Ammoniakspalter, Wasserstoffgenerator, Formiergasgenerator für die Herstellung von Wasserstoff bzw. Formiergas aus Ammoniak.

Ammoniak Cracker
Crystec Technology Trading GmbH

Ammoniakspalter für die Erzeugung von Formiergas

Ein Ammoniakspalter, NH3-Spalter bzw. Wasserstoffgenerator oder Formiergasgenerator wird für die Herstellung von Formiergas genutzt. Wasserstoff und Stickstoff werden kostengünstig im Volumenverhältnis 3 : 1 bzw. im Masseverhältnis 14 : 3 erzeugt. Anlagenkapazitäten von 5m3/h bis 250m3/h sind verfügbar. Der im Formiergas enthaltene Stickstoff kann optional abgetrennt werden.

Der Ammoniak wird entweder Gasflaschen entnommen oder einem großen Gastank. Der Ammoniak wird in einem Wärmetauscher und Verdampfer vorgeheizt und dann in der eigentlichen Ofeneinheit gespalten. Der Reaktor wird elektrisch beheizt.

Ammoniakspalter Graphik

Die Dissoziation des Ammoniakgases NH3 findet bei einer Temperatur von 800°C und unter Anwesenheit eines speziellen Nickelkatalysators statt.
2 NH3 
Pfeil N2 + 3 H2
Zur besseren Energienutzung wird ein Wärmetauscher eingesetzt. Das heiße Crackgas wird dabei abgekühlt und im Gegenstromprinzip das eingeleitete Ammoniak-Gas vorgeheizt.

Ammoniak Spalter (SinceGas)
  • Stabile Gaserzeugung: Der elektrisch beheizte Rohrreaktor sorgt für eine gleichmäßige Gaserzeugung.
  • Siemens Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)
  • Sicherheitsmerkmale: Übertemperatursicherung, Überdruckregelung und Absicherung der Thermoelemente sorgen für einen sicheren Betrieb.
  • Kleine Stellfläche und einfache Bedienung: Die Bedienung der Anlage erfolgt von der Vorderseite.
  • Der Cracker zeichnet sich durch geringen Stromverbrauch und Betriebskosten aus
  • Ausführung und Design lassen sich in gewissen Grenzen nach Kundenwunsch anpassen
  • Volle CE Zertifizierung

Wasserstoffgenerator, Formiergasgenerator

Als Folge der vollständigen Dissoziation in Wasserstoff und Stickstoff verbleibt nur noch ein kleiner Restanteil nicht-dissoziierten Wasserstoffes und der Taupunkt des produzierten Gasgemisches ist sehr niedrig (deutlich unter -10°C).

Gasreiniger

Als ein Zubehör zur weiteren Reduktion des Taupunktes des hergestellten Gases kann auch ein besonderer Gasreiniger angeboten werden. Unter Einsatz von Molekularsieben kann der Taupunkt bis auf -70°C gedrückt werden. Das Gerät arbeitet mit zwei parallel betriebenen Adsorberpatronen, von denen die eine Feuchtigkeit und ungespaltenes Ammoniak adsorbiert, während die zweite gleichzeitig durch Beheizung regeneriert wird. Der Gasfluss wird regelmäßig und automatisch umgeschaltet.

Gaseigenschaften

Das bei der Dissoziation von Ammoniak entstehende Gas nennt man Formiergas. Es besteht zu 75 Vol% aus Wasserstoff und zu 25 Vol% aus Stickstoff.

Beschreibung Ammoniak NH3 Wasserstoff H2 Stickstoff N2
Molekulargewicht

17,03

2,0158

28,0134

Siedepunkt (SP) in °C

-33,35

-252,87

-195,8

Dichte der Flüssigkeit beim SP in kg/m3

682,1

70,0

804,0

Dichte des Gases beim SP in kg/m3

0,8906

1,329

4,613

Dichte bei RT in kg/m3

0,7710

0,0899

1,2506

Verdampfungswärme in kJ/kg

1368,2

451,9

199,2

Löslichkeit in kaltem Wasser in g/100ml

89,9

-

-

Cp in kJ/kg (1 atm, RT)

2,188

14,2

1,038

Cp/Cv (1 atm, RT)

1,31

1,41

1,40

Produkttypen

Die Ammoniakspalter sind in mehreren Größen verfügbar, die Angaben beziehen sich auf Standarddruck sowie Standardtemperatur. Bitte beachten Sie, dass sich die Gasmenge während des Prozesses verdoppelt. Das bedeutet, dass aus 1 m3 Ammoniak 2 m3 Formiergas entstehen. Bei der Spezifikation ist es daher wichtig anzugeben, ob es sich um den gewünschten Eingangsgasfluss (NH3) oder Ausgangsgasfluss (N2; H2) handelt. In folgender Umrechnungstabelle sind der Ammoniakverbrauch sowie die Wasserstofferzeugung gelistet. Unsere Cracker-Modelle werden nach der Menge des generierten Formiergases benannt.

