DE102017204208A1 - Process and plant for the production and preparation of a synthesis gas mixture - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und Aufbereitung eines Synthesegasgemisches für die Herstellung von Ammoniak, bei dem ein Kohlenwasserstoffe und Dampf enthaltendes Ausgangsgasgemisch in einem autothermen Reformer (49) mittels Sauerstoff in ein Rohsynthesegasgemisch umgewandelt wird, welches nach weiterer Aufbereitung mindestens einer Ammoniak-synthese (15, 45) zugeführt wird, bei dem man erfindungsgemäß nur einen Teilstrom (48) des Ausgangsgasgemisches dem autothermen Reformer (49) zuführt, während man einen weiteren Teilstrom (32) des Ausgangsgasgemisches einem Primärreformer (33) und anschließend dem Sekundärreformer (20) zuführt und das in diesen Primär- und Sekundärreformern erzeugte Gasgemisch gegebenenfalls nach weiterer Aufbereitung ebenfalls einer Ammoniaksynthese (15, 45) zuführt, wobei eine endgültige Stickstoffzugabe unmittelbar vor der Synthese erfolgt und wobei der Stickstoff auf den Synthesedruck gepumpt bzw. verdichtet wird. Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass eine massive Entlastung aller Prozesseinheiten zwischen dem Sekundärreformer und der Hauptsynthese erzielt wird, einschließlich des Prozessluftkompressors und des Synthesegaskompressors. Gegenüber einer Variante mit nur einem autothermen Reformer besteht neben weiteren Vorteilen beispielsweise ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kombination mit dem Primärreformer darin, dass die Wärme im Rauchgaskanal des Primärreformers genutzt werden kann.The present invention relates to a process for the production and preparation of a synthesis gas mixture for the production of ammonia, in which a hydrocarbon and steam-containing starting gas mixture is converted in an autothermal reformer (49) by means of oxygen in a Rohsynthesegasgemisch, which after further processing at least one ammonia synthesis (15, 45) is fed, in which according to the invention only a partial stream (48) of the starting gas mixture to the autothermal reformer (49) supplies while a further partial stream (32) of the starting gas mixture a primary reformer (33) and then the secondary reformer (20) feeds and the gas mixture produced in these primary and secondary reformers optionally after further treatment also an ammonia synthesis (15, 45), wherein a final nitrogen addition takes place immediately prior to synthesis and wherein the nitrogen is pumped or compressed to the synthesis pressure. An advantage of this method is that a massive relief of all process units between the secondary reformer and the main synthesis is achieved, including the process air compressor and the synthesis gas compressor. Compared to a variant with only one autothermal reformer, among other advantages, for example, an advantage of the combination according to the invention with the primary reformer is that the heat in the flue gas channel of the primary reformer can be used.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und Aufbereitung eines Synthesegasgemisches für die Herstellung von Ammoniak, bei dem ein Kohlenwasserstoffe enthaltendes Ausgangsgasgemisch in einem autothermen Reformer (ATR) mittels Dampf und Sauerstoff in ein Rohsynthesegasgemisch umgewandelt wird, welches gegebenenfalls nach weiterer Aufbereitung mindestens einem Ammoniaksynthesereaktor zugeführt wird.The present invention relates to a process for the production and preparation of a synthesis gas mixture for the production of ammonia, in which a hydrocarbon-containing starting gas mixture is converted in an autothermal reformer (ATR) by means of steam and oxygen in a Rohsynthesegasgemisch, which optionally supplied after further treatment at least one ammonia synthesis reactor becomes.
Bei bestehenden Ammoniakanlagen gibt es im Bereich verschiedener Anlagenteile Engpässe, die eine gewünschte Kapazitätserhöhung verhindern. Dies sind insbesondere der Primärreformer, der Sekundärreformer, der Prozessluftkompressor, die CO2-Wäsche, der Synthesegaskompressor und der Ammoniaksynthesereaktor. Die Umgehung dieser Engpässe erfordert teure Maßnahmen. Hier gibt es von verschiedenen Anbietern unterschiedliche Konzepte zur wirtschaftlichen Umgestaltung und Erneuerung bestehender Anlagen (so genanntes „Revamp“).In the case of existing ammonia plants, there are bottlenecks in the area of various plant components which prevent a desired increase in capacity. These are in particular the primary reformer, the secondary reformer, the process air compressor, the CO 2 scrubbing, the synthesis gas compressor and the ammonia synthesis reactor. The circumvention of these bottlenecks requires expensive measures. There are different concepts from different providers for the economic transformation and renewal of existing plants (so-called "revamp").
