DE102022201172A1 - Plant for the production of ammonia - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage 10 zur Herstellung von Ammoniak, wobei die Anlage 10 einen Reformer 20, einen Kohlendioxidabscheider 40 und einen Rezirkulationskreis 50 mit einem Konverter 52 und einem Ammoniakabscheider 54 aufweist, wobei der Reformer 20 zur Umsetzung von Kohlenwasserstoff zu Wasserstoff ausgebildet ist, wobei der Reformer 20 gasführend mit dem Kohlendioxidabscheider 40 verbunden ist, wobei der Kohlendioxidabscheider 40 gasführend mit dem Rezirkulationskreis 50 verbunden ist, wobei der Rezirkulationskreis 50 einen Ablass 60 aufweist, wobei der Ablass 60 mit einem Argonabscheider 100 verbunden ist, wobei der Argonabscheider 100 einen Argonauslass 102 und einen Eduktgasauslass 101 aufweist, wobei der Eduktgasauslass 101 gasführend mit dem Reformer 20 verbunden ist.The present invention relates to a plant 10 for the production of ammonia, the plant 10 having a reformer 20, a carbon dioxide separator 40 and a recirculation circuit 50 with a converter 52 and an ammonia separator 54, the reformer 20 being designed to convert hydrocarbons into hydrogen, wherein the reformer 20 is gas-carrying connected to the carbon dioxide separator 40, wherein the carbon dioxide separator 40 is gas-carrying connected to the recirculation circuit 50, the recirculation circuit 50 having an outlet 60, the outlet 60 being connected to an argon separator 100, the argon separator 100 having an argon outlet 102 and a reactant gas outlet 101, the reactant gas outlet 101 being connected to the reformer 20 in a gas-carrying manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Ammoniak. Insbesondere eine Anlage, welche sowohl Wasserstoff, welcher mittels eines Reformers beispielsweise aus Erdgas erzeugt wird, verwendet als auch Wasserstoff, welches mittels Elektrolyse insbesondere mittels erneuerbarer Energien erzeugt wird.The invention relates to a plant for generating ammonia. In particular, a plant that uses both hydrogen, which is produced by means of a reformer, for example from natural gas, and hydrogen, which is produced by means of electrolysis, in particular by means of renewable energies.

Aktuell besteht der Trend, dass bei Anlagen zur Herstellung von Ammoniak ein Anteil des Wasserstoffs CO2-neutral, insbesondere mittels Elektrolyse, erzeugt und verwendet wird. Für den hohen Bedarf wird jedoch weiterhin auch auf Wasserstoff aus konventionellen Quellen zurückgegriffen. Während bei einer klassischen Reformierung sich das Verhältnis von Wasserstoff zu Stockstoff zu einem optimalen Verhältnis von 3:1 einstellen lässt, ist heutzutage nun die Anforderung, einen höheren Stickstoffanteil bereitzustellen. Wird beispielsweise zwei Drittel des Wasserstoffs auf konventionelle Weise hergestellt und ein Drittel durch Elektrolyse, so sollte der aus dem Reformer kommende Gasstrom ein Verhältnis von nur noch 2:1 von Wasserstoff zu Stickstoff aufweisen. Bei etwa gleicher Menge an Wasserstoff aus beiden Quellen liegt das Verhältnis sogar bei 1,5:1.There is currently a trend that in plants for the production of ammonia, a proportion of the hydrogen is produced and used in a CO 2 -neutral manner, in particular by means of electrolysis. For the high demand, however, hydrogen from conventional sources is still used. While the ratio of hydrogen to nitrogen can be adjusted to an optimal ratio of 3:1 in classic reforming, the requirement today is to provide a higher proportion of nitrogen. For example, if two thirds of the hydrogen is produced conventionally and one third by electrolysis, the gas stream coming out of the reformer should have a hydrogen to nitrogen ratio of only 2:1. With roughly the same amount of hydrogen from both sources, the ratio is even 1.5:1.

Um somit den zusätzlich benötigten Stickstoff bereitstellen zu können ist beispielsweise eine Luftzerlegung bekannt.In order to be able to provide the additionally required nitrogen, air separation is known, for example.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2021 210 549 ist ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak bekannt.From the post-published DE 10 2021 210 549 a process for the production of ammonia is known.

Eine zusätzliche Luftzerlegung hat jedoch den Nachteil, dass der Invest für die Anlage steigt, ohne dass ein Mehrwert erzeugt wird. Ebenso steigt dadurch der Energiebedarf, was wiederum die CO2-Bilanz verschlechtert.However, additional air separation has the disadvantage that the investment for the system increases without generating any added value. This also increases the energy requirement, which in turn worsens the CO 2 balance.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage bereitzustellen, die den notwendigen Stickstoffanteil wertschöpfend und emissionsarm bereitzustellen in der Lage ist.The object of the invention is to provide a system that is able to provide the necessary proportion of nitrogen in a value-added and low-emission manner.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Anlage mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.This problem is solved by the system with the features specified in claim 1. Advantageous developments result from the dependent claims, the following description and the drawing.

Die erfindungsgemäße Anlage dient zur Herstellung von Ammoniak. Das grundlegende Prinzip der Haber-Bosch-Synthese ist nun seit etwa einem Jahrhundert bekannt. Wasserstoff und Stickstoff werden bei hohem Druck und erhöhter Temperatur an einem Katalysator im Rahmen einer Gleichgewichtsreaktion, sodass das Produkt Ammoniak abgetrennt und die nicht umgesetzten Edukte in einem Kreislauf geführt werden. Die Anlage weist einen Reformer, einen Kohlendioxidabscheider und einen Rezirkulationskreis mit einem Konverter und einem Ammoniakabscheider auf. Der Reformer ist zur Umsetzung von Kohlenwasserstoff zu Wasserstoff ausgebildet. Es kann sich beispielsweise um einen Dampfreformer oder einen autothermen Reformer handeln. Der Reformer ist gasführend mit dem Kohlendioxidabscheider verbunden. Im Kohlendioxidabscheider wird das Kohlendioxid abgetrennt. Dieses kann entweder verworfen, also an die Umgebung abgegeben werden. Dieses kann aber auch einer weiteren Verwendung beispielsweise bei der Synthese von Harnstoff aus dem erzeugten Ammoniak verwendet werden. Der Kohlendioxidabscheider ist für den vom Kohlendioxid befreiten Gasstrom gasführend mit dem Rezirkulationskreis verbunden. Bevorzugt ist zwischen dem Kohlendioxidabscheider und dem Rezirkulationskreis ein Kompressor angeordnet, um eine Verdichtung des Eduktgasgemisches zu erreichen. Der Rezirkulationskreis weist einen Ablass auf. Der Ablass dient dazu, einen Teil des im Kreislauf geführten Gasgemisches abzutrennen. Dieses ist nötig, da sich ansonsten inerte Komponenten, zum Beispiel Argon und/oder Methan, immer weiter einreichen. Dadurch sinkt der Partialdruckt der Edukte Wasserstoff und Stickstoff bei konstantem Druck, sodass die Produktionskapazität der Anlage mit der Zeit abnehmen würde. Über den Ablass können diese inerten Komponenten anteilig ausgeschleust werden, wobei jedoch auch wertvolle Edukte verloren gehen. Üblicherweise werden diese Gase einer thermischen Verwertung, beispielsweise der Brennkammer eines Primärreformers zugeführt, vorzugsweise, nachdem Ammoniak abgetrennt wurde. Optional kann auch der Wasserstoff, beispielsweise kryogen abgetrennt und wenigstens teilweise zurückgeführt werden. Da dieser Gasstrom jedoch hauptsächlich aus Stickstoff, Wasserstoff, Argon und Methan besteht, ist dieser Gasstrom ein vergleichsweise wertvolles Edukt. Der Ablass ist daher mit einem Argonabscheider verbunden. Der Argonabscheider weist einen Argonauslass und einen Eduktgasauslass auf. Der Eduktgasauslass wird zur wertgewinnenden Rückführung auch des Stickstoffs gasführend mit dem Reformer verbunden.The plant according to the invention is used for the production of ammonia. The basic principle of the Haber-Bosch synthesis has now been known for about a century. Hydrogen and nitrogen are converted at high pressure and temperature over a catalyst as part of an equilibrium reaction, so that the ammonia product is separated and the unreacted starting materials are circulated. The plant has a reformer, a carbon dioxide separator and a recirculation circuit with a converter and an ammonia separator. The reformer is designed to convert hydrocarbons into hydrogen. For example, it can be a steam reformer or an autothermal reformer. The reformer is gas-carrying connected to the