DE1592381A1 - Verfahren zur synthetischen Gewinnung von Ammoniak - Google Patents

Description

Vorfahren aur synthotlsohen Gewinnung von Ammoniak.

Katalysatoren für dl» Ammoniak-Synth·«· sind wirksam iwisohen twei kritischen Temperaturen ι

a) der Miniraal-Teaperatur (Anspringteaperatur) do» Synthese-Kreislaufgases, die am Eintritt in den Katalysetorraum vor« handon »ein mass, um die Reaktion einaulelten,

b) der Maximal-Teraperatur (Zerfallteaperatur), bei der der Katalysator seine aeohanisohe ieatigkeit verliert» bei Obersohrei· tung zerfallen und den Katelyeatorraua fUr den aasdurohgang

ι • sperren würde» \

Ke aind Bahlreloha teohnisoh· LÖaurigen bekannt» um did Temperatür U9& Kreislaufgases innerhalb des Bereiohes swlsohen den kritischen Temperaturen einssuhalt«n» Als Beispiele seien genannt;ι o) Im Katalytraura ist ein farm«austausch eingebaut· Auanerhalb . der Auβtaueohrohr· befindet sioh der Katalysator und füllt die Reaktionswärme an, die nach innen abgegeben wird· Innerhalb der Rohr· wird das Umlaufgas vor sein·» Eintritt in den Katalyaatorraum soweit vorgewärmt, dass die Anspringtempera- [ "tür erreicht wird. Der Temperaturverlauf la Katalyträum ist ' bestimmt durch dl· Orös·· d«r AustaueohflMohe und deren WMrmeUbergang· Eins Beeinflussung von ausaen ist nioht »öglioh· : Si· Auetrittstemperetur liegt relativ niedrig· ^_{0 0RIG(NAi}

009850/1694 .a

d) Dor voll mit Katalysator gtfUllt· Raum (Vo11raumοfen) hat »inige fest tingobaute KaltgasBufUhrungen« Si« sind in Höhen vorgesehen, In denen «loh dl· Gärtemperatur erfahrungsgemäß β · der oberen kritischen Temperatur nähert. Durch Zusatz von Kaltgas (je naoh Klima β wie oh en 20 und 5O⁰O) wird die Tomperatur wieder gesenkt» ohne jedoch dl« unter« kritische Temperatur au erreichen. Eine Beeinflussung ron auseen für dl· vorgewählten Punkt· der Zuführung; ist möglich. Die Austritt·* temperatur liegt relativ ho oh, aber sie wird anschließend gesenkt btla Würaeauetausoh eit dem eintretenden Umlauf gee, da· auf Ansprlngteaperatur vorgewärmt werden aus··

Di· Tend ens bei der synthetischen Annionlak-Oewimnung geht neuer» ding· dahinι grusβere und damit wirtschaftlichere Einheiten vor* ausehen, dies· in Besug auf dl· Energiebilan» möglichst autark tu gestalten und dl· Lebensdauer des Katalysators und damit die kontinuierliche Betriebeperiode der Einheit au YtrlUngera,

Die Lebensdauer des Katalysator· wird limitiert durch Verunroiulgungen» die Mit de» Frlsohgas in den Syntheoekreiolauf gebraoht werden» Sie vergiften nach und nach die Katalytsohiohten am Eintritt in den Katalysatorrauii» also bei der Variante o) nur die Oberst· Sohioht und bei der Variant· d) dl· oberste Schicht und in geringerem Masse dl· auf dl· KaltgasBufuhr folgenden Schtohten.

Vergiftet· Katalysatorsohiohten benötigen eine höhere Anßpringt©aperatur (a). Der Wlraeaustausch fUr da· Blntrittsgas muss für dl· «axieale Anspringtemperatur vorgesehen werden. Di· Reguli·» r ng auf eine tiefere temperatur erfolgt duroh Kaltgassugabe. frots Erhöhung der Xintrittstemperatur Yerlangsaat «loh an die-••r Bt«ll· dl· Ansonlakblldunf· D«r Katalysator muss ausgeweoh-

009850/189 A ... bad originär ₅ . \

seit werden, wenn die gewünschte Aramonlakmenge nicht emhr erreicht werden kann. In dienern Zeltpunkt ist nur eine raltiv kleine Katalytschicht vergiftet und effektiv unbrauchbar·

Bei der Bnergiebllans der Ammoniak-Synthese und bei der »ugohörigen Syntheeegas-Qewinnung liegt der Haupt verbrauch in der Kompresolon des Synthesegases (s.B* von 25 auf 300 atm)« die heut« bei groeeen Einheiten vornehmlich durch Surbokompressoren mit Dampfturbinenantrieb erfolgt. Die exothermen Process· aUaaen möglichst gross· Abdampfmengen erseugen« um diesen Bedarf su docken« FUr die Synthese sind hieru haupteäohlioh bekannt! «) die Einführung von Vsrdampferrohren swlsohen eineeinen Kata-

lytsohiohten beim Vollrauaofen«
f) die Einschaltung eines Abhitsekessels im Umlaufgasstrom nach dem katalysatorraum oder naoh dem Austritt aus dem Reaktor*

Bei beiden Varianten ist die Datapfgewinnung dadurch limitiert, dass durch das austretende Umlaufgas vor allem das eintretende Gae bis auf die Anspringtemperatur erwärmt werden muss*

Bas erfindungsgemäsee Verfahren sur synthetischen Gewinnung von ' • Ammoniak ist dadurch gekennzeichnet, dass demjenigen Anteil an . der gesamten Umlaufgaamenge« der der obersten Eatalytschioht sugeleitet wird, ein erheblioher restlicher Anteil, der duroh WUrstoaustausch im Katalytraum oder mit d^m . ι dem Reaktor austretendes Umlauf gas» nachdem dieses «itien Abh^taekeseel passiert hat« auf ein· Temperatur -vorgewärmt worden 1st« die niedriger als die Austrlttstempsratur des Umlaufgases aus dem Abhitzekessel oder naoh dem Austausch mit Verdampferrohren liegt« am Eintritt in den Katalysatorraum und/oder an einer stell· oder an· mehreren Stellen swieohen den «^itln«n Katalytechiohten suge-

setst wird» , _ _{n Λ} ^ . —-- ^l

009850/1C94

Ba hat eich gezeigt, dass a.B. tin Umlaufgas mit einem halt von 4$ vor dea Eintritt in den Katalyt und von 16$ am Austritt -unter gewissen sonstigen Betriebsbedingungen- durch die Reaktionaw&rme um etwa 180° erwftrmt wird· Kaltgas von 40° würde auf 220°, Warmgas von 180° auf 360° erwärmt. Wenn die Reaktion bei 500° erfolgen soll, nüssen «sueätaliche Wärmemengen aus der noch nicht vollständig abgelaufenen Reaktion der Hauptgasmenge aur Verfügung sein, damit auch das sugesetste Gas die Reaktionetemperatur erreicht« Diese Wärmemengen müssen ausreichend sein für eine Semperaturstelgerung ron 280° bei Kaltgas und von 140° bei Warogas« Wenn die xusttsbaren Wärmemengen in beiden Fallen gleich gross sind, d.h. wenn an der Stellt der Zugabe der KH--0ehalt gleich hoch liegt» kann die aageführte ffaragasmenge doppelt so gross sein wie eine sugesttett Xaltgasaenge« Zn der Praxis wird dieses Verhältnis nicht gen· trrtloht«

Die Austrittstemperatur.aus dem Reaktionsraum 1st bestimmt durch dlt Reaktionswärme und durch dlt fühlbare warme im eingeführten Umlaufgas« Durch Zueats von Warmgae wird die auf niedrigem Temperaturniveau dem Gee «ugeführte Wärmemenge mitteln der Reaktionswärme auf tin höhte Temperaturniveau gebracht«

Der Zusats von Warmgae 1st nicht nur bela Vollraumofen (d) muglieh, sondern auoh bei einem Katalysatorraun alt Wttrataustauoh (o). Br ist ebenfalls anwendbar bei einer Kombination beider Typen» bei der i«B* dtr obere Teil dta JCatalytrauatt einen Wtfratg Auatausohtr aufweist» wahrend der untere TtIl nur alt Katalyt « gefüllt 1st. \

° Warragassugabt iwlaohen Katalytβchichten verringert dlt Umlauf- | \

cd gasmengt am Eintritt und damit dlt Vergiftung der obersten Khta- % \

co * ι

^ lytsohloht· Dlt Zugabt det ffarnfastt ■wischen den tlnitlnen Oohiohten erfolgt bei tiner höheren Teeperatur ale aa Eintritt·

so daaB βIoh eine Vergiftung der darauf folgenden Katalytschicht nicht in der gleichen Weise au^wirk#»n kann.

Die Vorteile des erfinduiieR^müsoen Verfahrene sind ι

Die Vergiftung der obersten Katalyeatorachicht wird im Verhältnis der ihr zugefUhrten ümlaufgasmenga verringert·

Die Lebensdauer einer TCatalytfUllung und damit dl· kontinuierliche BGtriebsperiode werden verlängert.

Die Anßpringtemperatur liegt bei weniger vergiftetem Katalyt niedriger und warmeaufwand und AuataUBChflKohe für die Erreichung der Anepringtemperatur sind ebenfalls kleiner·

Die WMrraobilonz ergibt durch die Zufuhr von zuBätalicher fühlbarer Wärme im Warmgae einen WSrmaUberaohuea im benötigten Tempera turbereich» der für die Gewinnung «iner griJaeeren Abdampfmenga -seng» benutzt werden kann*

atwei folgenden Beispiele vergleichen bekannt· Methoden mit dem erfindungagemtteeen Verfahren. All· Mengenangaben beziehen

sich auf die Gewinnung von einer Tonn· Ammoniak» ^:

i Beispiel 1 (Abb.l)t eeigt den ungefähren Xemperaturverlauf Über der Höhe der Katalyaatorfullung ala Abaaiese in einem Katalytraum mit Wärmeauatausohar« Die auagezogenen Kurven beziehen aioh auf ein bekanntes, die unterbrochen·» auf dl· Abweichung beim erfindungegemäsoan Verfahren· Bai A tritt daa Umlaufgaa in die Auataueoherrohre ein» Ea wird bia auf dl· maximale Anapringtempera* tür B erwärmt· Solange diaa· nloht «rforderlich ist, wird dl« Temperatur duroh Zuaats von Kalt» oder farmgaa auf 0 abgeaankt· Dia dann eineetiende Reaktion ataigart dia Tamparmtur, wo^bai dl· WItnaaabfuhr dafür sorgt, daa· dl· Maxiaaltemperatur nloht er-

00 9 8 5 0/1694 bad original 6 -

reicht wird und die Temperatur dee Gases am Aue tritt doe Kafca-Iyträumte D wesentlich abgesenkt wird.

Bei Warmgasssugabe liegt die Temperatur A höher. TrotBde» ist der fa"rmeinhalt niedriger, weil die Qaeatmge kleiner lot· Wannßaeeusats erfolgt bei B und bsi E» Die Austrittstemperatur liegt höher. Die WKraebilans aeigt also Einsparungen bei der Vorwärmung des eintretenden Oaeee und einen überoohuee beim austreten«» den (Jas von höherer Temperatur· Der Wehranfall an Abwärme betragt o·· 180 koftl und entspricht einer »uetttalichen Abhitsedaapfgewinnung von Über O₉5 t Dampf/t NHj. Die sur obereten Katalyteohioht sugogebene Gasmenge beträgt ca. 84# der Üblichen Betriebsweise gegenüber· Damit wird die Yergiftung dieser Oohioht um oa« 16jS herabgeeetst» Die Maximale An« epringteaperatur erniedrigt «loh und die Betriebeperiode der Katalytffillung verlängert eioh dementsprechend.

Beispiel 2 (Abb.2)ι «»igt den T**peraturverlauf in einem YoIlrauraoJfen und im Wärmeααβtauscher Q fUr die Vorwtfrmung des eintretenden Uktlaufgas*·· Yarngao f wird su oa. 53^ auf die Anepringteaperatur O vorgewärmt, zu oft» 47l^ βwischen den Katalyt-Bohichten U augegeben. Die Zugabe erfolgt in 3 Teiletrömen I», r^M und !·♦'. Sie erniedrigt Jeweils sowohl die Temperatur als auch den NHj-Qehalt. Die Temperatur K ae Austritt aus dom Katalyaatorraua von 500° wird abgesenkt auf L (oa.335°) durch dl· 7orwUrmung des eintretenden Umlaufgaees.

Oer WKmelnhalt des austretenden Uolaufgases reicht aus für die Oewinnung von oa. 14* Abhltiedampf (19 *tu) und sur Yaragasor-

ι ufung. Bei der klaseisohen Methode dee Kaltgassueatsee aUsssn ο«· 71^ vorgewärmt werden und bei gleloher teeperatur bei I

'· 009850/1694 ' * - 7 - >

BAD ORIGINAL '

würde din Temperatur L weoentlich niedriger liegen· Ihre Höhe hfitngt nuseerdem ab von dor Temperatur dee bei f eintretenden Gaeee. V/ird diesee ebenfalls mit 180° zugeführt, liegt die Abhitae· dampfgewinnung bei tfarragaeaußabe um oa. 36^ höher» falle Kaltgas alt 40° «ugefUhrt wird» betragt dit Dampfgewinnung (der WarragaB-xugabe gegenüber) nur noch oa· 10$ι wobei gleicher Dompfdruok angenommen word on ist·

Die nur abtraten Katalyteohioht angegebene Oaamenge beträgt der Kaltgassugabe gegenüber- oa· 757»· Ua 25# verringert eich dia Vergiftung und damit 'vermindert eioh dia Anepringtemperatur und verlängert eich die Bftriebe»eit.

Beispiel 3 (Abb.3)ι «eigt die »um erfindungageffittaeen Verfahren Bugohörige Apparatur für einen Vollraumofen nach Beispiel 2. Sie Elemental Reaktor* WKrmeauatauaoher und Abhitaekeeeel, eind bekannt. Heu iat die dem erflndungagemttaaan Verfahren augehürige mnachaltung dieser Elemente· Umlaufgaa U von der NH-y-Abscheidi ζ kommend wird im Wttrmeauatauaoher X auf Warmgaetemperatur 0 erwurmt· SIn Te11etrom F wird dam Reaktor P augeleltet, im Aue- taueohar Q erhitzt und but obersten Katalytechicht geführt· Drei Teiletröme X werden naoh den Katalytoohiohten sugegeben. Die nun« mehr geeamte Umlaufgaemenge wird naoh Austritt aus H'^Mt im Aue· ' tauBoher Q abgekühlt und verltfsat den Reaktor P. Weitere Teiapt* raturabeenkungen erfolgen im Abhitee-Daapfkeseel R und im Wärme· austauscher H« Das hier auetretende Gas S geht mir Abscheidung des gewonnenen Ammoniak«· Der im Keβeel R erxeugte Dampf steht bei T sur Verfugung. Im Austaueohtr IT muss «int Temperaturdirreren· swischen ein« and austretendem Gas vorhanden sein. Die Tarn« peratur das Varmgast« liegt somit unter dar Attatrittsteaperatur des uttlaufgases aus dam Abhltiekass»! I, ' „,_r " " *

0 0 9 8 5 0/1694 ^BAD ORJGiNAL

• θ ·

Claims (1)

1. Patent an eprüone ι "ί*

   I. Verfahren aur eynthetieohen Gewinnung ron Ammoniak dadurch gekennzeichnet, daae demjenigen Anteil an der geoamten Umlauf gaatoenge» der der oberoton Katalyteohloht zugeleitet wird» ein erheblicher restlicher Anteil» der durch färmeauotaueoh in Katalytraua oder mit dem au» den Reaktor ausgetretenen Umlaufgae, naohden dieaea einen Abbiteekeecol paasiert hat» auf eine Temperatur vorgewärmt worden let» die niedriger als die Auetrittetemperatur dea Umlaufgase8 aus dem Abhitze-. kessel oder naoh dem Auetaueoh mit Verdampferrohren liegt» an Eintritt in den Katalyeatorraum und/oder an einer Stolle oder an mehreren Stellen ewitoben dta βinaeinen Katalytechiohten eugeaetzt wird. .

   II. Apparatur »ur AueUbung de· Verfahrene naoh Anspruch X dadurch gekennzeichnet» dass die Führung doe Umlaufgaees In einer Form vorgenommen wird» die erlaubt» dae de« Reaktor §uatr8-mende Ga* im Wurme aus taue oh mit dem voa Reaktor kommendem 0aa torauwärmen, dae Wenagas ά%Ά gewüneohten Stellen am Beginn und awiechen don Sohichten des Katalysator· ausuleiten und auo de« durch die Warmgaezugabe eraielten gröeeeren f|rci«an· fall bei ausreichendem Teaperaturniveau eine lueätiliohe Abhiteedftrapfmeng« »u gewinnen*

   UnteraneprUohet

   1· Verfahren naoh Aneprüohen I und Zl dadurch gekennaelohnet, daea der Katalyaatorraua» welohee dae Paragae augeleitet wird, •ine WMrmeabfuhreinriohtung in Torrn ron, färeeauetaueoher oder I Abdaapfeneuger auf weilt.

   ^ - S 009850/1094

   2· Verfahren naoh Anepruoh I und II daduroh gefcennseiohnet» dass der Katalyoatorraum keine Einrichtung für eine Wttraeabfuhr aufweist·

   3. Verfahren naoh Anspruch I und II und (JnteransprUohen 1 und daduroh gekonn«βlohnet_t dass der Katalyeatorraum su einen Teil eine Einrichtung für die WKmeabfuhr aufweist und sum anderen Seil eine solohe Einrichtung nioht beeitit·

   BAD

   009850/163A