BE1030273B1 - Elektrochemische und chemische Synthese von Ammoniak - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Synthese von Ammoniak, wobei die Anlage wenigstens eine erste elektrochemische Ammoniaksynthesevorrichtung 20 und einen Konverter 40 mit einem Rezirkulationskreis aufweist, wobei zwischen der wenigstens einen ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung 20 und dem Konverter 40 ein erster Ammoniakabscheider 30 angeordnet ist.
Description
' BE2022/5101
Elektrochemische und chemische Synthese von Ammoniak
Die Erfindung betrifft die Kombination einer elektrochemischen Ammoniaksynthese mit einer klassischen Hochdruck-Hochtemperatur-Ammoniaksynthese.
Klassisch wird Ammoniak nach dem Haber-Bosch-Verfahren bei Drücken von etwa 150 bis 350 bar und Temperaturen von etwa 400 bis 500 °C durchgeführt. Hierzu werden
Stickstoff und Wasserstoff komprimiert und an einem geeigneten Katalysator zur
Reaktion gebracht. Das entstandene Ammoniak wird abgetrennt und nicht umgesetzte
Edukte in einem Kreis gefahren. Ein Großteil des hierfür verwendeten Wasserstoffs stammt aus der Reformierung von Erdgas. Daher ist Ammoniak derzeit für einen relevanten Teil der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich.
Um dieses zu ändern, wird versucht auf regenerative Energien zurückzugreifen und
Wasserstoff beispielsweise mittels Elektrolyse aus Wasser herzustellen. Der Stickstoff stammt dann aus einer Luftzerlegung. Das Gasgemisch wird dann einem konventionellen
Konverter, auch Ammoniakkonverter genannt, zugeführt und in bekannter Weise zu
Ammoniak umgesetzt.
Es gibt inzwischen auch den Weg, Ammoniak direkt bei der Elektrolyse zu erzeugen.
Beispielsweise aus der DE 10 2016 213 360 A1 ist ein Verfahren zur elektrochemischen
Herstellung von Ammoniak bekannt. Hierbei ist jedoch eine ungewollte Nebenreaktion die Entstehung von Wasserstoff. Um also die Selektivität in Richtung Ammoniak zu optimieren, ist eine geringe Belegung der Oberfläche optimal, damit ist der Umsatz dann aber minimal. Bei hohen und wirtschaftlich interessanten Umsätzen steigt jedoch der
Anteil von Wasserstoff als ungewolltes Nebenprodukt.
Aufgabe der Erfindung ist es, Ammoniak in effizienter Weise mittels der Nutzung insbesondere regenerativer Energien zu erzeugen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Anlage mit den in Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen sowie das Verfahren mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden
Beschreibung sowie der Zeichnung.
Die erfindungsgemäße Anlage dient zur Synthese von Ammoniak. Insbesondere dient die Anlage zur Synthese von Ammoniak unter der Nutzung regenerativer Energien zur
Vermeidung von CO2-Emissionen und dient somit dem Klimaschutz. Die Anlage weist wenigstens eine erste elektrochemische Ammoniaksynthesevorrichtung und einen
Konverter mit einer Rückführung des nicht umgesetzten Wasserstoff-Stickstoff-
Gemisches nach der Ammoniakabtrennung, im Folgenden Rezirkulationskreis genannt, auf. Hierdurch unterscheidet sich die erfindungsgemäße Anlage grundlegend von den bisherigen Konzepten, die entweder eine direkte elektrochemische Herstellung von
Ammoniak oder eine elektrochemische Erzeugung von Wasserstoff und eine anschließende Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren nutzen. Zunächst wird in der ersten elektrochemische Ammoniaksynthesevorrichtung Ammoniak hergestellt, wobei für den wirtschaftlich sinnvollen Betrieb die Erzeugung von Wasserstoff als Nebenreaktion akzeptiert wird. Zwischen der wenigstens einen ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung und dem Konverter ist ein erster
Ammoniakabscheider angeordnet. Hierdurch wird der elektrochemisch erzeugte
Ammoniak abgetrennt, bevor das verbleibende Gemisch, welches aus Wasserstoff und
Stickstoff besteht, dem Konverter, beispielsweise einem klassischen Haber-Bosch-
Verfahren entsprechend, zugeführt und dort bei hohem Druck und hoher Temperatur an einem Katalysator umgesetzt wird.
