zu einem indirekten Wärmeüberträger 16, in dem eine erste Regelung der Temperatur des Prozessgasgemisches erfolgt und zwar in dem Ausführungsbeispiel vor der Zugabe von Ammoniak über die Leitung 11 zu dem Prozessgasgemisch aus Luft und Brenngas. Durch das bei 15 zugeführte Brenngas 21 kann eine Verbrennung erfolgen, oder es werden bei 15 Medien zugeführt, die eine Temperaturbeeinflussung des Prozessgasgemisches ermöglichen .

Nach der Zugabe von Ammoniakgas über die Leitung 11 strömt das Prozessgasgemisch über die Leitung 17 durch einen weiteren indirekten Wärmeüberträger 18, in dem eine zweite Regelung der Temperatur des Prozessgasgemisches erfolgen kann . Anschließend wird das Prozessgasgemisch über die Leitung 19 dem Ammoniakbrenner 10 zugeführt, wobei jedoch zuvor über die Leitung 20 eine Zuführung eines weiteren Brenngases 22, wie beispielsweise Wasserstoff, vorgesehen sein kann, um die Oxidation des Ammoniak/Luft-Gemisches am Katalysator zu fördern . Alternativ können über die Leitung 20 auch Medien zugeführt werden, die eine Beeinflussung der Temperatur des Prozessgasgemisches ermöglichen.

Somit ermöglicht das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einstellung der Reaktionstemperatur des Prozessgasgemisches am Katalysator im Ammoniakbrenner auf vorgesehene optimierte Werte an mehreren Punkten, nämlich zum einen über eine Veränderung der Lufttemperatur am Kompressor 12. Eine zweite Möglichkeit zur Beeinflussung der Temperatur besteht durch die Zugabe von Brenngas oder anderer geeigneter Medien über die Leitung 15. Eine dritte Möglichkeit zur Beeinflussung der Temperatur ergibt sich durch Verwendung eines indirekten Wärmeüberträgers 16 stromaufwärts der Zugabe von Ammoniak. Eine vierte Möglichkeit zur Beeinflussung der Temperatur besteht durch Verwendung eines weiteren indirekten Wärmeüberträgers 18 stromabwärts der Zugabe von Ammoniak. Eine fünfte Möglichkeit zur Beeinflussung der Temperatur ergibt sich durch die Zugabe eines Brenngases oder geeigneter Medien über die Leitung 20 stromabwärts des zweiten indirekten Wärmeüberträgers 18 und stromaufwärts des Ammoniakbrenners 10.

Bezuqszeichenliste

10 Ammoniakbrenner

11 Leitung für die Zugabe von Ammoniak

12 Kompressor für Prozessluft

13 Leitung für die Zugabe von Luft

14 Leitung für Prozessgasgemisch

15 Leitung für die Zugabe eines Brenngases

16 erster indirekter Wärmeüberträger

17 Leitung für Prozessgasgemisch

18 zweiter indirekter Wärmeüberträger

19 Leitung für Prozessgasgemisch

20 Leitung für die Zugabe von Brenngas

21 Brenngas

22 weiteres Brenngas