BE1030201B1 - Ammoniaksynthese und Harnstoffsynthese mit reduziertem CO2-Fußabdruck - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Synthese von Ammoniak, bei der die in der Brennerseite des Primärreformers entstehenden Gase wenigstens teilweise als Edukte eingesetzt werden.
Description
' BE2022/5031
Ammoniaksynthese und Harnstoffsynthese mit reduziertem CO2-Fußabdruck
Die Erfindung betrifft einen Anlagenverbund und ein Verfahren zur Erzeugung von
Ammoniak aus einer Kombination von Wasserstoff aus Erdgas und aus der Elektrolyse mittels erneuerbarer Energien und gleichzeitiger Nutzung des Kohlendioxids in der
Harnstoffsynthese und/oder des Stickstoffs in der Ammoniaksynthese, welche bei der
Erzeugung des Wasserstoffs aus Erdgas entstehen.
Zur Herstellung von Wasserstoff werden insbesondere die Dampfreformierung eingesetzt, bei der ein Kohlenwasserstoff mit Wasserdampf zu Kohlenmonoxid und
Wasserstoff und anschließend das Kohlenmonoxid in einer Wassergas-Shift-Reaktion zu
Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird. Hierfür muss von außen für diese endotherme Reaktion Energie bereitgestellt werden, was beispielsweise durch eine
Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in einer benachbarten Brennkammer erfolgt.
Alternativ wird eine autotherme Reformierung verwendet, bei der eine partielle Oxidation stattfindet und so die benötigte Energie zur Verfügung stellt.
Üblicherweise wird Methan mit Wasser und Luft im Primär- und Sekundär-Reformer zu
Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt, wobei üblicherweise die
Zielzusammensetzung von 3:1 von Wasserstoff zu Stickstoff eingestellt wird. Dieses geschieht üblicherweise in Schritten, wobei in einem Primärreformer zunächst Methan mit Wasser unter Zufuhr von Energie umgesetzt wird und anschließend in einem
Sekundärreformer unter Zufuhr von Sauerstoff, meist in Form von Luft, sowie eine anschließende Shift-Reaktion zur Umsetzung von Kohlenmonoxid mit Wasser zu
Kohlendioxid und Wasserstoff erfolgt. Somit kann nach Entfernung des Kohlendioxids und üblicherweise der Umwandlung von gegebenenfalls enthaltenem Kohlenmonoxid in
Methan dieses Gemisch direkt in einem Konverter zu Ammoniak umgesetzt werden.
Nach der Synthese wird das Ammoniak oft direkt mit Kohlendioxid zu Harnstoff umgesetzt. Hierfür wird oft das Kohlendioxid aus dem Reformer, also aus dem Prozess zur Herstellung des Wasserstoffs, verwendet.
Aus der WO 2019 / 110 443 A1 ist ein Verfahren zur Bereitstellung von CO: für die
Harnstoffsynthese aus Rauch- und Synthesegas bekannt.
? BE2022/5031
Aus der EP 3 390 354 B1 ist ein Verfahren zur Bereitstellung von Kohlendioxid für die
Synthese von Harnstoff bekannt.
Ebenso ist bekannt, Wasserstoff mittels Elektrolyse aus insbesondere erneuerbaren
Energiequellen und somit CO2-frei zu erzeugen. Es besteht daher natürlich ein Interesse, diesen so genannten „grünen“ Wasserstoff auch für die Synthese von Ammoniak zu verwenden, um so sogenannten „grünen“ Ammoniak zu erhalten. Da hierbei kein
Stickstoff bei der Herstellung des Wasserstoffs anfällt, wird dieser üblicherweise aus einer Luftzerlegung gewonnen, was jedoch ein energieintensiver Prozess ist.
Um den Prozess innerhalb des Primärreformers zu betreiben, weist ein Primärreformer eine Brennerseite auf, in welcher ein Brenngas, meist Erdgas mit Luft verbrannt wird und so die notwendige thermische Energie zur Verfügung stellt. Das aus der Brennerseite austretende Rauchgas weist hauptsächlich Stickstoff und Kohlendioxid auf, zwei Stoffe, welche innerhalb der Anlage eigentlich verwendbar sind, meist jedoch direkt an die
Umwelt abgegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, die auf der Brennerseite des Primärreformers erzeugten
Rauchgas innerhalb des Prozesses wenigstens teilweise zu nutzen und so Energie im
Gesamtprozess einzusparen und/oder die Emissionen zu reduzieren.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Anlagen mit den in Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen sowie durch die Verfahren mit den in Anspruch 18 und Anspruch 19 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Die Anlage dient zur Synthese von Ammoniak und optional zur weiteren Synthese von
Harnstoff aus dem hergestellten Ammoniak. Derartige kombinierte Anlagen zur