Wird bei hohen Durchsätzen eine Selektivität in der ersten elektrochemischen
Ammoniaksynthesevorrichtung von beispielsweise 50 % erreicht, also die Hälfte des
Wasserstoffs zu Ammoniak NH3 umgesetzt und die andere Hälfte zu elementarem
Wasserstoff Hz, so ergibt sich der Vorteil, dass die Größe des Konverters nur halb so groß sein muss, wie im Vergleich bei einer reinen elektrochemischen Erzeugung von ausschließlich Wasserstoff H2. Gleichzeitig muss auch im laufenden Betrieb nur ein halb so großer Volumenstrom komprimiert und erwärmt werden. Gleichzeit kann im Vergleich zu einer reinen elektrochemischen Synthese ein sehr hoher Durchsatz bei vollständiger
Umsetzung des elektrochemisch erzeugten Wasserstoffs (und des elektrochemisch direkt erzeugten Ammoniaks) erzielt werden.
Praktischer Weise können mehrere elektrochemische Ammoniaksynthesevorrichtung parallel nebeneinander geschaltet werden, um einen ausreichenden Synthesegasstrom für den Konverter zu erzeugen. 5 In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage zwischen der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung und dem Konverter eine
Lagervorrichtung auf. Bevorzugt ist die Lagervorrichtung zwischen dem ersten
Ammoniakabscheider und dem Rezirkulationskreis angeordnet. Die Lagervorrichtung ist beispielsweise und bevorzugt ein Druckspeicher. Die Lagervorrichtung dient dazu, durch
Schwankungen in der regenerativen Energieerzeugung abzupuffern und dem Konverter einen möglichst konstanten oder wenigstens gering schwankenden Eduktstrom zur
Verfügung zu stellen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste elektrochemische
Ammoniaksynthesevorrichtung zur Synthese von Ammoniak aus Stickstoff und Wasser ausgebildet. Hierbei kann Stickstoff als reiner Stickstoff vorliegen. Es gibt jedoch auch die Option, Luft zu verwenden, wenn Sauerstoff durch die Membran transportiert wird.
Alternativ gibt es elektrochemische Ammoniaksynthesevorrichtungen, welche Ammoniak elektrochemisch aus Stickstoff und Wasserstoff erzeugen. Dieses hat jedoch den
Nachteil, dass zunächst in einer Wasserelektrolyse der Wasserstoff aus Wasser in einer ersten Elektrolyse hergestellt wird und erst in einem zweiten Schritt aus Stickstoff und
Wasserstoff Ammoniak hergestellt wird. Dadurch wird der apparative Aufwand höher und auch Verluste steigen. Daher ist die direkte elektrochemische Herstellung aus Stickstoff und Wasser bevorzugt. Ein weiterer Vorteil ist, wenn die erste elektrochemische
Ammoniaksynthesevorrichtung zur Synthese von Ammoniak aus Stickstoff und Wasser ausgebildet ist, dass diese Synthese leicht dynamisch betreibbar ist, also sehr gut an schwankende Stromerzeugung angepasst werden kann. Hierdurch kann beispielsweise auf die tageszeitliche Änderung der Stromproduktion eines Solarfeldes reagiert werden.
