DE69617878T2 - Herstellung von Ammoniak mittels Reformierung mit angereicherter Luft und Stickstoffeinspritzung im Synthesekreislauf - Google Patents

Herstellung von Ammoniak mittels Reformierung mit angereicherter Luft und Stickstoffeinspritzung im Synthesekreislauf

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nachrüstungsverfahren, um die Produktionskapazität einer Ammoniakanlage durch Installieren von Luftanreicherungs- und Stickstoffeinspritzfähigkeiten zu erhöhen.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Viele Anlagen zur Herstellung von Ammoniak wurden gebaut. Typischerweise wird ein Kohlenwasserstoffedukt, wie Erdgas, in einem vorderen Ende der Anlage reformiert, um ein Synthesegas, das Wasserstoff und Stickstoff enthält, herzustellen. Das Synthesegas wird dann in einen Synthesekreislauf überführt, um Ammoniak zu bilden. Viele Anlagen arbeiten mittels eines Synthesekreislaufs, der auf einem Magnetitkatalysator in den Konvertern der Ammoniaksynthese basiert. Diese Reaktoren arbeiten im Allgemeinen mit einem Verhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff (HN-Verhältnis) in der Zufuhr von ungefähr 3. Kürzlich wurden Anlagen gebaut, die einen effizienteren Katalysator verwenden, der auf einem Metall der Platingruppe, wie Ruthenium, das auf graphitenthaltender Kohle getragen wird, basiert, wie beispielsweise in U.S. Patent 4,568,530 beschrieben. Bei Verwendung des Ruthenium- Katalysators ist es erwünscht, dass das HN-Verhältnis kleiner als 3 ist.
  • Technologische Fortschritte wurden auch im vorderen Ende der Stickstoffanlage zur Herstellung des Synthesegases gemacht. Herkömmlicherweise wurden die Anlagen mit Primär- und Sekundärreformern gebaut. Im Primärreformer werden Dampf und Erdgas bei einer erhöhten Temperatur in einem beheizten Ofen zur Reaktion gebracht. Im Sekundärreformer wird Luft zu dem Ausfluss aus dem Primärreformer zugegeben und die Mischung wird unter Verwendung der Verbrennungsreaktion mit Luftsauerstoff als Hitzequelle für die Reformierungsreaktion adiabatisch zur Reaktion gebracht. Der Ausfluss aus dem Sekundärreformer wird dann umgewandelt, um die Bildung von Wasserstoff zu begünstigen. Eine wesentliche Änderung in neueren Anlagen war die Verwendung des autothermischen Dampfreformierens, wobei der Ausfluss aus dem Sekundär- oder Autothermoreformer als primäre Wärmequelle für den Primärreformer (oder genauer ein Reformierungsaustauscher) verwendet wurde, wie beispielsweise in U.S. Patent 5,011,625 beschrieben. In jedem Fall wird das HN-Verhältnis durch die Kontrolle der Menge an Stickstoff kontrolliert, die mit der Luft in den Sekundär- oder Autothermoreformer eingespritzt wird. In einigen Fällen wurde auch sauerstoffangereicherte Luft dem Sekundär- oder Autothermoreformer als ökonomischer Mittelweg zwischen den Kosten der Sauerstoffeinheit und den Vorteilen der Verwendung von sauerstoffangereicherter Luft in der Sekundär- /Autothermoreformierungszufuhr zugeführt.
  • U.S. Patent 4,792,441 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Ammoniaksynthesegases, welches Primär- und Sekundärreformer umfasst, wobei die Kohlenwasserstoffzufuhr zwischen beiden Reformern aufgeteilt wird. Der Sekundärreformer wird mit sauerstoffangereicherter Luft versorgt. Die Menge an Kohlenwasserstoff, die dem Sekundärreformer von dem Primärreformer zugeführt wird, wird mit der Menge an Oxidationsmittel, das dem Sekundärreformer zugegeben wurde, abgestimmt, um ein H&sub2;/N&sub2;-Verhältnis von 3 : 1 im Produktgas zu erzielen.
  • Die Europäische Patentanmeldung 0 093 502 offenbart die Verwendung einer PSA-Einheit für die Trennung von Luft, wodurch Sauerstoff und Stickstoff erzeugt werden, die während der Herstellung des Ammoniaksynthesegases verwendet werden. Es beschreibt auch die Zugabe von überschüssigem Sauerstoff zu dem Sekundärreformer. Der Stickstoff, der aus dem PSA-Schritt erhalten wurde, kann zu dem durchströmenden Gasstrom gegeben werden, um alle Arten von Prozessschwankungen auszugleichen. Die Zugabe von N&sub2; weiter stromabwärts ist nicht ausgeschlossen, ist jedoch normalerweise nicht nötig.
