DE444313C - Generation of nitrogen-hydrogen mixtures for the synthetic production of ammonia - Google Patents

Description

Erzeugung von Stickstoff -Wasserstoff -IHischungen zwecks synthetischer Gewinnung von Ammoniak. Vorliegende Erfindung betrifft die Erzeugung eines gebrauchsfähigen Gasgemisches, das in komprimiertem und gereinigtem Zustand unter Druck zur katalytischen Gewinnung von Ammoniak dienen kann.Production of nitrogen-hydrogen mixtures for the purpose of synthetic Extraction of ammonia. The present invention relates to the creation of a usable one Gas mixture which, in a compressed and purified state, under pressure for catalytic Extraction of ammonia can be used.

Das vorliegende Verfahren zur synthetischen Gewinnung von Ammoniak schließt :Maßnahmen ein, um das hierzu benötigte Gasgemisch zu gewinnen. Diese bestehen darin, daß man in der Nähe des Gaserzeugers geeignete Reguliervorrichtungen anbringt, die bewirken, daß die Gasmischung auf jedes Raumteil Stickstoff ungefähr drei Raumteile Wasserstoff und Kohlenoxyd zusammen enthalt. Durch Katalyse bei Gegenwart von Dampf wird dann das Kohlenoxyd unter Bildung eines gleichen Raumteils Wasserstoff zu Kohlendioxyd oxydiert. Da jedoch dies Verfahren eine Heizvorrichtung benötigt, wenn die Temperatur in der Nähe des Kohlenoxydkatalysators zu tief sinkt, und da diese Temperatur den Gasen gerade vor der Katalyse von Kohlenoxyd und Dampf zugeführt werden muß und hierbei auch eine gewisse Menge Stickstoff zugeführt werden muß, so muß die in der Nähe des Gaserzeugers für die Gasbemessung . dienende Regelvorrichtung immer besonders eingestellt werden,. um den überSChuß an Stickstoff soweit wie möglich auszugleichen, - der zugeführt werden muß, wenn der Hilfsbrenner in Tätigkeit tritt.The present process for the synthetic production of ammonia includes: measures to obtain the gas mixture required for this. These exist by installing suitable regulating devices in the vicinity of the gas generator, which have the effect that the gas mixture for each space part nitrogen approximately three space parts Contains hydrogen and carbon dioxide together. By catalysis in the presence of steam the carbon oxide then becomes carbon dioxide with the formation of an equal volume of hydrogen oxidized. However, since this method needs a heater when the temperature in the vicinity of the carbon dioxide catalyst sinks too low, and since this temperature the Gases must be supplied just before the catalysis of carbon oxide and steam and a certain amount of nitrogen must also be supplied here, so the in the Proximity of the gas generator for gas metering. Serving control device always special be set. in order to compensate for the excess nitrogen as much as possible, - which must be supplied when the auxiliary burner comes into operation.

Ohne nun das Wesen dieser Erfindung zu ändern, wonach die zu katalysierende Gasmischung für jeden Raumteil Stickstoff ungefähr drei Raumteile Wasserstoff und Kohlenoxyd zusammen enthalten soll, wurde nunmehr ermittelt, daß es weit besser ist, an Stelle eines nur gelegentlich verwendeten Hilfsbrenners zum Zweck der Temperaturregulierung einen ständig zu benutzenden derartigen Brenner anzuordnen. Dieser dient dann zum genauen und endgültigen Einstellgn des Gehaltes an Stickstoff und ist ununterbrochen in Betrieb. Die Arbeit am Gaserzeuger wird dann gleichzeitig so geleitet, daß alles in allem die Gasmischung ungefähr dem Verhältnis drei zu eins entspricht, jedoch so, daß sie sich immer genau gleichbleibt und ein wenig ärmer an Stickstoff ist, als sie eigentlich sein sollte.Without changing the essence of this invention, according to which the catalyzed Gas mixture for each volume part of nitrogen approximately three volume parts of hydrogen and Is said to contain carbon dioxide together, it has now been determined that it is far better instead of an auxiliary burner that is only used occasionally for the purpose of temperature regulation to arrange such a burner to be used all the time. This is then used to precise and final adjustment of the nitrogen content and is uninterrupted in operation. The work on the gas generator is then directed at the same time that everything In all, the gas mixture roughly corresponds to the ratio three to one, however so that it always remains exactly the same and is a little poorer in nitrogen, than it should be.

