DE2000961B2

DE2000961B2 - Vorrichtung zum gewinnen eines ammoniaksynthesegases

Info

Publication number: DE2000961B2
Application number: DE19702000961
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr.-Ing. Zürich Silberring (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1969-12-24
Filing date: 1970-01-10
Publication date: 1971-11-11
Also published as: CA936674A; CH523849A; GB1340340A; NL7001302A; US3729547A; DE2000961A1; DE2000961C3

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ge- sition zu vereinfachen, kann es zweckmäßig sein,

winnen eines Ammoniaksynthesegases mit einem die gemeinsame Welle mindestens teilweise durch

spaltgaserzeugenden Teil und einer Abkühlungs- eine oder mehrere elektrische Wellen zu ersetzen,

vorrichtung für das Spaltgas darin. indem beispielsweise die Entspannungsturbine mit

Bei der Ammoniaksynthese wird zunächst aus 5 einem Generator gekuppelt und die verschiedenen

einer Kohlenwasserstoffverbindung, Luft und Dampf, Verdichter und Gebläse durch Elektromotoren ange-

ein im wesentlichen aus H₂, H₂O, CO, CO₂ und N₂ trieben werden. Dabei kann die Entspannungsturbine

bestehendes Gasgemisch, ein sogenanntes Spaltgas, auf ein frequenzhaltendes Netz arbeiten und die

von etwa 900° C und 40 ata Druck erzeugt. In einem genannten Elektromotoren ihren Energiebedarf

nächsten Verfahrensschritt wird das Spaltgas in einer io wiederum aus diesem Netz beziehen, oder es können

ersten Stufe gekühlt auf etwa 600° C, und zwar mit die verschiedenen elektrischen Maschinen zu einem

hoher Kühlgeschwindigkeit, um das Reaktionsgleich- vorrichtungsinternen Netz zusammengeschaltet sein,

gewicht einzufrieren, d.h., das bei900° Cherrschende Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, daß in

Reaktionsgleichgewicht auch bei 600° C beizubehal- dem vorrichtungsinternen Netz die Frequenz höher

ten. Anschließend wird der Kohlenstoff (CO, CO₂) 15 gewählt werden kann als die übliche Netzfrequenz,

aus dem Spaltgas entfernt. Das gereinigte Spaltgas, so daß sich die elektrischen und die Strömungs-

das jetzt als Synthesegas bezeichnet wird und im Maschinen kleiner bauen lassen,

wesentlichen nur noch aus Stickstoff und Wasserstoff Der Entspannungsmaschine kann sich erfindungs-

besteht, wird noch weiter abgekühlt. Nach Druck- gemäß ein Wärmeaustauscher anschließen, wodurch

erhöhung des Synthesegases auf etwa 300 ata, erfolgt 20 der für das Syntheseverfahren verwendete Mittel-

bei diesem Druck und bei einer Temperatur von druckdampf gewonnen wird.

etwa 500° C<Äe «eigentliche Ammoniaksynthese in Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstan-