Herstellung von stickstoffhaltigem Dünger sind bekannt und üblich. Diese Anlagen können auch weitere Bestandteile, beispielsweise eine Salpetersäureanlage zur
Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak und insbesondere eine daran anschließende Vorrichtung zur Herstellung von Ammoniumnitrat als Dünger aus
Ammoniak und Salpetersäure aufweisen. Die Anlage weist einen Reformer zur
) BE2022/5031
Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff auf. Beispielsweise weist der
Reformer einen Primärreformer und einen Sekundärreformer zur Umsetzung eines
Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff auf, insbesondere wird hier die Dampfreformierung verwendet, bei der in einem ersten Schritt insbesondere Methan mit Wasserdampf und in einem zweiten Schritt mit Luft umgesetzt wird, wobei üblicherweise eine nachgelagerte
Wassergas-Shift-Reaktion erfolgt, bei der erzeugtes Kohlenmonoxid mit Wasserdampf zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird. Alternativ kann der Reformer ein autothermer Reformer sein, bei dem Kohlenwasserstoff, Wasserdampf und Sauerstoff derart zusammengebracht werden, dass die für die Umsetzung zu Wasserstoff benötigte
Energie direkt aus der Verbrennung entsteht. Im Gegensatz zur Dampfreformierung muss hierbei von außen keine Energie zugeführt werden. Weiter weist die Anlage einen
Konverter zur Umsetzung von Wasserstoff und Stickstoff zu Ammoniak auf. Der
Konverter weist einen Katalysator auf und wird bei hohem Druck und hoher Temperatur betrieben. Da es sich bei der Umsetzung um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, die keinen nahezu vollständigen Umsatz aufweist, wird das Synthesegas in einem
Rezirkulationskreis geführt, um nicht umgesetzte Edukte dem Konverter wieder zuführen zu können. Das Verfahren ist als Haber-Bosch-Prozess bekannt. Der Konverter ist entsprechend in einen Rezirkulationskreislauf eingebunden. Zwischen dem Reformer und dem Rezirkulationskreislauf ist ein erster Kohlendioxidabscheider angeordnet. Hier wird das aus dem Ausgangsstoff, insbesondere Methan, entstehende Kohlendioxid abgetrennt, beispielsweise und insbesondere um dieses dann einer
Harnstoffsynthesevorrichtung zuzuführen. Somit wird nach dem ersten
Kohlendioxidabscheider ein Gasstrom mit Stickstoff und Wasserstoff im Verhältnis 1:3 und ohne weitere Komponenten (gegebenenfalls bis auf Spuren) für die
Ammoniaksynthese zur Verfügung gestellt. Zwischen dem ersten
Kohlendioxidabscheider und dem Rezirkulationskreislauf ist üblicherweise ein
Methanator, eine Vorrichtung zur Umwandlung eventuell vorhandener Spuren von
Kohlenmonoxid und Kohlendioxid zu Methan vorhanden, um eine Vergiftung des
Katalysators zu verhindern. Der Rezirkulationskreislauf weist einen
Ammoniakabscheider auf. Hier wird das Produkt Ammoniak von dem nicht umgesetzten
Eduktstrom aus Stickstoff und Wasserstoff abgetrennt. Des Weiteren weist der
Rezirkulationskreislauf üblicherweise Wärmetauscher auf, zwischen dem Konverter und dem Ammoniakabscheider zur Abkühlung und zwischen dem Ammoniakabscheider und
* BE2022/5031 dem Konverter zur Erwärmung. Des Weiteren weist der Rezirkulationskreislauf üblicherweise einen Kompressor auf.
Erfindungsgemäß weist die Anlage eine weitere Wasserstoffquelle auf. Bevorzugt ist die weitere Wasserstoffquelle eine Wasserelektrolyse. Bevorzugt wird die Wasserelektrolyse mittels erneuerbarer Energien betrieben. Somit ist der so erzeugte Wasserstoff frei von
Kohlendioxidemissionen, gilt somit als sogenannter „grüner“ Wasserstoff. Die weitere
Wasserstoffquelle ist derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Der Wasserstoff aus der weiteren
Wasserstoffquelle wird hierzu bevorzugt mit dem Wasserstoff aus der
Dampfreformierung, bevorzugt nach dem Sekundärrefomer und weiter bevorzugt nach einer Wassergas-Shift-Reaktion. Hierdurch wird der Wasserstoff bei geringem Druck mit
Stickstoff gemischt, sodass dieser einfacher zu komprimieren ist. Die Anlage weist eine
Verbrennungsvorrichtung auf. Die Verbrennungsvorrichtung ist mit dem Reformer verbunden. Hierbei kann die Verbrennungsvorrichtung auch Bestandteil des Reformers sein, wie im Folgenden in Ausführungsformen gezeigt. Beispielsweise kann es sich bei der Verbrennungsvorrichtung um die Brennerseite eines Primärreformers handeln.
Alternativ kann die Verbrennungsvorrichtung eine Dampferzeugungsvorrichtung sein.
Eine Dampferzeugungsvorrichtung wird beispielsweise zum Betrieb der Kompressoren betrieben. Ebenso können auch die Abgase aus zwei oder mehr
Verbrennungsvorrichtungen kombiniert werden, wenn ein größerer Gasstrom gewünscht wird. Die Verbrennungsvorrichtung, beispielsweise die Brennerseite des Primärreformers ist mit dem Sekundärreformer verbunden. Hierdurch werden Stickstoff aber auch
Kohlendioxid und Rest Sauerstoff dem Gasstrom zur Erzeugung von Wasserstoff zugeführt. Im Sekundärreformer wird der verbliebene Restsauerstoff umgesetzt. Da nach dem Sekundärreformer eine Kohlendioxidabtrennung erfolgt, kann so auch das auf der
Brennerseite erzeugte Kohlendioxid dann im gleichen Schritt mit abgetrennt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage eine weitere
Wasserstoffquelle auf. Bevorzugt ist die weitere Wasserstoffguelle eine
Wasserelektrolyse. Bevorzugt wird die Wasserelektrolyse mittels erneuerbarer Energien betrieben. Somit ist der so erzeugte Wasserstoff frei von Kohlendioxidemissionen, gilt somit als sogenannter „grüner“ Wasserstoff. Die weitere Wasserstoffquelle ist derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf
> BE2022/5031 zugeführt wird. Hierzu wird der Wasserstoff bevorzugt zunächst mit Stickstoff vermischt und dann durch einen oder mehrere Kompressoren verdichtet. Die Anlage weist eine
Verbrennungsvorrichtung auf. Beispielsweise kann es sich bei der
Verbrennungsvorrichtung um die Brennerseite eines Primärreformers handeln. Alternativ kann die Verbrennungsvorrichtung eine Dampferzeugungsvorrichtung sein. Eine
Dampferzeugungsvorrichtung wird beispielsweise zum Betrieb der Kompressoren betrieben. Ebenso können auch die Abgase aus zwei oder mehr
Verbrennungsvorrichtungen kombiniert werden, wenn ein größerer Gasstrom gewünscht wird. Die Verbrennungsvorrichtung, beispielsweise die Brennerseite des
Primärreformers, ist mit einem zweiten Kohlendioxidabscheider verbunden. Der zweite
Kohlendioxidabscheider ist derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass
Stickstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Bevorzugt werden zunächst der
Wasserstoff aus der weiteren Wasserstoffquelle und der Stickstoff aus dem zweiten
Kohlendioxidabscheider vereint und gemeinsam über einen oder mehrere Kompressoren verdichtet. Vorteil ist, dass durch die Verbrennung auf der Brennerseite Stickstoff in weiteren Verfahrensschritten vergleichsweise einfach durch eine Trennung vom
Kohlendioxid bereitgestellt werden kann und so ohne eine energieaufwändige
Luftzerlegung das Verhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff von 3:1 eingestellt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Reformer einen
Primärreformer und einen Sekundärreformer zur Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff auf. Der Primärreformer weist eine Wasserstoffseite und eine Brennerseite auf. Auf der Wasserstoffseite wird Kohlenwasserstoff mit Wasserdampf zu
Kohlenmonoxid beziehungsweise Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt. Die dafür notwendige Energie wird durch eine Verbrennung insbesondere von Kohlenwasserstoff mit Sauerstoff, insbesondere mit Luft, bereitgestellt. Die Brennerseite ist hierbei die
Verbrennungsvorrichtung, in der Brennerseite des Primärreformers Kohlenwasserstoff mit Luft verbrannt wird. Die Brennerseite des Primärreformers ist mit einem zweiten
Kohlendioxidabscheider verbunden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verbrennungsvorrichtung eine
Dampferzeugungsvorrichtung.
° BE2022/5031
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Reformer ein autothermer
Reformer.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage weiter einer
Harnstoffsynthesevorrichtung zur Synthese von Harnstoff aus Ammoniak und
Kohlendioxid auf. Der erste Kohlendioxidabscheider ist für das abgeschiedene
Kohlendioxid mit der Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden. Üblicherweise ist die
Menge des abgeschiedenen Kohlendioxids etwas geringer als die aus dem Stickstoff und
Wasserstoff erzeugte Menge an Ammoniak, sodass keine vollständige Umsetzung des
Ammoniaks zu Harnstoff erfolgt. Der Ammoniakabscheider ammoniakführend ist mit der
Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden. Hierbei kann in der ammoniakführenden
Verbindung auch ein Zwischenspeicher angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Kohlendioxidabscheider ein Ammoniak-Wasser-Wäscher. Solche Wäscher sind beispielsweise aus der
WO 2019 / 110 443 A1 oder der EP 3 390 354 B1 bekannt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Stickstoff aus dem zweiten
Kohlendioxidabscheider dadurch dem Rezirkulationskreislauf zugeführt, dass der
Stickstoff aus dem zweiten Kohlendioxidabscheider in den Sekundärreformer eingeleitet wird. Hierdurch wird noch vorhandener Restsauerstoff im Sekundärreformer umgesetzt.
Hierbei muss nicht der vollständige Stickstoffstrom in den Sekundärreformer überführt werden. Vielmehr kann dieser Strom an die Menge des zusätzlichen Wasserstoffs angepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem zweiten
Kohlendioxidabscheider und dem Rezirkulationskreislauf eine Vorrichtung zur
Entfernung von Sauerstoff angeordnet. Vorzugsweise ist dann ein zusätzlicher
Kompressor vorgesehen, um eine Angleichung des Druckes auf das hohe Niveau des
Rezirkulationskreislaufs zu erreichen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Brennerseite des Primärreformers mit einem Unterschuss an Sauerstoff beziehungsweise einem Überschuss an Methan
/ BE2022/5031 betrieben. Dieses ist für den eigentlichen Betrieb als Brennerseite ungewöhnlich, hierdurch wird jedoch sichergestellt, dass der Sauerstoff vollständig verbraucht wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Kohlendioxidabscheider derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Stickstoff über den autothermen
Reaktor dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Auch hierdurch kann der bestehende
Restsauerstoff zuverlässig umgesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der
Verbrennungsvorrichtung, bevorzugt der Brennerseite des Primärreformers, und dem zweiten Kohlendioxidabscheider eine Entstaubungsvorrichtung angeordnet. Bevorzugt kann zusätzlich nach der Entstaubungsvorrichtung eine Entschwefelungsvorrichtung und/oder eine Entstickungsvorrichtung angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die weitere Wasserstoffquelle und der zweite Kohlendioxidabscheider derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass zunächst der Wasserstoffstrom der weiteren \Wasserstoffquelle mit dem
Stickstoffstrom des zweiten Kohlendioxidabscheiders vereint wird, anschließend durch einen ersten Kompressor geführt wird und danach durch einen Methanator geführt und dann dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Dieses ermöglicht insbesondere eine vereinfachte Kapazitätserhöhung der Ammoniaksynthese, da die bestehende
Synthesegasherstellung im Reformer unverändert bleibt und so direkt vor dem Konverter um den zusätzlichen Gasstrom erhöht wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Brennerseite des
Primärreformers und dem Sekundärreformer eine Entstaubungsvorrichtung angeordnet.