carbon dioxide separator. The carbon dioxide is separated in the carbon dioxide separator. This can either be discarded, i.e. released to the environment. However, this can also be used for a further purpose, for example in the synthesis of urea from the ammonia produced. The carbon dioxide separator is connected to the recirculation circuit in a gas-carrying manner for the gas stream freed from carbon dioxide. A compressor is preferably arranged between the carbon dioxide separator and the recirculation circuit in order to achieve compression of the educt gas mixture. The recirculation circuit has a drain. The drain serves to separate part of the gas mixture circulated. This is necessary because otherwise inert components, such as argon and/or methane, continue to present themselves. This reduces the partial pressure of the educts hydrogen and nitrogen at constant pressure, so that the production capacity of the plant would decrease over time. A proportion of these inert components can be discharged via the drain, but valuable educts are also lost. These gases are usually fed to thermal utilization, for example to the combustion chamber of a primary reformer, preferably after the ammonia has been separated off. Optionally, the hydrogen can also be separated off, for example cryogenically, and at least partially recycled. However, since this gas flow mainly consists of nitrogen, hydrogen, argon and methane, this gas flow is a comparatively valuable starting material. The drain is therefore connected to an argon separator. The argon separator has an argon outlet and an educt gas outlet. The educt gas outlet is connected to the reformer for the value-enhancing return of the nitrogen as well.

Da ein Argonabscheider üblicherweise kryotechnisch Argon abscheidet ist der Prozess auf der einen Seite technisch und energetisch aufwändig. Auf der anderen Seite steht jedoch, dass das als Nebenprodukt gewonnene Argon selbst als Produkt einen Wert darstellt und sich daher dieser Prozess alleine schon für die Gewinnung des Argons lohnt. Die Rückführung der anderen Eduktgase in den Reformer ist somit für den eigentlichen Prozess daher ohne nicht wertschöpfenden Invest und Energieaufwand möglich. Eine Rückführung ohne einen Argonabscheider ist jedoch nicht möglich, da der Prozess dann eine Senke für das Inertgas verlieren würde.Since an argon separator usually separates argon cryotechnically, the process is technically and energetically complex on the one hand. On the other hand, however, the argon obtained as a by-product represents a value itself as a product and therefore this process alone is worthwhile for the extraction of the argon. The recycling of the other educt gases into the reformer is therefore possible for the actual process without non-value-adding investment and energy expenditure. A regression without one However, an argon separator is not possible, since the process would then lose a sink for the inert gas.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Reformer ein Dampfreformer mit einem Primärreformer und einem Sekundärreformer. Der Eduktgasauslass ist gasführend mit dem Sekundärreformer verbunden. Das heißt, dass der aus dem Primärreformer kommende Gasstrom vorzugsweise mit dem aus dem Eduktauslass kommenden Gasstrom vereint und dem Sekundärreformer zugeführt wird. Zusätzlich wird dem Sekundärreformer üblicherweise Luft zugeführt, zum einen für den Sauerstoff zur Verbrennung des Kohlenwasserstoffs und damit zur Energieerzeugung und zum anderen für den Stickstoff, der in der eigentlichen Ammoniaksynthese benötigt wird.In a further embodiment of the invention, the reformer is a steam reformer with a primary reformer and a secondary reformer. The educt gas outlet is gas-carrying connected to the secondary reformer. This means that the gas stream coming from the primary reformer is preferably combined with the gas stream coming from the educt outlet and fed to the secondary reformer. In addition, the secondary reformer is usually supplied with air, on the one hand for the oxygen for the combustion of the hydrocarbon and thus for the generation of energy and on the other hand for the nitrogen that is required in the actual ammonia synthesis.