Hierbei gibt es zwei verschiedene grundlegende Funktionsweise von elektrochemische
Ammoniaksynthesevorrichtungen. Bei der ersten Ausführungsform wird auf der
Anodenseite Wasser zu Sauerstoff umgesetzt und Protonen wandern durch die Membran und werden im Kathodenraum mit Stickstoff zu Ammoniak (und Wasserstoff als
Nebenprodukt) umgesetzt. Bei der zweiten Ausführungsform werden auf der
Kathodenseite Stickstoff und Wasser zu Ammoniak (und Wasserstoff als Nebenprodukt)
‘ BE2022/5101 umgesetzt, Sauerstoffionen wandern durch die Membran und bilden auf der Anodenseite
Sauerstoff.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste elektrochemische
Ammoniaksynthesevorrichtung eine Festoxidelektrolysezelle. Die Membran ist somit ein
Festoxid. die Festoxidelektrolysezelle wird üblicherweise bei hohen Temperaturen betrieben und ist besonders zur Leitung von Sauerstoffionen O2 geeignet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Anodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung zur Umsetzung von Wasserdampf zu
Sauerstoff ausgebildet. Die Membran der ersten elektrochemischen
Ammoniaksynthesevorrichtung ist zum Protonentransfer ausgebildet. Die Kathodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung ist zur Umsetzung von
Stickstoff mit den durch die Membran durchtretenden Protonen zu Ammoniak ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vor der ersten elektrochemischen
Ammoniaksynthesevorrichtung eine Luftzerlegungsanlage angeordnet. Besonders bevorzugt erfolgt die Trennung in insbesondere Sauerstoff und Stickstoff nach dem
Membranverfahren. Eine kryotechnische Luftzerlegung, beispielsweise nach dem
Lindeverfahren, ist auch möglich, erzielt meist hohe Reinheit, ist jedoch meist energetisch aufwändiger.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vor der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung eine Kohlendioxidabscheideanlage (auch CO2-Wäscher) angeordnet. Insbesondere wird ein aus einem
Verbrennungsprozess, beispielsweise einer benachbarten anderen Anlage, der
Abgasstrom aus Stickstoff und Kohlendioxid reinigt, indem das Kohlendioxid abgetrennt wird, beispielsweise um dieses chemisch zu binden, um eine Emission von CO: zu vermeiden. Dieses führt aber zu einem vergleichsweise einfach zu erhaltenden
Stickstoffstrom.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist nach der ersten elektrochemischen
Ammoniaksynthesevorrichtung und vor dem ersten Ammoniakabscheider ein erster
) BE2022/5101
Wärmetauscher angeordnet. Hierdurch kann eine Abkühlung erreicht werden und somit kann Ammoniak leichter und effizienter abgeschieden werden. Dieses gilt insbesondere, wenn die erste elektrochemische Ammoniaksynthesevorrichtung bei hoher Temperatur betrieben wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist nach dem ersten Wärmetauscher und vor dem Rezirkulationskreis ein erster Kompressor angeordnet. Im ersten
Kompressor wird der Gasstrom bevorzugt auf den Druck des Rezirkulationskreises gebracht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Rezirkulationskreis einen zweiten Ammoniakabscheider auf. Weiter weist der Rezirkulationskreis wenigstens einen zweiten Wärmetauscher zwischen dem Konverter und dem zweiten
Ammoniakabscheider auf. Weiter weist der Rezirkulationskreis zwischen dem
Ammoniakabscheider und dem Konverter wenigstens einen dritten Wärmetauscher und einen zweiten Kompressor auf. Dieses entspricht dem klassischen Aufbau des Haber-
Bosch-Verfahrens.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweiten Wärmetauscher mit der elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung dampfführend verbunden. Hierdurch kann die thermische Energie aus dem Konverter in die elektrochemische
Ammoniaksynthesevorrichtung in einfacher Weise überführt werden und gleichzeitig das
Wasser für die Synthese des Ammoniaks bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Kathodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung einen Katalysator auf, wobei der
Katalysator Stickstoff-dotierten Kohlenstoff enthält.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von
Ammoniak, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellung von Stickstoff und Wasser, b) Elektrochemische Umsetzung zur Erzeugung eines Gasgemisches aus Ammoniak,
Wasserstoff und Stickstoff, c) Abtrennen des Ammoniaks aus dem Gasgemisch,
° BE2022/5101 d) Verdichten des Gasgemisches, e) Umsetzen des Gasgemisches in einem Konverter, f) — Abtrennen des im Konverter erzeugten Ammoniaks, g) Rückführung von nicht umgesetzten Wasserstoff und Stickstoff in den Konverter.
IN einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Stickstoff in Schritt a) mittels
Luftzerlegung bereit gestellt.