  • Häufig wird gewünscht die Kapazität einer bestehenden Ammoniakanlage zu erhöhen. Die Produktionskapazität des Synthesekreislaufs kann gewöhnlich relativ leicht erhöht werden durch Installieren einer hochaktiven Rutheniumkatalysatorkonverterfähigkeit und/oder durch Abändern des Synthesegaskompressors, um mit zusätzlichem Synthesegas umzugehen. Das Erhöhen der Kapazität im vorderen Ende war problematischer. Obwohl die Primär- und Sekundärreformer zusätzliche Kapazität haben können oder einfach abgeändert werden können, um die Kapazität zu erhöhen, sind der Luftkompressor, die Shift-Konverter und/oder das CO&sub2;-Entfernungssystem normalerweise schon bei maximaler Kapazität beansprucht. Eine erhöhte Kapazität im vorderen Ende der Anlage kann die Installation von parallelen Apparaturen, wie einen weiteren Kompressor oder zusätzliche CO&sub2;- Entfernungsapparaturen, erfordern, was eine kostspielige Möglichkeit darstellt. Somit besteht ein Bedarf für eine Nachrüstung, welche die Kapazität einer Ammoniakanlage ohne das Installieren von parallelen Apparaturen erhöhen kann.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diesen Bedürfnissen wird durch das in den Ansprüchen 1-14 definierte Nachrüstungsverfahren nachgekommen. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren, das auf eine Ammoniakanlage angewendet wird, die ein Reformieren mittels angereicherter Luft in Verbindung mit strategischer Einspritzung von Stickstoff in den Synthesekreislauf verwendet. Ein sauerstoffangereicherter Strom wird in einen Sekundär- oder Autothermoreformer einer Ammoniakanlage eingespritzt, um das Reformieren von Erdgas oder einem anderen reformierbaren Kohlenwasserstoffedukt zu erleichtern. Ein stickstoffreicher Strom wird in den Zusatzgas- oder Ammoniaksynthesekreislauf eingespritzt. Dieser strategische Mischpunkt des Stickstoffs hat den Vorteil, das das herkömmliche Prozessieren von überschüssigem Stickstoff im vorderen Ende der Ammoniakanlage umgangen wird und steift den Stickstoff bereit, der für die Ammoniakumwandlung benötigt wird. Durch das Einspritzen des Stickstoffs in den Zusatzgas- oder Synthesekreislauf, umgeht der Stickstoff das vordere Ende, was zu einem geringeren Druckabfall im vorderen Ende als sonst führt und verringert die Materialkosten. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf das Nachrüsten einer bestehenden Anlage, bei der dieses Verfahren wesentliche Beschränkungen bezüglich höheren Produktionskapazitäten im vorderen Ende der Ammoniakanlage beseitigt. Das strategische Mischen des Stickstoffs in dem Zusatzgas- oder Synthesekreislauf stellt die Flexibilität beim Betrieb, eine Wasserstoff-zu-Stickstoff-Verhältnis (HN-Verhältnis)-Kontrolle bereit und maximiert das Leistungsvermögen des Ammoniaksynthesekatalysators. Dieses Verfahren ist anwendbar auf herkömmliche Magnetitkatalysatorsysteme, wie auch auf Katalysatorsysteme, die auf einem Metall der Platingruppe auf einem graphitenthaltenden Kohleträger basieren.
  • Allgemein stellt diese Erfindung ein Verfahren zur Ammoniaksynthese bereit, umfassend die Schritte: (a) Auftrennen von Luft in sauerstoffreiche und stickstoffreiche Ströme; (b) Mischen der Luft mit dem sauerstoffreichen Strom von Schritt (a), um einen sauerstoffangereicherter Strom zu bilden, der 25 bis 40 Mol-% Sauerstoff enthält; (c) Einspritzen des sauerstoffangereicherten Stromes von Schritt (b) in einen Autothermoreformer einer Synthesegaseinheit, die einen Primärreformer stromaufwärts und einen Shift-Konverter stromabwärts von dem Autothermoreformer, eine CO&sub2;-Entfernungseinheit und einen Methanator umfasst, um einen Synthesegasstrom zu erzeugen; (d) Zuführen des Synthesegases von Schritt (c) und des stickstoffreichen Stromes von Schritt (a) als Zusatzgas in einen Ammoniaksynthesekreislauf; (e) Betreiben des Ammoniaksynthesekreislaufes, um (1) den Stickstoff und den Wasserstoff in einen Ammoniaksynthesereaktorzufuhrstrom umzuwandeln, um einen ammoniakreichen Strom zu bilden, (2) den Ammoniak aus dem ammoniakreichen Strom wiederzugewinnen, um einen Umwälzgasstrom zu bilden, (3) einen Spülstrom aus dem Synthesekreislauf zu entfernen, (4) ein wasserstoffreiches Gas aus dem Spülstrom wiederzugewinnen und (5) das wasserstoffreiche Gas mit dem Umwälzstrom und dem Zusatzgas von Schritt (d) zu vereinigen, um den Ammoniaksynthesereaktorzufuhrstrom zu bilden.
  • In einem Aspekt stellt die Erfindung ein Nachrüstungsverfahren zur Erhöhung der Produktionskapazität einer Ammoniakanlage bereit, welche ein vorderes Ende, das hintereinandergeschaltet Primär- und Sekundärreformer und Hoch- und Tieftemperatur-Shift-Konverter für das Umsetzen einer Kohlenwasserstoffzufuhr mit Dampf und Luft umfasst, um einen Zusatzsynthesegasstrom zu bilden, der Wasserstoff und Stickstoff bei etwa Auslegungsstöchiometrie umfasst, und einen Synthesekreislauf aufweist, wobei ein Umwälzsynthesegasstrom mit dem Zusatzgas vereinigt wird, um eine Synthesegaszufuhr zu den Ammoniakkonvertern zu bilden, umfassend die Schritte: Anreichern von der dem Sekundärreformer zugeführten Luft mit Sauerstoff und Erhöhen des Wasserstoffgehaltes des Zusatzgases auf wesentlich über die Auslegungsstöchiometrie; Zuführen eines praktisch reinen Stickstoffstromes zu dem Synthesekreislauf, um ein gewünschtes Wasserstoff- zu-Stickstoff-Verhältnis in der Synthesegaszufuhr zu den Ammoniakkonvertern zu erhalten.