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erzeugung und Aufbereitung eines Synthesegasgemisches für die Herstellung von Ammoniak mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches eine Kapazitätserhöhung einer Ammoniakanlage unter Umgehung bzw. mit deutlicher Abschwächung der oben genannte Engpässe ermöglicht.The object of the present invention is to provide a process for the production and preparation of a synthesis gas mixture for the production of ammonia having the features of the aforementioned type, which allows an increase in capacity of an ammonia plant bypassing or significantly weakening the abovementioned bottlenecks ,
Ein weiteres Anliegen der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Luftzerlegungsanlage effizient in die Revamp-Maßnahmen einer bestehenden Ammoniakanlage zu integrieren.Another concern of the present invention is to efficiently integrate an air separation plant into the revamping operations of an existing ammonia plant.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert ein Verfahren zur Erzeugung und Aufbereitung eines Synthesegasgemisches für die Herstellung von Ammoniak der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The solution of the aforementioned object provides a process for the production and preparation of a synthesis gas mixture for the production of ammonia of the type mentioned above with the features of claim 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass man nur einen Teilstrom des Ausgangsgasgemisches dem autothermen Reformer zuführt, während man einen weiteren Teilstrom des Ausgangsgasgemisches einem Primärreformer und vorzugsweise anschließend einem Sekundärreformer zuführt und das dort erzeugte Gasgemisch gegebenenfalls nach weiteren, an sich bekannten, Aufbereitungsschritten ebenfalls einem Ammoniaksynthesereaktor zuführt, wobei man das Synthesegasgemisch auf einen erhöhten Druck bringt und diesem aus mindestens einer Leitung weiteren Stickstoff zuführt, bevor das Synthesegasgemisch in eine ein- oder mehrstufige Ammoniak-Synthese gelangtAccording to the invention, it is provided that only a partial stream of the starting gas mixture is fed to the autothermal reformer while a further partial stream of the starting gas mixture is fed to a primary reformer and preferably subsequently to a secondary reformer and the gas mixture produced there is also fed to an ammonia synthesis reactor, if appropriate after further, known, treatment steps. wherein the synthesis gas mixture is brought to an elevated pressure and feeds it from at least one line further nitrogen before the synthesis gas mixture enters into a one- or multi-stage ammonia synthesis
Vorzugsweise zweigt man einen ersten, dem Primärreformer zugeführten Teilstrom aus einer die Kohlenwasserstoffe und Dampf enthaltendes Gasgemisch führenden Leitung ab und führt den übrigen Teilstrom dieses Gasgemisches dem autothermen Reformer zu.Preferably, a first partial stream fed to the primary reformer is branched off from a line containing the hydrocarbons and steam and leads the others Partial flow of this gas mixture to the autothermal reformer too.
Bevorzugt wird bei der Variante mit Verwendung eines Primärreformers das aus dem Primärreformer austretende Gasgemisch einem Sekundärreformer zugeleitet.Preferably, in the variant using a primary reformer, the gas mixture leaving the primary reformer is fed to a secondary reformer.
Bei dieser bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sind somit neben dem autothermen Reformer ein Primärreformer und ein Sekundärreformer vorgesehen. Der Sekundärreformer kann beispielsweise mit angereicherter Luft betrieben werden.In this preferred variant of the method according to the invention, a primary reformer and a secondary reformer are thus provided in addition to the autothermal reformer. The secondary reformer can be operated, for example, with enriched air.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vereint man den in dem autothermen Reformer behandelten Rohsynthesegasstrom und den in dem Primärreformer behandelten Rohsynthesegasstrom und danach erfolgt eine gemeinsame Aufbereitung dieser Gasströme, bevor diese einem Ammoniaksynthesereaktor zugeführt werden. Das Vereinen erfolgt bevorzugt vor der CO-Konvertierung, noch bevorzugter vor der Abkühlstrecke, d.h. direkt nach dem Austritt aus dem ATR und aus dem Sekundärreformer.According to a preferred embodiment of the invention, the crude synthesis gas stream treated in the autothermal reformer and the crude synthesis gas stream treated in the primary reformer are combined and then a common treatment of these gas streams takes place before these are fed to an ammonia synthesis reactor. The combining preferably takes place before the CO conversion, more preferably before the cooling-down, i. immediately after leaving the ATR and from the secondary reformer.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die gemeinsame Aufbereitung dieser Gasströme mindestens einen Schritt, in dem eine CO- Konvertierung und/oder eine CO2-Wäsche und/oder eine Methanisierung erfolgen.According to a preferred development of the invention, the combined treatment of these gas streams comprises at least one step in which CO conversion and / or CO 2 scrubbing and / or methanation occur.
Handelt es sich bei der Ammoniakherstellung um ein so genanntes Mehrdruckverfahren, dann wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung der aufbereitete Synthesegasstrom mindestens einem Synthesegaskompressor zugeführt, dort auf einen erhöhten Druck p1 verdichtet, welcher höher ist als der Ausgangsdruck, dann einer ersten Syntheseeinheit („Once-Through“ bzw. „OT“-Ammoniak-Synthese, in der Regel umfassend eine Gas-Vorwärmung, einen Ammoniak-Konverter (dieser gegebenenfalls umfassend mehrere Katalysator-Betten mit einer Gas-Zwischenkühlung), eine Gas-Abkühlung, eine Ammoniak-Kondensation und eine Ammoniak-Abscheidung), zugeführt, wobei der Gasstrom nach der Ammoniak-Abscheidung beim Mehrdruckverfahren mittels einer weiteren Verdichtungsstufe bzw. eines weiteren Synthesegaskompressors auf einen Druck p2 verdichtet wird, welcher höher ist als der Druck p1 und dieser Gasstrom wird dann einer zweiten Syntheseeinheit („Kreislauf“-Ammoniak-Synthese, ebenfalls in der Regel umfassend eine Gas-Vorwärmung, einen Ammoniak-Konverter (dieser umfassend gegebenenfalls mehrere Katalysator-Betten mit einer Gas-Zwischenkühlung), eine Gas-Abkühlung, eine NH3-Kondensation und eine Ammoniak-Abscheidung), zugeführt.If the production of ammonia is a so-called multi-pressure process, then according to a preferred development of the invention, the treated synthesis gas stream is fed to at least one synthesis gas compressor where it is compressed to an increased pressure p 1 , which is higher than the initial pressure, then to a first synthesis unit (" Once-through or "OT" ammonia synthesis, generally comprising a gas preheating, an ammonia converter (optionally comprising a plurality of catalyst beds with a gas intercooling), a gas cooling, an ammonia converter Condensation and ammonia deposition), supplied, wherein the gas stream is compressed after the ammonia deposition in the multi-pressure process by means of a further compression stage or another synthesis gas compressor to a pressure p 2 , which is higher than the pressure p 1 and this gas stream is then a second synthesis unit ("cycle" ammonia synthesis, also usually comprising a gas preheating, an ammonia converter (this comprising optionally a plurality of catalyst beds with a gas intermediate cooling), a gas cooling, a NH 3 condensation and an ammonia deposition) supplied.
Handelt es sich hingegen um eine Variante der Ammoniaksynthese mit nur einem Druckniveau, dann kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung der aufbereitete Synthesegasstrom mindestens einem Synthesegaskompressor zugeführt werden, dort auf einen erhöhten Druck verdichtet und dann einem oder mehreren Ammoniaksynthesereaktoren zugeführt werden.If, however, it is a variant of the ammonia synthesis with only one pressure level, then, according to a preferred embodiment of the invention, the treated synthesis gas stream at least one synthesis gas compressor are fed there compressed to an elevated pressure and then fed to one or more ammonia synthesis reactors.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird dem auf einen erhöhten Druck gebrachten Synthesegasgemisch bevor es der Kreislauf-Ammoniak-Synthese zugeführt wird und/oder bevor es bei der Mehrdruckvariante einer OT-Ammoniak-Synthese zugeführt wird, jeweils über eine Leitung weiterer Stickstoff zugeführt.According to a preferred embodiment of the invention, the synthesis gas mixture brought to an elevated pressure before it is fed to the cyclic ammonia synthesis and / or before it is supplied in the multi-pressure variant of an OT ammonia synthesis, in each case via a line further nitrogen.
Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, wenn der zugeführte weitere Stickstoff in einer Luftzerlegungsanlage erzeugt und anschließend verflüssigt und auf den Druck p1 bzw. p2 gepumpt wurde.It is particularly advantageous according to a development of the invention, when the supplied additional nitrogen produced in an air separation plant and then liquefied and pumped to the pressure p 1 or p 2 .
