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Sauer­stoff rein, Stick­­oxide runter

In der Düngemittelproduktion ist Salpetersäure ein entscheidendes Vorprodukt, das in großen Mengen benötigt wird. Messer hat ein Verfahren entwickelt, mit dem die Herstellung effizienter wird, während gleichzeitig die Emission von Stickoxiden sinkt.

Weltweit werden jährlich rund 60 Millionen Tonnen Salpetersäure (HNO₃) benötigt, 80 Prozent davon in der Düngemittelindustrie. Für die Herstellung braucht man (Luft-)Sauerstoff, Ammoniak und Wasser. Diese Rohmaterialien werden in einer komplexen Reaktionskette zum gewünschten Endprodukt umgewandelt. Der grundlegende Prozess wurde bereits 1902 vom deutschen Chemiker Wilhelm Ostwald entwickelt.

Einfach vs. aufwendig

Als Zwischenprodukt entstehen unter anderem Stickoxide. Diese müssen so weit wie möglich reduziert werden, da ihre Emission strengen Umweltschutzbestimmungen unterliegt. Das Verfahren der Salpetersäureherstellung wurde über die Jahre im Detail verbessert, die Anlagen entsprechend optimiert. Dabei fokussierte man vor allem auf Energieeffizienz und die Verminderung der Emissionen. Die technische Optimierung der Anlagen ist jedoch aufwendig und kostenintensiv.

Messer hat ein Verfahren entwickelt, das eine beträchtliche Steigerung der Effizienz ermöglicht und den Ausstoß von Stickoxiden reduziert – ohne großen technischen Aufwand. „Wir erreichen diese Ziele durch das Einbringen von reinem Sauerstoff“, erläutert Dr. Nina van Gellecom, Expertin für chemische Anwendungen bei Messer. „Bestimmte Reaktionsschritte wie etwa die Oxidation von salpetriger Säure und Distickstofftetraoxid verlaufen damit wesentlich intensiver und erreichen ein deutlich besseres Ergebnis. Entscheidend ist, das Gas nach einem von Messer entwickelten und patentierten Verfahren an ganz bestimmten Stellen im Prozess zu injizieren.

Geringe Investition, großer Nutzen

Die erforderliche Investition ist sehr überschaubar, vor allem im Verhältnis zum Ertrag. Das zeigt etwa das Beispiel Azomures in Rumänien. Das Chemieunternehmen betreibt in Tîrgu Mureş eine Anlage, die bereits in den 1960er-Jahren entstand. Die Effizienz der Produktion war geringer, als es die heutigen Standards verlangen, und damit wurden Stickoxide im Übermaß freigesetzt. Um diese Emission im Rahmen der Grenzwerte zu halten, musste die Anlage in den warmen Sommermonaten regelmäßig über längere Zeiträume mit reduzierter Leistung betrieben oder ganz außer Betrieb genommen werden.

Mit dem von Messer installierten Verfahren der Sauerstoffinjektion sanken die Stickoxidemissionen im Versuch von 220 ppm auf 20 ppm (ppm = parts per million, Millionstel). Der in der EU gängige Emissionsgrenzwert liegt bei 90 ppm. Die Absorption der Stickoxide in der DeNOx-Anlage – dort wird ein Teil dieser Gase in unschädlichen Stickstoff umgewandelt – wurde deutlich verbessert. Die Zufuhr von Ammoniak, der für die Reduktion benötigt wird, sank an dieser Stelle um 50 Kilogramm pro Stunde. Zugleich stieg die Produktionsmenge um 260 Kilogramm pro Stunde. Dieser Zugewinn wurde durch längere Betriebszeiten weiter gesteigert: Da die Anlage die strengen EU-Vorschriften für die Stickoxidemission nun auch bei warmem Wetter einhält, kann sie in den Sommermonaten mit voller Kapazität durchlaufen.

 

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