  • Das Verfahren kann das Installieren einer Luftrektifikationseinheit zur Bildung von sauerstoffreichen und stickstoffreichen Strömen umfassen, bei dem der sauerstoffreiche Strom in dem Anreicherungsschritt zu Luft zugegeben wird und bei dem der stickstoffreiche Strom als Quelle für den praktisch reinen Stickstoffstrom verwendet wird. Vorzugsweise übersteigt die vorhandene Kapazität des Synthesekreislaufes der Ammoniakanlage vor dem Nachrüsten die bestehende Kapazität des vorderen Endes. Auf diese Art und Weise wird die Kapazität des vorderen Endes der Anlage durch das Nachrüsten erhöht, um einem Teil oder der gesamten überschüssigen Kapazität des Synthesekreislaufes nachzukommen. Um die Kapazität zu erhöhen, kann alternativ der Synthesekreislauf abgeändert werden, um die vor dem Nachrüsten existierende Kapazität des vorderen Endes zu übertreffen. Auf diese Art und Weise kann die Gesamtkapazität der Ammoniakanlage erhöht werden.
  • Wenn die Ammoniakanlage einen Methanator zur Entfernung von Kohlenoxiden umfasst, um den Zusatzsynthesegasstrom in einen bestimmten Zustand für den Synthesekreislauf zu bringen und der Schritt der Stickstoffzufuhr vorzugsweise das Einspritzen eines Stickstoffstromes in den Zusatzsynthesegasstrom stromaufwärts vom Methanator umfasst. Jegliche Sauerstoffverbindungen werden in dem Stickstoffstrom durch den Methanator entfernt.
  • In einer anderen Ausführungsform ist der Stickstoffstrom im Wesentlichen frei von Sauerstoff und Sauerstoffverbindungen und kann, abhängig von der Kapazität des bestehenden Zusatzgaskompressors, zu dem Zusatzsynthesegasstrom oder in die Synthesegaszufuhr gegeben werden, um den zusätzlichen Stickstoff zu bewältigen. Wenn der Zusatzsynthesegaskompressor den zusätzlichen Stickstoffstrom nicht bewältigen kann, kann der Stickstoffstrom, der im Wesentlichen frei von Sauerstoff und Sauerstoffverbindungen ist, mit einem separaten Kompressor komprimiert und in die Synthesegaszufuhr eingespritzt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung das Verfahren zur Erhöhung der Produktionskapazität einer Ammoniakanlage bereit, die (1) ein vorderes Ende, das einen Primärreformer, einen Sekundärreformer, einen Luftkompressor und eine CO&sub2;-Entfernungseinheit zur Reaktion eines Kohlenwasserstoffzufuhrstromes mit Dampf und komprimierter Luft umfasst, um einen Zusatzsynthesegasstrom zu erzeugen, der ein HN- Auslegungsverhältnis bei einer vorher bestehenden Kapazität aufweist und (2) einen Synthesekreislauf aufweist, bei dem ein Umwälzsynthesegasstrom mit dem Zusatzsyntliesegasstrom vereinigt wird, um eine Synthesegaszufuhr zu den Ammoniakkonvertern zur Herstellung von Ammoniak bei einer vorher bestehenden Kapazität zu bilden, weiter umfassend die Schritte: Installieren einer Luftrektifikationseinheit zur Bildung von sauerstoffreichen und stickstoffreichen Strömen; Einspritzen des sauerstoffreichen Stromes in die komprimierte Luft und Betreiben des vorderen Endes bei einer erhöhten Kapazität relativ zu ihrer vorher bestehenden Kapazität, wobei ein Rohsynthesegasstrom von der CO&sub2; Entfernungseinheit ein erhöhtes HN- Verhältnis relativ zu dem Auslegungsverhältnis aufweist; Zuführen des stickstoffreichen Stromes zu dem Synthesekreislauf; und Abändern des Synthesekreislaufes, um die Ammoniakproduktionskapazität des Synthesekreislaufes zu erhöhen. Der Einspritzschritt bildet vorzugsweise einen sauerstoffangereicherten Luftstrom als Zufuhr zu dem Sekundärreformer, die 25 bis 40 Vol.-% Sauerstoff enthält. Der sauerstoffreiche Strom, der benützt wird, um den Luftstrom anzureichern, enthält vorzugsweise 40 bis 100 Vol.-% Sauerstoff. Desweiteren stellt die Erfindung das Verfahren bereit, bei dem der sauerstoffreiche Strom 50 bis 80 Vol.-% Sauerstoff enthält. Der stickstoffreiche Strom enthält vorzugsweise weniger als 1 Vol.-% Sauerstoff, wird in den Rohsynthesegasstrom eingespritzt und das Verfahren umfasst vorzugsweise das Durchströmen des stickstoffangereicherten Rohsynthesegasstromes durch einen Methanator, um den Zusatzsynthesegasstrom zu bilden, der im Wesentlichen frei von Sauerstoff und sauerstoffenthaltenden Verbindungen ist. Alternativ ist der stickstoffreiche Strom im Wesentlichen sauerstofffrei und der stickstoffreiche Strom wird in den Zusatzsynthesegasstrom stromabwärts vom Methanator eingespritzt. Als weitere Alternative, bei der der stickstoffreiche Strom im Wesentlichen sauerstofffrei ist, wird der stickstoffreiche Strom in die Synthesegaszufuhr der Ammoniakkonverter eingespritzt. Die Abänderung des Synthesekreislaufes kann die Installation der Ammoniakumwandlungskapazität einschliessen, die auf einem Katalysator mit hoher Aktivität, der ein Metall aus der Platingruppe, welches auf graphitenthaltender Kohle getragen wird, beruht.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer angereicherten Luft/Stickstoff- Einspritzung des erfindungsgemässen Ammoniakverfahrens, das eine Luftrektifikationseinheit umfasst.
