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NH3-Gas und sein Sensor

Einführung in Ammoniak

Ammoniakgas ist eine chemische Verbindung aus einem Stickstoff- und drei Wasserstoffatomen, die gemeinhin als Ammoniakmolekül mit der Formel NH3 bezeichnet wird. In seiner reinen Form ist Ammoniak ein farbloses Gas, das jedoch aufgrund seines stechenden Geruchs leicht zu erkennen ist. Ammoniak kommt normalerweise als Gas vor, das ätzend und bei längerer Exposition gesundheitsschädlich ist und eine Gefahrstoffgenehmigung erfordert. Ammoniakgas wird häufig bei der Herstellung von Düngemitteln, Kältemitteln und Reinigungslösungen verwendet. Allerdings riecht man es wahrscheinlich schon lange bevor es schädlich wird. Der Grad der Gefährlichkeit von Ammoniakgas hängt stark davon ab, wie viel davon vorhanden ist und wie lange man ihm ausgesetzt ist. Die Überwachung des Ammoniakgehalts ist entscheidend, um potenzielle Gesundheitsrisiken zu vermeiden.

Die industrielle Ammoniakproduktion ist eine der höchsten unter den anorganischen Chemikalien. Zahlreiche große Düngemittelfabriken und andere Anlagen produzierten im Jahr 2021 insgesamt 235 Millionen Tonnen Ammoniak. Ammoniak wird industriell nach dem Haber-Bosch-Verfahren hergestellt, bei dem Stickstoff aus der Luft mit Wasserstoff, der in der Regel aus Erdgas gewonnen wird, unter hohem Druck und hoher Temperatur in Gegenwart eines Katalysators kombiniert wird.

Die Erkennung von Ammoniakgas ist in vielen Branchen von entscheidender Bedeutung, insbesondere in der Lebensmittelverarbeitung, in Düngemittelfabriken und anderen Anlagen, in denen mit Ammoniakwasser umgegangen wird. Ammoniaksensoren und Ammoniakdetektoren sind unverzichtbare Werkzeuge für ortsfeste Gaswarnsysteme, die dazu beitragen, dass die Ammoniakkonzentrationen innerhalb der Sicherheitsvorschriften bleiben. Diese Systeme sind für die Echtzeitüberwachung ausgelegt und warnen die Mitarbeiter vor einer gefährlichen Gasansammlung. Die Ammoniakdetektion spielt eine entscheidende Rolle bei der Überwachung des Ammoniakgehalts in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben, um eine sichere und vorschriftsmäßige Umgebung für Mitarbeiter und Verbraucher zu gewährleisten. Durch den Einsatz von Ammoniakgasdetektoren können Unternehmen das Risiko einer schädlichen Exposition und von Fehlalarmen verringern und so eine kostengünstige Lösung zur Gewährleistung der Sicherheit bieten.

Es ist wichtig zu beachten, dass Ammoniak natürlich in der Umwelt vorkommt, beispielsweise im Boden und im Wasser. Durch menschliche Aktivitäten, insbesondere industrielle Prozesse, ist jedoch die Menge an Ammoniak, die in die Atmosphäre gelangt, gestiegen. Dies kann zu Luftverschmutzung und saurem Regen beitragen. Im menschlichen Körper ist Ammoniak ein Nebenprodukt des Proteinstoffwechsels. Der Ammoniakspiegel im Blut wird genau überwacht, da erhöhte Werte auf eine Leberfunktionsstörung oder andere Erkrankungen hinweisen können.

Ammoniaktoxizität: Die Exposition gegenüber hohen Ammoniakkonzentrationen kann gesundheitsschädlich sein. Das Einatmen von Ammoniakgas kann die Atemwege reizen und zu Husten, Keuchen und Atembeschwerden führen. In schweren Fällen kann es zu einem Lungenödem kommen, einer Erkrankung, bei der sich Flüssigkeit in der Lunge ansammelt.