Der Stickstoff, der durch den Sekundärreformer strömt, wird beispielsweise zwischen einer zweiten und einer dritten Synthesegaskompressorstufe der OT-Ammoniak-Synthese zugefügt, wobei bei einem Druck p1 in der Größenordnung von etwa 100 bar gearbeitet werden kann. Der Stickstoff aus der Luftzerlegungsanlage wird hingegen bevorzugt direkt auf den Druck p2 der Kreislauf-Ammoniak-Synthese von etwa 200 bar gepumpt und wird somit an dem Synthesegaskompressor vorbei geführt. The nitrogen flowing through the secondary reformer is added, for example, between a second and a third synthesis gas compressor stage of the OT ammonia synthesis, wherein it is possible to operate at a pressure p 1 of the order of about 100 bar. By contrast, the nitrogen from the air separation plant is preferably pumped directly to the pressure p 2 of the circulatory ammonia synthesis of about 200 bar and is thus guided past the synthesis gas compressor.
Ein Teil des Stickstoffs aus der Luftzerlegungsanlage kann jedoch der OT-Ammoniak-Synthese zugefügt werden, um die Ammoniak-Ausbeute zu erhöhen. Vorzugsweise wird anders als im Stand der Technik gemäß
Eine vorhandene Luftzerlegungsanlage wird vorzugsweise soweit modernisiert, dass die Produkte O2 und N2 nahezu rein und in flüssiger Form vorliegen, wobei das Argon bevorzugt abgetrennt wird.An existing air separation plant is preferably modernized so far that the products O 2 and N 2 are almost pure and in liquid form, the argon is preferably separated.
Gemäß der Erfindung ist ein autothermer Reformer parallel zu dem vorhandenen Primärreformer und gegebenenfalls Sekundärreformer vorgesehen, der vorzugsweise mit reinem Sauerstoff aus der Luftzerlegungsanlage betrieben werden kann. Der flüssige Sauerstoff wird auf den Arbeitsdruck des autothermen Reformers von beispielsweise etwa 40 bar gepumpt und dann verdampft, wobei die Kälte des flüssigen Sauerstoffs genutzt wird.According to the invention, an autothermal reformer is provided in parallel to the existing primary reformer and optionally secondary reformer, which can preferably be operated with pure oxygen from the air separation plant. The liquid oxygen is pumped to the working pressure of the autothermal reformer, for example, about 40 bar and then evaporated, the cold of the liquid oxygen is used.
Das Ausgangsgasgemisch, beispielsweise Erdgas, wird in der Regel vor der Einleitung in den autothermen Reformer bzw. den Primärreformer mit Dampf gemischt. Da in dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl ein autothermer Reformer als auch ein Primärreformer verwendet werden, kann das Erdgas-Dampf-Gemisch für den autothermen Reformer in vorteilhafter Weise von dem Hauptstrom, der in den Primärreformer geleitet wird, erst vor dem Primärreformer abgezweigt werden. Auf diese Weise erhält man zwei Leitungssysteme mit jeweils mindestens einem Reformer, in denen der Reformierungsprozess parallel abläuft und man kann das zuvor erzeugte Erdgas-Dampf-Gemisch in beiden parallel arbeitenden Leitungssystemen nutzen. Es ist vorteilhaft, beide Rohsynthesegasströme nach der Reformierung im autothermen Reformer bzw. im Primärreformer und Sekundärreformer wieder zusammen zu führen und anschließend in weiteren Verfahrensschritten gemeinsam aufzubereiten. Diese Aufbereitung kann beispielsweise eine CO-Konvertierung und/oder eine CO2-Wäsche und/oder eine Methanisierung umfassen. The starting gas mixture, for example natural gas, is usually mixed with steam before it is introduced into the autothermal reformer or primary reformer. Since both an autothermal reformer and a primary reformer are used in the process of the present invention, the natural gas-steam mixture for the autothermal reformer may advantageously be diverted from the main stream directed into the primary reformer only before the primary reformer. In this way, one obtains two piping systems, each with at least one reformer, in which the reforming process takes place in parallel and you can use the previously generated natural gas-steam mixture in both parallel piping systems. It is advantageous to bring both Rohsynthesegasstrom after reforming in the autothermal reformer or in the primary reformer and secondary reformer together again and then process together in further process steps. This treatment can comprise, for example, CO conversion and / or CO 2 scrubbing and / or methanation.
Der flüssige Stickstoff aus der Luftzerlegungsanlage wird vorzugsweise auf den Endsynthesedruck von beispielsweise etwa 200 bar gepumpt und erst nach dem Synthesegaskompressor mit dem Frischgas gemischt. Die Kälte des überkritischen Stickstoffs kann dabei genutzt werden.The liquid nitrogen from the air separation plant is preferably pumped to the final synthesis pressure of, for example, about 200 bar and mixed with the fresh gas only after the synthesis gas compressor. The cold of the supercritical nitrogen can be used.
Ein Teil des Ammoniaks kann durch die OT-Ammoniak-Synthese zwischen den Kompressionsstufen eines Synthesegaskompressors (in der Regel zwischen der zweiten und der dritten Stufe) gebildet werden. Gegebenenfalls wird ein Teil des Stickstoffs aus der Luftzerlegungsanlage nach der zweiten Kompressionsstufe des Synthesegaskompressors dem Frischgas zugefügt, um die Gaszusammensetzung vor der OT-Ammoniak-Synthese zu optimieren.Part of the ammonia can be formed by the OT ammonia synthesis between the compression stages of a syngas compressor (typically between the second and third stages). Optionally, a portion of the nitrogen from the air separation plant after the second compression stage of the synthesis gas compressor is added to the make-up gas to optimize the gas composition prior to OT ammonia synthesis.
Ein Teil des Sauerstoffs wird dem Sekundärreformer zugefügt um den Methan-Restgehalt zu verringern, so dass der Methan-Rest nach dem Sekundärreformer und nach dem autothermen Reformer annähernd gleich ist. Dies ist für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses vorteilhaft, da ein geringerer Methan-Rest zu höherer Ammoniak-Produktion führt.Part of the oxygen is added to the secondary reformer to reduce the residual methane content so that the methane residue after the secondary reformer and after the autothermal reformer is approximately equal. This is advantageous for the economy of the process, since a lower methane residue leads to higher ammonia production.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch die Aufteilung des Gases neu im Vergleich zu den vorgenannten bekannten Lösungen. Ein Vorteil ist unter anderem die massive Entlastung aller Prozesseinheiten zwischen dem Sekundärreformer und der Hauptsynthese, einschließlich des Prozessluftkompressors und des Synthesegaskompressors. Gegenüber einer Variante mit dem Reformieren in nur einem autothermen Reformer besteht ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kombination mit dem Primärreformer darin, dass die Wärme im Rauchgaskanal des Primärreformers genutzt werden kann. So ist die Vorwärmung der Eintrittsströme für den autothermen Reformer im Rauchgaskanal des Primärreformers möglich.In the method according to the invention, the distribution of the gas is new compared to the aforementioned known solutions. One advantage is, among other things, the massive relief of all process units between the secondary reformer and the main synthesis, including the process air compressor and the synthesis gas compressor. Compared to a variant with the reforming in only one autothermal reformer, an advantage of the combination according to the invention with the primary reformer is that the heat in the flue gas channel of the primary reformer can be used. Thus, the preheating of the inlet streams for the autothermal reformer in the flue gas channel of the primary reformer is possible.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es so, dass der zugeführte weitere Stickstoff aus der Luftzerlegungsanlage mittels mindestens einer Pumpe auf den für die Ammoniaksynthese vorgesehenen Druck gebracht und dann über eine Leitung unmittelbar vor der Kreislauf-Ammoniak-Synthese bzw. teilweise vor der OT-Ammoniak-Synthese zugeführt wird.According to a preferred embodiment of the invention, it is such that the supplied additional nitrogen from the air separation plant brought by at least one pump to the intended ammonia synthesis pressure and then via a line immediately before the cyclic ammonia synthesis or partially before the OT Ammonia synthesis is supplied.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sowohl dem autothermen Reformer als auch dem Sekundärreformer Sauerstoff zugeführt wird, der in einer Luftzerlegungsanlage gewonnen wurde.A preferred embodiment of the invention provides that both the autothermal reformer and the secondary reformer oxygen is supplied, which was obtained in an air separation plant.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem Sekundärreformer Prozessluft zugeführt wird, die vorzugsweise zuvor mittels eines Kompressors auf einen erhöhten Druck gebracht wurde und/oder mittels eines Wärmetauschers, bevorzugt im Rauchgaskanal des Primärreformers, vorgewärmt wurde.A preferred embodiment of the invention provides that the secondary reformer process air is supplied, which was preferably previously brought by means of a compressor to an elevated pressure and / or by means of a heat exchanger, preferably in the flue gas duct of the primary reformer, was preheated.