  • Fig. 2 ist ein schematisches Prozessflussdiagramm einer nachgerüsteten Ammoniakanlage gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • In dem Ammoniakherstellungsschema der vorliegenden Erfindung wird dem Sekundärreformer sauerstoffangereicherte Luft im vorderen Ende der Anlage zugeführt, um die Wasserstoffproduktion zu erhöhen und Stickstoff wird stromabwärts zugegeben, um die gewünschte Stöchiometrie für die Ammoniaksynthese aufrechtzuerhalten. Mit Bezugnahme auf Fig. 1 umfasst das Ammoniakverfahren 10 einen Lufttrennungsschritt 12, bei dem Luft in sauerstoffreiche und stickstoffreiche Ströme 14 und 16 aufgetrennt wird. Der sauerstoffreiche Strom 14 wird einem Luftkompressionsschritt 18 zugeführt, um ein sauerstoffangereicherter Luftstrom 20 zu erzeugen. Der angereicherte Luftstrom 20 wird einem Synthesegasherstellungsschritt 22 zugeführt, bei dem eine Kohlenwasserstoffzufuhr, wie Erdgas, mit Dampf, unter Verwendung des sauerstoffangereicherten Luftstromes 20, für die Sekundärreformierung, reformiert wird. Der Synthesegasherstellungsschritt 22 führt zu einem Rohzusatzsynthesegasstrom 24. Der Rohzusatzsynthesegasstrom 24 ist relativ arm an Stickstoff und der zusätzlich benötigte Stickstoff wird durch den stickstoffreichen Strom 16 dem Synthesegasreinigungs- /Ammoniaksyntheseschritt 26 zugeführt, um einen Ammoniakproduktstrom 28 zu ergeben.
  • Der Lufttrennungsschritt 12 wird unter Verwendung herkömmlicher Techniken zur Trennung von Luft in stickstoffreiche und sauerstoffreiche Ströme durchgeführt, wie beispielsweise Tieftemperaturdestillation, Druckschwenkabsorption (pressure-swing absorption) oder dergleichen. Typischerweise wird die Tieftemperaturdestillation aus ökonomischen Gründen bevorzugt. Die Lufttrennung kann umgangen werden, wenn sauerstoffreiche und stickstoffreiche Ströme von geeigneter Reinheit und Menge anderweitig verfügbar sind.
  • Wenn die Tieftemperaturdestillation zur Trennung von Luft in Sauerstoff- und Stickstoffströme verwendet wird, ist die Reinheit des sauerstoffreichen Stromes nicht kritisch, da er in dem Luftkompressionsschritt 18 verwendet wird, um den angereicherten Luftstrom 20 dem Synthesegasherstellungsschritt 22 zuzuführen. Sauerstoffströme, die nur so wenig wie 40 Vol.-% Sauerstoff bis zu 100 Vol.-% Sauerstoff hoher Reinheit enthalten, sind geeignet, es ist jedoch bevorzugt einen sauerstoffreichen Strom 14 mit einem Sauerstoffgehalt von 50 bis 80 Vol.-% in ausreichenden Mengen zu verwenden, um einen angereicherten Luftstrom 20, der 25 bis 40 Vol.-% Sauerstoff, mehr bevorzugt von etwa 26 bis etwa 36 Vol.-% Sauerstoff, enthält, herzustellen. Abhängig davon, wie der stickstoffreiche Strom 16 in den Reinigungs-/Syntheseschritt 26 eingespritzt wird, ist die Reinheit desselben, insbesondere der Gehalt an Sauerstoff und sauerstoffenthaltenden Verbindungen, im Allgemeinen ein wichtiger Umstand. Da der stickstoffreiche Strom 16 in den Reformierungsreaktionen, die normalerweise den Sauerstoff entfernen würden, nicht prozessiert wurde, muss achtgegeben werden, die schädlichen Effekte, die Sauerstoff sonst in dem stickstoffreichen Strom 16 auf den Katalysator haben könnte, der in dem Syntheseschritt 26 für die Ammoniakumwandlung verwendet wird, zu verhindern. Vorzugsweise weist der stickstoffreiche Strom einen geringen Sauerstoffgehalt auf, um die Reinigung des stickstoffreichen Stromes 16 zu erleichtern. Weniger als 1 Vol.-% Sauerstoff in dem stickstoffreichen Strom 16 ist bevorzugt und Sauerstoffgehalte unter 1000 ppmv sind besonders vorteilhaft, insbesondere unter 5 ppmv. In einer bevorzugten Anordnung beinhaltet die Lufttrennung 12 die Tieftemperaturfraktionierung von Luft in einer Anordnung, die typischerweise im Gebiet der Lufttrennung zur Herstellung von hochreinem Stickstoff, der im Wesentlichen frei von Sauerstoff und einem Sauerstoffabfallprodukt ist, das 50-80 Vol.-% Sauerstoff enthält, verwendet wird.
  • Die Apparatur und die Verfahren, die zur Luftkompression im Luftkompressionsschritt 18 verwendet werden, sind dem Stand der Technik gut bekannt. Der angereicherte Sauerstoffstrom 14 kann einem Umgebungslufteinlass eines herkömmlichen Luftkompressors zugeführt werden oder er kann zwischen die Stufen des Kompressors zugeführt werden. Häufig ist der Luftkompressionsschritt 18 bei den bestehenden Anlagen nahe bei der maximalen Kapazität der Luftkompressionsapparatur. Folglich bedeutet die Zufuhr eines sauerstoffreichen Stromes 14, dass weniger Umgebungsluft im Luftkompressionsschritt 18 verwendet wird, da diese durch den sauerstoffreichen Strom 14 ersetzt wird.
  • Der Synthesegasherstellungsschritt 22 wird unter Verwendung von herkömmlichen Apparaturen durchgeführt, die für diesen Zweck entwickelt wurden. Üblicherweise beinhaltet der Synthesegasherstellungsschritt 22 den Betrieb eines Primärreformers, eines Sekundärreformers und Hoch- und Tieftemperatur-Shift-Konvertern. Der Primärreformer erhitzt typischerweise Erdgas und Dampf, um das Erdgas partiell zu reformieren. Dies wird üblicherweise in einem beheizten Ofen durchgeführt, jedoch umfasst der hierin benutzte Ausdruck "Primärreformer" allgemein auch den sogenannten Reformierungsaustauscher. Der partiell reformierte Ausfluss aus dem Primärreformer wird dann mit dem angereicherten Luftstrom 20 gemischt und adiabatisch zur Reaktion gebracht, um die Reformierungsreaktion abzuschliessen. In einigen Ammoniakanlagen wird ein sogenannter Autothermoreformer verwendet, um die Luft und den Ausfluss aus dem Primärreformer adiabatisch zur Reaktion zu bringen und dem Primärreformer (Reformierungsaustauscher) Wärme zuzuführen. Wie hierin verwendet, wird der Ausdruck "Sekundärreformer" und Ausdrücke ähnlicher Bedeutung allgemein verwendet, um den Autothermoreformer zu umfassen, obwohl das Meiste des Erdgases in Wirklichkeit in dem Autothermoreformer reformiert werden könnte. Das Kohlenmonoxid im Ausfluss aus dem Sekundärreformer wird üblicherweise mittels der Shift-Reaktion mit Dampf umgewandelt, um Kohlendioxid und zusätzlichen Wasserstoff zu bilden. Der Ausfluss aus dem Sekundärreformer oder den Shift-Konvertern und/oder den CO&sub2;-Entfernungsapparaturen bildet, falls verwendet, den Zusatzsynthesegasstrom 24.
  • Die Durchführung des Synthesegasherstellungsschrittes 22 gemäss der vorliegenden Erfindung, resultiert in der Bildung eines im Allgemeinen wasserstoffreichen, stickstoffarmen Zusatzsynthesegasstromes 24. Obwohl das Volumen des sauerstoffangereicherten Luftstromes 20 ähnlich zu dem Volumen der komprimierten Luft ohne Anreicherung ist, erlaubt die Gegenwart von zusätzlichem Sauerstoff das Reformieren von weiterem Kohlenwasserstoff in dem Sekundärreformer. Das Verarbeiten von weiterem Erdgas resultiert in der Bildung von weiterem Wasserstoff, jedoch wird dem Sekundärreformer weniger Stickstoff zugeführt, wenn der sauerstoffangereicherte Luftstrom 20 verwendet wird. Um die gleiche Menge an Wasserstoff bei dem gleichen HN- Verhältnis vor der Verwendung von angereicherter Luft zu erhalten, würde ein wesentlich höheres Gasvolumen, das in den Reformern und Shift-Konvertern prozessiert wird, benötigt; jedoch ist in der vorliegenden Erfindung das Gasvolumen, das in den Reformern, Shift-Konvertern und CO&sub2;-Entfernungsapparaturen prozessiert wird nicht wesentlich höher. Somit kann mehr Wasserstoff durch eine relativ geringe Erhöhung der Druckverluste durch die Reformer und Shift-Konverter erzeugt werden. Andererseits kann der zusätzliche Sauerstoff in dem angereicherten Luftstrom 20 in Bezug auf die komprimierte Luft zur Erzeugung von weiterer Wärme in dem Ausfluss aus dem Sekundärreformer führen. Dies kann vorteilhafterweise zusätzlichen Dampf von der Wärmerückgewinnungssektion erzeugen, die typischerweise stromabwärts vom Sekundärreformer und den Shift-Konvertern gefunden wird.
  • Ein Beispiel einer Ammoniakanlage 100, die eine herkömmliche Primär- und Sekundärreformierung und einen Magnetitammoniakreaktor, der für die Sekundärreformierung mit angereicherter Luft nachgerüstet wurde, eine Stickstoffeinspritzung stromabwärts und einen Betrieb eines Hochaktivitätsammoniakkonverters in Serie mit dem Magnetitkonverter verwendet, ist in Fig. 2 gezeigt. Ein reformierbares Kohlenwasserstoffedukt, wie Erdgas, wird über die Leitung 102 der Entschwefelungsapparatur 104 zur Entfernung von Schwefel zugeführt, beispielsweise durch die Adsorption auf Aktivkohle, durch Reaktion mit Zinkoxid, um H&sub2;S, Mercaptane und Chlor zu entfernen oder durch eine andere im Fachgebiet bekannte Technik zur Schwefelentfernung. Das entschwefelte Edukt wird von der Entschwefelungsapparatur in der Leitung 106, in die die Dampfleitung 107 zur Reformierung im Primärreformer 108 eingeleitet wird, erhalten. Der Primärreformer 108 wird herkömmlich erhitzt und erzeugt einen partiell reformierten Ausfluss in der Leitung 110. Der Ausfluss in der Leitung 110 wird dem Sekundärreformer 112 zugeführt. Luft wird über die Leitung 114 zusammen mit einem sauerstoffreichen Strom 118 dem Kompressor 116 zugeführt, um einen sauerstoffangereicherten, komprimierten Luftstrom 120 zu bilden, der auch in den Sekundärreformer 112 zur Reaktion mit dem partiell reformierten Edukt aus Leitung 110 gegeben wird. Der Ausfluss aus dem Sekundärreformer 112 strömt über die Leitung 122 zur herkömmlichen Wärmerückgewinnungssektion 124 und dann über die Leitung 126 zum Shift- Konverter 128. Der Shift-Konverter 128 kann Hoch- und Tieftemperatur-Shift- Konverter in Serie umfassen, die im Fachgebiet üblich sind für die Reaktion von Kohlenmonoxid und Dampf, um Wasserstoff und Kohlendioxid zu bilden.
  • Der Ausfluss aus dem Shift-Konverter 128 strömt über die Leitung 130 zu dem Kohlendioxidentfernungssystem 132. Das Kohlendioxidentfernungssystem kann irgendeines der im Fachgebiet gut bekannten CO&sub2;-Entfernungssysteme sein, wie zum Beispiel ein Monoethanolamin-Lösungsmittelsystem, ein aktiviertes Monoethanolamin-Lösungsmittelsystem, ein Methyldiethanolamin- Lösungsmittelsystem, ein Vetrocoke-System, ein Carsol-System, ein Catacarb- System, ein Benfield-System, ein Lurgi-System, ein Sulfinol-System, ein Triethanolamin-Monoethanolamin-System, ein Purisol-System, ein Rectisol- System, ein Fluor-Lösungsmittelsystem, ein Selexol-System oder dergleichen. Ein CO&sub2; Strom wird wiedergewonnen über die Leitung 142 und ein CO&sub2; armer Strom 144 wird in den Methanator 146 zur herkömmlichen Umwandlung von Restkohlenmonoxid und -kohlendioxid eingeleitet, um einen Ausfluss 148 zu bilden, der im Wesentlichen frei von Sauerstoff und Sauerstoffverbindungen ist. Manchmal wird Tieftemperaturreinigung anstelle des Methanators 146 verwendet. Nach der üblichen Wärmerückgewinnung in der Wärmerückgewinnungseinheit 150 wird ein Zusatzsynthesegasstrom 152 erhalten.
  • Der Zusatzsynthesegasstrom 152 strömt durch eine Ausstossertrommel (knock out drum) 154 und wird über die Leitung 156 dem zweifachen Synthesegaskompressor 158 zugeführt. Der Kompressor 158 komprimiert in der Leitung 164 das Zusatzsynthesegas aus der Leitung 156 und einen Wasserstoffumwälzstrom 160 aus der Wasserstoffwiedergewinnungseinheit 162 bis zu einem hohen Druck, der für die Einspritzung in eine gekühlte Reaktorausflussleitung 166 geeignet ist. Ein Synthesegaszufuhrstrom 168 wird dem zweiten Behälter des Kompressors 158 zugeführt, über die Leitung 170 entleert, in dem Queraustauscher 172 erhitzt und in den Ammoniakkonverter 174 eingeleitet. Der Konverter 174 ist ein herkömmlicher Reaktor, der auf einem Magnetitkatalysator basiert, welcher Wasserstoff und Stickstoff in dem Synthesegas zu Ammoniak umwandelt. Der Ausfluss aus dem Konverter 174 wird über die Leitung 176 dem Reaktor 178 zugeführt, der auf einem Metallkatalysator mit hoher Aktivität aus der Platin-Gruppe basiert, welcher auf graphitenthaltender Kohle getragen wird. Der Ausfluss 180 des Reaktors 170 enthält somit mehr Ammoniak als der Ausfluss in der Leitung 176.
  • Der Ammoniak wird wiedergewonnen durch Kühlen des Ausflusses 180 in dem Queraustauscher 172, Durchleiten des gekühlten Ausflusses über die Leitung 166 zur Kondensation in der genormten Austauscher-/Kühleinheit 182 und Abtrennen des Ammoniaks in der Abtrennungseinheit 184, um einen Ammoniakproduktstrom 186 und den Synthesegaszufuhrstrom 168 zu erhalten. Der Synthesegaszufuhrstrom 168 wird dem Kompressor 158 zugeführt. Ein Teil des gekühlten Reaktorausflusses wird wie oben erwähnt von der Leitung 166 über die Leitung 188 entfernt und der Wasserstoffwiedergewinnungseinheit 162 zugeführt. Ein Tiefdruckgasstrom 189 kann von der Ammoniakabtrennungseinheit 184 zugeführt werden. Die Wasserstoffwiedergewinnungseinheit 162 erzeugt einen wasserstoffangereicherten Dampf 160 zur Rezirkulierung in die Ammoniakumwandlungsreaktoren 174 und 178. Ein allgemein geeigneter Spülstrom zur Verwendung als Brenngas wird über die Leitung 190 erhalten. Ammoniak, der von der Wasserstoffwiedergewinnungseinheit 162 wiedergewonnen wurde, wird der Ammoniakabtrennungseinheit 184 über die Leitung 191 zurückgeführt. Ein zusätzlicher Produktstrom (Produktströme) von der Wasserstoffwiedergewinnungseinheit 162 kann einen wasserstoffreichen Tiefdruckstrom beinhalten, der von der Leitung 192 entnommen wurde und der, falls erwünscht, in die Leitung 152 rückgeführt werden kann.
  • Zusätzlicher Stickstoff wird den Synthesereaktoren 174 und 178 durch strategisches Einspritzen von Stickstoff in eine oder mehrere Leitungen in dem Verfahren 100 zugeführt. Die genaue Position der Stickstoffeinspritzung hängt vom Druck und von der Reinheit des Stickstoffstromes und von der genauen Anordnung und Kapazität der Apparaturen im Verfahren 100 ab. Beispielsweise wird der Stickstoffstrom, wenn er etwas Sauerstoff enthält oder enthalten kann, über die Leitung 194 in die Leitung 144, die sich stromaufwärts vom Methanators 146 befindet, eingespritzt. Wenn der verfügbare Stickstoff relativ rein ist, kann er über die Leitung 198 in den Zusatzsynthesegasstrom 152 eingespritzt werden. Wenn der Stickstoff von hoher Reinheit und Druck ist, kann er über die Leitung 200 in den Synthesekreislauf eingespritzt werden, beispielsweise in den Zufuhrstrom 170 oder an einer anderen gewünschten Position.
    • Beispiel
  • Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden benutzt, um eine bestehende Ammoniakanlage nachzurüsten. Wie ursprünglich gebaut, verwendete die Ammoniakanlage eine Zinkoxidentschwefelung eines Erdgaseduktes; einen Primärreformer, der bei 3,447 MPa (35,15 kg/cm²) betrieben wird, ein Konvektionsheizen, um die Prozessluft zu dem Sekundärreformer vorzuwärmen, um die Erdgas-/Dampfzufuhr vorzuwärmen, um eine Hochdruckdampferzeugung (10,003 MPa; 102 kg/cm²(g)) bereitzustellen, um eine Hochdruckdampfüberhitze bereitzustellen, um Wärme für eine Tiefdruckdampferzeugung (0,343 MPa; 3,5 kg/cm²(g)) bereitzustellen, um eine Erdgaszufuhr vor der Entschwefelung zu erhitzen und um Brenngas zu erhitzen; einen Zusatzboiler, der die Hochdruckdampferzeugung ergänzt; ein Dampf-zu- Kohlenstoff-Verhältnis von 3,5; eine Gesamtfeuereffizienz von 85 Prozent; ein Kaliumcarbonat-basiertes Tieftemperatur-CO&sub2;-Entfernungssystem, das gekennzeichnet ist durch ein 4-stufiges Hocherhitzen einer semi-armen Lösung und durch eine hydraulische Turbine zur Energierückgewinnung aus der reichen Lösung; eine Ammoniaksynthese bei einem Druck von 20,820 MPa (212,3 kg/cm²); ein mit dem Konverterausfluss vereinigtes Zusatzsynthesegas; einen 3-Bett Ammoniakkonverter mit Zwischenbettquenching; einen dampfbetriebenen Luftkompressor, einen Synthesegaskompressor und einen Kältekompressor; einen Tiefdruckverfahren-Kondensatstripper; und einen Standort der Anlage benachbart zu einer Harnstoffanlage mit einer gewissen Integration der Nebenanlagen. Die Anlage wurde früher nachgerüstet, um die folgenden Merkmale einzuschliessen: Nachrüstung eines Konverterkorbes (converter basket) unter Verwendung einer Radialstrom-3-Bett/Quench- Zwischenkühlkonstruktion (radial flow 3-bed/quench intercooled design); Verringern des Synthesekreislaufbetriebsdruckes auf 16,480 MPa (168 kg/cm²(g)); Montage einer Tieftemperaturwasserstoffwiedergewinnungseinheit, um Hochdruckspül- und Ammoniakanlageaustriebsgase zu prozessieren, was den Inertgasanteil in der Synthese von 13,6 Prozent auf 10 Prozent senkt. Die Anlage weist eine Ammoniakproduktionskapazität von 111 Prozent der ursprünglich entwickelten Anlage vor dem Nachrüsten gemäss Fig. 2 dieser Erfindung auf. Eine vereinfachte Stoffbilanz der bestehenden Anlage ist in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Tabelle 1 (Fortsetzung)
  • Die Ammoniakanlage wird gemäss Fig. 2 nachgerüstet, um die Produktionskapazität durch Installieren einer Luftrektifikationseinheit, um Sauerstoff in Leitung 118 für die Reformierung mittels angereicherter Luft und um Stickstoff in der Leitung 198 für den Synthesekreislauf bereitzustellen; Installieren eines Stickstoffkompressors (nicht gezeigt), um Stickstoff dem Unterdruck des Synthesegaskompressors zuzuführen; Installieren eines Hochaktivitätskatalysatorreaktors 178 im Synthesekreislauf stromabwärts von dem Magnetitreaktor 174, um die Ammoniakumwandlung zu erhöhen; und Einführen von verschiedenen anderen Modifikationen, um das Nachrüsten zu erleichtern und um die Gesamtleistung der Anlage zu erhöhen.
  • Die Luftrektifikationseinheit wird wie in Fig. 1 gezeigt installiert, um das vordere Ende der Ammoniakanlage durch Reformierung mit angereicherter Luft zu betreiben und um hochreinen Stickstoff, unter Verwendung eines neuen Stickstoffkompressors, der den Stickstoff zum Unterdruck des Synthesegaskompressors leitet, einzuspritzen. Eine höhere Produktionskapazität kann erreicht werden, ohne dass irgendwelche grösseren Apparaturbereiche parallel betrieben werden müssen, wie zum Beispiel der Luftkompressor oder das CO&sub2;-Entfernungssystem, was die Kosten für eine vergleichbare Steigerung der Produktionskapazität enorm erhöhen würde. Das Umgehen eines Teils des Stickstoffes führt auch zu einer Senkung des Druckabfalls im vorderen Ende, was eine wesentliche Beschränkung für das Erreichen einer vergleichbaren Produktionskapazität mit einem konventionelleren Ansatz für die Installation eines parallelen Systems dargestellt hätte.