Gaseigenschaften

  • Farblos

  • Gaszustand

  • Komprimiert

  • Giftig

  • Entzündlich

  • Ätzend

  • Leichter als Luft

  • Wasserlöslich

  • Explosiv (bei hohen Konzentrationen und in geschlossenen Räumen)

  • Stechender, erstickender Geruch

  • Kann sich bei hohen Temperaturen zersetzen und dabei leicht entzündliches Wasserstoffgas bilden.

  • Ammoniakhaltige Düngemittel und die Bewirtschaftung landwirtschaftlicher Flächen können zu Stickoxidemissionen führen.

  • Ammoniakmoleküle haben eine trigonale Pyramidenform.

  • ANDERE BEZEICHNUNGEN: Wasserfreies Ammoniak, Ammoniak, Azan, Stickstoffhydrid

  • CAS-Nr. 7664-41-7

Symbol GHS „Entzündlich“ – Beispiele hierfür sind Stickoxide, konzentrierte Ammoniaklösungen, wasserfreies Ammoniak
Symbol GHS „giftig“ – Beispiele hierfür sind Salpetersäure, die Alkalimetalle auflösen und die Atemwege von Arbeitnehmern schädigen kann, sowie Ammoniumchlorid.
Symbol für komprimiertes Gas oder komprimierte Flüssigkeit
GHS-ätzend WHMIS – Beispiele hierfür sind Schwefel- und Salpetersäure, einschließlich Ammoniumhydroxid, das ein ätzendes Gas ist.

Industrielle NH3-Detektion, Gefahren und Quellen

  • Landwirtschaftliche Betriebe: Ammoniak, das durch Komposthaufen in Pilzzuchtbetrieben entsteht, kann Ammoniakgas erzeugen. Auch Güllegruben und alle Innenräume oder geschlossenen Räume, in denen Nutztiere gehalten werden, können Ammoniakgas enthalten.

  • Wasseraufbereitung: Ammoniak wird zur Herstellung von Monochloramin verwendet, das als Desinfektionsmittel eingesetzt wird.

  • Kühlsysteme: Eislaufbahnen, Brauereien, Getränkehersteller und Eisfabriken verwenden flüssiges Ammoniak oderwässriges Ammoniak NH3(aq). Bei einem Leck entsteht Ammoniakgas, was zu potenziell gefährlichen Ammoniakemissionen führen kann.

  • Düngemittel und Reinigungsmittel: Flüssiges Ammoniak wird oft verdünnt und mit anderen Chemikalien gemischt, wodurch häufig Lösungen entstehen, die als Ammoniumhydroxid bezeichnet werden. Diese verdünnte Form wird in Haushaltsreinigungsmitteln verwendet, wobei bei der Verwendung Ammoniakemissionen entstehen können.

  • Ammoniumsalzekönnenentstehen, wenn Ammoniak mit verschiedenen Säuren reagiert, was sich sowohl auf die Sicherheit als auch auf die Umweltschutzmaßnahmen auswirkt. In einigen Herstellungsprozessen wird Ammoniak mit Salzsäure kombiniert, um Ammoniumchlorid herzustellen.

  • Kann bei der Verwendung von ammoniakhaltigen Reinigungsmitteln Ammoniak ausgesetzt sein.

  • Weitere Quellen beruflicher Exposition sind das Versilbern von Spiegeln, die Herstellung von Klebstoffen, das Gerben von Leder und die Arbeit in Nitrieröfen.

  • Ammoniak entsteht als Nebenprodukt bei der Kohledestillation und durch die Einwirkung von Wasserdampf auf Calciumcyanamid sowie bei der Zersetzung stickstoffhaltiger Stoffe.

  • Ammoniak kommt natürlich in Sojabohnen, Nachtkerzensamen, Lammsquarter und Tabakblättern vor.

Ammoniaklecks nehmen zu, weil natürliche Kältemittel immer öfter anstelle von fluorierten Gasen eingesetzt werden.

(Prozessausrüstung & Steuerung – Nachrichten)

Hochrisikoszenarien

  • Wärmere Gebäude können Ammoniak in höheren Konzentrationen produzieren als kalte Gebäude.
  • In einem geschlossenen Raum kann Ammoniak explodieren, wenn eine Zündquelle hinzukommt.
  • Abgesehen von einer unbeabsichtigten Freisetzung von Ammoniak ist das Risiko einer Exposition gegenüber hohen Ammoniakkonzentrationen beim Betreten enger Räume am größten.
  • Technisch gesehen betritt ein Arbeiter in dem Moment, in dem er die Ebene einer Öffnung überschreitet, einen beengten Raum. Wenn Ammoniak im Spiel ist, sollten Arbeiter davon ausgehen, dass beengte Räume eine gefährliche Umgebung darstellen.
  • Im Falle eines Lecks oder eines CSE-Verfahrens wäre es ein Fehler anzunehmen, dass der charakteristische Geruch von Ammoniak als ausreichendes Warnsignal dienen würde.
  • Gasdetektoren können die Ammoniakkonzentration messen und die Arbeiter schnell auf Veränderungen der Luftqualität aufmerksam machen.

NH3-Sensor-Informationen

Typ: ElektrochemischerElektroden-
Messbereich: 0–100 ppm (Auflösung 0,1 ppm)
Hoher Messbereich: 0–500 ppm (Auflösung 1 ppm)

Standard-Alarmstufen

Unterer Alarm: 25 ppm
Oberer Alarm: 50 ppm
STEL – 15 Minuten – Kurzzeitgrenzwert: 35 ppm
TWA – 8-Stunden-Zeitgewichteter Durchschnitt: 25 ppm 

Blackline-Geräte, die NH3 erkennen können

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Spezielle Anwendungen und Überlegungen

  • Langsam fließendes Wasser: Langsam fließendes oder stehendes Wasser kann aufgrund mangelnder Turbulenzen und Verdunstung sowie einer stärkeren Anreicherung von Stoffwechselabfällen und Zersetzungsprodukten – darunter Ammoniak – hohe Ammoniakgaskonzentrationen aufweisen (WHO 1986).
  • Hohe Fischdichte: Durch den reduzierten Wasserfluss können sich Fische in Becken oder anderen Rückzugsorten konzentrieren, wodurch sich die Ausscheidungen konzentrieren und die Ammoniakkonzentrationen steigen.
  • Presence in organic wastes: Organic wastes are the remains of any once-living organism or their excrement. Ammonia excretion from the body also occurs through urine so the average concentration in domestic sewage influent is 40 mg/L. Identifying the organic matter in waterbodies or aqueous solutions aids in identifying the source.
      – Ammonia levels in water <1 mg/L can be harmful.
  • Pflanzenmaterial enthält in der Regel wenig Stickstoff, und die damit verbundenen Zersetzer können Ammoniak aufnehmen und dessen Konzentration im Wasser verringern. Die Identifizierung der Art der in einem Gewässer vorhandenen organischen Abfälle hilft bei der Ermittlung möglicher Ursachen. Übermäßige organische Abfälle im Wasser können zu einer grauen Färbung mit sichtbaren Schlammablagerungen in Ablagerungsbereichen führen.
  • Übelriechender Geruch: Ammoniakgas hat einen charakteristisch stechenden Geruch (man denke an Fenster- und Bodenreiniger). Die Ammoniakkonzentrationen in Flüssen sind selten hoch genug, um diesen Geruch zu verursachen, aber Wasser, das übelriechend ist oder nach Fäulnis oder organischen Abfällen riecht, kann relativ hohe Ammoniakkonzentrationen aufweisen.
  • Schwebstoffe: Schwebstoffe aus Abwasser oder Abflüssen können einen hohen Ammoniakgehalt aufweisen oder als Katalysatoren für das Bakterienwachstum dienen und so die Anreicherung von Ammoniak begünstigen. Die Identifizierung der Art der vorhandenen Schwebstoffe ist wichtig, um mögliche Ursachen zu ermitteln.
  • Alkalisches, sauerstofffreies oder warmes Wasser: Wassereigenschaften, die die Ammoniakbildung fördern (z. B. Sauerstoffmangel) oder die Toxizität erhöhen (z. B. hoher pH-Wert und hohe Temperatur), sind Anzeichen dafür, dass Ammoniak eine Ursache sein könnte.
  • Ammoniaklösung, auch bekannt als wässrige Ammoniaklösung, ist in Wasser verdünntes Ammoniak. Sie dient verschiedenen Zwecken, beispielsweise als Inhaltsstoff in Haushaltsreinigern, als Desinfektionsmittel für die Wasseraufbereitung, in der Lebensmittelproduktion zur Senkung des Säuregehalts in Lebensmitteln und sogar zum Dunkelfärben von Möbeln.
  • Medizinische Anwendungen werden derzeit getestet, beispielsweise wird Ammoniakgas als Atemstimulans eingesetzt, um Ohnmachtsanfälle zu verhindern.

Gesundheitsrisiken und Umgang mit NH3

Konzentration
Symptome/Auswirkungen
0–0,5 ppm
Typische Hintergrundwerte niedriger Konzentrationen.
0,6 – 23 ppm
Gilt immer noch als geringe Konzentration, kann jedoch in der Regel anhand des Geruchs festgestellt werden.
24–29 ppm
Gelegentlich können Reizungen der Nase und des Rachens festgestellt werden (2–6 Stunden Exposition).
30–49 ppm
Für manche Menschen nach 10 Minuten Exposition leicht irritierend
50–71 ppm
Nach 10-minütiger Exposition für die Mehrheit der Menschen mäßig reizend
72–139 ppm
Eine kontinuierliche Exposition gegenüber NH3 kann bereits nach 5 Minuten zu Reizungen der Nase und des Rachens führen.
140–499 ppm
Wird für die meisten Menschen nach 30 Minuten unerträglich irritierend sein.
500–1499 ppm
Nase und Rachen werden sofort stark gereizt, es kommt zu Tränenfluss (Weinen).
1500–2499 ppm
Eine kurze Exposition kann zu einem Lungenödem (Ansammlung von Flüssigkeit in der Lunge, potenziell tödlich) führen.
2500 – 4500 ppm
Tod wahrscheinlich nach mehr als 30 Minuten Exposition
5000 ppm +
Führt häufig zu einem schnellen Atemstillstand, Tod sehr wahrscheinlich
NH3 Erste Hilfe
ERSTE HILFE
  • Einatmen: Treffen Sie vor der Rettung Vorsichtsmaßnahmen zu Ihrer eigenen Sicherheit (z. B. Tragen geeigneter Schutzausrüstung). Bringen Sie das Opfer an die frische Luft. Bei Atembeschwerden sollte geschultes Personal Notfall-Sauerstoff verabreichen. Lassen Sie das Opfer sich nicht unnötig bewegen. Die Symptome eines Lungenödems können verzögert auftreten. Rufen Sie sofort eine Giftnotrufzentrale oder einen Arzt an. Eine Behandlung ist dringend erforderlich. Transportieren Sie das Opfer in ein Krankenhaus.
  • Hautkontakt mit Gas: 5 Minuten lang mit lauwarmem, sanft fließendem Wasser spülen. Bei anhaltender Reizung oder Schmerzen einen Arzt aufsuchen. 
  • Augenkontakt mit Gas: Spülen Sie das/die kontaminierte(n) Auge(n) sofort 5 Minuten lang mit lauwarmem, sanft fließendem Wasser, während Sie das/die Augenlid(er) offen halten. Bei anhaltender Reizung oder Schmerzen suchen Sie einen Arzt auf. 
Gefahren durch NH3
BEI UNBEABSICHTIGTER FREISETZUNG
  • Handhabung:Leckagen, Verschüttungen oder Ausfälle der Sicherheitsausrüstung (z. B. Belüftungssystem) sind unverzüglichzu melden. Bei Verschüttungen oder Leckagen sofort ein Atemschutzgerät vom Typ „Fluchtgerät“ anlegen und den Bereich verlassen. Arbeiten Sie NICHT alleine mit diesem Produkt. Bei jeder Exposition ärztliche Hilfe hinzuziehen. Symptome können verzögert auftreten. Verhindern Sie versehentlichen Kontakt mit unverträglichen Chemikalien.

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