Während es nun zwar theoretisch leicht möglich ist, die Arbeit des Gaserzeugers so zu regeln, daß er unmittelbar und ununterbrochen ein Gas von dem gewünschten Verhältnis drei zu eins erzeugt, ist dies in der Praxis nicht so einfach. Die Arbeitsbedingungen wechseln nämlich, z. B. bezüglich der Höhe der im Gaserzeuger vorhandenen Brennstoffschicht und bezüglich der Zusammensetzung des Brennstoffs, so daß die Zusammensetzung des erzeugten Gases ungleich wird, selbst wenn das Verhältnis zwischen eingeblasener Luft und Dampf sich gleichbleibt. Die Gaszusammensetzung schwankt also innerhalb einer jeden einzelnen Arbeitsperiode. Man darf annehmen, daß immerhin diese Schwankungen im wesentlichen zufälliger Natur sind, und daß sie sich älles in allem innerhalb eines größeren Zeitabschnitts ausgleichen, so daß innerhalb dieses ganzen Abschnitts die Zusammensetzung der Gase als sich gleichbleibend angesehen werden darf. Indessen hat es sich herausgestellt, daß das frisch vom Gaserzeuger in den Gasometer gelangende Gas sich mit dem darin befindlichen nicht so genau mischt, daß das vom Gasometer zum Kohlenoxydkatalysator gehende Gas immer gleiche Zusammensetzung hat. Im Gegenteil, das Gas scheint sich im Gasometer schichtenweise abzulagern, und jede Schicht hat ihre eigene, dem Gang des Gaserzeugers entsprechende Zusammensetzung. Die- im Gaserzeuger entstehenden Veränderungen in der Zusammensetzung des Gases, die sich nicht ganz vermeiden lassen, machen sich also, wenigstens zum Teil und unter gewissen Umständen, im Kohlenoxydkatalysator und infolgedessen im synthetischen Teil des Verfahrens bemerkbar. Man kann sich also nicht auf eine gleichmäßige Arbeit des Gaserzeugers verlassen, wenn man einen immer gleich zusammengesetzten Gasstrom haben will.While it is theoretically easy to do the work of the To regulate gas generator so that it immediately and continuously a gas from the produces the desired three-to-one ratio, this is not so easy in practice. The working conditions change namely, z. B. with regard to the level of the gas generator the existing fuel layer and the composition of the fuel, so that the composition of the generated gas becomes unequal even if the ratio remains the same between blown air and steam. The gas composition therefore fluctuates within each individual working period. One may assume that after all these fluctuations are essentially accidental in nature, and that they Everything equalize in everything within a larger period of time, so that within this whole section the composition of the gases is considered to be constant may be viewed. In the meantime, it turned out that it was fresh from the gas producer The gas entering the gasometer does not mix so precisely with the gas inside, that the gas going from the gasometer to the carbon oxide catalyst always has the same composition Has. On the contrary, the gas seems to be deposited in layers in the gasometer, and each layer has its own composition corresponding to the gas generator's course. The changes occurring in the gas generator in the composition of the gas, which cannot be completely avoided make themselves, at least in part, and under certain circumstances, in the carbon oxide catalyst and consequently in the synthetic one Part of the process noticeable. So you can't rely on one You can leave the gas generator working steadily if you have one that is always composed in the same way Wants to have gas flow.

Es ist üblich, zwischen den Gaserzeuger und den Apparat für die Oxydation des Kohlenoxv ds noch einen besonderen Reservegasometer einzuschalten, um letzterem einen ununterbrochenen und regelbaren Gasstrom zuführen zu können, der von dem augenblicklichen Gaszustrom von den Gaserzeugern und von dessen Schwankungen unabhängig ist, namentlich auch dann, wenn die Gaserzeugrr gerade stillstehen. Wenn man auch ein Gas von der gewünschten Zusammensetzung unmittelbar von den Gaserzeugern erhalten könnte, so ist doch eine solche Ausgleichsvorrichtung für die Zeit nötig, in der die Gaserzeuger stillstehen.It is common practice between the gas generator and the apparatus for oxidation of the carbon oxv ds to switch on a special reserve gasometer in order to prevent the latter to be able to supply an uninterrupted and controllable gas flow from the instantaneous Gas inflow from the gas generators and its fluctuations is independent, in particular even when the gas generators are at a standstill. If you also get a gas from the the desired composition could be obtained directly from the gas generators, so Such a compensation device is necessary for the time in which the gas generator stand still.