einem besondere^ Synthesekreislauf. des wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Es ist «kajljit, »e Kühlung des Spaltgases zu- Auf einer gemeinsamen Welle 1 sind ein Motornächst in SmenT Hochdruck-Dampferzeuger durch- 25 Generator 2, ein Methanverdichter 3, ein Luftverzuführen. De&Wft diesem produzierte Frischdampf dichter 4, eine Entspannungsturbine S, ein Synthesewird Dampfturbinen zugeführt, die den Energie- gasverdichter 6 und ein Umwälzgebläse 7 angeordnet, bedarf der Ammoniak-Herstellungsanlage decken Einem Reforming-Ofen 10 wird durch einen Venti- und gleichzeitig Mitteldruckdampf für die Ammo- lator 11 Verbrennungsluft zugeführt, welche über niaksynthese abgeben. Der Dampferzeuger bietet 30 einen Vorwärmer 12 und eine Leitung 13 einem gewisse konstruktive Probleme, da er gasseitig kurze Brenner 14 zuströmt. Der Brenner wird über eine Verweilzeit und somit Kanäle mit engen Quer- Leitung 15 mit Brennstoff versorgt. Vom Methanverschnitten verlangt, durch welche das Gas mit hoher dichter 3 komprimiertes Erdgas gelangt über eine Geschwindigkeit strömt. Treten in diesen engen Leitung 20 und einen im Reforming-Ofen 10 ange-Kanälen Ablagerungen auf, so kann dies zu ungleich- 35 ordneten Vorwärmer 21 zu einem Mischgefäß 22, wo mäßiger Beheizung des Hochdruck-Dampferzeugers es mit aus einem ebenfalls im Reforming-Ofen und damit zu Instabilität auf der Wasserseite führen. angeordneten Überhitzer 23 kommenden, überhitzten Es ist daher Zweck der Erfindung, diesen Hoch- Mitteldruckdampf vereinigt wird. Das Methandruck-Dampferzeuger zu eliminieren. Dampf-Gemisch strömt sodann durch die Rohre 25

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, 40 des Primär-Reformers 25, worauf es in eine Vor-

daß die Abkühlungsvorrichtung eine Entspannungs- kammer 26 eines Sekundär-Reformers 27 eingeführt

maschine ist. Der Vorteil ist, daß der Hochdruck- wird. Vom Verdichter 4 komprimierte Luft strömt

Dampferzeuger entfällt. Auch wird das Gewinnen durch eine Leitung 30 und einen im Reforming-Ofen

des Ammoniaksynthesegases thermodynamisch gün- 10 angeordneten Prozeßluftvorwärmer 31 ebenfalls

stiger, als wenn ein Hochdruck-Dampferzeuger ver- 45 in die Vorkammer 26 des Sekundär-Reformers 27.

wendet wird. Die Kühlung des Spaltgases mittels In diesem Sekundär-Reformer bildet sich ein soge-

einer Entspannungsmaschine ist nicht naheliegend, nanntes Spaltgas, das im wesentlichen aus H₂, H₂O,

sinkt doch der Druck des Spaltgases bei der Ent- CO, CO₂ und N, besteht bei einem Zustand von

spannung sehr stark, so daß er für den anschließen- 900° C und 40 ata.

den Syntheseprozeß wieder erhöht werden muß, und 50 Erfindungsgemäß strömt das Spaltgas über eine zwar auf etwa 300 ata. Weitere Nachteile der erfin- Leitung 40 in die Entspannungsturbine 5, in welcher dungsgemäßen Vorrichtung liegen darin, daß des es durch Entspannung auf 8 ata um 300° C auf tiefen Druckes des Spaltgases wegen, der Mittel- 600° C gekühlt wird. Da diese Expansion in dem, druck-Dampferzeuger für den beim Synthese-Ver- gemessen an einem Wärmeaustauscher, sehr kleinen fahren verwendeten Mitteldruckdampf eine größere 55 Volumen der Gasturbine stattfindet, ist die Abküh-Heizfläche aufweisen muß, und daß weiterhin auch lungsgeschwindigkeit des Spaltgases bedeutend die Einrichtung für die Umwandlung von CO zu CO₂ größer als in einem Wärmeaustauscher. Dementsowie die Einrichtung für die Reinigung des Spalt- sprechend wird das im Spaltgas bei 900° C herrgases wegen dessen größeren Volumens mehr Raum sehende Reaktionsgleichgewicht praktisch ohne erfordern. Diesen Nachteilen stehen jedoch die 60 Verschiebung eingefroren. Das Spaltgas wird anerwähnten großen Vorteile gegenüber. Die Entspan- schließend in einem Mitteldruck-Dampferzeuger 41 nungsmaschine ist erfindungsgemäß vorteilhaft eine weiter abgekühlt, worauf es in einen Konverter 42 Entspannungsturbine; die Dampfturbinen können gelangt, in welchem der CO-Anteil des Spaltgases dann entfallen, da die Entspannungsturbine deren katalytisch zu CO₂ verbrannt wird bei gleichzeitiger Funktion ausübt. Die Rotorwelle der Entspannungs- 65 Freisetzung von Wasserstoffgas aus dem im Spaltgas turbine kann die gemeinsame Antriebswelle für enthaltenen Wasserdampf. In einem nachgeschalteten zumindest einen Teil der Verdichter und Gebläse Speisewasser-Vorwärmer 43 erfolgt eine weitere Abder Vorrichtung bilden. Um die Vorrichtungsdispo- kühlung des Spaltgases, worauf es in einen Gas-

reiniger 44 tritt. Im Gasreiniger wird das geeignete Synthesegas, bestehend aus einem Raumteil N₂ und drei Raumteilen H₂ sowie Spuren von Wasserdampf, gebildet durch Abscheidung von CO, CO₂, Wasser und anderen Fremdstoffen über einen Auslaß 45. Das Synthesegas tritt mit einer Temperatur von rund 20° C in den Synthesegasverdichter 6, in welchem es auf 300 ata verdichtet wird. In einem anschließenden Kühler 50 wird das verdichtete Synthesegas zurückgekühlt auf 20° C, worauf es im Punkt 51 mit rezirkulierendem, ammoniakhaltigem Synthesegas gemischt wird. Das Gemisch strömt über eine Leitung 52 in einen Ammoniakabscheider 53, aus dem das Ammoniak über eine Leitung 54 abgezogen und durch nicht gezeigte Mittel entspannt wird, während das Synthesegas über eine Leitung 55 dem Umwälzgebläse 7 zugeführt wird. Das Synthesegas gelangt daraus über eine Leitung 60 in einen Wärmeübertrager 61, in welchem es auf etwa 200° C erhitzt wird und darauf in eine Syntheseanlage 62 geleitet wird, in welcher durch Rekuperationswärme erhitzt, ein Teil des Synthesegases bei Temperaturen um 500° C zu Ammoniak kombiniert wird. Das Synthesegas-Ammoniak-Gemisch verläßt die Syntheseanlage 62 über eine Leitung 63 und wird in einem Vorwärmer 64, den Wärmeübertrager 61 und einem Kühler 65 in drei Stufen auf 20° C heruntergekühlt, worauf es im Punkt 51, wie oben erwähnt, mit dem aus dem Synthesegasverdichter 6 kommenden frischen Synthesegas gemischt wird.

Zur Erzeugung des im Prozeß verwendeten Mitteldruckdampfes wird Speisewasser mittels einer Speisepumpe 70 dem Speisewasser-Vorwärmer 43 zugeführt, worauf es in den Mitteldruck-Dampferzeuger eingespeist wird. Der in diesem erzeugte Sattdampf gelangt über eine Leitung 71 in den im Reforming-Ofen 10 untergebrachten Überhitzer 23, aus welchem der überhitzte Dampf, wie schon oben erklärt, dem Mischgefäß 23 zugeführt wird. Der Vorwärmer 64 für das Synthesegas-Ammoniak-Gemisch kann in die Speisewasserleitung zwischen dem Speisewasser-Vorwärmer 43 und dem Mitteldruck-Dampferzeuger 41 eingeschaltet sein.

Claims

P atent ansprüche:

1. Vorrichtung zum Gewinnen eines Ammoniaksynthesegases mit einem spaltgaserzeugenden Teil und einer Abkühlungsvorrichtung für das Spaltgas darin, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungsvorrichtung eine Entspannungsmaschine ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsmaschine eine Entspannungsturbine ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entspannungsmaschine ein Wärmeaustauscher nachgeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsmaschine zumindest den Kompressor zum Verdichten des Spaltgases und/oder den Kompressor zum Verdichten des Synthesegases antreibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen