BE1030199B1 - Ammonia synthesis and urea synthesis with reduced carbon footprint - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Synthese von Ammoniak, wobei die Anlage mindestens einen Reformer zur Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff aufweist, wobei die Anlage einen Konverter 50 zur Umsetzung von Wasserstoff und Stickstoff zu Ammoniak aufweist, wobei der Konverter 50 in einen Rezirkulationskreislauf 100 eingebunden ist, wobei zwischen dem Reformer und dem Rezirkulationskreislauf 100 ein erster Kohlendioxidabscheider 40 angeordnet ist, wobei der Rezirkulationskreislauf 100 einen Ammoniakabscheider 70 aufweist.The present invention relates to a plant for the synthesis of ammonia, the plant having at least one reformer for converting a hydrocarbon into hydrogen, the plant having a converter 50 for converting hydrogen and nitrogen into ammonia, the converter 50 being integrated into a recirculation circuit 100 is, a first carbon dioxide separator 40 being arranged between the reformer and the recirculation circuit 100 , the recirculation circuit 100 having an ammonia separator 70 .
Description
' BE2022/5030' BE2022/5030
Ammoniaksynthese und Harnstoffsynthese mit reduziertem CO2-FußabdruckAmmonia synthesis and urea synthesis with reduced carbon footprint
Die Erfindung betrifft einen Anlagenverbund und ein Verfahren zur Erzeugung vonThe invention relates to a plant network and a method for generating
Ammoniak aus einer Kombination von Wasserstoff aus Erdgas und aus der Elektrolyse mittels erneuerbarer Energien und gleichzeitiger Nutzung des Kohlendioxids in derAmmonia from a combination of hydrogen from natural gas and from electrolysis using renewable energy and at the same time using the carbon dioxide in the
Harnstoffsynthese und/oder des Stickstoffs in der Ammoniaksynthese, welche bei derUrea synthesis and / or nitrogen in the ammonia synthesis, which in the
Erzeugung des Wasserstoffs aus Erdgas entstehen.generation of hydrogen from natural gas.
Zur Herstellung von Wasserstoff werden insbesondere die Dampfreformierung eingesetzt, bei der ein Kohlenwasserstoff mit Wasserdampf zu Kohlenmonoxid undFor the production of hydrogen, in particular, steam reforming is used, in which a hydrocarbon with water vapor to carbon monoxide and
Wasserstoff und anschließend Das Kohlenmonoxid in einer Wassergas-Shift-Reaktion zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird. Hierfür muss von außen für diese endotherme Reaktion Energie bereitgestellt werden, was beispielsweise durch eineHydrogen and then the carbon monoxide is converted into carbon dioxide and hydrogen in a water gas shift reaction. For this purpose, energy must be provided from the outside for this endothermic reaction, which for example by a
Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in einer benachbarten Brennkammer erfolgt.Combustion of hydrocarbons takes place in an adjacent combustion chamber.
Alternativ wird eine autotherme Reformierung verwendet, bei der eine partielle Oxidation stattfindet und so die benötigte Energie zur Verfügung stellt.Alternatively, autothermal reforming is used, in which partial oxidation takes place and thus provides the required energy.
Üblicherweise wird Methan mit Wasser und Luft im Primär- und Sekundär-Reformer zuTypically, methane is added with water and air in the primary and secondary reformers
Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt, wobei üblicherweise dieCarbon dioxide and hydrogen implemented, usually with the
Zielzusammensetzung von 3:1 von Wasserstoff zu Stickstoff eingestellt wird. Dieses geschieht üblicherweise in Schritten, wobei in einem Primärreformer zunächst Methan mit Wasser unter Zufuhr von Energie umgesetzt wird und anschließend in einemTarget composition of 3:1 of hydrogen to nitrogen is set. This is usually done in steps, with methane first being reacted with water in a primary reformer, with the addition of energy, and then in one
Sekundärreformer unter Zufuhr von Sauerstoff, meist in Form von Luft, sowie eine anschließende Shift-Reaktion zur Umsetzung von Kohlenmonoxid mit Wasser zuSecondary reformer with the supply of oxygen, usually in the form of air, and a subsequent shift reaction to convert carbon monoxide with water
Kohlendioxid und Wasserstoff erfolgt. Somit kann nach Entfernung des Kohlendioxids und üblicherweise der Umwandlung von gegebenenfalls enthaltenem Kohlenmonoxid incarbon dioxide and hydrogen takes place. Thus, after removing the carbon dioxide and usually converting any carbon monoxide present into
Methan dieses Gemisch direkt in einem Konverter zu Ammoniak umgesetzt werden.methane, this mixture can be converted directly into ammonia in a converter.
Nach der Synthese wird das Ammoniak oft direkt mit Kohlendioxid zu Harnstoff umgesetzt. Hierfür wird oft das Kohlendioxid aus dem Reformer, also aus dem Prozess zur Herstellung des Wasserstoffs, verwendet.After synthesis, the ammonia is often reacted directly with carbon dioxide to form urea. The carbon dioxide from the reformer, i.e. from the process for producing the hydrogen, is often used for this.
Aus der WO 2019 / 110 443 A1 ist ein Verfahren zur Bereitstellung von CO: für dieWO 2019/110 443 A1 discloses a method for providing CO: for the
Harnstoffsynthese aus Rauch- und Synthesegas bekannt.Known urea synthesis from flue gas and synthesis gas.
2 BE2022/50302 BE2022/5030
Aus der EP 3 390 354 B1 ist ein Verfahren zur Bereitstellung von Kohlendioxid für dieFrom EP 3,390,354 B1 is a method for providing carbon dioxide for
Synthese von Harnstoff bekannt.Synthesis of urea known.
Ebenso ist bekannt, Wasserstoff mittels Elektrolyse aus insbesondere erneuerbarenIt is also known that hydrogen can be produced from renewable sources in particular by means of electrolysis
Energiequellen und somit CO2-frei zu erzeugen. Es besteht daher natürlich ein Interesse, diesen so genannten „grünen“ Wasserstoff auch für die Synthese von Ammoniak zu verwenden, um so sogenannten „grünen“ Ammoniak zu erhalten. Da hierbei keinTo generate energy sources and thus CO2-free. There is therefore of course an interest in using this so-called "green" hydrogen for the synthesis of ammonia, in order to obtain so-called "green" ammonia. Since here no
Stickstoff bei der Herstellung des Wasserstoffs anfällt, wird dieser üblicherweise aus einer Luftzerlegung gewonnen, was jedoch ein energieintensiver Prozess ist.While nitrogen is produced during the production of hydrogen, it is usually obtained from air separation, which is an energy-intensive process.
Um den Prozess innerhalb des Primärreformers zu betreiben, weist ein Primärreformer eine Brennerseite auf, in welcher ein Brenngas, meist Erdgas mit Luft verbrannt wird und so die notwendige thermische Energie zur Verfügung stellt. Das aus der Brennerseite austretende Rauchgas weist hauptsächlich Stickstoff und Kohlendioxid auf, zwei Stoffe, welche innerhalb der Anlage eigentlich verwendbar sind, meist jedoch direkt an dieIn order to operate the process within the primary reformer, a primary reformer has a burner side in which a fuel gas, usually natural gas, is burned with air and thus provides the necessary thermal energy. The flue gas exiting the burner side consists mainly of nitrogen and carbon dioxide, two substances that can actually be used within the system, but mostly directly to the
Umwelt abgegeben.delivered to the environment.
Aufgabe der Erfindung ist es, die auf der Brennerseite des Primärreformers erzeugtenThe object of the invention is to produce on the burner side of the primary reformer
Rauchgas innerhalb des Prozesses wenigstens teilweise zu nutzen und so Energie imTo use flue gas within the process at least partially and thus save energy
Gesamtprozess einzusparen und/oder die Emissionen zu reduzieren.Saving the entire process and/or reducing emissions.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Anlagen mit den in Anspruch 1 angegebenenThis problem is solved by the systems specified in claim 1
Merkmalen sowie durch die Verfahren mit den in Anspruch 15 und Anspruch 16 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus denFeatures and by the method with the features specified in claim 15 and claim 16. Advantageous developments result from the
Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.Subclaims, the following description and the drawings.