Diesen Übelständen wird durch vorliegende Erfindung abgeholfen. Jeder Mindergehalt an Stickstoff im Rohgas, das in den Kohlenoxydoxydationsapparat eintritt, wird leicht und genau durch das Einblasen von Luft am Hilfsbrenner ausgeglichen, und dies Hilfsmittel ist immer sofort zur Hand.These drawbacks are remedied by the present invention. Everyone Insufficient nitrogen content in the raw gas entering the carbon dioxide oxidation apparatus, is easily and precisely balanced by blowing air into the auxiliary burner, and this tool is always at hand.

Die Zeichnungen geben eine schematische, beispielsweise Darstellung der Erfindung. Es wird hiernach angenommen, daß im Generator ein- aus Stickstoff, Wasserstoff und Kohlenoxyd bestehendes Gas erzeugt wird, indem man glühenden Koks mit einer genau zu bemessenden Mischung von Luft und Dampf behandelt. Dieses Gemisch aus Luft und Dampf wird zweckmäßig so bemessen, daß, wenn (las Verhältnis des Stickstoffs zur Summe von Kohlenoxyd und Wasserstoff sich dem Wert eins zu drei nähert, es diesen doch nicht erreicht, sondern beständig und absichtlich etwas niedriger gehalten wird. Dies Rollgas wird entsprechend gekühlt und in einen Gasometer geleitet. Von da geht es durch Leitung i zur Kohlenoxydoxvdation, Das Gebläse 2 fördert es durch Rohr 48a an das eine Ende des Vorwäriners 47, 49, 5i, 47a, -19a, 47b und durch Rohr 52 zu den als nebeneinandergeschaltet dargestellten Katalysatoren 39. Von da geht es durch 43 zurück, zunächst zu der Wärmeaustauschvorrichtung47b,@ 44, 470, 45, 47, und verläßt ihn schließlich durch Rohr 46. Letzteres führt die Gase zu den Kondensatol'en 4, von (la durch Rohr 5a zu dem Gasbehälter 5, schließlich zu dem großen Kompressor und den Reinigungs- und Ammoniakgewinnungsapparaten.The drawings give a schematic, for example representation the invention. It is assumed below that in the generator, nitrogen, Hydrogen and carbon monoxide gas is produced by making glowing coke treated with a precisely measured mixture of air and steam. This mixture from air and steam is expediently dimensioned in such a way that if (the ratio of nitrogen to the sum of carbon monoxide and hydrogen it approaches the value one to three, it approaches this but not achieved, but consistently and deliberately kept a little lower will. This rolling gas is cooled accordingly and fed into a gasometer. from there it goes through line i to carbon dioxide oxidation, the fan 2 promotes it through Pipe 48a to one end of the preheater 47, 49, 5i, 47a, -19a, 47b and through the pipe 52 to the catalytic converters 39 shown as being connected next to one another. From there it back through 43, first to the heat exchange device 47b, @ 44, 470, 45, 47, and finally leaves it through pipe 46. The latter leads the gases to the condensate columns 4, from (la through pipe 5a to the gas container 5, finally to the large compressor and the purification and ammonia recovery apparatus.

Der für die Katalyse erforderliche Dampf berechnet sich nach der Formel CO -- H20=C02-=-H, Er kann in diesem vollen Betrag unter niederein Druck durch Rohr 48 eingeführt werden, «-o er sich mit dem zuströmenden Gas in 48a bei _=1 mischt. Bei i i ist ein Dampfmesser. Oder man benutzt die Hitze der abgehenden, umgewandelten Gase zum Teil dazu, gleich au Ort und Stelle einen gewissen Teil des für das Gasgemisch benötigten Dampfes zu erzeugen, wofür man sich besonders gerade zu diesem Zweck geeigneter Maßnahmen bedienen kann.The steam required for catalysis is calculated using the formula CO - H20 = C02 - = - H, He can in this full amount under low pressure through pipe 48 are introduced, «-o it mixes with the inflowing gas in 48a at _ = 1. At i i is a steam meter. Or you use the heat of the outgoing, transformed Some of the gases are added, and a certain part of the amount needed for the gas mixture is also available on the spot needed to generate steam, for which one is particularly especially for this purpose can use suitable measures.