IN einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Wasser aus niederkalorischem
Wasserdampf aus einem Wärmetauscher bereitgestellt. Hierdurch kann auch die niederkalorische Energie noch genutzt werden, sodass die Gesamteffizienz des
Gesamtsystems gesteigert werden kann.
IN einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt b) auf der Anodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung Wasserdampf zu
Sauerstoff und Protonen umgesetzt. Weiter werden Protonen durch die Membran der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung transportiert. Und weiter wird auf der Kathodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung
Stickstoff mit den durch die Membran durchtretenden Protonen zu Ammoniak umgesetzt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt b) auf der Kathodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung aus den durch die
Membran durchtretenden Protonen Wasserstoff gebildet. Diese für die rein elektrochemische Synthese von Ammoniak als Nebenreaktion unerwünschtem
Nebenprodukt stellt das Ausgangsmaterial für das im Konverter erzeugte Ammoniak dar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in Schritt b) auf der
Kathodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung Stickstoff und Wasser zu Ammoniak umgesetzt. Weiter treten Sauerstoffionen durch die Membran durch. Und weiter werden auf der Anodenseite der ersten elektrochemischen
Ammoniaksynthesevorrichtung die durch die Membran durchtretenden Sauerstoffionen zu Sauerstoff umgesetzt.
' BE2022/5101
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zwischen Schritt b) und Schritt c) das Gasgemisch in einem Wärmetauscher abgekühlt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zwischen Schritt e) und Schritt f) das Gasgemisch in einem Wärmetauscher abgekühlt. Hierbei wird in dem
Wärmetauscher Wasserdampf erzeugt. Der so erzeugte Wasserdampf wird der elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung zugeführt.
Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Anlage beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren, wenn der Ammoniakumsatz in beiden Anlagenteilen in der gleichen Größenordnung liegt, also insbesondere, wenn in der elektrochemischen
Ammoniaksynthesevorrichtung zwischen 20 %Ammoniak zu 80 % Wasserstoff bis 80 %
Ammoniak zu 20 % Wasserstoff entstehen. Ist der Anteil an Ammoniak geringer, so ist eine reine Wasserelektrolyse mit Haber-Bosch-Synthese sinnvoll, ist der Anteil an
Ammoniak höher wird die anschließende Haber-Bosch-Synthese weniger wirtschaftlich.
Die Erfindung ermöglicht somit die wirtschaftliche Nutzung einer ansonsten für sich alleine (noch nicht) wirtschaftlichen Syntheseroute.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Anlage anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 beispielhafte Ausführungsform
In Fig. 1 ist eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform der Anlage zur
Synthese von Ammoniak gezeigt. Über die Luftzufuhr 11 wird Luft in eine
Luftzerlegungsanlage 10 geführt und beispielsweise mittels einem
Membrantrennverfahren in Stickstoff und Sauerstoff getrennt (sowie weitere
Komponenten, wie zum Beispiel Argon oder Kohlendioxid in geringeren Mengen). Der
Sauerstoff kann entweder einer Nutzung zugeführt oder an die Umgebung abgegeben werden. Dazu dient die Sauerstoffabgabe 12. Über die Stickstoffübergabe 13 wird der
Stickstoff in die elektrochemische Ammoniaksynthesevorrichtung 20 geleitet. Zusätzlich wird Wasserdampf über die Wasserzufuhr 21 der elektrochemischen
Ammoniaksynthesevorrichtung 20 zugeführt. Dort wird der Eduktstrom wenigstens partiell, bevorzugt in der Größe von etwa 50% zu Ammoniak umgesetzt, während die
° BE2022/5101 anderen etwa 50% als Wasserstoff und Stickstoff, also als Eduktgasgemisch für die
Haber-Bosch-Synthese anfallen. Entsprechende elektrochemische Zellen sind dem
Fachmann bekannt und können beispielsweise der Amar, |. A.; Lan, R.; Petit, C. T. G.;
Tao, S. Journal of Solid State Electrochemistry 2011, 15, 1845-1860 entnommen werden. Beispielsweise handelt es sich um eine Hoch-Temperatur-Elektrolyse-Zelle. Das so erzeugte Produkt-Edukt-Gemisch 23 wird abgeführt und über einen Wärmetauscher
W abgekühlt und als abgekühltes Produkt-Edukt-Gemisch 24 dem ersten
Ammoniakabscheider 30 zugeführt. Der in der elektrochemischen
Ammoniaksynthesevorrichtung 20 erzeugte Sauerstoff wird über die Sauerstoffabgabe 22 abgegeben, entweder ebenfalls einer weiteren Verwertung zugeführt oder an die
Umgebung abgegeben.