Die Anlage dient zur Synthese von Ammoniak und optional zur weiteren Synthese vonThe plant is used for the synthesis of ammonia and optionally for the further synthesis of
Harnstoff aus dem hergestellten Ammoniak. Derartige kombinierte Anlagen zurUrea from the produced ammonia. Such combined systems for
Herstellung von stickstoffhaltigem Dünger sind bekannt und üblich. Diese Anlagen können auch weitere Bestandteile, beispielsweise eine Salpetersäureanlage zurProduction of nitrogenous fertilizers are known and common. These plants can also have other components, for example a nitric acid plant
Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak und insbesondere eine daran anschließende Vorrichtung zur Herstellung von Ammoniumnitrat als Dünger ausProduction of nitric acid from ammonia and in particular a subsequent device for the production of ammonium nitrate as a fertilizer
Ammoniak und Salpetersäure aufweisen. Die Anlage weist mindestens einen ReformerHave ammonia and nitric acid. The plant has at least one reformer
3 BE2022/5030 zur Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff auf. Ublicherweise weist die3 BE2022/5030 for converting a hydrocarbon into hydrogen. Usually, the
Anlage einen Reformer auf. Beispielsweise weist der Reformer einen Primärreformer und einen Sekundärreformer zur Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff auf, insbesondere wird hier die Dampfreformierung verwendet, bei der in einem ersten Schritt insbesondere Methan mit Wasserdampf und in einem zweiten Schritt mit Luft umgesetzt wird, wobei üblicherweise eine nachgelagerte Wassergas-Shift-Reaktion erfolgt, bei der erzeugtes Kohlenmonoxid mit Wasserdampf zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird. Alternativ kann der Reformer ein autothermer Reformer sein, bei demPlant a reformer. For example, the reformer has a primary reformer and a secondary reformer for converting a hydrocarbon into hydrogen, in particular steam reforming is used here, in which methane in particular is converted with steam in a first step and with air in a second step, with usually a downstream water gas Shift reaction takes place, in which the carbon monoxide produced is reacted with water vapor to form carbon dioxide and hydrogen. Alternatively, the reformer can be an autothermal reformer in which
Kohlenwasserstoff, Wasserdampf und Sauerstoff derart zusammengebracht werden, dass die für die Umsetzung zu Wasserstoff benötigte Energie direkt aus der Verbrennung entsteht. Im Gegensatz zur Dampfreformierung muss hierbei von außen keine Energie zugeführt werden. Weiter weist die Anlage einen Konverter zur Umsetzung vonHydrocarbon, water vapor and oxygen are brought together in such a way that the energy required for conversion to hydrogen is produced directly from the combustion. In contrast to steam reforming, no energy has to be supplied from outside. Next, the system has a converter for the implementation of
Wasserstoff und Stickstoff zu Ammoniak auf. Der Konverter weist einen Katalysator auf und wird bei hohem Druck und hoher Temperatur betrieben. Da es sich bei derHydrogen and nitrogen to form ammonia. The converter has a catalyst and is operated at high pressure and high temperature. Since it is the
Umsetzung um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, die keinen nahezu vollständigenImplementation is an equilibrium reaction that is not nearly complete
Umsatz aufweist, wird das Synthesegas in einem Rezirkulationskreis geführt, um nicht umgesetzte Edukte dem Konverter wieder zuführen zu können. Das Verfahren ist alsHas sales, the synthesis gas is conducted in a recirculation cycle to the converter to be able to feed unreacted educts back. The procedure is as
Haber-Bosch-Prozess bekannt. Der Konverter ist entsprechend in einenHaber-Bosch process known. The converter is accordingly in a
Rezirkulationskreislauf eingebunden. Zwischen dem Reformer und demintegrated recirculation cycle. Between the reformer and the
Rezirkulationskreislauf ist ein erster Kohlendioxidabscheider angeordnet. Hier wird das aus dem Ausgangsstoff, insbesondere Methan, entstehende Kohlendioxid abgetrennt, beispielsweise und insbesondere um dieses dann einer Harnstoffsynthesevorrichtung zuzuführen. Somit wird nach dem ersten Kohlendioxidabscheider ein Gasstrom mitA first carbon dioxide separator is arranged in the recirculation circuit. Here the carbon dioxide produced from the starting material, in particular methane, is separated off, for example and in particular in order to then feed this to a urea synthesis device. Thus, after the first carbon dioxide separator, a gas stream with
Stickstoff und Wasserstoff im Verhältnis 1:3 und ohne weitere Komponenten (gegebenenfalls bis auf Spuren) für die Ammoniaksynthese zur Verfügung gestellt.Nitrogen and hydrogen in a ratio of 1:3 and without other components (possibly except for traces) for the ammonia synthesis.
Zwischen dem ersten Kohlendioxidabscheider und dem Rezirkulationskreislauf ist üblicherweise ein Methanator, eine Vorrichtung zur Umwandlung eventuell vorhandenerBetween the first carbon dioxide separator and the recirculation circuit there is usually a methanator, a device for converting any existing
Spuren von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid zu Methan vorhanden, um eine Vergiftung des Katalysators zu verhindern. Der Rezirkulationskreislauf weist einenTraces of carbon monoxide and carbon dioxide present with methane to prevent catalyst poisoning. The recirculation cycle has a
Ammoniakabscheider auf. Hier wird das Produkt Ammoniak von dem nicht umgesetztenammonia separator. Here the product becomes ammonia from the unreacted
Eduktstrom aus Stickstoff und Wasserstoff abgetrennt. Des Weiteren weist derEduct stream separated from nitrogen and hydrogen. Furthermore, the
Rezirkulationskreislauf üblicherweise Wärmetauscher auf, zwischen dem Konverter und dem Ammoniakabscheider zur Abkühlung und zwischen dem Ammoniakabscheider undRecirculation cycle usually on heat exchangers, between the converter and the ammonia separator for cooling and between the ammonia separator and
4 BE2022/5030 dem Konverter zur Erwärmung. Des Weiteren weist der Rezirkulationskreislauf üblicherweise einen Kompressor auf.4 BE2022/5030 the converter for heating. Furthermore, the recirculation circuit usually has a compressor.