Die Temperatur im Kontaktapparat kann auf verschiedenen Wegen überwacht werden, z. B. indem man die Wärmeaustauschvorrichtung durch geeignete Mittel entsprechend reguliert oder durch Veränderung des Dampfgehaltes des Gases.The temperature in the contact apparatus can be monitored in various ways be e.g. B. by correspondingly the heat exchange device by suitable means regulated or by changing the vapor content of the gas.

Der Fehlbetrag an Stickstoff in dem Rohgas wird genau und unmittelbar durch den Hilfsbrenner 8 ausgeglichen. Zu dem Zweck wird ein abgemessener Teil der durch das Gebläse 6 gelieferten Luft durch die Rohre 7 und 7" in den Brenner 8 eingeführt und gleichzeitig ein abgemessener Teil des Gases, das bei 4811 in den Apparat eintritt, diesem bei 9 entzogen und dem Brenner zugeführt. Die Menge des so eingeführten Gases ist mindestens gleich und besser etwas größer als für die völlige Verbrennung der zugeführten Luft nötig. Gas und Luft werden zweckmäßig mittels der Apparate io und 17 abgemessen, die in den Gas- und Luftleitungen liegen. Im Betrieb werden das durch 48a zuströmende Rohgas, ferner das komprimierte und gereinigte Gas und das im eigentlichen Kontaktapparat kreisende Gas fortwährend in kurzen Zwischenräumen analysiert. Die bei 8 zuströmende Luft wird dann entsprechend geregelt, da diese Luft natürlich dem darin enthaltenen Stickstoff entspricht. Natürlich kann jedes brennbare Gas im Brenner 8 benutzt werden, das dem Apparat keine ins Gewicht fallende Verunreinigungen zuführt. Insofern indessen das Rollgas in 48a zum Teil ein Erzeugnis vorliegenden Verfahrens bildet und es demzufolge immer zur Verfügung steht, und als infolgedessen seine qualitative und quantitative Zusammensetzung bekannt und gleichmäßig ist, so ist es empfehlenswert, einen Teil dieses Gases zur Umsetzung mit dem Sauerstoff der zugeführten Luft in (lein Brenner zu benutzen.The shortage of nitrogen in the raw gas is precisely and directly compensated for by the auxiliary burner 8. For this purpose, a measured part of the air supplied by the fan 6 is introduced through the pipes 7 and 7 " into the burner 8 and at the same time a measured part of the gas that enters the apparatus at 4811 is withdrawn from it at 9 and fed to the burner The amount of gas introduced in this way is at least the same and, better, somewhat greater than that required for complete combustion of the air supplied through 48a inflowing raw gas, furthermore the compressed and purified gas and the gas circulating in the actual contact apparatus continuously analyzed in short intervals. The air flowing in at 8 is then regulated accordingly, since this air naturally corresponds to the nitrogen contained in it. Of course, any combustible gas can be used in the Burner 8 are used, which does not add any significant impurities to the apparatus If the rolling gas in 48a partly forms a product of the present process and is therefore always available, and as its qualitative and quantitative composition is known and uniform as a result, it is advisable to use some of this gas to react with the oxygen in the air supplied in (to use a burner.