Das im ersten Ammoniakabscheider 30 abgetrennte Ammoniak wird über die
Ammoniakabgabe 31 entnommen und beispielsweise einem Tank, einer Abfüllung oder einer weiteren Umsetzung zu beispielsweise Harnstoff und/oder Salpetersäure zugeführt.
Davon getrennt wird das Eduktgemisch 32 aus Wasserstoff und Stickstoff über einen
Kompressor dem Rezirkulationskreis zugeführt. Da bei einer oben angenommenen
Selektivität der Ammoniaksynthese in der elektrochemische
Ammoniaksynthesevorrichtung 20 der Eduktstrom somit nur noch halb so groß ist, wie bei einer reinen Wasserelektrolyse und einer anschließenden ausschließlichen
Ammoniaksynthese, können alle folgenden Komponenten im Hochdruck- und
Hochtemperaturbereich etwa auf die halbe Größe reduziert werden. Über einen weiteren
Kompressor wird das Eduktgemisch dem Konverter 40 zugeführt und nach dem klassischen Prinzip der Ammoniaksynthese an einem Katalysator in einer
Gleichgewichtsreaktion anteilig zu Ammoniak umgesetzt. Das aus dem Konverter 40 austretende Produkt-Edukt-Gemisch 41 wird über einen Wärmetauscher W (meist mehrstufig) abgekühlt und als abgekühltes Produkt-Edukt-Gemisch 42 dem zweiten
Ammoniakabscheider 50 zugeführt. Der dort abgeschiedene Ammoniakstrom wird über die Ammoniakabgabe 51 abgegeben und kann beispielsweise mit dem aus dem ersten
Ammoniakabscheider 30 über die Ammoniakabgabe 31 abgegebenem Ammoniakstrom vereint werden. Alternativ können die beiden Ammoniakströme auch unterschiedlichen
Verwendungen zugeführt werden, beispielsweise einer Harnstoffsynthese und der andere einer Salpertersäuresynthese. Die nicht umgesetzten Edukte werden aus dem zweiten Ammoniakabscheider 50 über die Eduktrückführung 52 dem Rezirkulationskreis
) BE2022/5101 zugeführt, wo diese über einen Wärmetauscher W erwärmt werden und dann über den
Kompressor K wieder dem Konverter 40 zugeführt werden. Bevorzugt sind die beiden
Wärmetauscher W wenigstens teilweise über ein Wärmeträgermedium miteinander verbunden, sodass die Wärme innerhalb des Rezirkulationskreises erhalten bleibt.
Aufgrund der exothermen Reaktion muss jedoch ein Teil der Wärme aus dem
Rezirkulationskreis nach außen abgeführt werden. Diese Wärme kann beispielsweise dazu genutzt werden eine Hoch-Temperatur-Elektrolyse-Zelle zu erwärmen und damit die notwendige Energie bereitzustellen, wie in Fig. 1 durch die Dampfleitung 43 zwischen dem Wärmetauscher und der Wasserzufuhr 21 angedeutet.