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage eine Wasserelektrolysevorrichtung auf. Die Wasserelektrolysevorrichtung weist einen Wasserstoffauslass auf. Der Wasserstoffauslass ist mit dem Rezirkulationskreis verbunden. Bevorzugt ist zwischen dem Wasserstoffauslass und dem Rezirkualtionskreis ein Kompressor angeordnet. Da die Verdichtung von reinem Wasserstoff aufgrund des geringen Molekulargewichts schwierig ist, wird der Wasserstoff aus dem Wasserstoffauslas mit dem aus dem Kohlendioxidabscheider kommenden Gasstrom vereint und gemeinsam in einem Kompressor verdichtet. Vorteil ist, dass hier den die für den Prozess übliche Zusammensetzung von Stickstoff zu Wasserstoff von 1:3 vorliegt, was die Verdichtung des Gasgemisches im Kompressor vereinfacht.In a further embodiment of the invention, the system has a water electrolysis device. The water electrolyzer has a hydrogen outlet. The hydrogen outlet is connected to the recirculation circuit. A compressor is preferably arranged between the hydrogen outlet and the recirculation circuit. Since the compression of pure hydrogen is difficult due to the low molecular weight, the hydrogen from the hydrogen outlet is combined with the gas stream coming from the carbon dioxide separator and compressed together in a compressor. The advantage here is that the composition of nitrogen to hydrogen of 1:3, which is usual for the process, is present, which simplifies the compression of the gas mixture in the compressor.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Wasserelektrolysevorrichtung mit wenigstens einer ersten Energieerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung regenerativer Energie verbunden. Die erste Energieerzeugungsvorrichtung ist bevorzugt ein Solarfeld, ein Windpark, ein Wasserkraftwerk oder ein Biogaskraftwerk. Bevorzugt ist die die Wasserelektrolysevorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Energieerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung regenerativer Energie verbunden. Dieses hat den Vorteil, dass die üblicherweise schwankende Erzeugung regenerativer Energie wenigstens zu einem Teil ausgeglichen werden kann. Beispielweise ist die erste Energieerzeugungsvorrichtung ein Solarfeld und die zweite Energieerzeugungsvorrichtung ein Windpark.In a further embodiment of the invention, the water electrolysis device is connected to at least one first energy generating device for generating regenerative energy. The first energy generating device is preferably a solar field, a wind farm, a hydroelectric power plant or a biogas power plant. The water electrolysis device is preferably connected to a first and a second energy generating device for generating regenerative energy. This has the advantage that the usually fluctuating generation of regenerative energy can be compensated for at least in part. For example, the first power generation device is a solar field and the second power generation device is a wind farm.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Ablass und dem Argonabscheider ein Wasserstoffabscheider angeordnet. Der Wasserstoffabscheider weist einen Restgasauslass und einen Synthesegasauslass für das wasserstoffangereicherte Gas auf. Der Synthesegasauslass ist gasführend mit dem Rezirkulationskreis verbunden. Der Restgasauslass ist gasführend mit dem Argonabscheider verbunden. Dieses kann bevorzugt sein, wenn das so gewonnene wasserstoffangereicherte Gas auf einem höheren Druckniveau, beispielsweise 30 bar anfällt. Beispielsweise weist der Wasserstoffabscheider eine Gasreinigungsmembran, insbesondere aus Palladium oder einer Palladiumlegierung, auf. Alternativ kann der Wasserstoffabscheider kryotechnisch ausgeführt sein.In a further embodiment of the invention, a hydrogen separator is arranged between the outlet and the argon separator. The hydrogen separator has a residual gas outlet and a synthesis gas outlet for the hydrogen-enriched gas. The synthesis gas outlet is gas-carrying connected to the recirculation circuit. The residual gas outlet is gas-carrying connected to the argon separator. This can be preferred if the hydrogen-enriched gas obtained in this way occurs at a higher pressure level, for example 30 bar. For example, the hydrogen separator has a gas cleaning membrane, in particular made of palladium or a palladium alloy. Alternatively, the hydrogen separator can be designed cryotechnically.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Reformer und dem Kohlendioxidabscheider ein Wassergas-Shift-Reaktor angeordnet. Hierzu kann dem Gasgemisch Wasserdampf zusätzlich zugeführt werden, um Kohlenmonoxid mit Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff umzusetzen.In a further embodiment of the invention, a water-gas shift reactor is arranged between the reformer and the carbon dioxide separator. For this purpose, water vapor can also be added to the gas mixture in order to convert carbon monoxide with water to form carbon dioxide and hydrogen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Argonabscheider einen Wasserstoffauslass auf. Dieses ist bevorzugt, wenn der Argonabscheider kryogen arbeitet. In diesem Fall kann auf einen vorgeschalteten Wasserstoffabscheider verzichtet werden und beide in einer gemeinsamen Vorrichtung verbunden werden. Vorteil ist, dass das Gasgemisch nur einmal stark abgekühlt werden muss.In a further embodiment of the invention, the argon separator has a hydrogen outlet. This is preferred when the argon separator is cryogenic. In this case, an upstream hydrogen separator can be dispensed with and both can be combined in a common device. The advantage is that the gas mixture only has to be cooled down significantly once.