Modell

Ammoniakverbrauch
(m3/h NH3)

Ammoniakverbrauch
(kg/h NH3)

Formiergaserzeugung
(m3/h N2;H2)

Wasserstofferzeugung
(m3/h H2)

Wasserstofferzeugung
kg/h H2)

5 N m3/h

2,5

1,9

5

3,8

0,3

10 N m3/h

5

3,9

10

7,5

0,7

20 N m3/h

10

7,7

20

15

1,3

30 N m3/h

15

11,6

30

22,5

2

50 N m3/h

25

19,3

50

37,5

3,3

60 N m3/h

30

23,1

60

45

4

70 N m3/h

35

27

70

52,5

4,7

80 N m3/h

40

30,8

80

60

5,3

90 N m3/h

45

34,7

90

67,5

6

100 N m3/h

50

38,5

100

75

6,7

110 N m3/h

55

42,4

110

82,5

7,3

120 N m3/h

60

46,2

120

90

8

130 N m3/h

65

50,1

130

97,5

8,7

140 N m3/h

70

53,9

140

105

9,3

150 N m3/h

75

57,8

150

112,5

10

160 N m3/h

80

61,6

160

120

10,7

170 N m3/h

85

65,5

170

127,5

11,3

180 N m3/h

90

69,3

180

135

12

190 N m3/h

95

73,2

190

142,5

12,7

200 N m3/h

100

77

200

150

13,4

210 N m3/h

105

80,9

210

157,5

14

220 N m3/h

110

84,7

220

165

14,7

230 N m3/h

115

88,6

230

172,5

15,4

240 N m3/h

120

92,4

240

180

16

250 N m3/h

125

96,3

250

187,5

16,7

Die Umsetzung des Ammoniaks zu Wasserstoff und Stickstoff (Volumenverhältnis 3:1) im Cracker ist nahezu vollständig. Es bleiben nur geringe Mengen (<30ppm) Ammoniakgas im Crackgas übrig.
Für größere Produktionseinheiten können mehrere Anlagen parallel betrieben werden.

Wasserstoff Aufreinigung

Zur Abspaltung des Stickstoffes und damit der Aufreinigung von Wasserstoff (H2) kommt die so genannte Pressure Swing Adsorption (PSA), zu Deutsch Druckwechsel-Adsorption (DWA) zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um ein physikalisches Verfahren, dass sich die unterschiedlichen Adsorptionseigenschaften verschiedener Gase zu Nutze macht, um diese voneinander zu trennen. Dabei ist je nach Umsetzung auch die Abtrennung anderer Gase wie Sauerstoff oder Kohlenstoffdioxid möglich.
Um Stickstoff von Wasserstoff abzutrennen und hochreinen Wasserstoff zu generieren, werden poröse Materialien wie Molekularsiebe oder Zeolith eingesetzt. Das Gasgemisch durchströmt bei einem bestimmten Druck das für diese Anwendung konzipierte Molekularsieb. Durch die stärkere Wechselwirkung von Wasserstoff mit dem Molekularsieb, reichert sich dieser im Molekularsieb an. Das zweite Gas (Stickstoff) wird dagegen nicht adsorbiert. Nachdem das Molekularsieb seine Kapazitätsgrenze erreicht, wird der Gasfluss auf ein weiteres Molekularsieb umgelenkt. Durch eine Druckabsenkung und damit verbundene deutlich schwächere Wechselwirkung zwischen Molekularsieb und Wasserstoff, kann der nun aufgereinigte Wasserstoff aus dem ersten Molekularsieb freigesetzt werden. Im Anschluss steht das erste Molekularsieb wieder zur Aufreinigung zur Verfügung. Die Anlage wird durch eine program logic control (PLC), zu deutsch Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) geregelt. Dadurch kann eine kontinuierliche Aufreinigung erreicht werden.

PSA Wasserstoff Aufreinigung (SinceGas)
  • Unsere PSA-Anlagen können kundenspezifisch für unterschiedliche Drücke, Gasflüsse und Reinheiten ausgelegt werden.
  • Ein Gasfluss bis zu 600 m3/h pro Anlage ist möglich
  • Die SPS gesteuerte Anlage sorgt für eine stabile Gaserzeugung
  • Eine Reinheit zwischen 99% und 99,999% ist möglich
  • Die Anlage ist voll automatisiert
  • Die Molekularsiebe sind kompakt gefüllt und haben eine hohe Lebenserwartung
  • Volle CE Zertifizierung

Wasserstoff Aufreinigung

Anwendungen für dissoziierten Ammoniak

Temper-Öfen

Das so hergestellte Formiergas wird häufig in Durchlauföfen oder Rohröfen für Temperprozesse in reduzierender Atmosphäre, beim Hartlöten, Sintern, für die Oxidentfernung und zur Nitridierung genutzt. Sie finden mehr Informationen über die entsprechenden Öfen in unserer Koyo Thermo Systems Produktübersicht.

Weitere Anwendungen für Formiergas
  • Hartlöten
  • Sintern
  • Entoxidieren
  • Nitrieren
  Tempern von Metallen:
  • Tempern von Edelstahldrähten
  • Tempern von Metallpulvern
  • Tempern von Bimetallprodukten
  • Hydrierung organischer Verbindungen
  • Galvanisierung
  • Herstellung von Formiergas

Brennstoffzellen

Für den Einsatz von Brennstoffzellen wird ebenfalls Wasserstoff benötigt. Hierbei bietet die Speicherung von Wasserstoff in Ammoniak deutliche Vorteile. Neben einer erhöhten Energiedichte, muss Ammoniak nur bei -33° C statt bei -253° C, wie Wasserstoff, verflüssigt werden und kann bei moderaten Drücken gelagert werden. Ammoniak bietet damit eine elegante Lösung um Wasserstoff zu transportieren und eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Energieträgern. Durch die oben genannte Wasserstoffaufreinigung kann über den Umweg von Ammoniak ebenfalls hochreiner grüner Wasserstoff zur Verfügung gestellt werden. Sie benötigen hierfür einen Ammoniak Cracker, sowie einen PSA Aufreiniger. In folgender Tabelle finden sie die bekanntesten Brennstoffzellen, die Wasserstoff nutzen.

Bezeichnung Typ Elektrolyt Ladungsträger Brenngas (Anode) Oxidationsmittel (Kathode) Temperatur (°C) Wirkungsgrad (%) Anwendung
Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle
für Wasserstoff (PEMFC)
Saure Niedertemperatur-Knallgaszelle protonenleitende Polymer-Membran (PEM) Hydroniumion (H3O+) Wasserstoff (H2) Sauerstoff (O2) oder Luft; befeuchtet 60-70 Zelle: 50-68 Serienfahrzeuge, Blockheizkraftwerke,
Versorgung von Elektronik
Festoxid-Brennstoffzelle
(SOFC)
Hochtemperatur-Knallgaszelle oxidkeramischer Elektrolyt
(ZrO2 + Y2O3)
Oxidion (O2-) Wasserstoff (H2) Luftsauerstoff (O2) 800-1000 Zelle: 60-65 Blockkraftwerke (bis 250kW)
Galvanische Brennstoffzellen
mit alkalischem Elektrolyten z.B. (AFC)
Alkalische Niedertemperatur-Knallgaszelle z.B. 30%ige Kalilauge Hydroxidion (OH-) Wasserstoff (H2) reiner Sauerstoff (O2) 20-90 Zelle: 60-70 Kleinanlagen (bis 150kW); U-Boot Antrieb
Galvanische Brennstoffzellen
mit saurem Elektrolyten z.B. (PAFC)
Saure Niedertemperatur-Knallgaszelle z.B. konzentrierte Phosphorsäure Hydroniumion (H3O+) Wasserstoff (H2)
Luftsauerstoff (O2) 150-220 Zelle: 55 Stationäre Strom- und Wärmeerzeugung

Crystec freut sich darauf, für Sie eine kostengünstige Anlage aufzubauen, die Ihren strengsten Anforderungen entspricht.