Der Prozessluft kann von außerhalb zusätzlich Sauerstoff beigemischt werden, der in einer Luftzerlegungsanlage gewonnen wurde, und diese mit Sauerstoff angereicherte Luft kann dem Sekundärreformer zugeführt werden.The process air can be additionally mixed with oxygen from outside, which was obtained in an air separation plant, and this oxygen-enriched air can be supplied to the secondary reformer.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak, bei dem die Herstellung des Ammoniaks unter Verwendung eines in der zuvor beschriebenen Weise erzeugten und aufbereiteten Synthesegasgemisches erfolgt.The present invention furthermore relates to a process for the production of ammonia, in which the preparation of the ammonia is carried out using a synthesis gas mixture produced and prepared in the manner described above.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird in diesem Verfahren zur Herstellung von Ammoniak zunächst ein Synthesegasgemisch erzeugt, welches die Gase Wasserstoff und Stickstoff in einem Verhältnis H2 : N2 von größer als 3 enthält und diesem überstöchiometrischen Synthesegasgemisch wird dann vor der Einleitung in den Ammoniaksynthesereaktor weiterer Stickstoff zugemischt. Dieser weitere Stickstoff wurde vorzugsweise in einer Luftzerlegungsanlage erzeugt.According to a preferred embodiment of the invention, a synthesis gas mixture is first generated in this process for the production of ammonia, which contains the gases hydrogen and nitrogen in a ratio H 2 : N 2 greater than 3 and this superstoichiometric synthesis gas mixture is then prior to introduction into the ammonia synthesis reactor added more nitrogen. This additional nitrogen was preferably produced in an air separation plant.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Ammoniaksynthese entweder auf nur einem Druckniveau erfolgen oder alternativ kann es sich um ein Mehrdruckverfahren handeln.In the process according to the invention, the ammonia synthesis can be carried out either at only one pressure level or alternatively it can be a multi-pressure process.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Erzeugung und Aufbereitung eines Synthesegasgemisches für die Herstellung von Ammoniak, bei dem ein Kohlenwasserstoffe enthaltendes Ausgangsgasgemisch in einem autothermen Reformer mittels Dampf und Sauerstoff/Luft in ein Rohsynthesegasgemisch umgewandelt wird, welches nach weiterer Aufbereitung mindestens einem Ammoniaksynthesereaktor zugeführt wird, wobei erfindungsgemäß diese Anlage zusätzlich zu mindestens einem autothermen Reformer mindestens einen Primärreformer und vorzugsweise weiterhin mindestens einen dem Primärreformer im Strömungsweg nachgeschalteten Sekundärreformer umfasst.The present invention further relates to a plant for the production and processing of a synthesis gas mixture for the Production of ammonia, in which a hydrocarbon-containing starting gas mixture is converted in an autothermal reformer by means of steam and oxygen / air in a Rohsynthesegasgemisch which is supplied after further treatment at least one Ammoniaksynthesereaktor, according to the invention this plant in addition to at least one autothermal reformer at least one primary reformer and preferably further comprises at least one downstream of the primary reformer in the flow path secondary reformer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage sind der autotherme Reformer und der Sekundärreformer in zueinander parallel angeordneten Leitungssystemen angeordnet, wobei die jeweiligen Ausgangsleitungen von autothermem Reformer und Sekundärreformer in ein gemeinsames Leitungssystem für Synthesegas führen, bevorzugt vor der CO-Konvertierung.According to a further preferred development of the system according to the invention, the autothermal reformer and the secondary reformer are arranged in mutually parallel piping systems, wherein the respective output lines of autothermal reformer and secondary reformer lead into a common conduit system for synthesis gas, preferably before the CO conversion.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage umfasst diese mindestens eine CO-Konvertierung und/oder mindestens eine CO2-Wäsche und/oder mindestens eine Einrichtung zur Methanisierung, welche in dem gemeinsamen Leitungssystem für Synthesegas stromabwärts von autothermem Reformer und Sekundärreformer angeordnet sind.According to a further preferred development of the system according to the invention, this comprises at least one CO conversion and / or at least one CO 2 scrubbing and / or at least one methanation device, which are arranged in the common synthesis gas line system downstream of autothermal reformer and secondary reformer.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Herstellung von Ammoniak umfassend eine Anlage zur Erzeugung und Aufbereitung eines Synthesegasgemisches der zuvor beschriebenen Art, wobei diese Anlage erfindungsgemäß weiterhin mindestens einen dem autothermen Reformer und dem Primärreformer und gegebenenfalls dem Sekundärreformer im Strömungsweg nachgeschalteten Ammoniaksynthesereaktor umfasst. Insbesondere in einem Mehrdruckverfahren können dies auch zwei oder mehrere Ammoniaksynthesereaktoren sein, die bei jeweils unterschiedlich hohen Drücken arbeiten.The present invention further relates to a plant for the production of ammonia comprising a plant for the production and processing of a synthesis gas mixture of the type described above, this plant further comprises according to the invention at least one of the autothermal reformer and the primary reformer and optionally the secondary reformer in the flow downstream ammonia synthesis reactor. In particular, in a multi-pressure process, these may also be two or more ammonia synthesis reactors, which operate at different pressures.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 ein schematisch vereinfachtes Fließbild einer ersten beispielhaften erfindungsgemäßen Anlage; -
2 ein schematisch vereinfachtes Fließbild einer zweiten beispielhaften erfindungsgemäßen Anlage gemäß einer alternativen Variante der vorliegenden Erfindung.
-
1 a schematically simplified flow diagram of a first exemplary system according to the invention; -
2 a schematically simplified flow diagram of a second exemplary system according to the invention according to an alternative variant of the present invention.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf
Der flüssige Sauerstoff aus der Luftzerlegungsanlage
Das Erdgas wird über einen Kompressor
Bei der Dampfreformierung reagiert üblicherweise Methan mit Wasserdampf im Primärreformer nach den folgenden Reaktionsgleichungen (1) und (3):
Da in dem Primärreformer
Das den Sekundärreformer
Die so genannte CO-Konvertierung, die auch als Wassergas-Shift-Reaktion bezeichnet wird, wird genutzt, um den Kohlenmonoxid-Anteil im Synthesegas zu verringern und zusätzlichen Wasserstoff zu erzeugen. Es handelt sich um eine exotherme Gleichgewichtsreaktion, die der nachstehend wiedergegebenen Reaktionsgleichung (3) folgt:
Im Anschluss an die CO-Konvertierung
Im Anschluss an die CO2-Wäsche durchströmt das Synthesegas eine Einrichtung
Nach der Methanisierung liegen in dem erzeugten Synthesegasgemisch die Eduktgase Wasserstoff und Stickstoff in einem überstöchiometrischen Verhältnis von mehr als 3 : 1 vor, das heißt, es ist im Verhältnis zu Stickstoff mehr Wasserstoff im Gasgemisch enthalten, als es für die Ammoniaksynthesereaktion benötigt wird. Über die Leitung
Um das Verhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff in Richtung
Oben wurde bereits ausgeführt, dass nur ein abgezweigter erster Teilstrom des Erdgas/DampfGemisches über die Zweigleitung
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt somit darin, dass der Prozessgasstrom, das heißt das Erdgas/Dampf-Gemisch in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der eine Teilstrom über die Zweigleitung
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass der flüssige Stickstoff aus der Luftzerlegungsanlage
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf
Große Bereiche des Anlagenschemas stimmen mit dem zuvor anhand von
Bei der in
Solange das Wasser-Gehalt im Frischgas zu hoch ist (Wasser deaktiviert den Katalysator im Ammoniak-Konverter) wird nach jeder Druckerhöhung das Wasser abgetrennt, wie beispielhaft durch eine Einrichtung
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt somit darin, dass der Prozessgasstrom, das heißt das Erdgas/Dampf-Gemisch in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der eine Teilstrom über die Zweigleitung
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass der flüssige Stickstoff aus der Luftzerlegungsanlage
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- LuftzerlegungsanlageAir separation plant
- 1111
- Stickstoff-Leitung (flüssig)Nitrogen pipe (liquid)
- 1212
- Stickstoff-PumpeNitrogen-pump
- 1313
- Stickstoff VorwärmungNitrogen preheating
- 1414
- Stickstoff-Leitung (gasförmig)Nitrogen line (gaseous)
- 1515
- „Once Through“ bzw. OT-Ammoniak-Synthese, bestehend aus einer Gas-Vorwärmung, Ammoniak-Konverter (gegebenenfalls mehrere Katalysator-Betten mit einer Gas-Zwischenkühlung), Gas-Abkühlung, Ammoniak-Kondensation und Ammoniak-Abscheidung"Once Through" or OT ammonia synthesis, consisting of a gas preheating, ammonia converter (possibly several catalyst beds with a gas intercooling), gas cooling, ammonia condensation and ammonia deposition
- 1616
- Sauerstoff-Leitung (flüssig)Oxygen line (liquid)
- 1717
- Sauerstoff-PumpeOxygen pump
- 1818
- Sauerstoff-VerdampferOxygen evaporator
- 1919
- Sauerstoff-Leitung (gasförmig)Oxygen line (gaseous)
- 19a19a
- Sauerstoff-Teilstrom (gasförmig)Oxygen partial flow (gaseous)
- 2020
- Sekundärreformersecondary reformer
- 2121
- ProzessluftkompressorProcess Air Compressor
- 2222
- Leitung für ProzessluftLine for process air
- 2323
- Vorwärmung ProzessluftPreheating process air
- 2424
- Leitung für ProzessluftLine for process air
- 2525
- Kompressor für ErdgasCompressor for natural gas
- 2626
- Leitung für ErdgasPipe for natural gas
- 2727
- Vorwärmung Erdgas vor der EntschwefelungPreheating natural gas before desulphurisation
- 2828
- Einrichtung zur EntschwefelungDevice for desulfurization
- 2929
- Leitung für ErdgasPipe for natural gas
- 3030
- Vorwärmung Erdgas/Dampf-GemischPreheating natural gas / steam mixture
- 3131
- Leitung für Erdgas/DampfPipe for natural gas / steam
- 3232
- Zweigleitung für TeilstromBranch line for partial flow
- 3333
- Primärreformerprimary reformer
- 3434
- Leitung für teilreformiertes Synthesegas nach dem PrimärreformerDirection for partially reformed synthesis gas after the primary reformer
- 3535
- Leitung für rohes Synthesegas nach der Abkühlungsstrecke nach dem SekundärreformerLine for raw synthesis gas after the cooling section after the secondary reformer
- 3636
- CO-KonvertierungCO conversion
- 3737
- CO2-WäscheCO 2 laundry
- 3838
- Einrichtung zur MethanisierungDevice for methanation
- 3939
- Leitung für FrischgasLine for fresh gas
- 4040
- erste Kompressionsstufe des Synthesegaskompressorsfirst compression stage of the synthesis gas compressor
- 4141
- zweite Kompressionsstufe des Synthesegaskompressorssecond compression stage of the synthesis gas compressor
- 4242
- Einrichtung zur Abtrennung von WasserDevice for separating water
- 4343
- weitere Kompressorstufe(n)additional compressor stage (s)
- 4444
- Leitungmanagement
- 4545
- Kreislauf-Ammoniak-Synthese, bestehend aus der Gas-Vorwärmung, Ammoniak-Konverter (mehrere Katalysator-Betten mit der Gas-Zwischenkühlung), Gas-Abkühlung, Ammoniak-Kondensation und -AbscheidungCirculation ammonia synthesis consisting of gas preheating, ammonia converter (multiple catalyst beds with gas intercooling), gas cooling, ammonia condensation and separation
- 4646
- Leitung für Ammoniak (flüssig)Line for ammonia (liquid)
- 4747
- Leitung für Ammoniak (flüssig)Line for ammonia (liquid)
- 4848
- Leitung für zweiten TeilstromLine for second partial flow
- 4949
- autothermer Reformerautothermal reformer
- 5050
- Leitung für rohes SynthesegasLine for raw synthesis gas
- 51 51
- Vereinen des rohen Synthesegas nach dem Sekundärreformer und dem autothermen ReformerCombine the crude synthesis gas after the secondary reformer and the autothermal reformer
- 5353
- Leitung für Purge-GasPipe for purge gas
- 5454
- RückführleitungReturn line
- 5555
- Kreislauf-Kompressor(stufe)Circulation compressor (stage)
- 5656
- RückführleitungReturn line
- 5757
- Zweigleitung für StickstoffBranch line for nitrogen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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-
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