Erfindungsgemäß weist die Anlage eine weitere Wasserstoffquelle auf. Bevorzugt ist die weitere Wasserstoffquelle eine Wasserelektrolyse. Bevorzugt wird die Wasserelektrolyse mittels erneuerbarer Energien betrieben. Somit ist der so erzeugte Wasserstoff frei vonAccording to the invention, the plant has a further hydrogen source. The further hydrogen source is preferably water electrolysis. Water electrolysis is preferably operated using renewable energies. Thus, the hydrogen produced in this way is free of
Kohlendioxidemissionen, gilt somit als sogenannter „grüner“ Wasserstoff. Die weitereCarbon dioxide emissions, is therefore considered so-called "green" hydrogen. the other
Wasserstoffquelle ist derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Hierzu wird der Wasserstoff bevorzugt zunächst mit Stickstoff vermischt und dann durch einen oder mehrere Kompressoren verdichtet. Die Anlage weist eine Verbrennungsvorrichtung auf. Beispielsweise kann es sich bei der Verbrennungsvorrichtung um die Brennerseite eines Primärreformers handeln. Alternativ kann die Verbrennungsvorrichtung eineThe hydrogen source is connected to the recirculation loop in such a way that hydrogen is fed to the recirculation loop. For this purpose, the hydrogen is preferably first mixed with nitrogen and then compressed by one or more compressors. The plant has a combustion device. For example, the combustor may be the burner side of a primary reformer. Alternatively, the combustion device
Dampferzeugungsvorrichtung sein. Eine Dampferzeugungsvorrichtung wird beispielsweise zum Betrieb der Kompressoren betrieben. Ebenso können auch diebe steam generating device. A steam generating device is operated, for example, to operate the compressors. Likewise, they can
Abgase aus zwei oder mehr Verbrennungsvorrichtungen kombiniert werden, wenn ein größerer Gasstrom gewünscht wird. Die Verbrennungsvorrichtung, beispielsweise dieExhaust gases from two or more combustors can be combined when a larger gas flow is desired. The combustion device, for example the
Brennerseite des Primärreformers, ist mit einem zweiten Kohlendioxidabscheider verbunden. Der zweite Kohlendioxidabscheider ist derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Stickstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Bevorzugt werden zunächst der Wasserstoff aus der weiteren Wasserstoffquelle und der Stickstoff aus dem zweiten Kohlendioxidabscheider vereint und gemeinsam über einen oder mehrereBurner side of the primary reformer, is connected to a second carbon dioxide separator. The second carbon dioxide separator is connected to the recirculation loop in such a way that nitrogen is supplied to the recirculation loop. The hydrogen from the further hydrogen source and the nitrogen from the second carbon dioxide separator are preferably first combined and jointly via one or more
Kompressoren verdichtet. Vorteil ist, dass durch die Verbrennung auf der Brennerseitecompressors compressed. Advantage is that by burning on the burner side
Stickstoff in weiteren Verfahrensschritten vergleichsweise einfach durch eine Trennung vom Kohlendioxid bereitgestellt werden kann und so ohne eine energieaufwändigeNitrogen can be provided comparatively easily in further process steps by separating carbon dioxide and thus without an energy-intensive process
Luftzerlegung das Verhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff von 3:1 eingestellt werden kann.Air separation the ratio of hydrogen to nitrogen can be adjusted from 3:1.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Reformer einenIn a further embodiment of the invention, the reformer has a
Primärreformer und einen Sekundärreformer zur Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff auf. Der Primärreformer weist eine Wasserstoffseite und eine Brennerseite auf. Auf der Wasserstoffseite wird Kohlenwasserstoff mit Wasserdampf zuPrimary reformer and a secondary reformer for converting a hydrocarbon into hydrogen. The primary reformer has a hydrogen side and a burner side. On the hydrogen side, hydrocarbons are mixed with water vapor
Kohlenmonoxid beziehungsweise Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt. Die dafür notwendige Energie wird durch eine Verbrennung insbesondere von KohlenwasserstoffCarbon monoxide or carbon dioxide and hydrogen implemented. The energy required for this is generated by burning hydrocarbons in particular
> BE2022/5030 mit Sauerstoff, insbesondere mit Luft, bereitgestellt. Die Brennerseite ist hierbei die> BE2022/5030 provided with oxygen, in particular with air. The burner side is here
Verbrennungsvorrichtung, in der Brennerseite des Primärreformers Kohlenwasserstoff mit Luft verbrannt wird. Die Brennerseite des Primärreformers ist mit einem zweitenCombustor in which hydrocarbon is combusted with air in the burner side of the primary reformer. The burner side of the primary reformer is connected to a second
Kohlendioxidabscheider verbunden.Carbon dioxide separator connected.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verbrennungsvorrichtung eineIn a further embodiment of the invention, the combustion device is a
Dampferzeugungsvorrichtung.steam generating device.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Reformer ein autothermerIn a further embodiment of the invention, the reformer is an autothermal one
Reformer.Reformer.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage weiter einerIn a further embodiment of the invention, the system further has a
Harnstoffsynthesevorrichtung zur Synthese von Harnstoff aus Ammoniak undUrea synthesizer for synthesizing urea from ammonia and
Kohlendioxid auf. Der erste Kohlendioxidabscheider ist für das abgeschiedenecarbon dioxide up. The first carbon dioxide separator is for the separated
Kohlendioxid mit der Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden. Üblicherweise ist dieCarbon dioxide connected to the urea synthesizer. Usually the
Menge des abgeschiedenen Kohlendioxids etwas geringer als die aus dem Stickstoff undAmount of carbon dioxide separated slightly less than that from the nitrogen and
Wasserstoff erzeugte Menge an Ammoniak, sodass keine vollständige Umsetzung desHydrogen generated amount of ammonia, so not complete conversion of the
Ammoniaks zu Harnstoff erfolgt. Der Ammoniakabscheider ammoniakführend ist mit derAmmonia to urea takes place. The ammonia separator is ammonia-leading with the
Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden. Hierbei kann in der ammoniakführendenConnected urea synthesis device. Here, in the ammonia-leading
Verbindung auch ein Zwischenspeicher angeordnet sein.Connection also be arranged a cache.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Kohlendioxidabscheider ein Ammoniak-Wasser-Wäscher. Solche Wäscher sind beispielsweise aus derIn a further embodiment of the invention, the second carbon dioxide separator is an ammonia water scrubber. Such scrubbers are, for example, from
WO 2019 / 110 443 A1 oder der EP 3 390 354 B1 bekannt.WO 2019/110 443 A1 or EP 3 390 354 B1.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Stickstoff aus dem zweitenIn a further embodiment of the invention, the nitrogen from the second
Kohlendioxidabscheider dadurch dem Rezirkulationskreislauf zugeführt, dass derCarbon dioxide separator fed to the recirculation circuit in that the
Stickstoff aus dem zweiten Kohlendioxidabscheider in den Sekundärreformer eingeleitet wird. Hierdurch wird noch vorhandener Restsauerstoff im Sekundärreformer umgesetzt.Nitrogen from the second carbon dioxide separator is introduced into the secondary reformer. As a result, any residual oxygen that is still present is converted in the secondary reformer.
Hierbei muss nicht der vollständige Stickstoffstrom in den Sekundärreformer überführt werden. Vielmehr kann dieser Strom an die Menge des zusätzlichen Wasserstoffs angepasst werden.In this case, not all of the nitrogen stream has to be transferred to the secondary reformer. Rather, this flow can be adjusted to the amount of additional hydrogen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem zweitenIn a further embodiment of the invention between the second
Kohlendioxidabscheider und dem Rezirkulationskreislauf eine Vorrichtung zurCarbon dioxide separator and the recirculation circuit a device for
Entfernung von Sauerstoff angeordnet. Vorzugsweise ist dann ein zusätzlicherOrdered to remove oxygen. Preferably then an additional
Kompressor vorgesehen, um eine Angleichung des Druckes auf das hohe Niveau desCompressor provided to equalize the pressure to the high level of the
Rezirkulationskreislaufs zu erreichen.to achieve recirculation cycle.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Brennerseite des Primärreformers mit einem Unterschuss an Sauerstoff beziehungsweise einem Überschuss an Methan betrieben. Dieses ist für den eigentlichen Betrieb als Brennerseite ungewöhnlich, hierdurch wird jedoch sichergestellt, dass der Sauerstoff vollständig verbraucht wird.In a further embodiment of the invention, the burner side of the primary reformer is operated with an excess of oxygen or an excess of methane. This is unusual for actual operation as a burner side, but this ensures that the oxygen is fully consumed.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Kohlendioxidabscheider derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Stickstoff über den autothermenIn a further embodiment of the invention, the second carbon dioxide separator is connected to the recirculation circuit in such a way that nitrogen over the autothermal
Reformer dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Auch hierdurch kann der bestehende Restsauerstoff zuverlässig umgesetzt werden.Reformer is fed to the recirculation circuit. This also allows the existing residual oxygen to be reliably converted.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Brennerseite desIn a further embodiment of the invention, between the burner side of the
Primärreformers und dem zweiten Kohlendioxidabscheider einePrimary reformer and the second carbon dioxide separator
Entstaubungsvorrichtung angeordnet. Bevorzugt kann zusätzlich nach der — Entstaubungsvorrichtung eine Entschwefelungsvorrichtung und/oder eineArranged dedusting device. Preference can additionally after the - dedusting a desulfurization and / or
Entstickungsvorrichtung angeordnet sein.Denitrification device be arranged.