Je geringer. der Betrag des von 48a stammenden Gases ist, der bei 8 verbrannt wird, um so sparsamer arbeitet der Apparat im ganzen. Man soll deshalb beim Betrieb der Generatoren innerhalb vorliegenden Verfahrens möglichst auf ein Verhältnis 3 : (1-x) in dein Sinne bedacht sein, daß x möglichst klein gehalten werden soll. Mit anderen Worten: Man soll nicht auf genau das Verhältnis drei zu eins bei den Generatoren, sondern etwa auf ein Verhältnis von vielleicht drei zu zwei Drittel mit absichtlich zu niedrigem Stickstoffgehalt hinarbeiten und eine genau bemessene, ergänzende Stickstoffzufuhr mittels des Brenners 8 vornehmen.The lower. is the amount of gas originating from 48a that is used at 8 is burned, the more economically the apparatus works as a whole. One should therefore when operating the generators within the present process, if possible on one Ratio 3: (1-x) you should consider that x is kept as small as possible shall be. With others Words: You shouldn't focus on the exact ratio three to one with the generators, but about a ratio of maybe working three to two-thirds with intentionally too low nitrogen and carry out a precisely measured, supplementary nitrogen supply by means of the burner 8.

Dies Verfahren bietet folgende Vorteile: i. Es ist ein unmittelbar wirkendes, genaues und leichtes Mittel, das Verhältnis zwischen Stickstoff und Wasserstoff in dem Gas zu regeln.This method offers the following advantages: i. It's an immediate effective, accurate and easy means, the relationship between nitrogen and hydrogen to regulate in the gas.

2. Es bietet eine Überwachungsmöglichkeit, die man immer benutzen kann, und die von der Generatorarbeit unabhängig ist.2. It offers a monitoring facility that you can always use and which is independent of the generator work.

3. Zur Lieferung des benötigten Stickstoffes dient Luft, also die billigste Stickstoffquelle. Das ist ein wesentlicher Vorzug gegenüber den anderweitig gemachten Vorschlägen, komprimierten und verflüssigten Stickstoff zu dem gleichen Zweck zu be-_ nutzen.3. Air is used to supply the required nitrogen, i.e. the cheapest source of nitrogen. This is a major advantage over the others suggestions made, compressed and liquefied nitrogen to the same Purpose to use.

¢. Das Verfahren ist wirtschaftlich. Dadurch zeichnet es sich auch vor den Vorschlägen aus, den Gesamtbetrag des benötigten Stickstoffs oder wenigstens diesen ganzen Betrag mittels des Hilfsbrenners zuzuführen. Nach diesen Vorschlägen entstehen sehr starke Verluste an Wasserstoff - entweder als solchem oder als Kohlenoxyd -, die zur Verbrennung solcher großen Luftmengen im Hilfsbrenner nötig werden.¢. The process is economical. This is what makes it stand out too before proposing, the total amount of nitrogen needed, or at least to add this entire amount by means of the auxiliary burner. According to these suggestions there are very strong losses of hydrogen - either as such or as carbon oxide -, which are necessary for the combustion of such large amounts of air in the auxiliary burner.

5. Das Verfahren liefert eine gewisse, nutzbar zu machende Wärmemenge. Obschon die in dem Hilfsbrenner dem Apparat zugeführte Wärmemenge nicht so sehr erheblich ist, um das Ganze damit betreiben zu können, steht sie doch immer als eine beachtenswerte Reserve zur Verfügung. Wenn z. B. aus irgendeinem Grunde die Reaktionstemperatur im Konverter zu tief sinken sollte, und wenn er mittels anderer Hilfsmittel nicht möglich wäre, sie gleich wieder zu heben, kann man die erforderliche Hitze schnell dadurch gewinnen, daß man den Luftzutritt zu dem Hilfsbrenner vorübergehend verstärkt.5. The process delivers a certain amount of heat that can be made usable. Although the amount of heat supplied to the apparatus in the auxiliary burner is not so great is significant in order to be able to operate the whole thing with it, it always stands as a considerable reserve is available. If z. B. for some reason the Reaction temperature in the converter should drop too low, and if it means another If aids would not be possible to lift them right away, one can use the required one Gain heat quickly by temporarily giving air to the auxiliary burner reinforced.

6. Es werden praktisch nebeneinander zwei unabhängige Mittel zur Stickstoffkontrolle und Regulierung geboten: a) Die Arbeit an den Generatoren dient zum Ausgleich verhältnismäßig erheblicher Abweichungen vom richtigen Gehalt und zur vorläufigen und verhältnismäßig rohen Einstellung und in Fällen, in denen eine Regelung nach und nach erfolgen soll und nicht plötzlich notwendig ist.6. Two independent means of nitrogen control are practically next to each other and regulation: a) The work on the generators serves to compensate proportionally significant deviations from the correct salary and to the provisional and proportionate raw setting and in cases where regulation is to be made gradually and is not suddenly necessary.

b) Der Hilfsbrenner dient für eine genaue, endgültige und sofort wirksame Regelung dieses Verhältnisses.b) The auxiliary burner is used for accurate, definitive and immediately effective Regulation of this relationship.

