AT412780B - Verfahren zum herstellen von synthesegas für eine ammoniaksynthese durch ein dampfreformieren von erdgas - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Synthesegas für eine Ammoniaksynthese durch ein Dampfreformieren von Erdgas, das bei einem vorgegebenen Prozessdruck in einem Primärreformer unter Zufuhr von Wasserdampf einer endothermen und in einem Sekundärreformer unter Zufuhr von verdichteter Prozessluft einer exothermen Reformierreaktion unterworfen wird, bevor das Synthesegas aus dem reformierten Rohgas durch ein Konvertieren und Reinigen gewonnen und verdichtet wird, wobei der Primärreformer mit einem Teilstrom des Erdgases beheizt wird. 



   Um das für eine Ammoniaksynthese erforderliche, wasserstoffhaltige Synthesegas herzustellen, wird in steigendem Ausmass von Erdgas ausgegangen, das nach einer Entschwefelung einer Dampfreformierung unterworfen wird. Zu diesem Zweck wird das Erdgas bei einem vorgegebenen Prozessdruck beispielsweise zwischen 20 und 40 bar bei 750 bis 900  C in einem Primärreformer unter Zufuhr von Wasserdampf einer endothermen und anschliessend in einem Sekundärreformer unter Zufuhr von verdichteter Prozessluft einer exothermen Reformierreaktion unterworfen, um anschliessend konvertiert und gereinigt zu werden, bevor das so gewonnene Synthesegas verdichtet wird. Zur Beheizung des Primärreformers wird ein Teilstrom des Erdgases, nämlich ca. 25 bis 30 %, in Brennern des Primärreformers verbrannt.

   Das heisse Rohgas wird nach der exothermen Reformierreaktion durch eine Wasserdampferzeugung gekühlt. Der gewonnene Wasserdampf wird in Kondensationsdampfturbinen entspannt, mit deren Hilfe Verdichterstufen einerseits für das Synthesegas und anderseits für die Prozessluft angetrieben werden. Der für die Dampfreformierung benötigte Wasserdampf wird einer Turbinenanzapfung mit einem an den Prozessdruck angepassten Druck entnommen, während der übrige Wasserdampf zur Bereitstellung der für die Verdichtung des Synthesegases und der Prozessluft benötigten Energie soweit entspannt werden muss, dass eine wirtschaftliche Energieausbeute des Abdampfes nicht mehr möglich ist. Der Abdampf wird daher kondensiert und die Kondensationswärme ungenützt an die Umgebung abgegeben. 



   Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass die eingesetzte Energie vorteilhaft insbesondere für den Antrieb der Verdichterstufe für die Prozessluft und/oder das Synthesegas eingesetzt werden kann. 



   Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Überdruck zumindest des Erdgasteilstromes für die Heizung zur Verdichtung der Prozessluft, des Synthesegases und/oder des Erdgasstromes für die Reformierung abgearbeitet wird. 



   Da das zur Herstellung des Synthesegases erforderliche Erdgas im allgemeinen mit einem Druck zur Verfügung steht, der zumindest dem Prozessdruck entspricht und der für die Heizung des Primärreformers erforderliche Druck des hiefür abgezweigten Erdgasteilstromes im Vergleich zum Prozessdruck klein ist, kann der Überdruck dieses Erdgasteilstromes vor allem zur Verdichtung der Prozessluft und/oder des Synthesegases abgearbeitet werden. Für den Fall, dass das zur Verfügung stehende Erdgas mit einem Druck unterhalb des geforderten Prozessdruckes angeliefert wird, kann die Energie, die aus dem Überdruck des Erdgasteilstromes für die Heizung gewonnen wird, auch zur Verdichtung des für die Reformierung benötigten Erdgasstromes auf den erforderlichen Prozessdruck genützt werden.

   Aufgrund dieses Umstandes wird es möglich, zumindest teilweise auf die Energie aus dem hochgespannten Wasserdampf für die Verdichtung der Prozessluft und/oder des Synthesegases zu verzichten. Selbst wenn es notwendig wird, eine Dampfturbine als zusätzlichen Antrieb für eine Verdichterstufe der Prozessluft und/oder des Synthesegases einzusetzen, kann wegen des verringerten Energiebedarfs die zu kondensierende Abdampfmenge insbesondere beim Vorsehen einer entsprechenden Anzapfung der Dampfturbine klein gehalten werden. 