Bezugszeichen 10 Luftzerlegungsanlage 11 Luftzufuhr 12 Sauerstoffabgabe 13 Stickstoffübergabe elektrochemische Ammoniaksynthesevorrichtung 21 Wasserzufuhr 22 Sauerstoffabgabe 23 Produkt-Edukt-Gemisch 20 24 abgekühltes Produkt-Edukt-Gemisch 30 erster Ammoniakabscheider 31 Ammoniakabgabe 32 Eduktgemisch 40 Konverter 41 Produkt-Edukt-Gemisch 42 abgekühltes Produkt-Edukt-Gemisch 43 Dampfleitung 50 zweiter Ammoniakabscheider 51 Ammoniakabgabe 52 Eduktrückführung
K Kompressor
W Wärmetauscher
Claims (19)
1. Anlage zur Synthese von Ammoniak, wobei die Anlage wenigstens eine erste elektrochemische Ammoniaksynthesevorrichtung (20) und einen Konverter (40) mit einem Rezirkulationskreis aufweist, wobei zwischen der wenigstens einen ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) und dem Konverter (40) ein erster Ammoniakabscheider (30) angeordnet ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrochemische Ammoniaksynthesevorrichtung (20) zur Synthese von Ammoniak aus Stickstoff und Wasser ausgebildet ist.
3. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrochemische Ammoniaksynthesevorrichtung (20) eine Festoxidelektrolysezelle ist.
4. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) zur Umsetzung von Wasserdampf zu Sauerstoff ausgebildet ist, wobei die Membran der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) zum Protonentransfer ausgebildet ist, wobei die Kathodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) zur Umsetzung von Stickstoff mit den durch die Membran durchtretenden Protonen zu Ammoniak ausgebildet ist.
5. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) eine Luftzerlegungsanlage (10) angeordnet ist.
6. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) eine Kohlendioxidabscheideanlage angeordnet ist.
7. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) und vor dem ersten Ammoniakabscheider (30) ein erster Wärmetauscher (W) angeordnet ist.
8. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten Wärmetauscher (W) und vor dem Rezirkulationskreis ein erster Kompressor (K) angeordnet ist.
9. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezirkulationskreis einen zweiten Ammoniakabscheider (50) aufweist, wobei der Rezirkulationskreis wenigstens einen zweiten Wärmetauscher (W) zwischen dem Konverter (40) und dem zweiten Ammoniakabscheider (50) aufweist, wobei der Rezirkulationskreis zwischen dem zweiten Ammoniakabscheider (50) und dem Konverter (40) wenigstens einen dritten Wärmetauscher (W) und einen zweiten Kompressor (K) aufweist.
10.Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Wärmetauscher (W) mit der elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) dampfführend verbunden ist.
11.Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) einen Katalysator aufweist, wobei der Katalysator Stickstoff-dotierten Kohlenstoff enthält.
12. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellung von Stickstoff und Wasser, b) Elektrochemische Umsetzung zur Erzeugung eines Gasgemisches aus Ammoniak, Wasserstoff und Stickstoff, c) Abtrennen des Ammoniaks aus dem Gasgemisch, d) Verdichten des Gasgemisches, e) Umsetzen des Gasgemisches in einem Konverter (40), f) Abtrennen des im Konverter (40) erzeugten Ammoniaks, g) Rückführung von nicht umgesetzten Wasserstoff und Stickstoff in den Konverter (40).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff in Schritt a) mittels Luftzerlegung bereit gestellt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser aus niederkalorischem Wasserdampf aus einem Wärmetauscher (W) bereitgestellt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) auf der Anodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) Wasserdampf zu Sauerstoff umgesetzt wird, wobei Protonen durch die Membran der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) transportiert werden, wobei auf der Kathodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) Stickstoff mit den durch die Membran durchtretenden Protonen zu Ammoniak umgesetzt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) auf der Kathodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) aus den durch die Membran durchtretenden Protonen Wasserstoff gebildet wird.
17.Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) auf der Kathodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) Stickstoff und Wasser zu Ammoniak umgesetzt werden, wobei Sauerstoffionen durch die Membran durchtreten, wobei auf der Anodenseite der ersten elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) die durch die Membran durchtretenden Sauerstoffionen zu Sauerstoff umgesetzt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt b) und Schritt c) das Gasgemisch in einem Wärmetauscher (W) abgekühlt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt e) und Schritt f) das Gasgemisch in einem Wärmetauscher (W)
abgekühlt wird, wobei in dem Wärmetauscher (W) Wasserdampf erzeugt wird, wobei der Wasserdampf der elektrochemischen Ammoniaksynthesevorrichtung (20) zugeführt wird.
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