Bei der praktischen Durchführung vorliegender Erfindung kann das rohe Stickstoff-NVasserstoff-Kohlenoxyd-Gasgemisch nach jedem beliebigen Verfahren erhalten werden. Man könnte es z. B. bekommen, wenn man Gas aus zwei Generatoren mischt, von denen der eine Wassergas, also ein hauptsächlich aus Kohlenoxyd und Wasserstoff bestehendes Gemisch, und der andere eigentliches Generatorgas liefert, das im wesentlichen aus Kohlenoxyd, Wasserstoff und Stickstoff besteht. Oder man kann zu Wassergas etwas von dem Gas zusetzen, das man während des Blasens oder Hitzens erhält, sogenanntes geblasenes Gas, im wesentlichen aus Kohlendioxyd, Kohlenoxyd und Stickstoff bestehend. Wenn man ein solches Gas durch Mischen zweier Anteile verschiedener Gase erhält, kann diese Mischung so durchgeführt werden, daß sie ungefähr das gewünschte Verhältnis ergibt, während auch hier die endgültige Einstellung durch den Hilfsbrenner oder ein diesem gleichartiges Mittel erfolgt.In the practice of the present invention, the raw Nitrogen-N-hydrogen-carbon oxide gas mixture obtained by any method will. One could z. B. get when you mix gas from two generators, one of which is water gas, one mainly composed of carbon oxide and hydrogen existing mixture, and the other actual generator gas supplies, which essentially consists of carbon monoxide, hydrogen and nitrogen. Or you can do something about water gas of the gas obtained during blowing or heating, so-called blown gas consisting essentially of carbon dioxide, carbon dioxide and nitrogen. If such a gas is obtained by mixing two parts of different gases, this mixing can be carried out so that it is approximately the desired ratio results, while here too the final setting by the auxiliary burner or a means similar to this takes place.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung von Stickstoff-Wasserstoff-Gemischen zur synthetischen Gewinnung von Ammoniak durch Behandeln eines Gemisches vonStickstoff, Wasserstoff und Kohlenoxyd mit Dampf in Gegenwart einer Kontaktsubstanz, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Rohgasmischung mit einem absichtlichen Fehlbetrag an Stickstoff erzeugt und diesen Fehlbetrag alsdann ergänzt, indem man abgemessene Mengen Luft mit einem brennbaren Gase verbrennt und diese Verbrennungsgase der Mischung zuführt. PATENT CLAIMS: i. Process for the production of nitrogen-hydrogen mixtures for the synthetic production of ammonia by treating a mixture of nitrogen, hydrogen and carbon oxide with steam in the presence of a contact substance, characterized in that a raw gas mixture with an intentional deficit of nitrogen is produced and this deficit is then supplemented, by burning measured amounts of air with a combustible gas and adding these combustion gases to the mixture. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das zuzusetzende brennbare Gas der Rohgasmischung entnommen wird. 2. The method according to claim i, characterized in that the to be added combustible gas is taken from the raw gas mixture. 3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Rohgasmischung mit den aus dem Kohlenoxydkontaktapparat kommenden Gasen in Wärmeaustausch tritt, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Verbrennen erforderliche Anteil der Rohgasmischung dieser ununterbrochen vor ihrem Eintritt in den Wärmeaustauschapparat entnommen wird, und daß dieser Gasanteil mit einer abgemessenen Menge Luft einem Brenner zugeführt wird, der sich in die Gasleitung vor dem Eintritt der Gase in den Kohlenoxydkontaktapparat öffnet.3. The method according to claim 2, at the raw gas mixture with the gases coming from the carbon oxide contact apparatus enters into heat exchange, characterized in that the required for combustion Proportion of the raw gas mixture of this uninterrupted before it enters the heat exchange apparatus is taken, and that this gas portion with a measured amount of air one Burner is fed into the gas line before the gases enter the carbon oxide contactor opens.