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Nachrüstung einer bestehenden Anlage zur Herstellung von Ammoniak, wobei die Anlage um eine Elektrolysevorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff erweitert wird. Bevorzugt wird weiter zusätzlich wenigstens eine erste Energieerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung regenerativer Energie hinzugefügt. Hierdurch kann entweder die Menge an fossil hergestelltem Wasserstoff reduziert werden oder die Gesamtmenge an hergestelltem Ammoniak gesteigert werden. Um den Stickstoff für diesen zusätzlichen Wasserstoff bereitzustellen wird weiter ein Argonabscheider hinzugefügt und mit dem Ablass der Rezirkulationskreises verbunden. Weiter wird der Eduktgasauslass gasführend mit dem Reformer verbunden.In a further aspect, the invention relates to a method for retrofitting an existing plant for the production of ammonia, the plant being expanded to include an electrolysis device for generating hydrogen. At least one first energy generating device for generating regenerative energy is preferably additionally added. This can either reduce the amount of hydrogen produced from fossil fuels or increase the total amount of ammonia produced. To provide the nitrogen for this additional hydrogen, an argon separator is further added and connected to the outlet of the recirculation circuit. Furthermore, the educt gas outlet is connected to the reformer to carry gas.

Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Anlage anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

  • 1 Schematische Darstellung der Anlage
The system according to the invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment illustrated in the drawing.
  • 1 Schematic representation of the plant

In 1 die Anlage 10 schematisch gezeigt. Durch eine Eduktzufuhr 23 wird dem Primärreformer 21 des Reformers 20 Methan und Wasserdampf zugeführt. Die Beheizung des Primärreformers erfolgt mittels über die Brennzufuhr 24 zugeführtem Brenngas, die Abgase 25 werden entsprechend abgegeben. Das insbesondere aus Wasserdampf, Methan, Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehende Gasgemisch des Primärreformers wird in den Sekundärreformer 22 des Reformers 20 überführt und dort über die Luftzufuhr 26 mit Luft, also einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch vermischt. Die Verbrennung erzeugt die für weitere Reformierung benötigte Energie, der Stickstoff wird für die Ammoniaksynthese benötigt. Das Gasgemisch gelangt aus dem Sekundärreformer 22 Wassergas-Shift-Reaktor 30, indem Kohlenmonoxid mit Wasserdampf zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt werden. Anschließend gelangt das Gasgemisch in den Kohlendioxidabscheider 40. Dort wird das Kohlendioxid abgetrennt und über den Kohlendioxidablass 42 abgegeben, beispielsweise an einer der Anlage 10 nachgeschaltete Harnstoffsynthese. Das Eduktgasgemisch wird aus dem Eduktgasauslass 41 an den Rezikulationskreis 50 übergeben. Zwischen dem Eduktgasauslass 41 und dem Rezikulationskreis 50 ist eine hier nicht dargestellte Methanisierung und ein Kompressor K angeordnet.In 1 the plant 10 is shown schematically. Methane and steam are fed to the primary reformer 21 of the reformer 20 by a starting material feed 23 . The primary reformer is heated by means of fuel gas supplied via the combustion supply 24, and the exhaust gases 25 are discharged accordingly. The gas mixture of the primary reformer, consisting in particular of steam, methane, hydrogen and carbon monoxide, is transferred to the secondary reformer 22 of the reformer 20 and mixed there via the air supply 26 with air, ie an oxygen-nitrogen mixture. Combustion generates the energy required for further reforming, the nitrogen is required for ammonia synthesis. The gas mixture leaves the secondary reformer 22 water-gas shift reactor 30 in which carbon monoxide is reacted with water vapor to form carbon dioxide and hydrogen. The gas mixture then enters the carbon dioxide separator 40. There, the carbon dioxide is separated off and discharged via the carbon dioxide outlet 42, for example to a urea synthesis system downstream of the plant 10. The educt gas mixture is transferred from the educt gas outlet 41 to the recirculation circuit 50 . A methanation, not shown here, and a compressor K are arranged between the educt gas outlet 41 and the recirculation circuit 50 .

Zusätzlich weist die Anlage 10 eine Energieerzeugungsvorrichtung 70 auf, beispielsweise ein Solarfeld. Mit dem so regenerativ, ohne Kohlendioxid-Emission erzeugtem Strom wird in einer Wasserelektrolysevorrichtung 80 Wasserstoff hergestellt und über den Wasserstoffauslass 82 mit dem aus dem Kohlendioxidabscheider 40 kommenden Gasstrom vereint und gemeinsam durch den Kompressor K geführt.In addition, the system 10 has an energy generating device 70, for example a solar field. Hydrogen is produced in a water electrolysis device 80 with the electricity generated in this way regeneratively, without carbon dioxide emissions, and is combined with the gas stream coming from the carbon dioxide separator 40 via the hydrogen outlet 82 and guided together through the compressor K.

Für den Rezirkulationskreis 50 sind verschiedene Schaltungen bekannt, sie unterscheiden sich hauptsächlich darin, an welcher Stelle das Vereinen des Eduktgasgemisches und des Rezirkulats erfolgt und wo das flüssige Ammoniak abgetrennt wird (zum Beispiel siehe auch Max Appl, Ammonia, Principles and Industrial Practice, Wiley-VCH, Weinheim, 1999, ISBN 3-527-29593-3, insbesondere Seite 145, 77). In der in dem 1 beispielhaft dargestellten vereinfachten Schaltung des Rezikulationskreises 50 wird das Eduktgasgemisch mit dem Rezirkulat vereint und durch den Ammoniakabscheider 54 geführt. Dort wird das Produkt Ammoniak abgetrennt und zusammen mit dem Restwasser aus dem Eduktgasgemisch über den Ammoniakablass 55 abgegeben. Um Inertgase, insbesondere Methan und Argon, ausschleusen zu können, ist im Rezirkulationskreis 50 ein Ablass 60 angeordnet, in dem ein Teilstrom aus dem Rezirkulationskreis 50 entnommen wird. Der nicht abgetrennte rezirkulierende Gasstrom wird nach dem Ammoniakabscheider 54 über einen Wärmetauscher W, einen Kompressor K und einen weiteren Wärmetauscher W dem Konverter 52 zugeführt und im Konverter 52 anteilig zu Ammoniak umgesetzt. Das aus dem Konverter 52 austretende Gasgemsich wird über einen Wärmetauscher W dem Ammoniakabscheider 54 zugeführt. Das am Ablass 60 abgetrennte Gasgemsich wird zunächst über eine Ammoniakrückgewinnung 61 in einen optionalen Wasserstoffabscheider 90 geführt. Der im Wasserstoffabscheider 90 abgetrennte Wasserstoff wird über einen Synthesegasauslass 91 mit dem Eduktgasstrom vereint und wieder der Synthese zugeführt. Die restlichen Gase, hauptsächlich Stickstoff, Wasserstoff, Argon, und Methan, werden über den Restgasauslass 92 dem Argonabscheider 100 zugeführt. Über den Argonauslass 102 wird das Argon abgeführt und kann als eigenständiges Produkt vermarktet werden. Die für die Synthese wertvollen Gase werden über den Eduktgasauslass 101 dem Sekundärreformer 22 zugeführt. Der aus dem Ammoniakauslass 62 der Ammoniakrückgewinnung 61 kommende Ammoniak kann beispielsweise mit dem Ammoniak aus dem Ammoniakauslass 55 des Ammoniakabscheiders 54 vereint oder gesondert verwendet werden.Various circuits are known for the recirculation circuit 50; they differ mainly in the point at which the educt gas mixture and the recirculate are combined and where the liquid ammonia is separated (for example, see also Max Appl, Ammonia, Principles and Industrial Practice, Wiley- VCH, Weinheim, 1999, ISBN 3-527-29593-3, especially page 145, 77 ). In the in the 1 In the simplified circuit of the recirculation circuit 50 shown as an example, the educt gas mixture is combined with the recirculated material and passed through the ammonia separator 54 . The ammonia product is separated off there and discharged together with the residual water from the educt gas