   Wird das Erdgas für die Herstellung von Synthesegas mit einem entsprechenden Überdruck gegenüber dem Prozessdruck angeliefert, so empfiehlt es sich, zunächst den Überdruck des gesamten Erdgasstromes gegenüber dem Prozessdruck und dann nach einem Abzweigen des Erdgasstromes für die Reformierung den verbliebenen Überdruck des Erdgasteilstromes für die Heizung zur Verdichtung der Prozessluft und/oder des Synthesegases abzuarbeiten, so dass für die Abarbeitung des Überdruckes des Erdgases gegenüber dem Prozessdruck der gesamte Massenstrom des Erdgases genützt werden kann. 



   Zur Durchführung des Herstellungsverfahrens von Synthesegas für eine Ammoniaksynthese kann von einer Anlage mit einem an eine Erdgasdruckleitung angeschlossenen Primärreformer, mit an eine Erdgasleitung angeschlossenen Brennern zum Beheizen des Primärreformers, mit einem Sekundärreformer und mit einer druckseitig an den Sekundärreformer angeschlossenen Verdich- 

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 terstufe für Prozessluft und/oder einer Verdichterstufe für Synthesegas ausgegangen werden.

   Um den Überdruck des Erdgasteilstromes für die Heizung des Primärreformers auszunützen, ist eine mit Erdgas beaufschlagbare Turbine zum Antrieb zumindest einer Verdichterstufe für die Prozessluft bzw. das Synthesegas und/oder eines Verdichters für einen Erdgasstrom zur Speisung der Erdgasdruckleitung für den Primärreformer vorgesehen, wobei die Erdgasleitung für die Brenner des Primärreformers an den Ausgang der Turbine anschliesst. Mit Hilfe dieser Turbine wird der für die Heizung des Primärreformers abgezweigte Erdgasteilstrom auf einen für die Brenner des Primärreformers erforderlichen Förderdruck entspannt, mit dem der Erdgasteilstrom über die Erdgasleitung den Brennern des Primärreformers zugeleitet wird.

   Die durch das Entspannen des Erdgasteilstromes gewonnene mechanische Arbeit wird vorzugsweise zum Antreiben wenigstens einer Verdichterstufe für die Prozessluft bzw. das Synthesegas eingesetzt, kann aber auch zum Verdichten des Erdgasstromes verwendet werden, der als Prozessgas dem Primärreformer über die Erdgasdruckleistung zugefördert wird, wenn der zur Verfügung stehende, über die Turbine abarbeitbare Erdgasdruck unterhalb des Prozessdruckes des Primärreformers liegt. 



   Bei einem Erdgasangebot mit einem Überdruck gegenüber dem Prozessdruck des Primärreformers können zum Antrieb der Verdichterstufe für die Prozessluft zwei mit Erdgas beaufschlagbare Turbinen vorgesehen werden, von denen die eine ausgangseitig mit dem Eingang der anderen, ausgangseitig an die Erdgasleitung für die Brenner angeschlossenen Turbine verbunden ist, wobei die Erdgasdruckleitung für den Primärreformer von der Verbindungsleitung der beiden Turbinen abzweigt. Mit einer solchen Konstruktion wird in einfacher Weise sichergestellt, dass der Überdruck des gesamten Erdgasstromes einerseits gegenüber dem Prozessdruck und anderseits gegenüber dem Förderdruck für die Brenner in wirtschaftlicher Weise zum Antrieb wenigstens einer Verdichterstufe für die Prozessluft bzw. das Synthesegas zur Verfügung gestellt werden kann. 



   Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Anlage zum Herstellen von Synthesegas für eine Ammoniak- synthese durch ein Dampfreformieren von Erdgas in einem vereinfachten Blockschalt- bild und
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante einer erfin- dungsgemässen Anlage. 



   Gemäss der Fig. 1 weist die Anlage zum Dampfreformieren von Erdgas einen Primärreformer 1 für die endotherme und einen Sekundärreformer 2 für die exotherme Reformierreaktion auf. Zur Beheizung des Primärreformers 1 sind Brenner 3 vorgesehen, die über eine Erdgasleitung 4 mit Erdgas und über eine Luftleitung 5 mit Verbrennungsluft versorgt werden, die über einen Wärmetauscher 6 mit den Abgasen aus der Heizung des Primärreformers 1 vorgewärmt wird. Der als Prozessgas dienende Erdgasstrom wird mit einem an den Prozessdruck angepassten Druck über eine Erdgasdruckleitung 7 einer Entschwefelungseinrichtung 8 und im Anschluss daran dem Primärreformer 1 unter Zufuhr von Wasserdampf zugeleitet.