Bevorzugt kann zusätzlich nach der Entstaubungsvorrichtung eine
Entschwefelungsvorrichtung und/oder eine Entstickungsvorrichtung angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der
Verbrennungsvorrichtung, bevorzugt der Brennerseite des Primärreformers, und dem
Reformer, bevorzugt dem Sekundärreformer, ein Kompressor angeordnet.
° BE2022/5031
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dient die Anlage zur weiteren Synthese von Harnstoff aus dem hergestellten Ammoniak. Derartige kombinierte Anlagen zur
Herstellung von stickstoffhaltigem Dünger sind bekannt und üblich. Diese Anlagen können auch weitere Bestandteile, beispielsweise eine Salpetersäureanlage zur
Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak und insbesondere eine daran anschließende Vorrichtung zur Herstellung von Ammoniumnitrat als Dünger aus
Ammoniak und Salpetersäure aufweisen. Die Anlage weist weiter einer
Harnstoffsynthesevorrichtung zur Synthese von Harnstoff aus Ammoniak und
Kohlendioxid auf. Zwischen dem Reformer und dem Rezirkulationskreislauf ist ein erster
Kohlendioxidabscheider angeordnet. Hier wird das aus dem Ausgangsstoff, insbesondere Methan, entstehende Kohlendioxid abgetrennt, beispielsweise und insbesondere um dieses dann der Harnstoffsynthesevorrichtung zuzuführen. Somit wird nach dem ersten Kohlendioxidabscheider ein Gasstrom mit Stickstoff und Wasserstoff im
Verhältnis 1:3 und ohne weitere Komponenten (gegebenenfalls bis auf Spuren) für die
Ammoniaksynthese zur Verfügung gestellt. Der Ammoniakabscheider ammoniakführend ist mit der Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden. Hierbei kann in der ammoniakführenden Verbindung auch ein Zwischenspeicher angeordnet sein.Die
Verbrennungsvorrichtung, beispielsweise die Brennerseite des Primärreformers mit einem zweiten Kohlendioxidabscheider verbunden. Der zweite Kohlendioxidabscheider ist derart mit der Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden, dass Kohlendioxid der
Harnstoffsynthesevorrichtung zugeführt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Kohlendioxidabscheider für das abgeschiedene Kohlendioxid mit der Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden.
Üblicherweise ist die Menge des abgeschiedenen Kohlendioxids etwas geringer als die aus dem Stickstoff und Wasserstoff erzeugte Menge an Ammoniak, sodass keine vollständige Umsetzung des Ammoniaks zu Harnstoff erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage eine weitere
Wasserstoffquelle auf. Die weitere Wasserstoffguelle ist derart mit dem
Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Die Brennerseite des Primärreformers ist mit einem zweiten
Kohlendioxidabscheider verbunden. Der zweite Kohlendioxidabscheider ist derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Stickstoff dem Rezirkulationskreislauf
) BE2022/5031 zugeführt wird. Die Brennerseite des Primärreformers ist mit dem Sekundärreformer verbunden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage eine weitere
Wasserstoffquelle auf. Die weitere \Vasserstoffquelle ist derart mit dem
Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Die Brennerseite des Primärreformers ist mit einem zweiten
Kohlendioxidabscheider verbunden. Der zweite Kohlendioxidabscheider ist derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Stickstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Weiter ist der zweite Kohlendioxidabscheider derart mit der
Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden, dass Kohlendioxid der
Harnstoffsynthesevorrichtung zugeführt wird. Hierdurch kann eine optimale Nutzung aller
Gasströme erreicht werden. Durch den zusätzlich, insbesondere „grün“ hergestellten
Wasserstoff kann ein Verhältnis von Stickstoff zu Wasserstoff zu Kohlendioxid von beispielsweise 2:6:1 erzielt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage eine weitere
Wasserstoffquelle auf. Die weitere Wasserstoffquelle ist derart mit dem
Rezirkulationskreislauf verbunden, dass Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Die Brennerseite des Primärreformers ist mit dem Sekundärreformer verbunden. Die Brennerseite des Primärreformers ist weiter mit einem zweiten
Kohlendioxidabscheider verbunden und der zweite Kohlendioxidabscheider ist derart mit der Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden ist, dass Kohlendioxid der
Harnstoffsynthesevorrichtung zugeführt wird.
Hierbei müssen sich alle Gasströme immer vollständig entsprechend der Verschaltung geführt werden. Beispielsweise können in den verschiedenen Ausführungsformen auch
Teilströme insbesondere das Abgas der Brennerseite, der Stickstoffstrom oder der
Kohlendioxidstrom des zweiten Kohlendioxidabscheiders abtrennt und verworfen oder anderweitig verwendet werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kapazitätserweiterung einer bestehenden Anlage nach dem Stand der Technik. Hierbei wird die Anlage um eine weitere Wasserstoffquelle erweitert. Bevorzugt wird die Wasserelektrolyse mittels erneuerbarer Energien betrieben. Somit ist der so erzeugte Wasserstoff frei von
Kohlendioxidemissionen, gilt somit als sogenannter „grüner“ Wasserstoff. Die weitere
Wasserstoffquelle wird hierbei derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass
Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Hierdurch kann die Kapazität der
Ammoniaksyntehse gesteigert werden. Die Brennerseite des Primärreformers wird mit dem Sekundärreformer verbunden. Hierdurch werden der Synthese zum einen Stickstoff, zum anderen Kohlendioxid zugeführt. Das Kohlendioxid wird zusammen mit dem im
Reformer entstandenem Kohlendioxid abgeschieden und der Harnstoffsynthese zugeführt. Hierdurch kann zum einen die Gesamtkapazität erweitert werden, zum anderen wird der Kohlendioxid-Fußabdruck reduziert.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein weiteres Verfahren zur
Kapazitätserweiterung einer bestehenden Anlage nach dem Stand der Technik. Die
Anlage wird um eine weitere Wasserstoffguelle und einen zweiten
Kohlendioxidabscheider erweitert. Bevorzugt wird die Wasserelektrolyse mittels erneuerbarer Energien betrieben. Somit ist der so erzeugte Wasserstoff frei von
Kohlendioxidemissionen, gilt somit als sogenannter „grüner“ Wasserstoff. Die weitere
Wasserstoffquelle wird derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass
Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt. Hierdurch wird die dem Konverter zugeführte Menge an Wasserstoff erhöht. Die Brennerseite des Primärreformers wird mit dem zweiten Kohlendioxidabscheider verbunden. Weiter wird der zweite
Kohlendioxidabscheider derart mit dem Rezirkulationskreislauf verbunden, dass
Stickstoff dem Rezirkulationskreislauf zugeführt wird. Somit wird neben zusätzlichen
Wasserstoff auch Stickstoff zugeführt und somit die Gesamtkapazität erhöht. Weiter wird der zweite Kohlendioxidabscheider derart mit der Harnstoffsynthesevorrichtung verbunden, dass Kohlendioxid der Harnstoffsynthesevorrichtung zugeführt wird.
Hierdurch wird der durch die erhöhte Menge Ammoniak gesteigerte Produktion vom
Harnstoff gewährleistet.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Anlage anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 Stand der Technik
Fig. 2 dritte beispielhafte Ausführungsform
Fig. 3 fünfte beispielhafte Ausführungsform
Fig. 4 sechste beispielhafte Ausführungsform
Fig. 5 achte beispielhafte Ausführungsform
Fig. 6 neunte beispielhafte Ausführungsform
Zunächst soll auf die allen Ausführungsbeispielen gemeinsamen Bestandteile eingegangen werden, gezeigt durch den Stand der Technik in Fig. 1, im Folgen dann jeweils nur auf die zusätzlichen Komponenten
Die Darstellungen sind dabei vereinfacht und nur schematisch. Beispielsweise können
Kompressoren K auch mehrstufig ausgeführt sein. Weiter ist üblicherweise ein sogenannter Metanator vorhanden, der vor der Zuführung zum Rezirkulationskreislauf 100 angeordnet ist und Restbestandteile von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid, welche
Katalysatorgifte sind, in Methan umwandelt. Derartige für die Ammoniaksynthese übliche
Varianten sind hier zur Vereinfachung nicht gezeigt. Ebenso können die beiden
Kompressoren, welche nach dem ersten Kohlendioxidabscheider 40 und dem
Ammoniakabscheider 70 angeordnet sind, identisch sein. Derartige Varianten und
Anordnungen zur Gasführung sind dem Fachmann bekannt und haben keinen unmittelbaren Einfluss auf die Erfindung.
Die Anlage nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 dient der Synthese von Ammoniak mit der weiteren Umsetzung zu Harnstoff, wobei der Wasserstoff mittels
Dampfreformierung und Ammoniak über den Haber-Bosch-Prozess hergestellt wird.
In einem Primärreformer 10 wird auf der Wasserstoffseite 12 als Wasserstoffquelle 16
Methan und Wasserdampf zugeführt. Die zur Umsetzung notwendige Energie wird durch eine Verbrennung auf der Brennerseite 14 erzeugt und bereitgestellt. Über die
Brenngaszufuhr 18 wird beispielsweise ein Gemisch aus Methan und Luft zur Verfügung gestellt. Ideal wird somit auf der Brennerseite 14 ein Gasgemisch aus Stickstoff und
Kohlendioxid erzeugt. Real können etwa 2 Vol.-% Sauerstoff als weitere Komponente enthalten sein. Das auf der Wasserstoffseite 12 erzeugte Gasgemisch wird in einen
Sekundärreformer 20 geführt, wo üblicherweise Luft zugesetzt wird. Hier erfolgt die
Umsetzung von beispielsweise Methan mit Sauerstoff zu Kohlenmonoxid und
Wasserstoff. In einem anschließenden Shift-Reaktor 30, welcher üblicherweise aus zwei getrennten Reaktoren bei verschiedenen Temperaturen besteht, wird Kohlenmonoxid mit
Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt. Anschließend wird in einem ersten
Kohlendioxidabscheider 40 das Kohlendioxid abgetrennt. Das Gas, welches dann nur noch Stickstoff und Wasserstoff enthalten sollte, wird über einen Kompressor K in den
Rezirkulationskreislauf 100 geführt. Im Rezirkulationskreislauf 100 wird das Gas zunächst in einem Wärmetauscher W erhitzt und dann dem Konverter 50 zugeführt.
Anschließend wird in einem Kühler 60 die bei der Umsetzung freigewordene
Reaktionswärme abgeführt. Anschließend wird der Gasstrom in einem Wärmetauscher
W weiter abgekühlt, sodass in dem Ammoniakabscheider 70 Ammoniak abgetrennt wird.
Im Gasstrom verbleiben nicht umgesetzter Wasserstoff und nicht umgesetzter Stickstoff.
Diese Gase werden durch einen Kompressor zurückgeführt, sodass der
Rezirkulationskreislauf 100 entsteht. Das im Ammoniakabscheider 70 abgeschiedene
Ammoniak und das im ersten Kohlendioxidabscheider abgetrennte Kohlendioxid werden in der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 zu Harnstoff und Wasser umgesetzt.
Anschließend erfolgt üblicherweise eine Granulation, mit oder ohne weiteren
Zusatzstoffen, um den Harnstoff als Düngemittel zu verkaufen.
Im Folgenden werden nun die beispielhaften Ausführungsformen anhand der zusätzlichen Komponenten und Verbindungen gezeigt.
In Fig. 2 ist eine dritte beispielhafte Ausführungsform gezeigt. Bei dieser ist eine weitere
Wasserstoffquelle vorhanden. Diese besteht lediglich beispielhaft aus einem Solar- und
Windpark 110. Hier wird Strom aus erneuerbaren Energien Sonne und Wind erzeugt.
Dieser Strom wird zur Erzeugung von Wasserstoff in der Wasserelektrolyse 120 genutzt.
Der Wasserstoff kann in einem Speicher zwischengespeichert werden, um
Schwankungen in Sonnenstrahlung und Wind auszugleichen. Ebenso kann zwischen dem Solar- und Windpark 110 und der Wasserelektrolyse 120 entsprechend eine Batterie zur Vergleichmäßigung vorhanden sein. Der so erzeugte („grüne“) Wasserstoff wird mit dem aus dem Reformer kommenden Gasstrom vereint und dem Rezirkulationskreislauf 100 zugeführt. Hierdurch ist Stickstoff jedoch unterstöchiometrisch vorhanden. Um nicht eine energieaufwändige Luftzerlegung betreiben zu müssen, wird der Stickstoff aus dem
Abgas der Brennerseite 14 des Primärreformers 10 gewonnen. Hierzu wird das Gas zunächst in einer Entstaubungsvorrichtung 90 entstaubt. Optional kann das Gas anschließend durch eine Entschwefelungsvorrichtung 92 geführt werden, insbesondere in Regionen, in denen schwefelhaltiges Erdgas verwendet wird. Anschließend wird das
Gas über einen Kompressor K und einen Wärmetausche W dem Sekundärreformer 20 zugeführt. Hierbei kann die Reihenfolge von Kompressor K und Wärmetauscher auch umgekehrt sein. Hierdurch wird zum einen das Verhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff wieder ausgeglichen. Zusätzlich wird mehr Kohlendioxid eingebracht, welches im erster
Kohlendioxidabscheider 40 abgeschieden und der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 zugeführt wird. Hierdurch kann in sehr einfacher Weise die produzierte Gesamtmenge
Harnstoff gesteigert und gleichzeitig der CO2-FuBabdruck reduziert werden.
Fig. 3 zeigte eine fünfte beispielhafte Ausführungsform. Bei dieser ist eine weitere
Wasserstoffquelle vorhanden. Diese besteht lediglich beispielhaft aus einem Solar- und
Windpark 110. Hier wird Strom aus erneuerbaren Energien Sonne und Wind erzeugt.
Dieser Strom wird zur Erzeugung von Wasserstoff in der Wasserelektrolyse 120 genutzt.
Der Wasserstoff kann in einem Speicher zwischengespeichert werden, um
Schwankungen in Sonnenstrahlung und Wind auszugleichen. Ebenso kann zwischen dem Solar- und Windpark 110 und der Wasserelektrolyse 120 entsprechend eine Batterie zur VergleichmäBigung vorhanden sein. Der so erzeugte („grüne“) Wasserstoff wird mit dem aus dem Reformer kommenden Gasstrom vereint und dem Rezirkulationskreislauf 100 zugeführt. Hierdurch ist Stickstoff jedoch unterstöchiometrisch vorhanden. Um nicht eine energieaufwändige Luftzerlegung betreiben zu müssen, wird der Stickstoff aus dem
Abgas der Brennerseite 14 des Primärreformers 10 gewonnen. Hierzu wird das Gas zunächst in einer Entstaubungsvorrichtung 90 entstaubt. Optional kann das Gas anschließend durch eine Entschwefelungsvorrichtung 92 geführt werden, insbesondere in Regionen, in denen schwefelhaltiges Erdgas verwendet wird. Anschließend wird das
Gas in den zweiten Kohlendioxidabscheider 130 geführt, welcher als Ammoniak-Wasser-
Wäscher ausgeführt ist, wie dieser beispielsweiser der WO 2019 / 110 443 A1 oder der
EP 3 390 354 B1 entnommen werden kann. Der zweite Kohlendioxidabscheider 130 weist eine COz-Lôsevorrichtung 132 auf, in der das Kohlendioxid in Ammoniakwasser gelöst wird. Die Lösung wird dann über eine Pumpe P beispielsweise auf 150 bar verdichtet und über einen Wärmetauscher W in die CO2-Abgabevorrichtung 134 geführt.
Dort wird unter erhöhten Temperaturen das Kohlendioxid wieder abgegeben und kann über die CO2-Abführung 140 abgegeben werden. Im einfachsten Fall wird es an die
Umgebung abgegeben. Es kann aber auch eingelagert oder umgesetzt werden, um CO-z-
Emissionen zu vermeiden. Das Ammoniakwasser wird aus der CO2-Abgabevorrichtung 134 über den Wärmetauscher W zurück in die CO2-Lösevorrichtung 132 geführt.
Zusätzlich weist der zweite Kohlendioxidabscheider 130 eine Ammoniak-Rückhalte-
Wäsche 136 auf. Hierdurch wird ein reiner Stickstoffstrom erhalten, der dann dem
Rezirkulationskreislauf 100 zugeführten Gasstrom zugeführt wird. Hierbei kann der
Stickstoff-Gasstrom auch nur teilweise zugeführt werden, um die korrekte Stöchiometrie zu erhalten. Überschüssiger Stickstoff kann beispielsweise einfach an die Umgebung abgegeben werden oder als Inertgas in weiteren Synthesen verwendet werden. Da sich
Sauerstoff und Stickstoff ähnlich sind als Stickstoff und Kohlendioxid ist die Abtrennung aus diesem Gasstrom der Brennerseite 14 effizienter als eine Luftzerlegung. Vorteil dieser fünften beispielhaften Ausführungsform ist die flexible Führung, um einen Teil des
Kohlendioxids von der Brennerseite 14 der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 zuzuführen und einen anderen Teil über die CO2-Abführung 140 abzugeben, um so die korrekte
Stöchiometrie einfach einstellen zu können. Hierbei kann die Reihenfolge von
Kompressor K und Wärmetauscher auch umgekehrt sein.
Fig. 4 zeigte eine sechste beispielhafte Ausführungsform, welche sich von der fünften
Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass das Kohlendioxid aus dem zweiten
Kohlendioxidabscheider 130 in der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 verwendet wird.
Dafür wird das Kohlendioxid, welches im erster Kohlendioxidabscheider 40 anfällt, verworfen, da sich dieses auf einem niedrigeren Druckniveau befindet.
Fig. 5 zeigte eine achte beispielhafte Ausführungsform. In vielen Anlagen wird aus dem ersten Kohlendioxidabscheider 40 weniger Kohlendioxid bereitgestellt, als zur vollständigen Umsetzung des Ammoniaks zu Harnstoff nötig wäre. Um die Produktion zu steigern, muss also eine weitere Kohlendioxidquelle gefunden werden. Diese findet sich im Abgas der Brennerseite 14 des Primärreformers 10. Hierzu wird das Gas zunächst in einer Entstaubungsvorrichtung 90 entstaubt. Optional kann das Gas anschließend durch eine Entschwefelungsvorrichtung 92 geführt werden, insbesondere in Regionen, in denen schwefelhaltiges Erdgas verwendet wird. Anschließend wird das Gas in den zweiten
Kohlendioxidabscheider 130 geführt, welcher als Ammoniak-Wasser-Wäscher ausgeführt ist, wie dieser beispielsweiser der WO 2019/110 443 A1 oder der
EP 3 390 354 B1 entnommen werden kann. Der zweite Kohlendioxidabscheider 130 weist eine COz-Lôsevorrichtung 132 auf, in der das Kohlendioxid in Ammoniakwasser gelöst wird. Die Lösung wird dann über eine Pumpe P beispielsweise auf 150 bar verdichtet und über einen Wärmetauscher W in die CO2-Abgabevorrichtung 134 geführt.
Dort wird unter erhöhten Temperaturen das Kohlendioxid wieder abgegeben und wird dann der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 zugeführt, wobei der hohe Druck der COz-
Abgabevorrichtung 134 das Kohlendioxid auf dem richtigen Druckniveau zur Verfügung stellt. Das Ammoniakwasser wird aus der COz-Abgabevorrichtung 134 über den
Wärmetauscher W zurück in die CO2-Lösevorrichtung 132 geführt. Zusätzlich weist der zweite Kohlendioxidabscheider 130 eine Ammoniak-Rückhalte-Wäsche 136 auf, wodurch mit dem Stickstoff kein Ammoniak über die Stickstoff-Abführung 150 in die
Umgebung abgegeben wird oder mit dem Stickstoff als Inertgas in weiteren Synthesen eingebracht wird. Hierbei wird der für den regenerativ erzeugten Wasserstoff benötigte
Stickstoff durch den dem Sekundärreformer 20 zugeführten Gasstrom bereitgestellt werden. Gleichzeitig wird weiteres Kohlendioxid über den zweiten
Kohlendioxidabscheider 130 der Harnstoffsynthesevorrichtung 80 zur Verfügung gestellt.
Fig. 6 zeigte eine neunte beispielhafte Ausführungsform. Hierdurch stehen während des
Betriebs der Anlage alle Optionen offen, um verschiedene Fahrweisen zu ermöglichen, beispielsweise um sich an schwankende Mengen regenerativ erzeugter Energie anpassen zu können.
Bezugszeichen 10 Primärreformer 12 Wasserstoffseite 14 Brennerseite 16 Wasserstoffquelle 18 Brenngaszufuhr 20 Sekundärreformer
Shift-Reaktor erster Kohlendioxidabscheider 30 50 Konverter 60 Kühler 70 Ammoniakabscheider 80 Harnstoffsynthesevorrichtung 90 Entstaubungsvorrichtung
92 Entschwefelungsvorrichtung 100 Rezirkulationskreislauf 110 Solar- und Windpark 120 Wasserelektrolyse 130 zweiter Kohlendioxidabscheider 132 CO:-Lösevorrichtung 134 CO2-Abgabevorrichtung 136 Ammoniak-Rückhalte-Wäsche 140 CO2-Abführung 150 Stickstoff-Abführung
K Kompressor
P Pumpe
W Wärmetauscher
Claims (19)
1. Anlage zur Synthese von Ammoniak, wobei die Anlage einen Reformer zur Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff aufweist, wobei die Anlage einen Konverter (50) zur Umsetzung von Wasserstoff und Stickstoff zu Ammoniak aufweist, wobei der Konverter (50) in einen Rezirkulationskreislauf (100) eingebunden ist, wobei zwischen dem Reformer und dem Rezirkulationskreislauf (100) ein erster Kohlendioxidabscheider (40) angeordnet ist, wobei der Rezirkulationskreislauf (100) einen Ammoniakabscheider (70) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine weitere Wasserstoffquelle aufweist, wobei die weitere Wasserstoffquelle derart mit dem Rezirkulationskreislauf (100) verbunden ist, dass Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf (100) zugeführt wird, wobei die Anlage eine Verbrennungsvorrichtung aufweist, wobei die Verbrennungsvorrichtung mit dem Reformer verbunden ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer einen Primärreformer (10) und einen Sekundärreformer (20) zur Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs in Wasserstoff aufweist, wobei der Primärreformer (10) eine Wasserstoffseite (12) und eine Brennerseite (14) aufweist, wobei die Brennerseite die Verbrennungsvorrichtung ist, wobei in der Brennerseite (14) des Primärreformers (10) Kohlenwasserstoff mit Luft verbrannt wird, wobei die Brennerseite (14) des Primärreformers (10) mit einem zweiten Kohlendioxidabscheider (130) verbunden ist.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsvorrichtung eine Dampferzeugungsvorrichtung ist.
4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer ein autothermer Reformer ist.
5. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Synthese von Ammoniak und zur weiteren Synthese von Harnstoff aus dem hergestellten Ammoniak, wobei die Anlage einer Harnstoffsynthesevorrichtung (80) zur Synthese von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxid aufweist, wobei der erste Kohlendioxidabscheider (40) für das abgeschiedene Kohlendioxid mit der Harnstoffsynthesevorrichtung (80) verbunden ist, wobei der Ammoniakabscheider (70) ammoniakführend mit der Harnstoffsynthesevorrichtung (80) verbunden ist.
6. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kohlendioxidabscheider (130) derart mit dem Rezirkulationskreislauf (100) verbunden ist, dass Stickstoff über den Sekundärreformer (20) dem Rezirkulationskreislauf (100) zugeführt wird.
7. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kohlendioxidabscheider (130) derart mit dem Rezirkulationskreislauf (100) verbunden ist, dass Stickstoff über den autothermen Reaktor dem Rezirkulationskreislauf (100) zugeführt wird.
8. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verbrennungsvorrichtung und dem Reformer eine Entstaubungsvorrichtung (90) angeordnet ist.
9. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verbrennungsvorrichtung und dem Reformer ein Kompressor (K) angeordnet ist.
10. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsvorrichtung mit einem zweiten Kohlendioxidabscheider (130) verbunden ist, wobei der zweite Kohlendioxidabscheider (130) derart mit dem Rezirkulationskreislauf (100) verbunden ist, dass Stickstoff dem Rezirkulationskreislauf (100) zugeführt wird.
11.Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kohlendioxidabscheider (130) eine Ammoniak-Wasser-Wäsche ist.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verbrennungsvorrichtung und dem zweiten Kohlendioxidabscheider (130) eine Entstaubungsvorrichtung (90) angeordnet ist.
13.Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Wasserstoffguelle und der zweite Kohlendioxidabscheider (130) derart mit dem Rezirkulationskreislauf (100) verbunden sind, dass zunächst der Wasserstoffstrom der weiteren Wasserstoffquelle mit dem Stickstoffstrom des zweiten Kohlendioxidabscheiders (130) vereint wird, anschließend durch einen ersten Kompressor (K) geführt wird und danach durch einen Methanator geführt und dann dem Rezirkulationskreislauf (100) zugeführt wird.
14. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche und zur weiteren Synthese von Harnstoff aus dem hergestellten Ammoniak, wobei die Anlage einer Harnstoffsynthesevorrichtung (80) zur Synthese von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxid aufweist, wobei der Ammoniakabscheider (70) ammoniakführend mit der Harnstoffsynthesevorrichtung (80) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Verbrennungsvorrichtung aufweist, wobei Verbrennungsvorrichtung mit einem zweiten Kohlendioxidabscheider (130) verbunden ist, wobei der zweite Kohlendioxidabscheider (130) derart mit der Harnstoffsynthesevorrichtung (80) verbunden ist, dass Kohlendioxid der Harnstoffsynthesevorrichtung (80) zugeführt wird.
15.Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kohlendioxidabscheider (40) für das abgeschiedene Kohlendioxid mit der Harnstoffsynthesevorrichtung (80) verbunden ist.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kohlendioxidabscheider (130) ein Ammoniak-Wasser-Wäscher ist.
17.Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verbrennungsvorrichtung und dem zweiten Kohlendioxidabscheider (130) eine Entstaubungsvorrichtung (90) angeordnet ist.
18. Verfahren zur Kapazitätserweiterung einer bestehenden Anlage nach dem Stand der Technik, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage um eine weitere Wasserstoffquelle erweitert wird, wobei die weitere Wasserstoffquelle derart mit dem Rezirkulationskreislauf (100) verbunden wird, dass Wasserstoff dem
Rezirkulationskreislauf (100) zugeführt wird, wobei die Brennerseite (14) des Primärreformers (10) mit dem Sekundärreformer (20) verbunden wird.
19. Verfahren zur Kapazitätserweiterung einer bestehenden Anlage nach dem Stand der Technik, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage um eine weitere Wasserstoffquelle und einen zweiten Kohlendioxidabscheider (130) erweitert wird, wobei die weitere Wasserstoffquelle derart mit dem Rezirkulationskreislauf (100) verbunden wird, dass Wasserstoff dem Rezirkulationskreislauf (100) zugeführt wird, wobei die Brennerseite (14) des Primärreformers (10) mit dem zweiten Kohlendioxidabscheider (130) verbunden wird, wobei der zweite Kohlendioxidabscheider (130) derart mit dem Rezirkulationskreislauf (100) verbunden ist, dass Stickstoff dem Rezirkulationskreislauf (100) zugeführt wird, wobei der zweite Kohlendioxidabscheider (130) derart mit der Harnstoffsynthesevorrichtung (80) verbunden ist, dass Kohlendioxid der Harnstoffsynthesevorrichtung (80) zugeführt wird.
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