IN einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die weitere Wasserstoffquelle und der zweite Kohlendioxidabscheider derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass zunächst der Wasserstoffstrom der weiteren Wasserstoffguelle mit demIn a further embodiment of the invention, the further hydrogen source and the second carbon dioxide separator are connected to the recirculation circuit in such a way that the hydrogen stream from the further hydrogen source is initially connected to the
Stickstoffstrom des zweiten Kohlendioxidabscheiders vereint wird, anschließend durch einen ersten Kompressor geführt wird und danach durch einen Methanator geführt und dann dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Dieses ermöglicht insbesondere eine vereinfachte Kapazitätserhöhung der Ammoniaksynthese, da die bestehendeNitrogen stream of the second carbon dioxide separator is combined, is then passed through a first compressor and then passed through a methanator and then fed to the recirculation circuit. This allows in particular a simplified increase in capacity of the ammonia synthesis, since the existing
Synthesegasherstellung im Reformer unverändert bleibt und so direkt vor dem Konverter um den zusätzlichen Gasstrom erhöht wird.Synthesis gas production in the reformer remains unchanged and is thus increased by the additional gas flow directly before the converter.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verbrennungsvorrichtung, beispielsweise die Brennerseite des Primärreformers ist mit dem SekundärreformerIn a further embodiment of the invention, the combustion device, for example the burner side of the primary reformer, is connected to the secondary reformer
7 BE2022/5030 verbunden. Hierdurch werden Stickstoff aber auch Kohlendioxid und Rest Sauerstoff dem7 BE2022/5030 connected. As a result, nitrogen but also carbon dioxide and the rest oxygen are dem
Gasstrom zur Erzeugung von Wasserstoff zugeführt. Im Sekundärreformer wird der verbliebene Restsauerstoff umgesetzt. Da nach dem Sekundärreformer eineGas stream supplied for the production of hydrogen. The remaining residual oxygen is converted in the secondary reformer. Since after the secondary reformer a
Kohlendioxidabtrennung erfolgt, kann so auch das auf der Brennerseite erzeugteCarbon dioxide separation takes place, so can the generated on the burner side
Kohlendioxid dann im gleichen Schritt mit abgetrennt werden.Carbon dioxide are then separated in the same step.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen derIn a further embodiment of the invention between the
Verbrennungsvorrichtung, beispielsweise und bevorzugt der Brennerseite desCombustion device, for example and preferably the burner side of the
Primärreformers, und dem Reformer, beispielsweise und bevorzugt demPrimary reformer, and the reformer, for example, and preferably the
Sekundärreformer, eine Entstaubungsvorrichtung angeordnet. Bevorzugt kann zusätzlich nach der Entstaubungsvorrichtung eine Entschwefelungsvorrichtung und/oder eineSecondary reformer, arranged a dedusting device. Preferably, in addition to the dedusting device, a desulfurization device and/or a
Entstickungsvorrichtung angeordnet sein.Denitrification device be arranged.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen derIn a further embodiment of the invention between the
Verbrennungsvorrichtung, bevorzugt der Brennerseite des Primärreformers, und demCombustion device, preferably the burner side of the primary reformer, and the
Reformer, bevorzugt dem Sekundärreformer, ein Kompressor angeordnet.Reformer, preferably the secondary reformer, arranged a compressor.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dient die Anlage zur weiteren Synthese von Harnstoff aus dem hergestellten Ammoniak. Derartige kombinierte Anlagen zurIn a further embodiment of the invention, the plant is used for the further synthesis of urea from the ammonia produced. Such combined systems for
Herstellung von stickstoffhaltigem Dünger sind bekannt und üblich. Diese Anlagen können auch weitere Bestandteile, beispielsweise eine Salpetersäureanlage zurProduction of nitrogenous fertilizers are known and common. These plants can also have other components, for example a nitric acid plant
Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak und insbesondere eine daran anschließende Vorrichtung zur Herstellung von Ammoniumnitrat als Dünger ausProduction of nitric acid from ammonia and in particular a subsequent device for the production of ammonium nitrate as a fertilizer
Ammoniak und Salpetersäure aufweisen. Die Anlage weist weiter einerHave ammonia and nitric acid. The system also has a
Harnstoffsynthesevorrichtung zur Synthese von Harnstoff aus Ammoniak undUrea synthesizer for synthesizing urea from ammonia and
Kohlendioxid auf. Der Ammoniakabscheider ammoniakführend ist mit dercarbon dioxide up. The ammonia separator is ammonia-leading with the
Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden. Hierbei kann in der ammoniakführendenConnected urea synthesis device. Here, in the ammonia-leading
Verbindung auch ein Zwischenspeicher angeordnet sein. Der zweiteConnection also be arranged a cache. The second
Kohlendioxidabscheider ist derart mit der Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden, dassCarbon dioxide separator is connected to the urea synthesizer in such a way that
Kohlendioxid der Harnstoffsynthesevorrichtung zugeführt wird.Carbon dioxide is supplied to the urea synthesizer.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage eine weitereIn a further embodiment of the invention, the system has a further
Wasserstoffquelle auf. Die weitere Wasserstoffquelle ist derart mit demsource of hydrogen. The other source of hydrogen is such with the
Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Wasserstoff dem RezirkulationskreislaufRecirculation loop connected that hydrogen to the recirculation loop
3 BE2022/5030 zugeführt wird. Die Brennerseite des Primärreformers ist mit einem zweiten3 BE2022/5030 is fed. The burner side of the primary reformer is connected to a second
Kohlendioxidabscheider verbunden. Der zweite Kohlendioxidabscheider ist derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Stickstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Die Brennerseite des Primärreformers ist mit dem Sekundärreformer verbunden.Carbon dioxide separator connected. The second carbon dioxide separator is connected to the recirculation loop in such a way that nitrogen is supplied to the recirculation loop. The burner side of the primary reformer is connected to the secondary reformer.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage eine weitereIn a further embodiment of the invention, the system has a further
Wasserstoffquelle auf. Die weitere Wasserstoffquelle ist derart mit demsource of hydrogen. The other source of hydrogen is such with the
Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Die Brennerseite des Primärreformers ist mit einem zweitenConnected recirculation circuit that hydrogen is fed to the recirculation circuit. The burner side of the primary reformer is connected to a second
Kohlendioxidabscheider verbunden. Der zweite Kohlendioxidabscheider ist derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Stickstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Weiter ist der zweite Kohlendioxidabscheider derart mit derCarbon dioxide separator connected. The second carbon dioxide separator is connected to the recirculation loop in such a way that nitrogen is supplied to the recirculation loop. Next, the second carbon dioxide separator is such with the
Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden, dass Kohlendioxid derUrea synthesizer connected that carbon dioxide of
Harnstoffsynthesevorrichtung zugeführt wird. Hierdurch kann eine optimale Nutzung allerUrea synthesis device is supplied. This allows optimal use of all
Gasströme erreicht werden. Durch den zusätzlich, insbesondere „grün“ hergestelltengas flows can be achieved. Through the additional, especially "green" produced
Wasserstoff kann ein Verhältnis von Stickstoff zu Wasserstoff zu Kohlendioxid von beispielsweise 2:6:1 erzielt werden.Hydrogen, a ratio of nitrogen to hydrogen to carbon dioxide of, for example, 2:6:1 can be achieved.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage eine weitereIn a further embodiment of the invention, the system has a further
Wasserstoffquelle auf. Die weitere Wasserstoffquelle ist derart mit demsource of hydrogen. The other source of hydrogen is such with the
Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Die Brennerseite des Primärreformers ist mit dem Sekundärreformer verbunden. Die Brennerseite des Primärreformers ist weiter mit einem zweitenConnected recirculation circuit that hydrogen is fed to the recirculation circuit. The burner side of the primary reformer is connected to the secondary reformer. The burner side of the primary reformer is further with a second
Kohlendioxidabscheider verbunden und der zweite Kohlendioxidabscheider ist derart mit der Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden ist, dass Kohlendioxid derCarbon dioxide separator connected and the second carbon dioxide separator is connected to the urea synthesizer in such a way that the carbon dioxide
Harnstoffsynthesevorrichtung zugeführt wird.Urea synthesis device is supplied.
Hierbei müssen sich alle Gasströme immer vollständig entsprechend der Verschaltung geführt werden. Beispielsweise können in den verschiedenen Ausführungsformen auchIn this case, all gas flows must always be routed completely according to the wiring. For example, in the various embodiments also
Teilstrôme insbesondere das Abgas der Brennerseite, der Stickstoffstrom oder derPartial streams in particular the exhaust gas from the burner side, the nitrogen stream or the
Kohlendioxidstrom des zweiten Kohlendioxidabscheiders abtrennt und verworfen oder anderweitig verwendet werden.Carbon dioxide stream of the second carbon dioxide separator is separated and discarded or otherwise used.
9 BE2022/50309 BE2022/5030
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kapazitätserweiterung einer bestehenden Anlage nach dem Stand der Technik. Hierbei wird die Anlage um eine weitere Wasserstoffquelle erweitert. Bevorzugt wird die Wasserelektrolyse mittels erneuerbarer Energien betrieben. Somit ist der so erzeugte Wasserstoff frei vonIn a further aspect, the invention relates to a method for expanding the capacity of an existing plant according to the prior art. The plant will be expanded to include a further hydrogen source. Water electrolysis is preferably operated using renewable energies. Thus, the hydrogen produced in this way is free of
Kohlendioxidemissionen, gilt somit als sogenannter „grüner“ Wasserstoff. Die weitereCarbon dioxide emissions, is therefore considered so-called "green" hydrogen. the other
Wasserstoffquelle wird hierbei derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dassThe hydrogen source is connected to the recirculation circuit in such a way that
Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Hierdurch kann die Kapazität derHydrogen is fed to the recirculation circuit. This allows the capacity of
Ammoniaksyntehse gesteigert werden. Die Brennerseite des Primärreformers wird mit dem Sekundärreformer verbunden. Hierdurch werden der Synthese zum einen Stickstoff, zum anderen Kohlendioxid zugeführt. Das Kohlendioxid wird zusammen mit dem imAmmonia synthesis can be increased. The burner side of the primary reformer is connected to the secondary reformer. As a result, the synthesis is supplied with nitrogen on the one hand and carbon dioxide on the other. The carbon dioxide is together with the im
Reformer entstandenem Kohlendioxid abgeschieden und der Harnstoffsynthese zugeführt. Hierdurch kann zum einen die Gesamtkapazität erweitert werden, zum anderen wird der Kohlendioxid-Fußabdruck reduziert.Reformer resulting carbon dioxide deposited and fed to the urea synthesis. On the one hand, this allows the overall capacity to be expanded and, on the other hand, the carbon footprint is reduced.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein weiteres Verfahren zurIn a further aspect, the invention relates to another method for
Kapazitätserweiterung einer bestehenden Anlage nach dem Stand der Technik. DieCapacity expansion of an existing plant according to the state of the art. The
Anlage wird um eine weitere Wasserstoffguelle und einen zweitenThe plant will be expanded to include another hydrogen source and a second
Kohlendioxidabscheider erweitert. Bevorzugt wird die Wasserelektrolyse mittels erneuerbarer Energien betrieben. Somit ist der so erzeugte Wasserstoff frei vonCarbon dioxide separator extended. Water electrolysis is preferably operated using renewable energies. Thus, the hydrogen produced in this way is free of
Kohlendioxidemissionen, gilt somit als sogenannter „grüner“ Wasserstoff. Die weitereCarbon dioxide emissions, is therefore considered so-called "green" hydrogen. the other
Wasserstoffquelle wird derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dassHydrogen source is connected to the recirculation circuit in such a way that
Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt. Hierdurch wird die dem Konverter zugeführte Menge an Wasserstoff erhöht. Die Brennerseite des Primärreformers wird mit dem zweiten Kohlendioxidabscheider verbunden. Weiter wird der zweiteHydrogen fed to the recirculation circuit. This increases the amount of hydrogen fed to the converter. The burner side of the primary reformer is connected to the second carbon dioxide separator. Next will be the second
Kohlendioxidabscheider derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dassCarbon dioxide separator connected to the recirculation circuit in such a way that
Stickstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Somit wird neben zusätzlichenNitrogen is fed to the recirculation circuit. Thus, in addition to additional
Wasserstoff auch Stickstoff zugeführt und somit die Gesamtkapazität erhöht. Weiter wird der zweite Kohlendioxidabscheider derart mit der Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden, dass Kohlendioxid der Harnstoffsynthesevorrichtung zugeführt wird.Hydrogen is also supplied with nitrogen, thus increasing the overall capacity. Further, the second carbon dioxide trap is connected to the urea synthesizing device such that carbon dioxide is supplied to the urea synthesizing device.
Hierdurch wird der durch die erhöhte Menge Ammoniak gesteigerte Produktion vomAs a result, the increased production of ammonia caused by the increased amount of ammonia
Harnstoff gewährleistet.Urea guaranteed.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Anlage anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The system according to the invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings.
Fig. 1 Stand der Technik1 prior art
Fig. 2 erste beispielhafte Ausführungsform2 first exemplary embodiment
Fig. 3 zweite beispielhafte Ausführungsform3 second exemplary embodiment
Fig. 4 fünfte beispielhafte Ausführungsform4 fifth exemplary embodiment
Fig. 5 sechste beispielhafte Ausführungsform5 sixth exemplary embodiment
Fig. 6 siebente beispielhafte Ausführungsform6 seventh exemplary embodiment
Fig. 7 neunte beispielhafte Ausführungsform7 ninth exemplary embodiment
Fig. 8 zehnte beispielhafte Ausführungsform8 tenth exemplary embodiment
Zunächst soll auf die allen Ausführungsbeispielen gemeinsamen Bestandteile eingegangen werden, gezeigt durch den Stand der Technik in Fig. 1, im Folgen dann jeweils nur auf die zusätzlichen KomponentenFirst of all, the components that are common to all the exemplary embodiments will be discussed, shown by the prior art in FIG. 1, and then only the additional components in each case
Die Darstellungen sind dabei vereinfacht und nur schematisch. Beispielsweise könnenThe representations are simplified and only schematic. For example, can
Kompressoren K auch mehrstufig ausgeführt sein. Weiter ist üblicherweise ein sogenannter Metanator vorhanden, der vor der Zuführung zum Rezirkulationskreislauf 100 angeordnet ist und Restbestandteile von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid, welcheCompressors K can also be multi-stage. Next is usually a so-called metanator present, which is arranged in front of the feed to the recirculation circuit 100 and residual components of carbon dioxide and carbon monoxide, which
Katalysatorgifte sind, in Methan umwandelt. Derartige für die Ammoniaksynthese üblicheCatalyst poisons are converted into methane. Such usual for the ammonia synthesis
Varianten sind hier zur Vereinfachung nicht gezeigt. Ebenso können die beidenVariants are not shown here for the sake of simplicity. Likewise, both of them can
Kompressoren, welche nach dem ersten Kohlendioxidabscheider 40 und demCompressors, which after the first carbon dioxide separator 40 and the
Ammoniakabscheider 70 angeordnet sind, identisch sein. Derartige Varianten undAmmonia separator 70 are arranged to be identical. Such variants and
Anordnungen zur Gasführung sind dem Fachmann bekannt und haben keinen unmittelbaren Einfluss auf die Erfindung.Gas routing arrangements are known to those skilled in the art and have no direct impact on the invention.
Die Anlage nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 dient der Synthese von Ammoniak mit der weiteren Umsetzung zu Harnstoff, wobei der Wasserstoff mittelsThe system according to the prior art shown in FIG. 1 is used for the synthesis of ammonia with further conversion to urea, the hydrogen by means
Dampfreformierung und Ammoniak über den Haber-Bosch-Prozess hergestellt wird.Steam reforming and ammonia is produced via the Haber-Bosch process.
In einem Primärreformer 10 wird auf der Wasserstoffseite 12 als Wasserstoffquelle 16In a primary reformer 10, 12 is used on the hydrogen side as a hydrogen source 16
Methan und Wasserdampf zugeführt. Die zur Umsetzung notwendige Energie wird durch eine Verbrennung auf der Brennerseite 14 erzeugt und bereitgestellt. Über dieMethane and water vapor supplied. The energy required for the conversion is generated and made available by combustion on the burner side 14 . About the
Brenngaszufuhr 18 wird beispielsweise ein Gemisch aus Methan und Luft zur Verfügung gestellt. Ideal wird somit auf der Brennerseite 14 ein Gasgemisch aus Stickstoff undCombustion gas supply 18 is provided, for example, a mixture of methane and air. A gas mixture of nitrogen and nitrogen is therefore ideal on the burner side 14
Kohlendioxid erzeugt. Real können etwa 2 Vol.-% Sauerstoff als weitere Komponente enthalten sein. Das auf der Wasserstoffseite 12 erzeugte Gasgemisch wird in einencarbon dioxide generated. Really, around 2% by volume of oxygen can be present as an additional component. The gas mixture generated on the hydrogen side 12 is in one
Sekundärreformer 20 geführt, wo üblicherweise Luft zugesetzt wird. Hier erfolgt dieSecondary reformer 20 out, where air is usually added. Here the
Umsetzung von beispielsweise Methan mit Sauerstoff zu Kohlenmonoxid undImplementation of, for example, methane with oxygen to carbon monoxide and
Wasserstoff. In einem anschließenden Shift-Reaktor 30, welcher üblicherweise aus zwei getrennten Reaktoren bei verschiedenen Temperaturen besteht, wird Kohlenmonoxid mitHydrogen. In a subsequent shift reactor 30, which usually consists of two separate reactors at different temperatures, carbon monoxide is with
Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt. Anschließend wird in einem erstenWater converted to carbon dioxide and hydrogen. Subsequently, in a first
Kohlendioxidabscheider 40 das Kohlendioxid abgetrennt. Das Gas, welches dann nur noch Stickstoff und Wasserstoff enthalten sollte, wird über einen Kompressor K in denCarbon dioxide separator 40 separated the carbon dioxide. The gas, which should then only contain nitrogen and hydrogen, is fed into the via a compressor K
Rezirkulationskreislauf 100 geführt. Im Rezirkulationskreislauf 100 wird das Gas zunächst in einem Wärmetauscher W erhitzt und dann dem Konverter 50 zugeführt.Recirculation circuit 100 out. In the recirculation circuit 100 the gas is first heated in a heat exchanger W and then fed to the converter 50 .
Anschließend wird in einem Kühler 60 die bei der Umsetzung freigewordeneThen, in a cooler 60, the water released during the reaction
Reaktionswärme abgeführt. Anschließend wird der Gasstrom in einem WärmetauscherHeat of reaction dissipated. Subsequently, the gas flow in a heat exchanger
W weiter abgekühlt, sodass in dem Ammoniakabscheider 70 Ammoniak abgetrennt wird.W further cooled, so that in the ammonia separator 70 ammonia is separated.
Im Gasstrom verbleiben nicht umgesetzter Wasserstoff und nicht umgesetzter Stickstoff.Unreacted hydrogen and unreacted nitrogen remain in the gas stream.
Diese Gase werden durch einen Kompressor zurückgeführt, sodass derThese gases are recirculated by a compressor so that the
Rezirkulationskreislauf 100 entsteht. Das im Ammoniakabscheider 70 abgeschiedeneRecirculation circuit 100 is created. The separated in the ammonia separator 70
Ammoniak und das im ersten Kohlendioxidabscheider abgetrennte Kohlendioxid werden in der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 zu Harnstoff und Wasser umgesetzt.Ammonia and the carbon dioxide separated in the first carbon dioxide separator are converted into urea and water in the urea synthesis device 80 .
AnschlieBend erfolgt üblicherweise eine Granulation, mit oder ohne weiterenThis is usually followed by granulation, with or without further processing
Zusatzstoffen, um den Harnstoff als Düngemittel zu verkaufen.Additives to sell the urea as fertilizer.
Im Folgenden werden nun die beispielhaften Ausführungsformen anhand der zusätzlichen Komponenten und Verbindungen gezeigt.The exemplary embodiments are now shown below using the additional components and connections.
In Fig. 2 ist eine erste beispielhafte Ausführungsform gezeigt. Bei dieser ist eine weitereA first exemplary embodiment is shown in FIG. At this one is another
Wasserstoffquelle vorhanden. Diese besteht lediglich beispielhaft aus einem Solar- undHydrogen source available. This consists only as an example of a solar and
Windpark 110. Hier wird Strom aus erneuerbaren Energien Sonne und Wind erzeugt.Wind farm 110. Electricity is generated here from renewable energies, sun and wind.
Dieser Strom wird zur Erzeugung von Wasserstoff in der Wasserelektrolyse 120 genutzt.This electricity is used to generate hydrogen in the water electrolysis 120.
Der Wasserstoff kann in einem Speicher zwischengespeichert werden, umThe hydrogen can be temporarily stored in a storage facility
Schwankungen in Sonnenstrahlung und Wind auszugleichen. Ebenso kann zwischen dem Solar- und Windpark 110 und der Wasserelektrolyse 120 entsprechend eine Batterie zur Vergleichmäßigung vorhanden sein. Der so erzeugte („grüne“) Wasserstoff wird mit dem aus dem Reformer kommenden Gasstrom vereint und dem Rezirkulationskreislaufcompensate for fluctuations in solar radiation and wind. Likewise, a battery can be present between the solar and wind park 110 and the water electrolysis 120 for equalization. The ("green") hydrogen produced in this way is combined with the gas stream coming from the reformer and the recirculation cycle
100 zugeführt. Hierdurch ist Stickstoff jedoch unterstöchiometrisch vorhanden. Um nicht eine energieaufwändige Luftzerlegung betreiben zu müssen, wird der Stickstoff aus dem100 fed. As a result, however, nitrogen is substoichiometrically present. In order not to have to operate an energy-intensive air separation, the nitrogen from the
Abgas der Brennerseite 14 des Primärreformers 10 gewonnen. Hierzu wird das Gas zunächst in einer Entstaubungsvorrichtung 90 entstaubt. Optional kann das Gas anschließend durch eine Entschwefelungsvorrichtung 92 geführt werden, insbesondere in Regionen, in denen schwefelhaltiges Erdgas verwendet wird. Anschließend wird dasExhaust gas from the burner side 14 of the primary reformer 10 is obtained. For this purpose, the gas is first dedusted in a dedusting device 90 . Optionally, the gas can then be passed through a desulfurization device 92, particularly in regions where natural gas containing sulfur is used. Then it will
Gas in den zweiten Kohlendioxidabscheider 130 geführt, welcher als Ammoniak-Wasser-Out gas in the second carbon dioxide separator 130, which as an ammonia-water
Wäscher ausgeführt ist, wie dieser beispielsweiser der WO 2019 / 110 443 A1 oder derWasher is performed, such as WO 2019 / 110 443 A1 or the
EP 3 390 354 B1 entnommen werden kann. Der zweite Kohlendioxidabscheider 130 weist eine COz-Lôsevorrichtung 132 auf, in der das Kohlendioxid in Ammoniakwasser gelöst wird. Die Lösung wird dann über eine Pumpe P beispielsweise auf 150 bar verdichtet und über einen Wärmetauscher W in die CO2-Abgabevorrichtung 134 geführt.EP 3 390 354 B1 can be found. The second carbon dioxide separator 130 has a CO2 dissolving device 132 in which the carbon dioxide is dissolved in ammonia water. The solution is then compressed via a pump P, for example to 150 bar, and fed via a heat exchanger W into the CO2 delivery device 134 .
Dort wird unter erhöhten Temperaturen das Kohlendioxid wieder abgegeben und kann über die CO2-Abführung 140 abgegeben werden. Im einfachsten Fall wird es an dieThere, the carbon dioxide is released again at elevated temperatures and can be released via the CO2 discharge 140 . In the simplest case, it is sent to the
Umgebung abgegeben. Es kann aber auch eingelagert oder umgesetzt werden, um COz>-delivered environment. However, it can also be stored or converted to produce COz>-
Emissionen zu vermeiden. Das Ammoniakwasser wird aus der CO2-Abgabevorrichtung 134 über den Wärmetauscher W zurück in die CO2-Lösevorrichtung 132 geführt.to avoid emissions. The ammonia water is returned to the CO2 dissolving device 132 from the CO2 discharging device 134 via the heat exchanger W.
Zusätzlich weist der zweite Kohlendioxidabscheider 130 eine Ammoniak-Rückhalte-In addition, the second carbon dioxide separator 130 has an ammonia retention
Wäsche 136 auf. Hierdurch wird ein reiner Stickstoffstrom erhalten, der dann demLaundry 136 up. As a result, a pure stream of nitrogen is obtained, which is then dem
Rezirkulationskreislauf 100 zugeführten Gasstrom zugeführt wird. Hierbei kann derRecirculation circuit 100 supplied gas stream is supplied. Here he can
Stickstoff-Gasstrom auch nur teilweise zugeführt werden, um die korrekte Stöchiometrie zu erhalten. Überschüssiger Stickstoff kann beispielsweise einfach an die Umgebung abgegeben werden oder als Inertgas in weiteren Synthesen verwendet werden. Da sichNitrogen gas flow can also be partially fed in order to obtain the correct stoichiometry. For example, excess nitrogen can simply be released to the environment or used as an inert gas in further syntheses. That I
Sauerstoff und Stickstoff ähnlich sind als Stickstoff und Kohlendioxid ist die Abtrennung aus diesem Gasstrom der Brennerseite 14 effizienter als eine Luftzerlegung.Oxygen and nitrogen are similar than nitrogen and carbon dioxide, separation from this burner side 14 gas stream is more efficient than air separation.
In Fig. 3 ist eine zweite beispielhafte Ausführungsform gezeigt. Die unterscheidet sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform dadurch, dass der Stickstoffstrom vom zweiten Kohlendioxidabscheider 130 in den Sekundärreformer 20 geführt wird, um dortA second exemplary embodiment is shown in FIG. 3 . The differs from the first exemplary embodiment in that the nitrogen stream is guided from the second carbon dioxide separator 130 into the secondary reformer 20 in order to there
Restsauerstoff zu verbrennen.burn residual oxygen.
Fig. 4 zeigte eine fünfte beispielhafte Ausführungsform. Bei dieser ist eine weitere4 shows a fifth exemplary embodiment. At this one is another
Wasserstoffquelle vorhanden. Diese besteht lediglich beispielhaft aus einem Solar- undHydrogen source available. This consists only as an example of a solar and
Windpark 110. Hier wird Strom aus erneuerbaren Energien Sonne und Wind erzeugt.Wind farm 110. Electricity is generated here from renewable energies, sun and wind.
Dieser Strom wird zur Erzeugung von Wasserstoff in der Wasserelektrolyse 120 genutzt.This electricity is used to generate hydrogen in the water electrolysis 120.
Der Wasserstoff kann in einem Speicher zwischengespeichert werden, umThe hydrogen can be temporarily stored in a storage facility
Schwankungen in Sonnenstrahlung und Wind auszugleichen. Ebenso kann zwischen dem Solar- und Windpark 110 und der Wasserelektrolyse 120 entsprechend eine Batterie zur Vergleichmäßigung vorhanden sein. Der so erzeugte („grüne“) Wasserstoff wird mit dem aus dem Reformer kommenden Gasstrom vereint und dem Rezirkulationskreislauf 100 zugeführt. Hierdurch ist Stickstoff jedoch unterstöchiometrisch vorhanden. Um nicht eine energieaufwändige Luftzerlegung betreiben zu müssen, wird der Stickstoff aus demcompensate for fluctuations in solar radiation and wind. Likewise, a battery can be present between the solar and wind park 110 and the water electrolysis 120 for equalization. The (“green”) hydrogen produced in this way is combined with the gas stream coming from the reformer and fed to the recirculation circuit 100 . As a result, however, nitrogen is substoichiometrically present. In order not to have to operate an energy-intensive air separation, the nitrogen from the
Abgas der Brennerseite 14 des Primärreformers 10 gewonnen. Hierzu wird das Gas zunächst in einer Entstaubungsvorrichtung 90 entstaubt. Optional kann das Gas anschließend durch eine Entschwefelungsvorrichtung 92 geführt werden, insbesondere in Regionen, in denen schwefelhaltiges Erdgas verwendet wird. Anschließend wird dasExhaust gas from the burner side 14 of the primary reformer 10 is obtained. For this purpose, the gas is first dedusted in a dedusting device 90 . Optionally, the gas can then be passed through a desulfurization device 92, particularly in regions where natural gas containing sulfur is used. Then it will
Gas über einen Kompressor K und einen Wärmetausche W dem Sekundärreformer 20 zugeführt. Hierbei kann die Reihenfolge von Kompressor K und Wärmetauscher auch umgekehrt sein. Hierdurch wird zum einen das Verhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff wieder ausgeglichen. Zusätzlich wird mehr Kohlendioxid eingebracht, welches im ersterGas is fed to the secondary reformer 20 via a compressor K and a heat exchanger W. Here, the order of compressor K and heat exchanger can also be reversed. On the one hand, this balances out the ratio of hydrogen to nitrogen. In addition, more carbon dioxide is introduced, which in the first
Kohlendioxidabscheider 40 abgeschieden und der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 zugeführt wird. Hierdurch kann in sehr einfacher Weise die produzierte GesamtmengeCarbon dioxide separator 40 deposited and the urea synthesis device 80 is supplied. As a result, the total quantity produced can be calculated in a very simple manner
Harnstoff gesteigert und gleichzeitig der CO2-FulBabdruck reduziert werden. Vorteil dieser fünften beispielhaften Ausführungsform ist die flexible Führung, um einen Teil desUrea can be increased and the CO2 footprint reduced at the same time. The advantage of this fifth exemplary embodiment is the flexible guidance in order to
Kohlendioxids von der Brennerseite 14 der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 zuzuführen und einen anderen Teil über die CO2-Abführung 140 abzugeben, um so die korrekteSupply carbon dioxide from the burner side 14 of the urea synthesizer 80 and deliver another portion through the CO2 discharge 140, so as to correct the
Stöchiometrie einfach einstellen zu können. Hierbei kann die Reihenfolge vonEasy to adjust stoichiometry. Here, the order of
Kompressor K und Wärmetauscher auch umgekehrt sein.Compressor K and heat exchanger can also be reversed.
Fig. 5 zeigte eine sechste beispielhafte Ausführungsform, welche sich von der fünftenFig. 5 showed a sixth exemplary embodiment, which differs from the fifth
Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass das Kohlendioxid aus dem zweitenEmbodiment differs in that the carbon dioxide from the second
Kohlendioxidabscheider 130 in der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 verwendet wird.Carbon dioxide separator 130 is used in the urea synthesizer 80 .
Dafür wird das Kohlendioxid, welches im erster Kohlendioxidabscheider 40 anfällt, verworfen, da sich dieses auf einem niedrigeren Druckniveau befindet.For this purpose, the carbon dioxide that accumulates in the first carbon dioxide separator 40 is discarded since it is at a lower pressure level.
Fig. 6 zeigte eine siebente beispielhafte Ausführungsform. In vielen Anlagen wird aus dem ersten Kohlendioxidabscheider 40 weniger Kohlendioxid bereitgestellt, als zur vollständigen Umsetzung des Ammoniaks zu Harnstoff nötig wäre. Um die Produktion zu steigern, muss also eine weitere Kohlendioxidquelle gefunden werden. Diese findet sich im Abgas der Brennerseite 14 des Primärreformers 10. Hierzu wird das Gas zunächst in einer Entstaubungsvorrichtung 90 entstaubt. Optional kann das Gas anschließend durch eine Entschwefelungsvorrichtung 92 geführt werden, insbesondere in Regionen, in denen schwefelhaltiges Erdgas verwendet wird. Anschließend wird das Gas in den zweiten6 shows a seventh exemplary embodiment. In many plants, less carbon dioxide is provided from the first carbon dioxide separator 40 than would be necessary for the complete conversion of the ammonia into urea. In order to increase production, another source of carbon dioxide must be found. This is found in the exhaust gas on the burner side 14 of the primary reformer 10. For this purpose, the gas is first dedusted in a dedusting device 90. Optionally, the gas can then be passed through a desulfurization device 92, particularly in regions where natural gas containing sulfur is used. Then the gas in the second
Kohlendioxidabscheider 130 geführt, welcher als Ammoniak-Wasser-Wäscher ausgeführt ist, wie dieser beispielsweiser der WO 2019/110 443 A1 oder derCarbon dioxide separator 130 out, which is designed as an ammonia-water scrubber, such as WO 2019/110 443 A1 or the
EP 3 390 354 B1 entnommen werden kann. Der zweite Kohlendioxidabscheider 130 weist eine COz-Lôsevorrichtung 132 auf, in der das Kohlendioxid in Ammoniakwasser gelöst wird. Die Lösung wird dann über eine Pumpe P beispielsweise auf 150 bar verdichtet und über einen Wärmetauscher W in die CO2-Abgabevorrichtung 134 geführt.EP 3 390 354 B1 can be found. The second carbon dioxide separator 130 has a CO2 dissolving device 132 in which the carbon dioxide is dissolved in ammonia water. The solution is then compressed via a pump P, for example to 150 bar, and fed via a heat exchanger W into the CO2 delivery device 134 .
Dort wird unter erhöhten Temperaturen das Kohlendioxid wieder abgegeben und wird dann der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 zugeführt, wobei der hohe Druck der COz-There, the carbon dioxide is released again at elevated temperatures and is then fed to the urea synthesis device 80, the high pressure of the CO2
Abgabevorrichtung 134 das Kohlendioxid auf dem richtigen Druckniveau zur Verfügung stellt. Das Ammoniakwasser wird aus der COz-Abgabevorrichtung 134 über denDispenser 134 provides the carbon dioxide at the correct pressure level. The ammonia water is from the COz-discharge device 134 on the
Wärmetauscher W zurück in die COz-Lôsevorrichtung 132 geführt. Zusätzlich weist der zweite Kohlendioxidabscheider 130 eine Ammoniak-Rückhalte-Wäsche 136 auf, wodurch mit dem Stickstoff kein Ammoniak über die Stickstoff-Abführung 150 in dieHeat exchanger W fed back into the CO2 dissolving device 132. In addition, the second carbon dioxide separator 130 has an ammonia retention wash 136, whereby no ammonia is released into the nitrogen outlet 150 with the nitrogen
Umgebung abgegeben wird oder mit dem Stickstoff als Inertgas in weiteren Synthesen eingebracht wird. Vorteil dieser siebenten beispielnaften Ausführungsform ist es, dass sowohl der Stickstoffstrom dem Rezirkulationskreislauf 100 und damit derEnvironment is released or is introduced with the nitrogen as an inert gas in further syntheses. Advantage of this seventh exemplary embodiment is that both the nitrogen flow to the recirculation circuit 100 and thus the
Ammoniaksynthese als auch der Kohlendioxidstrom der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 zugeführt wird. Diese fünfte Ausführungsform ist gerade bei einer Nachrüstung bevorzugt, da lediglich der der zweite Kohlendioxidabscheider 130 und eine weitereAmmonia synthesis and the carbon dioxide stream of the urea synthesis device 80 is supplied. This fifth embodiment is particularly preferred for retrofitting, since only the second carbon dioxide separator 130 and one more
Wasserstoffquelle bereitgestellt werden und so eine Umsatzsteigerung in derHydrogen source are provided and so an increase in sales in the
Produktionsmenge bei gleichzeitiger Reduzierung des CO2-Fußabdrucks erfolgen kann.Production volume can be done while reducing the carbon footprint.
Fig. 7 zeigte eine neunte beispielhafte Ausführungsform, welche eine Kombination der ersten beispielhaften Ausführungsform, der dritten beispielhaften Ausführungsform und der vierten beispielhaften Ausführungsform darstellt. Hierdurch stehen während des7 shows a ninth exemplary embodiment, which is a combination of the first exemplary embodiment, the third exemplary embodiment, and the fourth exemplary embodiment. As a result, during the
Betriebs der Anlage alle Optionen offen, um verschiedene Fahrweisen zu ermöglichen, beispielsweise um sich an schwankende Mengen regenerativ erzeugter Energie anpassen zu können.When operating the plant, all options are open to enable different modes of operation, for example to be able to adapt to fluctuating amounts of regenerative energy.
Die in Fig. 8 gezeigte zehnte beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 3 gezeigten zweiten beispielhaften Ausführungsform dadurch, dass diese keineThe tenth exemplary embodiment shown in FIG. 8 differs from the second exemplary embodiment shown in FIG
Harnstoffsynthesevorrichtung 80 aufweist. Diese Ausführungsform ist insbesondere zurUrea synthesis device 80 has. This embodiment is particularly for
Kapazitätserweiterung einer bestehenden Anlage zur Synthese von Ammoniak geeignet.Suitable for expanding the capacity of an existing plant for the synthesis of ammonia.
BezugszeichenReference sign
Primärreformer 12 Wasserstoffseite 14 Brennerseite 10 16 Wasserstoffquelle 18 Brenngaszufuhr 20 Sekundärreformer 30 Shift-Reaktor 40 erster Kohlendioxidabscheider 50 Konverter 60 Kühler 70 Ammoniakabscheider 80 Harnstoffsynthesevorrichtung 90 Entstaubungsvorrichtung 92 Entschwefelungsvorrichtung 100 Rezirkulationskreislauf 110 Solar- und Windpark 120 Wasserelektrolyse 130 zweiter Kohlendioxidabscheider 132 CO:-Lösevorrichtung 134 CO:-Abgabevorrichtung 136 Ammoniak-Rückhalte-Wäsche 140 CO:2-Abführung 150 Stickstoff-AbführungPrimary reformer 12 hydrogen side 14 burner side 10 16 hydrogen source 18 fuel gas supply 20 secondary reformer 30 shift reactor 40 first carbon dioxide separator 50 converter 60 cooler 70 ammonia separator 80 urea synthesis device 90 dedusting device 92 desulfurization device 100 recirculation circuit 110 solar and wind park 120 water electrolysis 130 second carbon dioxide separator 132 CO:-dissolving device 134 CO :-discharge device 136 ammonia retainer scrubbing 140 CO:2 purge 150 nitrogen purge
K KompressorK compressor
P PumpeP pump
W WärmetauscherW heat exchanger
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