mixture via the ammonia outlet 55 . In order to be able to discharge inert gases, in particular methane and argon, an outlet 60 is arranged in the recirculation circuit 50, in which a partial flow from the recirculation circuit 50 is removed. After the ammonia separator 54 , the recirculating gas stream that has not been separated off is fed to the converter 52 via a heat exchanger W, a compressor K and a further heat exchanger W and is partially converted in the converter 52 to form ammonia. The gas mixture emerging from the converter 52 is fed to the ammonia separator 54 via a heat exchanger W. The gas mixture separated off at the outlet 60 is first fed into an optional hydrogen separator 90 via an ammonia recovery system 61 . The hydrogen separated off in the hydrogen separator 90 is combined with the educt gas stream via a synthesis gas outlet 91 and returned to the synthesis. The remaining gases, mainly nitrogen, hydrogen, argon and methane, are fed to the argon separator 100 via the residual gas outlet 92 . The argon is discharged via the argon outlet 102 and can be marketed as an independent product. The gases that are valuable for the synthesis are fed to the secondary reformer 22 via the educt gas outlet 101 . The ammonia coming from the ammonia outlet 62 of the ammonia recovery 61 can, for example, be combined with the ammonia from the ammonia outlet 55 of the ammonia separator 54 or used separately.

BezugszeichenlisteReference List

1010
AnlageAttachment
2020
Reformerreformer
2121
Primärreformerprimary reformer
2222
Sekundärreformersecondary reformer
2323
Eduktzufuhreduct supply
2424
Brennzufuhrfiring feed
2525
Abgasexhaust
2626
Luftzufuhrair supply
3030
Wassergas-Shift-ReaktorWater Gas Shift Reactor
4040
Kohlendioxidabscheidercarbon dioxide separator
4141
Eduktgasauslasseduct gas outlet
4242
Kohlendioxidablasscarbon dioxide vent
5050
Rezirkulationskreisrecirculation circuit
5252
Konverterconverter
5454
Ammoniakabscheiderammonia separator
5555
Ammoniakauslassammonia outlet
6060
Ablassindulgence
6161
Ammoniakrückgewinnungammonia recovery
6262
Ammoniakauslassammonia outlet
7070
Energieerzeugungsvorrichtungpower generating device
8080
Wasserelektrolysevorrichtungwater electrolysis device
8181
Wasserzufuhrwater supply
8282
Wasserstoffauslasshydrogen outlet
9090
Wasserstoffabscheiderhydrogen separator
9191
Synthesegasauslasssyngas outlet
9292
Restgasauslassresidual gas outlet
100100
Argonabscheiderargon separator
101101
Eduktgasauslasseduct gas outlet
102102
Argonauslassargon outlet
KK
Kompressorcompressor
WW
Wärmetauscherheat exchanger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102021210549 [0004]EN 102021210549 [0004]

Claims (7)

Anlage (10) zur Herstellung von Ammoniak, wobei die Anlage (10) einen Reformer (20), einen Kohlendioxidabscheider (40) und einen Rezirkulationskreis (50) mit einem Konverter (52) und einem Ammoniakabscheider (54) aufweist, wobei der Reformer (20) zur Umsetzung von Kohlenwasserstoff zu Wasserstoff ausgebildet ist, wobei der Reformer (20) gasführend mit dem Kohlendioxidabscheider (40) verbunden ist, wobei der Kohlendioxidabscheider (40) gasführend mit dem Rezirkulationskreis (50) verbunden ist, wobei der Rezirkulationskreis (50) einen Ablass (60) aufweist, wobei der Ablass (60) mit einem Argonabscheider (100) verbunden ist, wobei der Argonabscheider (100) einen Argonauslass (102) und einen Eduktgasauslass (101) aufweist, wobei der Eduktgasauslass (101) gasführend mit dem Reformer (20) verbunden ist.Plant (10) for producing ammonia, the plant (10) having a reformer (20), a carbon dioxide separator (40) and a recirculation circuit (50) with a converter (52) and an ammonia separator (54), the reformer ( 20) is designed to convert hydrocarbons into hydrogen, the reformer (20) being gas-carrying connected to the carbon dioxide separator (40), the carbon dioxide separator (40) being gas-carrying connected to the recirculation circuit (50), the recirculation circuit (50) having a Outlet (60), the outlet (60) being connected to an argon separator (100), the argon separator (100) having an argon outlet (102) and a reactant gas outlet (101), the reactant gas outlet (101) carrying gas to the reformer (20) is connected. Anlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer (20) ein Dampfreformer mit einem Primärreformer (21) und einem Sekundärreformer (22) ist, wobei der Eduktgasauslass (101) gasführend mit dem Sekundärreformer (22) verbunden ist.Annex (10) according to claim 1 , characterized in that the reformer (20) is a steam reformer with a primary reformer (21) and a secondary reformer (22), wherein the educt gas outlet (101) is gas-carrying connected to the secondary reformer (22). Anlage (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (10) eine Wasserelektrolysevorrichtung (80) aufweist, wobei die Wasserelektrolysevorrichtung (80) einen Wasserstoffauslass (82) aufweist, wobei der Wasserstoffauslass (82) mit dem Rezirkulationskreis (50) verbunden ist.Plant (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the plant (10) has a water electrolysis device (80), the water electrolysis device (80) having a hydrogen outlet (82), the hydrogen outlet (82) being connected to the recirculation circuit (50 ) connected is. Anlage (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserelektrolysevorrichtung (80) mit wenigstens einer ersten Energieerzeugungsvorrichtung (70) zur Erzeugung regenerativer Energie verbunden ist.Annex (10) according to claim 3 , characterized in that the water electrolysis device (80) is connected to at least one first energy generating device (70) for generating regenerative energy. Anlage (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ablass (60) und dem Argonabscheider (100) ein Wasserstoffabscheider (90) angeordnet ist, wobei der Wasserstoffabscheider (90) einen Restgasauslass (92) und einen Synthesegasauslass (91) für das wasserstoffangereicherte Gas aufweist, wobei der Synthesegasauslass (91) gasführend mit dem Rezirkulationskreis (50) verbunden ist, wobei der Restgasauslass (92) gasführend mit dem Argonabscheider (100) verbunden ist.Plant (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a hydrogen separator (90) is arranged between the outlet (60) and the argon separator (100), the hydrogen separator (90) having a residual gas outlet (92) and a synthesis gas outlet (91 ) for the hydrogen-enriched gas, wherein the synthesis gas outlet (91) is gas-carrying connected to the recirculation circuit (50), wherein the residual gas outlet (92) is gas-carrying connected to the argon separator (100). Anlage (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reformer (20) und dem Kohlendioxidabscheider (40) ein Wassergas-Shift-Reaktor (30) angeordnet ist.Plant (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a water-gas shift reactor (30) is arranged between the reformer (20) and the carbon dioxide separator (40). Anlage (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Argonabscheider (100) einen Wasserstoffauslass aufweist.Plant (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the argon separator (100) has a hydrogen outlet.
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