DE102016221967A1 - Process for the production of ammonia and ammonia synthesis converter - Google Patents
Process for the production of ammonia and ammonia synthesis converter Download PDFInfo
- Publication number
- DE102016221967A1 DE102016221967A1 DE102016221967.7A DE102016221967A DE102016221967A1 DE 102016221967 A1 DE102016221967 A1 DE 102016221967A1 DE 102016221967 A DE102016221967 A DE 102016221967A DE 102016221967 A1 DE102016221967 A1 DE 102016221967A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- catalyst bed
- heat exchanger
- ammonia synthesis
- synthesis converter
- gas stream
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
- B01J8/0403—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal
- B01J8/0407—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more cylindrical annular shaped beds
- B01J8/0415—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more cylindrical annular shaped beds the beds being superimposed one above the other
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
- B01J8/0496—Heating or cooling the reactor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
- C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
- C01C1/0417—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst characterised by the synthesis reactor, e.g. arrangement of catalyst beds and heat exchangers in the reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
- B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
- B01J2219/245—Plate-type reactors
- B01J2219/2461—Heat exchange aspects
- B01J2219/2462—Heat exchange aspects the reactants being in indirect heat exchange with a non reacting heat exchange medium
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak in einem Ammoniaksynthesekonverter, bei dem man einen Eduktgasstrom zunächst durch ein erstes Katalysatorbett (16) leitet, in dem eine Reaktion der Eduktgase stattfindet, wobei dem ersten Katalysatorbett ein Wärmetauscher (17) zugeordnet ist und man danach den Prozessgasstrom durch ein zweites Katalysatorbett (20) leitet, in dem eine weitere Reaktion der Eduktgase stattfindet, wobei dem zweiten Katalysatorbett ein weiterer Wärmetauscher (19) zugeordnet ist, wobei man den Eduktgasstrom dem Ammoniaksynthesekonverter in mindestens zwei Teilströmen über voneinander getrennte Einlässe (11, 18) zuführt, um die Temperatur der Prozessgasströme im Ammoniaksynthesekonverter zu beeinflussen und wobei man mindestens einen Teilstrom der Eduktgase als Kühlmedium durch einen der Wärmetauscher strömen lässt, um einen Wärmetausch mit einem den Wärmetauscher durchströmenden durch die Reaktion aufgeheizten Prozessgasstrom zu bewirken, und wobei man erfindungsgemäß den aus dem zweiten Katalysatorbett (20) ausströmenden Prozessgasstrom anschließend durch ein drittes Katalysatorbett (26) leitet. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Ammoniaksynthesekonverter (10), der in dem vorgenannten Verfahren eingesetzt wird. Bevorzugt verwendet man jeweils platzsparende Plattenwärmetauscher, die ein geringeres Volumen bei der gegebenen Wärmeleistung benötigen und es so möglich machen, das frei gewordene Volumen für zusätzlichen Katalysator zu verwenden und so die Produktion zu steigern.The present invention relates to a process for the preparation of ammonia in an ammonia synthesis converter, in which one passes a Eduktgasstrom first through a first catalyst bed (16), in which a reaction of the educt gases takes place, the first catalyst bed is associated with a heat exchanger (17) and one then passes the process gas stream through a second catalyst bed (20), in which a further reaction of the educt gases takes place, the second catalyst bed is associated with a further heat exchanger (19), wherein the Eduktgasstrom the ammonia synthesis converter in at least two partial streams via separate inlets (11 , 18) in order to influence the temperature of the process gas streams in the ammonia synthesis converter and wherein at least a partial flow of the educt gases can flow as a cooling medium through one of the heat exchangers to heat exchange with a heat exchanger flowing through the reaction heated Prozes to effect gas flow, and wherein according to the invention the process gas stream flowing out of the second catalyst bed (20) then passes through a third catalyst bed (26). The present invention furthermore relates to an ammonia synthesis converter (10) which is used in the aforementioned method. Preference is given to using each space-saving plate heat exchanger, which require a smaller volume at the given heat output and make it possible to use the freed volume for additional catalyst and thus to increase production.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak in einem Ammoniaksynthesekonverter, bei dem man einen Eduktgasstrom zunächst durch ein erstes Katalysatorbett leitet, in dem eine Reaktion der Eduktgase stattfindet, wobei dem ersten Katalysatorbett ein Wärmetauscher zugeordnet ist und man danach den Prozessgasstrom durch ein zweites Katalysatorbett leitet, in dem eine weitere Reaktion der Eduktgase stattfindet, wobei dem zweiten Katalysatorbett ein weiterer Wärmetauscher zugeordnet ist, wobei man den Eduktgasstrom dem Ammoniaksynthesekonverter in mindestens zwei Teilströmen über voneinander getrennte Einlässe zuführt, um die Temperatur der Prozessgasströme im Ammoniaksynthesekonverter zu beeinflussen und wobei man mindestens einen Teilstrom der Eduktgase als Kühlmedium durch einen der Wärmetauscher strömen lässt, um einen Wärmetausch mit einem den Wärmetauscher durchströmenden durch die Reaktion aufgeheizten Prozessgasstrom zu bewirken. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Ammoniaksynthesekonverter, welcher für die Herstellung von Ammoniak nach dem vorgenannten Verfahren geeignet ist.The present invention relates to a process for the preparation of ammonia in an ammonia synthesis converter, in which one passes a Eduktgasstrom first through a first catalyst bed in which a reaction of educt gases takes place, the first catalyst bed is associated with a heat exchanger and then the process gas stream through a second Catalyst bed passes, in which a further reaction of the educt gases takes place, wherein the second catalyst bed is associated with a further heat exchanger, wherein the Eduktgasstrom the ammonia synthesis converter in at least two partial streams via separate inlets to influence the temperature of the process gas streams in the ammonia synthesis converter and wherein at least a partial flow of educt gases can flow as a cooling medium through one of the heat exchangers to effect a heat exchange with a process gas flow through the reaction flowing through the heat exchanger. The present invention furthermore relates to an ammonia synthesis converter which is suitable for the production of ammonia by the abovementioned process.
Die Volumina der Druckbehälter für Ammoniak-Synthesereaktoren teilen sich prinzipiell auf die von den Katalysatorbetten, den Wärmetauschern und den Gaskanälen beanspruchten Teilvolumina auf. Bedingt durch die in der Regel verhältnismäßig hohen Arbeitsdrücke der Synthesereaktoren sind die Druckbehälter teure Komponenten. Eine Minimierung der spezifisch entsprechend teuren Druckbehältervolumina ist deshalb generell anzustreben.The volumes of the pressure vessels for ammonia synthesis reactor are divided in principle on the claimed by the catalyst beds, the heat exchangers and the gas channels partial volumes. Due to the generally relatively high working pressures of the synthesis reactors, the pressure vessels are expensive components. A minimization of the specifically correspondingly expensive pressure vessel volumes is therefore generally desirable.
Aus der US-Patentschrift
In Situationen, in denen ein Austausch der Konvertereinsätze wegen des Erreichens der Lebensdauergrenze erforderlich wird, ist oft auch eine Kapazitätssteigerung der Anlage erwünscht. Ammoniaksynthesekonverter, wie sie aus der zuvor erwähnten
Weiterhin nachteilig ist bei diesen Konvertern, an denen oft bereits Maßnahmen zur Erhöhung der Kapazität durchgeführt worden sind, dass der bereits hohe Druckverlust eine weitere Erhöhung der Prozessgasmenge unmöglich macht.Another disadvantage of these converters, on which measures have already been often carried out to increase the capacity, that the already high pressure loss makes a further increase in the amount of process gas impossible.
Die bei Ammoniaksynthesekonvertern verwendeten Rohrbündelwärmetauscher beanspruchen ein relativ großes Volumen pro übertragener Wärmeleistung (geringe Wärmestromdichte), so dass dadurch weniger Volumen für das Katalysatorbett zur Verfügung steht. Ein Wärmetauscher, der ein geringeres Volumen bei der gegebenen Wärmeleistung benötigt, macht es möglich, das frei gewordene Volumen für zusätzlichen Katalysator zu verwenden und so die Produktion zu steigern. Wenn es andererseits gelingt, den Druckverlust der Wärmetauscher bei unverändertem Volumen zu reduzieren, kann man die Kapazitätserhöhung allein durch eine Erhöhung der Gasmenge und somit ohne Erhöhung des Katalysatorvolumens erreichen.The tube bundle heat exchangers used in ammonia synthesis converters require a relatively large volume per transferred heat output (low heat flow density), so that less volume is available for the catalyst bed. A heat exchanger that requires less volume at the given heat output makes it possible to use the freed volume for additional catalyst to increase production. On the other hand, if it is possible to reduce the pressure loss of the heat exchanger at the same volume, one can achieve the capacity increase solely by increasing the amount of gas and thus without increasing the catalyst volume.
Bauartbedingt ist die spezifische Wärmeübertragungsleistung von Rohrbündel-Wärmetauschern begrenzt und wird von anderen Bauarten wie z.B. Plattenwärmetauschern deutlich übertroffen. Im Gegensatz zu Rohrbündel-Wärmetauschern sind Plattenwärmetauscher allerdings hinsichtlich der zulässigen Druckdifferenz zwischen den beiden Stoffströmen auf etwa 20 bar begrenzt. Da die Druckdifferenz bei Einsatz des Plattenwärmetauschers in einem Ammoniaksynthesekonverter der hier beschriebenen Art auf die Druckverluste in den Katalysatorbetten und Strömungskanälen beschränkt ist und unter etwa 5 bar liegt, ist hier der Einsatz von Plattenwärmetauschern grundsätzlich möglich.Due to the nature of the specific heat transfer performance of shell and tube heat exchangers is limited and is of other types such. Plate heat exchangers clearly exceeded. In contrast to shell and tube heat exchangers, however, plate heat exchangers are limited to approximately 20 bar with regard to the permissible pressure difference between the two material streams. Since the pressure difference when using the plate heat exchanger in an ammonia synthesis converter of the type described here is limited to the pressure losses in the catalyst beds and flow channels and is below about 5 bar, the use of plate heat exchangers is basically possible.
Standard-Plattenwärmetauscher werden üblicherweise mit einer Vielzahl paralleler rechteckiger Platten mit vier Zuleitungsrohren (je zwei für kalten und warmen Strom) ausgeführt. Dabei sind die Platten nicht eben, sondern haben eine komplexe gewellte Form, meist im Fischgrätmuster, um die Wärmeübertragungsfläche zu erhöhen und den Wärmeübergang durch höheren Turbulenzgrad zu verbessern sowie die mechanische Abstützung der in der Regel recht dünnen Platten untereinander zu gewährleisten. Weniger verbreitet, aber grundsätzlich bekannt, sind runde Plattenwärmetauscher.Standard plate heat exchangers are usually made with a plurality of parallel rectangular ones Plates with four supply pipes (two each for cold and warm electricity). The plates are not flat, but have a complex undulating shape, usually in herringbone pattern to increase the heat transfer surface and to improve the heat transfer through higher turbulence and to ensure the mechanical support of the usually quite thin plates with each other. Less common, but basically known, are round plate heat exchangers.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak in einem Ammoniaksynthesekonverter mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, in dem bei vergleichbarem Konvertervolumen eine Kapazitätssteigerung gegenüber bekannten Konvertern erreichbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, einen für dieses Verfahren geeigneten Ammoniaksynthesekonverter zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to provide a process for the production of ammonia in an ammonia synthesis converter having the features of the aforementioned type, in which a comparable increase in capacity can be achieved over known converters with a comparable volume of converter. The object of the invention is also to provide an ammonia synthesis converter suitable for this process.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Ammoniaksynthesekonverter mit den Merkmalen des Anspruchs 12.The solution of the aforementioned object provides a method of the type mentioned above with the features of claim 1 and an ammonia synthesis converter with the features of
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass man den aus dem zweiten Katalysatorbett ausströmenden Prozessgasstrom anschließend durch ein drittes Katalysatorbett leitet.According to the invention, the process gas stream flowing out of the second catalyst bed is subsequently passed through a third catalyst bed.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sieht vor, dass man den Eduktgasstrom in einem dritten Wärmetauscher vorwärmt, bevor der Eduktgasstrom durch das erste Katalysatorbett geleitet wird, wobei der dritte Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist. Dies schafft die Möglichkeit einen effektiven und platzsparenden Plattenwärmetauscher in dem verjüngten Kopfbereich des Ammoniaksynthesekonverters unterzubringen, in dem nur ein reduzierter Bauraum zur Verfügung steht.A preferred further development of the task solution according to the invention provides that the educt gas stream is preheated in a third heat exchanger before the educt gas stream is passed through the first catalyst bed, the third heat exchanger being designed as a plate heat exchanger. This makes it possible to accommodate an effective and space-saving plate heat exchanger in the tapered head region of the ammonia synthesis converter, in which only a reduced space available.
Vorteilhaft ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Einsatz besonders platzsparender runder Plattenwärmetauscher mit direkter seitlicher Einströmung des heißen Gases, wie sie beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten älteren Anmeldung
Bei den im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Plattenwärmetauschern handelt es sich bevorzugt um besonders platzsparende runde Wärmetauscher der vorgenannten Art. Diese haben den Vorteil, dass der Prozessgasstrom zunächst das erste Katalysatorbett im Wesentlichen in radialer Richtung vollständig durchströmen kann und danach den diesem Katalysatorbett zugeordneten ersten Wärmetauscher durchströmt. Der Plattenwärmetauscher reduziert somit nicht das Volumen des Katalysatorbetts, da er anders als im Stand der Technik nicht in das Katalysatorbett hineinragt, sondern konzentrisch radial innenseitig zu dem Katalysatorbett angeordnet ist, so dass das Katalysatorbett den Wärmetauscher ringförmig außenseitig umgibt.The plate heat exchangers used in the present invention are preferably particularly space-saving round heat exchangers of the aforementioned type. These have the advantage that the process gas stream can first completely flow through the first catalyst bed substantially in the radial direction and then the first heat exchanger associated with this catalyst bed flows through. The plate heat exchanger thus does not reduce the volume of the catalyst bed, since it does not protrude into the catalyst bed, as in the prior art, but is arranged concentrically radially inwardly to the catalyst bed, so that the catalyst bed surrounds the heat exchanger on the outside ring.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist entsprechend vorgesehen, dass der Prozessgasstrom zunächst das zweite Katalysatorbett im Wesentlichen in radialer Richtung vollständig durchströmt und danach einen diesem Katalysatorbett zugeordneten zweiten Wärmetauscher durchströmt.According to a preferred development of the present invention, it is accordingly provided that the process gas stream first flows through the second catalyst bed substantially completely in the radial direction and then flows through a second heat exchanger assigned to this catalyst bed.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung strömt der Prozessgasstrom in den ersten und/oder den zweiten Wärmetauscher im Wesentlichen in radialer Richtung ein und strömt in axialer Richtung aus dem jeweiligen Wärmetauscher aus. Dies ist durch eine spezifische kompakte und platzsparende Bauweise der Plattenwärmetauscher möglich. Im Wesentlichen axial aus dem ersten Wärmetauscher ausströmendes Prozessgas kann beispielsweise in einem Zwischenraum zwischen dem ersten Katalysatorbett und dem zweiten Katalysatorbett wieder radial nach außen strömen, so dass der Prozessgasstrom dann in das zweite Katalysatorbett wieder von radial außen eintritt und dieses von außen nach innen durchströmt, um danach nach Aufheizung durch die Reaktion im Katalysatorbett durch den zweiten Wärmetauscher zu strömen.According to a preferred development of the present invention, the process gas stream flows into the first and / or the second heat exchanger essentially in the radial direction and flows out of the respective heat exchanger in the axial direction. This is possible by a specific compact and space-saving design of the plate heat exchanger. Substantially axially out of the first heat exchanger effluent process gas, for example, in a space between the first catalyst bed and the second catalyst bed again flow radially outward, so that the process gas stream then enters the second catalyst bed again from radially outside and flows through this from outside to inside, thereafter to flow through the second heat exchanger after heating by the reaction in the catalyst bed.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt man einen ersten Eduktgasstrom, welcher einen Hauptgasstrom der Eduktgase darstellt, in einem unteren Bereich durch einen ersten Einlass dem Ammoniaksynthesekonverter zu, führt diesen Hauptgasstrom dann im Ammoniaksynthesekonverter in einem radial äußeren Bereich nach oben, leitet ihn dann durch den dritten Wärmetauscher und wärmt ihn so vor und führt ihn dann dem ersten Katalysatorbett zu.According to a preferred development of the process according to the invention, a first educt gas stream, which constitutes a main gas stream of the educt gases, in a lower region through a first inlet to the ammonia synthesis converter, then guides this main gas stream upwards in the ammonia synthesis converter in a radially outer region, then passes it through the third heat exchanger and so warms him and then leads him to the first catalyst bed.
Weiterhin führt man bevorzugt einen zweiten Eduktgasstrom, welcher einen verglichen mit dem Hauptgasstrom geringeren Teilgasstrom der Eduktgase darstellt, in einem mittleren Bereich durch einen zweiten Einlass dem Ammoniaksynthesekonverter zu, leitet ihn dann im Ammoniaksynthesekonverter als Kühlmittel durch den zweiten Wärmetauscher, wärmt ihn so vor und führt ihn dann dem ersten Katalysatorbett zu. Furthermore, it is preferred to introduce a second educt gas stream, which represents a smaller partial gas stream of the educt gases compared to the main gas stream, to the ammonia synthesis converter in a central region through a second inlet, then directs it in the ammonia synthesis converter as coolant through the second heat exchanger, warming it up and leading it then him to the first catalyst bed.
Weiterhin führt man bevorzugt einen dritten Eduktgasstrom, welcher einen verglichen mit dem Hauptgasstrom geringeren Teilgasstrom der Eduktgase darstellt, in einem oberen Bereich durch einen dritten Einlass dem Ammoniaksynthesekonverter zu, leitet ihn dann im Ammoniaksynthesekonverter als Kühlmittel durch den ersten Wärmetauscher und wärmt ihn so vor und führt ihn dann dem ersten Katalysatorbett zu.Furthermore, it is preferable to introduce a third reactant gas stream, which represents a smaller partial gas stream of the educt gases compared to the main gas stream, to the ammonia synthesis converter in an upper region through a third inlet, then conduct it in the ammonia synthesis converter as coolant through the first heat exchanger, thus heating and leading it then him to the first catalyst bed.
Auf diese Weise leitet man bevorzugt wenigstens drei verschiedene Teilströme der Eduktgase in drei verschiedenen Bereichen in den Ammoniaksynthesekonverter ein und man leitet alle drei Teilströme der Eduktgase erst durch das erste Katalysatorbett, danach durch das zweite Katalysatorbett und danach durch das dritte Katalysatorbett, so dass alle Teilströme jeweils an der Reaktion in allen drei Katalysatorbetten teilnehmen.In this way, it is preferred to introduce at least three different partial streams of educt gases into the ammonia synthesis converter in three different regions and to pass all three partial streams of the educt gases first through the first catalyst bed, then through the second catalyst bed and then through the third catalyst bed, so that all partial streams each participate in the reaction in all three catalyst beds.
Die vorgenannte bevorzugte erfindungsgemäße Lösung hat aufgrund ihrer spezifischen Stromführung des Prozessgasstroms im Ammoniakkonverter einen weiteren Vorteil gegenüber vorbekannten Lösungsansätzen, bei denen ein vergleichsweise großer Anteil der kalten Eduktgase (beispielsweise in einer Größenordnung von etwa 25 % des gesamten zugeführten Eduktgasstroms) zur Abkühlung des Produktgases nach dem ersten Katalysatorbett durch direkte Zumischung (sogenannter Quench) genutzt wird. Dies hat nämlich zur Folge, dass das durch Reaktion im ersten Katalysatorbett entstandene Produktgas durch den zugeführten frischen Quenchgasstrom verdünnt wird. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, diesen Anteil des Quenchgases deutlich zu reduzieren. Die als Hauptstrom in den Ammoniaksynthesekonverter eingeleiteten frischen Eduktgase werden nun zunächst in einem Wärmetauscher indirekt vorgewärmt und nach der Vermischung mit den „kalten“ Teilströmen, die ebenfalls jeweils durch einen Wärmetauscher geleitet wurden, wird der vereinigte Prozessgasstrom dem ersten Katalysatorbett zugeführt.Due to its specific current flow of the process gas stream in the ammonia converter, the abovementioned preferred solution according to the invention has a further advantage over previously known approaches, in which a comparatively large proportion of the cold educt gases (for example of the order of about 25% of the total feed gas stream) for cooling the product gas after first catalyst bed is used by direct admixture (so-called quench). This has the consequence that the product gas formed by reaction in the first catalyst bed is diluted by the supplied fresh quench gas stream. The solution according to the invention makes it possible to significantly reduce this proportion of quenching gas. The fresh educt gases introduced as the main stream into the ammonia synthesis converter are now first indirectly preheated in a heat exchanger and after mixing with the "cold" substreams, which are also each passed through a heat exchanger, the combined process gas stream is fed to the first catalyst bed.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass man einen Teilgasstrom, den man als Kühlmittel durch den zweiten Wärmetauscher leitet, anschließend durch die Austrittsports des Wärmetauschfluids des ersten Wärmetauschers leitet und mit dem Strom des austretenden Wärmetauschfluids des ersten Wärmtauschers vereint. Diese Maßnahme erspart Platz für weitere Zuleitungswege und verbessert darüber hinaus die Vermischung der Teilströme vor dem Eintritt des Eduktgasstroms in das erste Katalysatorbett.A further preferred embodiment of the method according to the invention provides that a partial gas stream, which is passed as a coolant through the second heat exchanger, then passes through the outlet ports of the heat exchange fluid of the first heat exchanger and combined with the flow of the exiting heat exchange fluid of the first heat exchanger. This measure saves space for additional supply lines and also improves the mixing of the partial streams before the entry of the educt gas stream into the first catalyst bed.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Ammoniaksynthesekonverter umfassend einen Druckbehälter, ein erstes ringförmig ausgebildetes Katalysatorbett in diesem Druckbehälter sowie wenigstens einen ersten diesem Katalysatorbett zugeordneten Wärmetauscher im Bereich zwischen dem ersten Katalysatorbett und einer Innenwand des Druckbehälters, weiterhin umfassend ein zweites ringförmig ausgebildetes Katalysatorbett in diesem Druckbehälter sowie wenigstens einen zweiten diesem Katalysatorbett zugeordneten Wärmetauscher im Bereich zwischen dem zweiten Katalysatorbett und einer Innenwand des Druckbehälters, wobei der erste und der zweite Wärmetauscher jeweils als Plattenwärmetauscher ausgebildet sind, wobei wenigstens ein dritter Wärmetauscher vorgesehen ist, welcher in Strömungsrichtung des in den Druckbehälter einströmenden Eduktgasstroms gesehen dem ersten Katalysatorbett vorgeschaltet ist und wobei erfindungsgemäß der dritte Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist.The present invention furthermore relates to an ammonia synthesis converter comprising a pressure vessel, a first annular catalyst bed in this pressure vessel and at least one first heat exchanger associated with this catalyst bed in the region between the first catalyst bed and an inner wall of the pressure vessel, further comprising a second annular catalyst bed in said pressure vessel and at least one second heat exchanger associated with this catalyst bed in the region between the second catalyst bed and an inner wall of the pressure vessel, wherein the first and the second heat exchanger are each formed as a plate heat exchanger, wherein at least a third heat exchanger is provided, which in the flow direction of the Eduktgasstroms flowing into the pressure vessel is seen upstream of the first catalyst bed and wherein according to the invention, the third heat exchanger as a plate heat auscher is formed.
Vorzugsweise umfasst der Ammoniaksynthesekonverter ein drittes Katalysatorbett, welches im Strömungsweg des Prozessgasstroms dem zweiten Katalysatorbett und dem zweiten Wärmetauscher nachgeschaltet ist.Preferably, the ammonia synthesis converter comprises a third catalyst bed, which is connected downstream of the second catalyst bed and the second heat exchanger in the flow path of the process gas stream.
Dieses dritte Katalysatorbett erstreckt sich bevorzugt im Ammoniaksynthesekonverter weiter nach radial innen als die beiden anderen Katalysatorbetten. Insbesondere ist auf der Höhe des dritten Katalyatorbettes kein weiterer Wärmetauscher vorgesehen, so dass die radiale Erstreckung des dritten Katalysatorbettes bis nahezu zur Behältermitte reichen kann und somit dieses Katalysatorbett ein größeres Volumen aufweisen kann. Eine Abkühlung in gewissem Umfang erfahren die aus dem dritten Katalysatorbett austretenden Produktgase dennoch, wenn sie, wie bevorzugt im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, vor dem ausströmen aus dem Konverter durch den dritten Plattenwärmetauscher geleitet werden, im Gegenstrom zu dem einströmenden Hauptgasstrom der Eduktgase, die hier vorgewärmt werden.This third catalyst bed preferably extends further in the ammonia synthesis converter radially inward than the other two catalyst beds. In particular, no further heat exchanger is provided at the level of the third catalyst bed, so that the radial extent of the third catalyst bed can reach almost to the center of the container and thus this catalyst bed can have a larger volume. Cooling to some extent, however, the product gases exiting from the third catalyst bed, if they are, as preferred in the process according to the invention, passed before flowing out of the converter through the third plate heat exchanger, in countercurrent to the incoming main gas stream of educt gases preheated here become.
Vorzugsweise ist dabei der Einlass für den Eduktgasstrom im unteren Bereich des Druckbehälters angeordnet und der dritte Wärmetauscher ist im oberen Bereich des Druckbehälters oberhalb des ersten Katalysatorbetts angeordnet. Bei dieser Konzeption werden die unten in den Konverter eintretenden Eduktgase zunächst außerhalb des Reaktorraums im Konverter nach oben geleitet und strömen dann von oben her durch den dort vorgesehenen dritten Plattenwärmetauscher, bevor sie in das erste Katalysatorbett eintreten.Preferably, the inlet for the educt gas stream is arranged in the lower region of the pressure vessel and the third heat exchanger is arranged in the upper region of the pressure vessel above the first catalyst bed. In this conception, the educt gases entering the converter are first led upwards outside the reactor space in the converter and then flow off above by the provided there third plate heat exchanger before they enter the first catalyst bed.
Vorzugsweise ist das zweite Katalysatorbett im Druckbehälter unterhalb des ersten Katalysatorbetts angeordnet und das dritte Katalysatorbett ist wiederum unterhalb des zweiten Katalysatorbetts und im unteren Bereich des Behälters angeordnet.Preferably, the second catalyst bed is disposed in the pressure vessel below the first catalyst bed, and the third catalyst bed is in turn disposed below the second catalyst bed and at the bottom of the vessel.
Vorzugsweise ist eine axiale mittige Rohrleitung oder ein axiales mittiges Rohrleitungssystem im Behälter angeordnet, in welches der Produktgasstrom nach Durchtritt durch das dritte Katalysatorbett von unten her einströmt und welches einen Auslass für einen Produktgasstrom im oberen Bereich des Behälters aufweist. Der Behälter hat so eine kompakte Bauweise. Das unten einströmende Eduktgas (bzw. dessen Hauptstrom) strömt zunächst außerhalb der Katalysatorbetten nach oben, durchströmt dann im Innenbereich alle drei Katalysatorbetten von oben nach unten und erfährt danach wiederum eine Strömungsumlenkung und strömt durch eine etwa mittige Rohrleitung von unten nach oben, wo es aus dem Konverter austritt.Preferably, an axial central pipe or an axial central piping system is arranged in the container, in which the product gas stream flows in from the bottom after passing through the third catalyst bed and which has an outlet for a product gas stream in the upper region of the container. The container has a compact design. The educt gas (or its main stream) flowing in at the bottom first flows upwards outside the catalyst beds, then flows through all three catalyst beds from top to bottom in the interior and then undergoes a flow diversion and flows through an approximately central pipeline from bottom to top, where it exits exits the converter.
Die vorgenannte axiale mittige Rohrleitung für den Produktgasstrom ist dann im oberen Bereich des Konverters und in ihrem Ausströmbereich durch den dritten Wärmetauscher hindurchgeführt, bevor sie aus dem Konverter austritt.The aforementioned axial central pipeline for the product gas stream is then passed through the third heat exchanger in the upper region of the converter and in its outflow region before it exits the converter.
Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ammoniaksynthesekonverters sieht vor, dass der dritte Wärmetauscher in einem oberen im Querschnitt verengten Bereich des Druckbehälters angeordnet ist. Diese Querschnittsverengung ist bei bestimmten Konvertertypen vorhanden und kann gemäß der Erfindung für die Unterbringung des dritten Plattenwärmetauschers genutzt werden. Die Katalysatorbetten, von denen das erste und das zweite bevorzugt jeweils einen Plattenwärmetauscher ringförmig umgeben, sich also auf gleicher axialer Höhe im Behälter befinden wie jeweils ein diesen zugeordneter Plattenwärmetauscher, benötigen mehr Raum und sind daher in dem unter der Querschnittsverengung gelegenen Bereich des Konverters angeordnet, in dem der Konverter einen größeren Querschnitt aufweist.A preferred constructional embodiment of the ammonia synthesis converter according to the invention provides that the third heat exchanger is arranged in an upper region, narrowed in cross-section, of the pressure vessel. This cross-sectional constriction is present in certain converter types and can be used according to the invention for the accommodation of the third plate heat exchanger. The catalyst beds, of which the first and the second preferably in each case surround a plate heat exchanger annular, so are at the same axial height in the container as each associated with a plate heat exchanger, require more space and are therefore located in the region located below the cross-sectional constriction of the converter, in which the converter has a larger cross-section.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Längsschnitts durch eine Hälfte eines erfindungsgemäßen Ammoniaksynthesekonverters.
-
1 a schematically simplified representation of a longitudinal section through one half of an ammonia synthesis according to the invention.
Nachfolgend wird zunächst unter Bezugnahme auf
Nach dem Durchströmen des ersten Katalysatorbetts
Der erste Plattenwärmetauscher
Das Prozessgas verlässt nach der Reaktion im ersten Katalysatorbett
Hier erkennt man einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Strömungsführung der Teilströme, da der kühlende Teilstrom aus der Zuleitung
Der Prozessgasstrom, der nach der Reaktion im zweiten Katalysatorbett
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- AmmoniaksynthesekonverterAmmonia synthesis converter
- 1111
- Einlass untenInlet below
- 1212
- Kanalchannel
- 1313
- Pfeilearrows
- 1414
- verjüngter Kopfbereichtapered head area
- 1515
- dritter Plattenwärmetauscherthird plate heat exchanger
- 1616
- erstes Katalysatorbettfirst catalyst bed
- 1717
- erster Plattenwärmetauscherfirst plate heat exchanger
- 1818
- Zuleitungsupply
- 1919
- zweiter Plattenwärmetauschersecond plate heat exchanger
- 2020
- zweites Katalysatorbettsecond catalyst bed
- 2121
- Pfeilarrow
- 2222
- Zuleitungsupply
- 2323
- Pfeilarrow
- 2424
- Zwischenraumgap
- 2525
- Pfeilarrow
- 2626
- drittes Katalysatorbettthird catalyst bed
- 2727
- Pfeilarrow
- 2828
- mittiger Strömungskanalcentral flow channel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 7780925 B2 [0003, 0004]US 7780925 B2 [0003, 0004]
- DE 2016114713 [0013]DE 2016114713 [0013]
Claims (19)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016221967.7A DE102016221967A1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | Process for the production of ammonia and ammonia synthesis converter |
EP17754113.3A EP3497057B1 (en) | 2016-08-09 | 2017-08-03 | Method for producing ammonia, and ammonia synthesis converter |
PCT/EP2017/069677 WO2018029081A1 (en) | 2016-08-09 | 2017-08-03 | Method for producing ammonia, and ammonia synthesis converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016221967.7A DE102016221967A1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | Process for the production of ammonia and ammonia synthesis converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016221967A1 true DE102016221967A1 (en) | 2018-05-09 |
Family
ID=62003299
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016221967.7A Ceased DE102016221967A1 (en) | 2016-08-09 | 2016-11-09 | Process for the production of ammonia and ammonia synthesis converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102016221967A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6916453B2 (en) * | 2000-05-11 | 2005-07-12 | Methanol Casale S.A. | Reactor for exothermic or endothermic heterogeneous reactions |
EP1707259A1 (en) * | 2005-04-01 | 2006-10-04 | Methanol Casale S.A. | Reactor for the heterogeneous synthesis of chemical compounds |
US7780925B2 (en) | 2004-07-29 | 2010-08-24 | Methanol Casale S.A. | Fixed-bed catalytic reactor |
DE102016114713A1 (en) | 2016-08-09 | 2018-02-15 | Thyssenkrupp Ag | Synthesizer and method of making a product |
-
2016
- 2016-11-09 DE DE102016221967.7A patent/DE102016221967A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6916453B2 (en) * | 2000-05-11 | 2005-07-12 | Methanol Casale S.A. | Reactor for exothermic or endothermic heterogeneous reactions |
US7780925B2 (en) | 2004-07-29 | 2010-08-24 | Methanol Casale S.A. | Fixed-bed catalytic reactor |
EP1707259A1 (en) * | 2005-04-01 | 2006-10-04 | Methanol Casale S.A. | Reactor for the heterogeneous synthesis of chemical compounds |
DE102016114713A1 (en) | 2016-08-09 | 2018-02-15 | Thyssenkrupp Ag | Synthesizer and method of making a product |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3497058B1 (en) | Synthesis device and method for producing a product | |
EP1681091B1 (en) | Reactor with tube bundle for carrying out exothermal or endothermal reactions | |
DE2815856A1 (en) | REACTOR | |
DE2710247A1 (en) | PROCEDURE FOR AMMONIA SYNTHESIS AND CONVERTER FOR THIS | |
EP3585509B1 (en) | Heat exchanger and reactor | |
DE102018113735A1 (en) | Process, tube bundle reactor and reactor system for carrying out catalytic gas phase reactions | |
EP3497392B1 (en) | Use of a plate heat exchanger and of a synthesis device, and method for producing a product | |
EP2872443B1 (en) | Device and method for producing phosgene | |
EP3416916B1 (en) | Nh3 synthesis configuration for large-scale installations | |
DE2631884A1 (en) | STEAM HYDROCARBON REFORMING DEVICE | |
EP2104557B1 (en) | Ammonia converter | |
EP0272448B1 (en) | Apparatus for use as an ammoniac reactor | |
EP3341113B1 (en) | Reactor and method for catalytic conversion of a gas mixture | |
DE3590168T (en) | Reaction vessel | |
DE102016221967A1 (en) | Process for the production of ammonia and ammonia synthesis converter | |
DE102018113737A1 (en) | Process and reactor system for carrying out catalytic gas phase reactions | |
EP3497057B1 (en) | Method for producing ammonia, and ammonia synthesis converter | |
DE2504343C2 (en) | Process and reactor for carrying out exothermic catalytic reactions | |
DE2312572C2 (en) | Catalytic reactor | |
EP3497059B1 (en) | Ammonia synthesis converterand method for producing ammonia | |
AT273174B (en) | Device for carrying out exothermic catalytic gas reactions, in particular ammonia synthesis | |
EP4269345A1 (en) | Method and reactor for catalytic conversion of a feed stream | |
DE1542531C (en) | Synthesis reactor with temperature control device for the catalyst layer | |
DD253151A3 (en) | METHOD AND DEVICE FOR THE CATALYTIC MANUFACTURE OF AMMONIA | |
DE2424664A1 (en) | METHOD AND REACTOR FOR CARRYING OUT EXOTHERMAL CATALYTIC GAS REACTIONS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: THYSSENKRUPP INDUSTRIAL SOLUTIONS AG, DE Free format text: FORMER OWNERS: THYSSENKRUPP AG, 45143 ESSEN, DE; THYSSENKRUPP INDUSTRIAL SOLUTIONS AG, 45143 ESSEN, DE Owner name: THYSSENKRUPP AG, DE Free format text: FORMER OWNERS: THYSSENKRUPP AG, 45143 ESSEN, DE; THYSSENKRUPP INDUSTRIAL SOLUTIONS AG, 45143 ESSEN, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: THYSSENKRUPP INDUSTRIAL SOLUTIONS AG, DE Free format text: FORMER OWNERS: THYSSENKRUPP AG, 45143 ESSEN, DE; THYSSENKRUPP INDUSTRIAL SOLUTIONS AG, 45143 ESSEN, DE Owner name: THYSSENKRUPP AG, DE Free format text: FORMER OWNERS: THYSSENKRUPP AG, 45143 ESSEN, DE; THYSSENKRUPP INDUSTRIAL SOLUTIONS AG, 45143 ESSEN, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |