DE1542387A1

DE1542387A1 - Verfahren zur Herstellung von chemischen Verbindungen,insbesondere von Ammoniak,aus gasfoermigen Ausgangsstoffen

Info

Publication number: DE1542387A1
Application number: DE1966P0040694
Authority: DE
Inventors: Finneran James Ambrose; Mayo Hayes Claude
Original assignee: Pullman Inc
Current assignee: Pullman Inc
Priority date: 1965-10-29
Filing date: 1966-10-28
Publication date: 1970-07-02
Also published as: BE688334A; FR1503872A; NL6615196A; JPS522880B1; US3350170A; ES332835A1; NL139285B; DE1542387B2; SE334146B; GB1143332A

Description

bestimmt zur Offen legung

P 15 42 387.7 1. Juli 1969

Pullman Incorporated. Chicagos Illinois, USA

Verfahren zur Herstellung von chemischen Verbinclungen, insbesondere von Ammoniak» aus gasförmigen Ausgangsstoffen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, siir führung von Synthesen mit Rückführung von ni#it»Ägasetss1i®ia Auegangsprodukt bei erhöhtem Druck* Insbesondere sin verbessertes Komprimierungsverfahren für Prisöfcgas und zurückgeführtes Gas. Das erfindungageraäSe Verfahren ist besondere bei der Ammonlaksynthese aus den Elementen anwendbar und soll daher im folgenden am Beispiel dieser Reaktion erläutert werden.

Bei den bekannten Ämmoniaksyntheseverfahren raus dae stickstoff- und waaaerotoffhaltige Frischgas von dem verhältnismäßig niedrigen Druck, bei dem es ersseugi*. wird (Atmoaphärendruok bis einige Dutzend Atmosphäre),

Neue Unteren w BAD ORIGINAL

auf den verhältnismäßig hohen Druck, bei dem es über den Synthesekatalysator geleitet wird (je nach dem einzelnen Synthese verfahren von mindestens 105 bis zu einem Maximum vorv etwa 1400 Atmosphären), komprimiert werden. Das komprimierte Frischgas wird mit komprimiertem zurückgeführten

Oas vereinigt und kann danach gekühlt werden» um einen

Teil des in den vereinigten Oasen vorhandenen, gebildeten Ammoniaks kondensieren zu lassen und seine Abtrennung zu ermöglichen. Das von Ammoniak befreite kalte Gas wird dann auf Umsetzungstemperatur (260 bis 558¹C) vorgeheizt und über ein oder mehrere Katalysatorbetten geleitet, um einen Teil des Stickstoffe und Wasserstoffs zu Ammoniak umzusetzen. Das ammoniakhaltlge Produktgas wird daraufhin durch Wärmeaustausch mit dem Beschiokungsgas, das dabei vorgeheizt wird, partiell gekühlt und kann danach noch «reiter abgekühlt werden, um einen Teil des gebildeten Ammoniaks auszukondensieren und seine Abtrennung zu ermöglichen. Auf jeden Fall wird entweder dl« Gesamt- oder Hauptmenge des amraoniakhaltigen Produktgasee in einem Druckverstärker komprimiert, bevor es zur Vereinigung mit dem Frischgas zurückgeführt wird. Durch das Komprimieren in dem Druckverstärker kann der Im Umwandlungssystem oder sog. Synthesekreislauf ("synthesis loop") auftretende Druckabfall, der normalerweise etwa; 7 bis etwa 55 Atmosphären beträgt, kompensiert werden. Ein kleiner Anteil

TQ9827/H¹?? -_u» BAD ORIGINAL

des zurückgeführten Oases wird normalerweise abgezogen, um die Anhäufung von verschiedenen inerten Gasen, nämlich Methan, Argon und anderen Edelgasen, zu verhindern.

Das Frischgas enthält normalerweise geringe Mengen, gewöhnlich etwa 10 bis 10~^p#, Kohlendioxyd. Da Kohlendioxyd bekanntlich unter bestimmten Bedingungen mit Ammoniak zu festem Ammoniumcarbamat und bei Gegenwart von Wasser zu festem Ammoniumcarbonat und bzw. oder festem Ammoniumbicarbonat reagiert und gebildete Feststoffe sich in den Teilen der Anlage absetzen würden, muS man sorgfältig darauf achten, unter Bedingungen zu arbeiten, bei denen die genannten Umsetzungsprodukte nloht entstehen können, oder, falls sie doch entstehen, sie ohne Unterbrechung des Verfahrens unschädlich zu machen. Hn Falle des oben beschriebenen bekannten Syntheseverfahrens können eich Feststoffe nur nach ZusammenfUhrung des komprimierten kohlendioxydhaltigen Frischgases mit dem komprimierten ammoniakhalt igen zurückgeführten Gas bilden. Da die vereinigten Gase nach ihrer Abkühlung in einen viüssigkeitsabscheider geleitet werden, werden mit dem flüssigen Ammoniak auoh sämtliche Feststoffe abgetrennt und die genannten Schwierigkelten weltgehend beseitigt.

Viele der derzeit entworfenen, gebauten und In Betrieb

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gesetzten Ammoniaksyntheseanlagen sind für große: Kapazitäten ausgelegt, beispielsweise für Nominalkapazitäten von 600 Tonnen Ammoniak pro Tag und darüber. Die verhältnismäßig große Menge Frischgas, die bei derartigen Anlagen komprimiert werden muß, rechtfertigt die Verwendung von Zentrifugalkompressoren zur Erhöhung des Frischgasdruckes je nach Anlagenkapazität und wirtschaftlichen Gesichtspunkten bis auf etwa 5.50 Atmosphären. Derartige Drücke werden in einem Schleuderkompressor durch eine Anzahl Flügelräder oder anders geformte Räder, die auf der Welle des Kompressors sitzen, erzeugt, jedoch ist die Volumkontraktion, die beim Durchgang des Gases durch den Kompressor auftritt, so groß, daß das letzte Rad oder die letzten Räder nicht voll belastet werden, womit ein schwieriges Konstruktionsproblem sowie die Möglichkeit der Unwirtschaftlichkeit der Anlage und eine hohe Störanfälligkeit verknüpft sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Synthese einer chemischen Verbindung unter erhöhten Druck In einer Reaktionszone aus komprimiertem: Frischgas und komprimiertem, aus der Reaktionszone zurückgeführtem Abgas, das das genannte Produkt enthält. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man zum Komprimieren des Frischgases und des zurückgeführten Abgases denselben

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Kompressor verwendet, wobei das zurückgeführte Abgas in den Kompressor eingeführt und mit Frischgas, das in dem Kompressor auf einen Druck zwischen dem Druck des dem Kompressor zugeführten Frisohgases und dem Druck in der Reaktonszone komprimiert ist, vermischt wird, und die so vermischten und weiter komprimierten Gase aus dem Kompressor abzieht und in die Reaktionszone weiterleitet, wobei die Verbindung aus den komprimierten Gasen abgetrennt wird, bevor man diese in die Reaktionszone leitet, und bzw. oder aus dem Abgas der Reaktionszone vor seiner Komprimierung entfernt wird. Durch das erflndungsgemKee Verfahren erübrigt sich die Verwendung des bisher zum stärkeren Komprimieren des zurückgeführten Gases verwendeten Druckverstärker», wodurch die Inatallationßkosten der Anlage beträchtlich gesenkt werden. Die Bedingungen, unter denen frische» und zurückgeführtes Beschickungsgae miteinander vermischt werden, sind vorzugsweise so gewählt, daß die Bildung von Feststoffen aufgrund der Reaktion zwischen Kohlendioxyd und Ammoniak verhindert wird. Bei Verwendung von Sohleuderkompressoren wird das zurückgeführte Gas in den Kompressor, In den das Frischgas bereits komprimiert wird, durch einen Seiteneinlaß unmittelbar vor dem letzten oder den letzten der auf der Kompreesorwelle angeordneten Räder eingeführt. Das auf dies« Weise dem letzten Rad oder den letzten Rädern zugeführt· Gaevolumen dient gleichzeitig zum Ausgleich für dl· Volunkontraktion des Friechgases beim Hindurohgehen durch dan Kompressor und verhindert so eine ünterlastung des letzten Rades oder der letzten Räder mit den bereits erwähnten

0 09827/U77 BADORiOINAL

möglichen nachteiligen Folgeerscheinungen.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung lM8t sich unabhängig

von Herkunft und Herstellungsart des Frlschgases anwenden. Beispiele für Üblicherweise verwendete Beschickungen, auf die sich das erfindungageeHÖe Verfahren anwenden IKSt, sind aus Naturgas sowie Leichtbenzin·» Naphtha- und Raffinerie· gasen, beispielsweise durch Reformieren durch Dampf, partielle Oxydation sowie Reinigung hei niedriger Temperatur hergestellte Beschickungen.

Zur Synthese be et !met es Gas, das in wesentlichen aus Wasserstoff und Stickstoff 1« Molverhftltnls von etwa 3:1 besteht, wird vor seine« Einsät χ in das Asmonlakayntheeeverfahren von Katalysatorgiften· wie Kohlenstoff, ftldMnpfen, ungesättigten Kohlenwasserstoffen, Schwefelverbindungen, Wasser und Kohlenoxyden· die außerdem zur Bildung fester RUokatKnde sowie zur Schidigung der Anlage führen können· ganz oder teilweise befreit. Die Entfernung von Inertpasen, wie Methan, Argon und Helium, die sieh bei der Anmoniakaynthese ansammeln können und den Partialdruok von Stickstoff und Wasserstoff und damit dl· Reaktionsgeschwindigkeit erniedrigen, erfolgt gewöhnlich durch Abslehen eines der Beiohiokungsgesohwlndigkelt proportionalen Teils des Oases.

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BAD ORIGINAL

IKLe Konzentration an. Inertgasen bei der Aramoniaksynthese variiert von etwa 0,4 bis etwa 2,0$, bezogen auf das gereinigte« frische Besohickungsgas. Kohlenoxyde sind gewöhnlich zu etwa 10~^£ oder darunter anwesend. Das gereinigte Beschickungsgas wird üblicherweise mit einem Druck von etwa 7 bis etwa 52,5 atü eingesetzt*

Die Erfindung soll im folgenden anhand von Zeichnungen veranschaulicht werden.

Figur 1 stellt ein Fließschema einer Anlage zur Ausführung einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar;

Figur 2 zeigt ein ähnliches Fließschema einer Anlage zur Durchführung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Figur 1 wird frisches» stickstoff- und wasserstoffhaltiges Beechickungsgas durch Leitung 10 in die erste Stufe 12 dee Schleuderkompressors 11 eingeführt und auf einen mittleren Druck von etwa 59,5 bis etwa 66*5 atü komprimiert. Diese Xbapressorstufe 12 enthält 9 Räder. Das komprimierte dos wird durch Leitung 14 und zum Auskondensierenlaseen

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vorhandener Feuchtigkeit durch die Kühlzone 16 und von da in den Abscheider 18 geführt, wo es von Wasser befreit wird, das durch Leitung 21 abgezogen wird. Das getrocknete, frische Beschickungsgas von niederem Druck und einer Temperatur zwischen etwa 4 und etwa 10 «C wird aus dem Wasserabscheider 18 durch Leitung 20 in die zweite Stufe 22 des Schleuderkompressors 11 geführt. Diese zweite Stufe 22 enthält 9 Räder. Zurückgeführtes Gas, das, wie weiter unten beschrieben, erhalten wurde und Ammoniak, nicht-umgesetzten Stickstoff und Wasserstoff sowie geringe Mengen an Inert gasen enthält, wird durch Leitung 24 und einen Seiteneinlafl in die zweite Stufe des Kompressors eingeführt und mit dem hinter dem letzten Rad vor dem Seiteneinlaß hervorströmenden Frischgas bei einem mittleren Druck von etwa 84 bis etwa 211 atü vermischt. Das Frischgas besitzt eine Temperatur von etwa 107 bis etwa 163 *C, das zurückgeführte Gas eine Temperatur von etwa 29 bis etwa 85 K und das erhaltene Gasgemisch beim Passieren des letzten Rades oder der letzten Räder der zweiten Stufe 22 eine Temperatur von etwa ?8 bis etwa 82.5J. Das Gasgemisch wird durch das letzte Rad oder die letzten Radier der zweiten Stufe 22 auf einen Bnddruok von etwa 98 bis «twa 224 atü und eine Bndtemperatur von etwa 38 bis etwa 107«C gebracht und durch Leitung 26 abgezogen.

Das zurüokgeführte Gas, das in die zweite Kompressorstufe 22

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durch Le it ting 24 eingeführt wird, besitzt wegen des Druckabfalles während des Synthesekreislaufes um etwa 10,5 bis 17,5 Atmosphären, wie bereits oben erwähnt, einen Druck von etwa 84 bis etwa 211 atü. Die Stelle des Selteneirlasses in die zweite Kompressorstufe 22 wird so gewählt, daS das zurückgeführte Gas bei seinem Eintritt in die zweite Kompressorstufe 22 denselben oder einen nur geringfügig höheren Druck besitzt, als er an dieser Stelle innerhalb djr zweiten Kompressorstufe herrscht, was gewöhnlich in der Nähe des letzten Rades oder der letzten Räder des Kompressors der Pail ist. Dadurch wird der Druck des zurückgeführten Oases aufrechterhalten und eine volle Auslastung des letzten Rades oder der letzten Räder des Kompressors sichergestellt. Der Kompressor kann auch aus einer grösseren oder geringeren Anzahl von Stufen als den zwei Stufen dieses Beispiels bestehen, wobei die Zahl der Stufen von der gesamten benötigten Druckdifferenz und von mechanischen Bedingungen abhängt. Darüberhinaus kenn das Verfahren der vorliegenden Erfindung mit jedem beliebigen Kompressor, einschließlich Kolben« kompressoren, durchgeführt werden.

Ein Teil des komprimierten Gases aus Leitung 26 wird durch Leitung 28 geführt und zum Vorheizen der Reaktorbeschlokung in der Wärmeaustausehzone 29 verwendet. Der Rest wird in der Kühlzone 27 zum Auskondensierenlassen

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von anwesendem Ammoniak gekühlt, in Leitung 30 mit dem von der Wärmeauatauschzone 29 abgezogenen gekühlten Gas verelnigt und mit diesem zusammen in die Trennzone 31 eingeleitet, wo Ammoniak in flüssiger Form sowie Kohlendloxyd abgetrennt werden. Das Kohlendioxyd wird mit den flüssigen Ammoniak, der durch Leitung 39 in den Auffangbehälter 56 gelangt«

Produkt entfernt. Aus dem Tank 56 wird der Ammoniak durch Leitung abgezogen. Der gasförmige Anteil aus der Trennzone 31 wird durch Leitung 32 in die Wärmeaustauschzone 29 geleitet und dort, wie oben beschrieben» vorgeheizt und durch Leitung in den Reaktor 38 eingeleitet, in den sich eine Anzahl von (nicht gezeigten) Katalysatorbetten sowie ein Wärmeaustauscher 40 befinden. Der Hauptteil des Gases strömt durch ein (nicht gezeigtes)Rohr innerhalb des Reaktors nach unten und durch den innerhalb des Reaktors befindliehen Wärmeaustauscher 40, wo das Gas durch Indirekten Wärmeaustausch mit heiflen Produkt gasen auf die zur Einleitung der umsetzung benötigte Temperatur vorgeheizt wird. Danach strömt das Gas nacheinander durch die Katalysatorbetten, wobei es aufgrund der exothermen Umsetzung zwischen Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak: in jedem der Katalysatorbetten erhitzt wird. Die geringen Mengen Methan, Helium, Argon und Kohlendioxyd« die als Verunreinigungen In den Gas enthalten sind» sind bei der Anmoniaksyntheee inert. Die Temperatur wird geregelt, indem man eine kleine Menge des verhältnismäßig kühlen Besohle kungsgases aus Leitung 33 durch die Leitungen 3* und

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-Ii--

zwlechen die Katalysatorbetten drückt. Von derartigen Leitungen sind nur zwei gezeigt; Ihre Zahl steigt aber mit der Zahl der Katalysatorbetten. Die heißen Abgase aus dem letzten der nacheinandergeschalteten Katalysatorbetten passieren den Wärmeaustauscher 40, wobei sie» wie beschrieben» (jilt dem Beschickungsgas in Indirektem Wärmeaustausch stehen.

Das heiße Produktgas» das aus dem Wärmeaustauscher 40 des Reaktors J8 abgezogen wird» strömt anschließend durch Leitung 42 zu einem oder mehreren weiteren Wärmeaustauschern» die allgemein als Kühlzone 44 dargestellt sind« Bei? Hauptteil des gekühlten Gases stellt das oben beschriebene zurückgeführte Gas dar und wird durch Leitung 24 Ir die zweite Kompressorstufe 22 eingeleitet. S'fcva 15 Ms «twa 25# des eingesetzten Wteserstoff/Stickstoff~G«i«ch«a ^ird lir- -Reaktor in Aramonlak umgewandelt. Die Beschickungen.'Age an zurückgeführten, nicht-umgesetzt» um ist f5%h*»r «ΐ**β νίβϊ·« Ιιί« ttwa siebenmal so groö wie die Menge asi FPis Xjaö «irfindungsgeffiXiö Verfahren let fUr Jsäss fc^ und jedes dadurch bedingte Verhältnis von zupf!ok§sf!l!i?t«i zu frischem Gas in gleicher Welse anwendbar. Sin kleiner Anteil des von Reaktor abgezogenen Gases wird äut^h Leitung 46 abgeleitet» In Zone 48 gekühlt» um Ammoniak auskondensleren zu lassen» und in den Abscheider 50 geleitet» wo von dem nicht-umgesetzt en Gas und den

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ie

Inertgasen flüssiger Ammoniak abgetrennt und durch Leitung 54 in den Auffangbehälter 56 geleitet wird, während die nicht-umgesetzten und Inertgase durch Leitung 52 aus dem Verfahrenskreislauf entfernt werden, um die Anhäufung von Inertgasen zu verhindern. Dieses aua dem Verfahrenskreislauf entfernte Gas kann zu KUhlzweeken, zur Verbrennung oder zu anderen Zwecken verwendet werden. Seine Menge wird so einreguliert, daß die gleiche Menge an Inertgasen, die dem System durch die frischen Beschickungsgase zugeführt wird, aus dem System entfernt wird.

In dem folgenden Beispiel 1 bzw. in Tabelle 1 werden für ein gemäß dem Fließschema Figur 1 durchgeführtes Syntheseverfahren Daten über Druck- und Temperaturbedingungen, Strömungsgeschwindigkeiten und Zusammensetzung der Gasströme an verschiedenen Stellen der Anlage sowie über die sonstigen Verfahrenabedingungen angegeben.

Beispiel 1

Sowohl die erste Kompressorstufe 12 als auch die zweite Stufe 22 bestehen aus je 9 Kompressorrädern. Das zurückgeführte Gas wird zwischen dem 8. und 9· Had der zweiten Stufe 22 eingeführt.

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	24,7	Temp, ⁰C	m u rigs ·· geachrc. kg/h	Jl.Ji.iL.	Mol-;* H₂	NH^	Mol-# Inert gas	VoI-Ji CO₀ _4 [10 ]
	63,4	38	25,55	Mol~# N₂	73,8	O	1,6	5
Ort der Masaung bzw,Pro benahme Druck (vgl. atü Pig.l)	62,7	174	25,55:	24,6	73,8	O	1,6	5
»10	-	•8	25,21	24,6	73,8	O	1,6	5
*14	136,7	-	0,38	24,6	-	-	-	-
20	150,5	43	153,5	-	55,0	12,0	14,9	O
21	-	67	178,5	18,1	58,3	9,9	12,5	0,9
24	-	-	2,86	19,3	-	-	-	-
26	136,7	_	22,34	-	-	-	-	-
52	136,7	121	25,21	·-	73,8	O	1,6	5
58		54	178,5	24,6	58,3	9,9	12,5	0,9
XxA		19,3
KJiB

χ Wassergehalt des frischen Beschickungsgases nicht In den Mol-^-Werten enthalten.

A Frischgas nach Verlassen des 8. Rades der 2. Kompressorstufe

³⁴³¹B Gemisch aus zurückgeführtem und frischem Gas vor dem Vorbeiströmen am 9· Had der zweiten Kompressorstufe

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Der unerwünschten Bildung von Feststoffen kann man durch Erhöhung der Temperatur und Senkung des Druckes entgegenwirken, da beide Maßnahmen die Zersetzung des festen Carbamate in seine gasförmigen Bestandteile, Kohlendloxyd und Ammoniak« gemäß der folgenden Reaktionsgleichung begünstigen:

(1) NH₄CO₂NH_2(feet) - 2 NH3_(gasf j + C0_2(ga8f

Bei niedrigen Ammoniak- und Kohlendioxydkonzentrationen in einem Gasgemisch können die Partialdrücke dieser beiden Stoffe wie folgt ausgedrückt werden:

<^XC0₂>

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^PNHL ^{der Partialdruclc von} Ammoniak 1st, P₁^_n der Partialdruok yon Kohlendioxyd ist, der Molenbruch von Ammoniak ist,

der Molenbruoh von Kohlendioxyd ist und P der Oeeamtdruok des Gemisches ist.

QemäQ dem Maseenwirkungsgesetz hängt das Ausmaß der Carbamatblldung gemäß Gleiahung (1) ab von dem Wert für K in dem Auadruok:

^K " ^(PHh/ ^PC0₂

Experimentell wurde ermittelt, daß die Bildung von Feststoffen unterbleibt« wenn K für eine gegebene Temperatur einen bestimmten Maximalwert nicht Übersteigt. Eine Reihe von empirisch ermittelten Werten fUr maximale K-Werte (K_188x) und die dazugehörigen Temperaturen sind in Tabelle A zusammengefaßt, wobei K sich aus den PartialdrUoken in psia (pound je Quadratzoll, absolut) errechnet und Temperaturen in ⁴C und °Rankine (⁰P + 450) angegeben sind.

Außerdem sind die umgerechneten Werte für K_03x (bezogen auf P in atm) und die absoluten Temperaturen in ⁰KeIvIn angegeben.

Tabelle

κ (bezogen	auf P in atm)	-1 21 38 54	Temperatur	°Rankine
auf P In Dsla	6,9.1O"⁵ 38.10"⁵ 118.10"⁵ 326.10-3	⁰KeIvIn	490 530 560 590
20 112 345 945		272 294 327

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Aus den in Tabelle A angegebenen Baten 1&1&; sich eine . empirische Beziehung zwischen K und eier- zugehörigen Temperatur durch die folgende Gleichung ausdrückent

(5) log k_ - ^§ß ψ Ii, 150 , bszogen auf ^{Riax R} P in psia

bzw. log KL_n e J^äjiiL. * 7,69^ , belogen auf P in atm

ΓΪ13Λ X

worin R die absolute Temperatur in ° Rankine bedeutet bzw. T

die absolute Temperatur In ⁰KeIvIn,

man
Mit Hilfe von Gleichung (5) kann/im allgemeinen den zulässigen Oesamtdruck und die zulässige Ammoniak» und Kohlendioxydkonzentration abschätzen, wenn man bei einer gegebenen Temperatur die Bildung von Feststoffen in dein Gasgemisch verhindern will, umgekehrt 183t sich die Mindesttemperatur errechnen, bei der bei gegebenem Gesamtdruck und gegebenen Ammoniak- und Kohlendioxydkonzent rat ionen die Peststoffbildung ausgeschJ.ossen ist.

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Xm folgenden wird auf Figur 2 Bezug genommen* durch die eine Modifikation de β gemäß Figur 1 ueaohrkbtmen Verfahrens veranschaulicht wird» Das Frischgas strömt bis zur zweiten Stufe 22 des Kompressors 11 wie in Figur 1 gezeigt. Zurückgeführtes Gas, das_/ wie welter unten beschrieben, erhalten wurde und neben seinen Hauptbestandteilen an nicht-umgesetztem Stickstoff und Wasserstoff Restmengen an Ammoniak und geringe Mengen Verunreinigungen enthält, wird durch Leitung 24 in einen Seiteneinlaß der zweiten Stufe 22 des Kompressors 11 geleitet, in dem es mit Frischgas vermischt wird. Dabei besitzt das von dem letzten vor dem iJe It one InIaQ befindlichen Rad herströmende Frischgas eine Temperatur von etwa 107 bis etwa 162T und einen Druck von etwa 04 bis etwa Vf6 Atmosphären. Das zurückgeführte Gas besitzt eine Temperatur von etwa -12 bis etwa 42HC und einen Druck von etwa 84 bis et v/a 1(6 Atmoephtt-

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BADORfGfNAL

ran. Das durch Vermischen der baidon Ströme entstandene Gasgemisch besitzt eins Temperatur von etwa 4 bis etwa 71 *C und einen Druck von etwa 84 bis etwa 176 Atmosphären, bevor es zu dem letzten Rad oder den letzten Rädern der zweiten Stufe 22 gelangt, wo es auf einen EnIdruck von etwa 98 bis etwa I89 Atmosphären und eine Endtemperatur von etwa 10 bis etwa 93⁸C gebracht und durch Leitung 26 aus der zweiten Kompressionsstufe 22 abgezogen, in Zone 27 zum Auskondensieren von anwesendem Restammoniak gekühlt und in die zweite Abscheidezone 31 geleitet wird, wo es von flüssigem Ammoniak befreit wird, der durch Leitung 39 in das Auffanggefäß 56 geleitet wird. Das ammoniakfreie Gas wird dann durch Leitung 32 In den Wärmeaustauscher 45 und durch Lei tune 35 durch den Reaktorwärmeaustauscher 40 und den Reaktor 38 geleitet. Bin Teil des verhältnismäßig kühlen Beschickungsgases wird durch Leitungen 34 und 35 zwischen die (nicht gezeigten) Katalysatorbetten geleitet, um das Produktgas abzukühlen.

Das gebildete, Ammoniak sowie nicht-umgesetztes Beschickungsgas enthaltende Gas wird durch Leitung 42 aus dem Reaktor 38 abgezogen, im Wärmeaustauscher 45 durch entgegenkommendes Beschickungegas gekühlt« um Ammoniak auskondensieren zu lassen, und in den ersten Abscheider 49 geleitet, wo der verflüssigte Ammoniak abgetrennt und durch Leitung 47 in den Auffangbehälter 56 abgezogen wird. Das Gas wird dann weiter durch Leitung 24 abgezogen, von wo die Hauptmenge, die das oben erwähnte zurückgeführte

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BAD ORIGINAL

Gas darstellt, wie oben beschrieben, in die zweite Stufe des Kompressors 11 zurückgeleitet wird. Ein kleiner Anteil des Gases wird durch Leitung 51 In den Abscheider 50 geleitet, wo restliches Ammoniak abgetrennt und durch Leitung 54 in den Auffangbehälter 56 geleitet wird. Das Restgas wird danach durch Leitung 52 aus dem Verfahrenskreislauf entfernt, um die Anhäufung von Inertgasen in dem System zu verhindern.

Die gemäß Figur 2 durchgeführte Modifizierung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus der Abtrennung der Hauptmenge des gebildeten Ammoniaks aus dem Reaktorabgas, bevor das Reaktorabgas zur zweiten Kompressorstufe 22 zurückgeführt und mit Frischgas vermischt und komprimiert wird. Im Gegensatz dazu wird beim Verfahren gemäß Figur 1 die Hauptmenge an Ammoniak erst nach dem Vermischen und Komprimieren des Reaktorabgases mit dem Frischgas entfernt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt somit beide Verfahrensweisen.

bzw.in Tab. II
Im folgenden Beispiel 2/werden für ein gemäß dem Fließschema Figur 2 durchgeführtes Syntheseverfahren Daten über Druck- und Temperaturbedingungen, Fließgeschwindigkeiten und Zusammensetzung der Gasströme an verschiedenen Stellen der Anlage sowie über die sonstigen Verfahrensbedingungen angegeben.

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Sowohl die erste Komi:fessorstufe 12 als auch die zweite Stufe 22 bestehen aue je 9 Kompressorrädern. Das zurückgeführte Gas wird zwischen dem 8. und 9. Rad der zweiten Stufe 22 eingeführt.

T a b e 11 β II

Ort der Messung bzw. Pro benahme (vgl. Druck Fig.2) atü	26,6	Temp.	Strö- mungs- geschw. kg/h	Mol-# N₂	ξ¹"	; MoI-Si	MoI-Ji Inert gas	VoI.-% CO« -4
XlO	64,7	27	42,95	24,6	75,8	0	1,6	5
»14	64,0	157	42,95	24,6	75,8	0	1,6	5
20 <	-	8	41,55	24,6	75,8	0	1,6	5
21	158,7	-	1,41	-	-	-	-	-
24	150,5	5	222,0	19,6	59,0	5,4	16,0	0
26	-	58	265,6	20,5	61,9	4,4	15,2	1,0
52	-	-	4,59	-	-	-	-	-
58	158,7	-	57,16	-	-	-	-	-
XX A	158,7	121	41,55	24,6	75,8-	0	1,6	5
*xxB*	21	265,6	20,5	61,9	4,4	15,2	1,0

χ Wassergehalt des frischen Beechickungsgases nicht in den Mol-#-Werten enthalten.

^XXA Frischgas nach Verlassen des 8. Rades der 2. Kompressorstufe. 22.

B Gemisch aus zurückgeführtem und frieohem Gas vor dem Vorbei st rumen am 9. Rad der zweiten Kompressorstufe 22.

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Aus den obigen Erörterungen und Beispielen geht hervor, daß das erfIndungsgemäße Verfahren unter ZurUekführung der nicht-umgesetzten Reaktionsteilnehmer durchgeführt wird, wobei diese unter Druck in einem Teil dor Kompressoranlage mit frischen Reaktionsbulinehiiiörn vermischt werden und das Gemisch anschließend auf einen gewünschten Druck komprimiert wird. Das erflndungägömiiüe Verfahren ist, wie beschrieben, insbesondere auf die Ammoniaksynthese anwendbar. Wie ebenfalls erkennbar, kann es Jedoch auf jedes beliebige Vorfahren, bei dem die Rückführung von Reaktionsteilnehmern und ihre Wiedereinführung zusammen mit frischen IleaktlonoteiInehmern In eine unter Druck stehende Reaktionszone erforderlich ist, angewandt werden, wie belsp ielswelae bei der Methanolsynthese aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd.

00982 7 null
BAD ORlQiNAL

Claims

1 U M- L O O /

Neue Anspruch e

1. Verfahren zur Synthese «iner chemischen Verbindung unter ernOhtei» Druck in einer FUmkbl ons zone aus komprimier barn Frischgas und komprimiarfcäin, aus der Reaktionezone zur Uckgef Uhr tarn Abgas, das das genannte Produkt enthält, dadurch ge kennzeichne t , daß man zum Komprimieren des FriJchgasea und den zurückgeführten Abgases denselben Koraprjssor verwendet, wobei das zurückgeführte Abgas in den Kompressor eingeführt und mit Frischgas, das In dem Kompressor auf einen Druck zwischen dem Druck des dem Kompressor zugeführt en Frischgaaes und dem Druck in der Reaktionszone komprimiert ist, vermischt wird, und die so vermischten und weiter komprimierten Oase aus dem Kompressor abzieht und in die Reaktionszone weiterleitet, wobei die Verbindung aus den komprimierten Gasen abgetrennt wird, bevor man diese in die Reaktionezone leitet, und bzw. oder aus dem Abgas der Reaktionezone vor seiner Komprimierung entfernt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptanteil an der hergestellten Verbindung aus dem Abgas der Reaktionezone vor seiner Komprimierung gewonnen wird.

3, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daS als chemische Verbindung Ammoniak aus einem stickstoff- und waeeerstoffhaltigen Besohlakung·-

0Q9827/1Ä77

(An., ι*;J

BAD ORIGINAL

gas gewonnen wird und die Reaktionsz-one einen Ammoniaksynthesekatalysator enthält«

4. Verfahren gema'Q Anspruch j3* dadurch gekenn zeichnet, daß das Gemisch aus frischem und zurückgeführtem Beochickungsgas Kohlendioxyd enthält und solche Partialdrücke von Ammoniak und Kohlendloxyd und solche Temperaturen eingehalten werden, daß die Beziehung

während das Gasgemisch sich im komprimierten Zustand befindet, erfüllt wird, wobei R die absolute Temperatur des Gasgemische*; in °Rankine und K_m_„ großer let al3 der Wert für K, der durch die Beziehung

^K " <^γνη/ ^foo₂

wiedergegeben wird ι worin P_nJ, der Partialdruok von Ammoniak und Ρ_ΛΓ. der Partialdruok von Kohlendloxyd

2
1st, der das Produkt des Molenbrualiö von Ammoniak bzw,

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BAD ORIGJNAt

Kohlendioxyd in dem Gasgemisch und dem Gesaratdruck in pounds je Quadratzoll, absolut ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch > oder 4, dadurch gekennzeichnet* daß das frische Beschickungsgas Kohlendioxyd enthält und einen Druck von etwa 84 bis etwa 211 atm sowie eine Temperatur von etwa 107 bis etwa 163¹C besitzt, bevor es mit dem zurückgeführten Beschiokungsgas von einem Druck von etwa 84 bis etwa 211 atm und einer Temperatur von etwa 29 bis etwa 85% vermischt wird, und daß die vereinigten Oase auf einen Enddruok von etwa S& bis etwa 224 atm bei einer End temperatur von etwa 38 bis etwa tO7*C komprimiert werden.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompressor ein aus einer Anzahl Rädern bestehender Schleuderkompressor verwendet wird, der einen Frisohgaseinlaß am Niederdruckende, einen Mischgasauslaß am Hoohdruckende sowie einen Seiteneinlaß für zurückgeführtes Gas zwischen dem Frischgaseinlaß und dem Misohgasauslaß besitzt.

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