   Der über die Speiseleitung 9 zugeführte Wasserdampf wird mit dem entschwefelten Erdgas über einen Wärmetauscher 10 durch das Abgas aus dem Primärreformer 1 erhitzt, das nach weitgehender Ausnützung seiner fühlbaren Wärme über einen Kamin 11ins Freie strömt. Nach der endothermen Reformierreaktion im Primärreformer 1 wird das Prozessgas dem Sekundärreformer 2 über die Leitung 12 zur exothermen Reformierreaktion zugeleitet, für die auf den Prozessdruck des Sekundärreformers 2 hochgespannte Prozessluft benötigt wird. Diese Prozessluft wird von einer Verdichterstufe 13 über eine Druckleitung 14 zur Verfügung gestellt.

   Das reformierte Erdgas wird aus dem Sekundärreformer 2 über eine Leitung 15 als Rohgas abgezogen, um in herkömmlicher Weise einer Konvertierung und einer anschliessenden Reinigung unterzogen zu werden, bevor das so gewonnene Synthesegas für die Ammoniaksynthese eingesetzt werden kann. 



   Um die Antriebsenergie für die Verdichterstufe 13 sicherzustellen, die aus einem Vorverdichter 16 und einem Nachverdichter 17 besteht, sind zwei Turbinen 18 und 19 vorgesehen, die mit Erdgas beaufschlagt werden, das über eine Versorgungsleitung 20 mit einem Druck zur Verfügung steht, der entsprechend grösser als der Prozessdruck des Primärreformers 1 ist. Dieses Erdgas wird über einen Wärmetauscher 21 zunächst durch den Erdgasteilstrom aus der Turbine 19 und dann über einen Wärmetauscher 22 mit der Abwärme der Prozessluft aus dem Vorverdichter 16 vorgewärmt, bevor es einem Wärmetauscher 23 im Abgasstrom des Primärreformers 1 zugeleitet wird. 



  Mit Hilfe des unter Ausnützung der verschiedenen Abwärmen vorgewärmten Erdgasstromes wird 

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 die Turbine 18 beaufschlagt, in der das Erdgas auf einen dem Prozessdruck des Primärreformers 1 entsprechenden Druck entspannt wird. Ausgangseitig ist die Turbine 18 mit dem Eingang der Turbine 19 verbunden, wobei von der Verbindungsleitung 24 die Erdgasdruckleitung 7 für den als Prozessgas dienenden Erdgasstrom abzweigt. Der verbleibende Erdgasteilstrom wird in der Turbine 19 auf den Förderdruck des Erdgases für die Brenner 3 entspannt, so dass der Überdruck des Erdgases aus der Versorgungsleitung 20 sowohl gegenüber dem Prozessdruck als auch gegenüber dem Förderdruck für die Brenner 3 vorteilhaft zum Antrieb der Verdichterstufe 13 genützt werden kann.

   Ist die durch den Überdruck des zur Verfügung stehenden Erdgases verfügbare Energie für den Antrieb der Verdichterstufe 13 nicht ausreichend, so muss für einen zusätzlichen Antrieb der Verdichterstufe 13 gesorgt werden. Dies kann durch einen elektrischen Antrieb, aber auch durch eine Dampfturbine 25 erfolgen, wie sie strichpunktiert angedeutet ist. Um den Wasserdampf in der Dampfturbine 25 nur auf ein Mass zu entspannen, das eine wirtschaftliche Nutzung des Abdampfes erlaubt, kann die wesentliche Abdampfmenge einer Anzapfung der Dampfturbine 25 entnommen werden, wie dies in der Zeichnung angedeutet ist. Die verbleibende Abdampfmenge, die in einem Kondensator 26 in herkömmlicher Weise kondensiert wird, stellt dann keinen ins Gewicht fallenden Energieverlust mehr dar.

   Die Verdichtung der Prozessluft, die über ein Luftfilter 27 angesaugt wird, erfolgt in bekannter Art zunächst über den Vorverdichter 16, und dann nach einer Zwischenkühlung über den Wärmetauscher 22 und gegebenenfalls über einen weiteren Wärmetauscher, so dass nach der Verdichtung im Nachverdichter 17 ein vorgegebenes Temperaturniveau eingehalten werden kann. 



   Es braucht wohl nicht besonders hervorgehoben zu werden, dass über die vom Erdgas beaufschlagten Turbinen 18,19 nicht nur eine Verdichterstufe 13 für Prozessluft, sondern auch eine Verdichterstufe für Synthesegas angetrieben werden kann, um die aus dem Überdruck des angelieferten Erdgases gegenüber dem Prozessdruck einerseits und gegenüber dem Förderdruck für die Brenner 3 anderseits gewonnene mechanische Arbeit vorteilhaft innerhalb der Anlage einzusetzen. 



   Die Anlage gemäss der Fig. 2 unterscheidet sich von der nach der Fig. 1 vor allem dadurch, dass der Erdgasdruck in der Versorgungsleitung 20 niedriger als der geforderte Prozessdruck für den Primärreformer 1 ist. Aus diesem Grunde muss der für das Prozessgas benötigte Erdgasstrom in einem Verdichter 28 zusätzlich verdichtet werden, der über die Turbine 19 angetrieben wird. Diese Turbine 19 wird mit den für die Beheizung des Primärreformers 1 benötigten Erdgasteilstrom beaufschlagt, der in der Turbine 19 auf den Förderdruck für die Brenner 3 entspannt wird. Da aufgrund dieser Voraussetzungen der als Prozessgas dienende Erdgasstrom und der Erdgasteilstrom für die Heizung des Primärreformers 1 voneinander getrennt geführt werden müssen, ist für den als Heizgas dienenden Erdgasstrom ein gesonderter Wärmetauscher 29 im Abgasstrom des Primärreformers 1 vorgesehen.

   Die Vorwärmung des Erdgassteilstromes für das Prozessgas des Primärreformers 1 erfolgt analog zur Anlage gemäss der Fig. 

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Herstellen von Synthesegas für eine Ammoniaksynthese durch ein Dampf- reformieren von Erdgas, das bei einem vorgegebenen Prozessdruck in einem Primärrefor- mer unter Zufuhr von Wasserdampf einer endothermen und in einem Sekundärreformer unter Zufuhr von verdichteter Prozessluft einer exothermen Reformierreaktion unterworfen wird, bevor das Synthesegas aus dem reformierten Rohgas durch ein Konvertieren und Reinigen gewonnen und verdichtet wird, wobei der Primärreformer mit einem Teilstrom des Erdgases beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck zumindest des Erdgasteilstromes für die Heizung zur Verdichtung der Prozessluft, des Synthesegases und/oder des Erdgasstromes für die Reformierung abgearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der Überdruck des gesamten Erdgasstromes gegenüber dem Prozessdruck und dann nach einem Abzweigen des Erdgasstromes für die Reformierung der verbliebene Überdruck des Erdgasteilstromes für die Heizung zur Verdichtung der Prozessluft und/oder des Synthesegases abgearbeitet wird.

3. Anlage zum Herstellen von Synthesegas für eine Ammoniaksynthese gemäss einem <Desc/Clms Page number 4> Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit einem an eine Erdgasdruckleitung angeschlosse- nen Primärreformer, mit an eine Erdgasleitung angeschlossenen Brennern zum Beheizen des Primärreformers, mit einem Sekundärreformer und mit wenigstens einer druckseitig an den Sekundärreformer angeschlossenen Verdichterstufe für Prozessluft und/oder Synthe- segas, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Erdgas beaufschlagbare Turbine (19) zum Antrieb der Verdichterstufe (13) für die Prozessluft bzw. des Synthesegases und/oder eines Verdichters (28) für einen Erdgasstrom zur Speisung der Erdgasdruckleitung (7) für den Primärreformer (1) vorgesehen ist und dass die Erdgasleitung (4) für die Brenner (3) des Primärreformers (1) an den Ausgang der Turbine (19) anschliesst.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb der Verdichterstufe (13) für die Prozessluft bzw. das Synthesegas zwei mit Erdgas beaufschlagbare Turbinen (18, 19) vorgesehen sind, von denen die eine ausgangseitig mit dem Eingang der anderen, ausgangseitig an die Erdgasleitung (4) für die Brenner (3) angeschlossenen Turbine (19) verbunden ist, und dass die Erdgasdruckleitung (7) für den Primärreformer (1) von der Ver- bindungsleitung (24) der beiden Turbinen (18, 19) abzweigt.