  • Die Luftrektifikationseinheit erzeugt den hochreinen Sauerstoffstrom 118, der mit der Umgebungsluft, die in dem bestehenden Luftkompressor 116 komprimiert wurde, gemischt wird. Einen neuen, vergleichbaren Luftkompressor wird deshalb nicht benötigt. Der angereicherte Luftstrom 120, der ungefähr 26 bis 36 Prozent Sauerstoff enthält, wird zum Sekundärreformer 112 geleitet. Der Sekundärreformereinlass kann modifiziert werden, um ein Mischen der angereicherten Luft/Dampf und des Primärreformerausflussstromes zu ermöglichen, um die Verbrennung ohne das Hinzufügen eines mechanischen Ofens zu erleichtern. Die Luftrektifikationseinheit ist so aufgebaut, dass ein Strom von hochreinem (weniger als 5 ppmv Sauerstoff) Stickstoff 198 in einer ausreichenden Menge verfügbar ist, um den notwendigen Stickstoff beim gewünschten HN- Verhältnis für die Ammoniakreaktion bereitzustellen. Der Stickstoffstrom 198 wird in einem eigenständigen Stickstoffkompressor (nicht gezeigt) komprimiert und wird mit dem Zusatzgas bei Unterdruck zu dem Synthesegaskompressor 158 gemischt. Der Stickstoffkompressor ist entweder motor- oder dampfbetrieben, abhängig von dem verfügbaren Dampf und den Dampfverteilungsanforderungen der modifizierten Anlage.
  • Im Zusammenhang mit der Nachrüstung wird der Reformerkatalysator als Teil der Routinewartung durch einen neuen Katalysator ersetzt, was zur Folge hat, dass die Rückführung von Wasserstoff zu dem Primärreformer, um die Katalysatorleistung zu erhöhen, umgangen wird. Die Rohrleitungen im Primärreformer 108 werden als anderer Bestandteil der Routinewartung auch ersetzt, da sie alt und fällig für eine Ersetzung sind. Die neuen Rohrleitungen weisen eine verbesserte Metallurgie auf, wodurch bei einem grösseren Innendurchmesser der gleiche Röhrenaussendurchmesser beibehalten werden kann. In der Konvektionssektion des Primärreformers 108, wird eine Tieftemperaturzufuhrvorwärmschlange angefügt. Andere Modifikationen der Konvektionssektion können, abhängig von den Erfordernissen an das Dampf- /Boilerzufuhrwasser der nachgerüsteten Anlage, durchgeführt werden. Die gesamte Konvektionssektion und die bestehenden Öfen werden ebenfalls untersucht, um zusätzliche Modifikationen zu bestimmen, die benötigt oder durchführbar sind, um eine Erhöhung der Gesamtofenkapazität auf etwa 85-86 Prozent, ungefähr 3 Prozent höher als die Ofeneffizienz vor dem Nachrüsten, zu erreichen. Vorgewärmte Verbrennungsluft wird nicht angeführt, da die resultierenden inkrementellen Energieeinsparungen keine angemessene Rendite darstellen. Zusätzlich wird der Saugzugventilator ersetzt oder modifiziert, um dessen maximale Kapazität zu erhöhen.
  • Das CO&sub2;-Entfernungssystem 140 wird in Übereinstimmung mit den Empfehlungen des Lizenzgebers, das alte Füllmaterial im CO&sub2;-Absorber und dem CO&sub2;-Stripper durch ein hocheffektives Füllmaterial zu ersetzen und einen Aktivator in die Kaliumcarbonatlösung beizumengen, verbessert, um einen maximalen CO&sub2;-Gehalt (CO&sub2; slip) von 1000 ppmv und eine Produktreinheit von wenigstens 99 Prozent zu erreichen. Zusätzlich werden die Wärmetauscher im CO&sub2;-Entfernungssystem genau untersucht, um zu bestimmen, ob sie angemessen sind.
  • In der nachgerüsteten Anlage ist die Zusatzgasmasse, die in der Leitung 156 zum Synthesegaskompressor fliesst, um etwa 40 Prozent erhöht im Vergleich zum Massenfluss vor der Nachrüstung. Um diese deutlich grössere Gasmenge mit dem bestehenden Synthesegaskompressor 158 zu komprimieren, wird das Innere des bestehenden Kompressors in Übereinstimmung mit den Empfehlungen des Herstellers modifiziert. Zwei Saugkühlapparate (nicht gezeigt) sind installiert, um das Synthesegas bei jedem Unterdruck der Stufe 1 und jedem Unterdruck der Stufe 2 auf etwa 7ºC abzukühlen. Aufgrund des erhöhten Druckabfalls im vorderen Ende beim nachgerüsteten Betrieb, ist auch der Unterdruck des Synthesegaskompressors 158 geringer als vor dem Nachrüsten. Zusätzlich wird der Dampfturbinenantrieb für den Synthesegaskompressor 158 modifiziert, um die benötigte Leistung für die zusätzlichen Kompressionsserfordernisse bereitzustellen.
  • Um die Kapazität des Ammoniaksynthesekreislaufes zu erhöhen, wird ein Hochaktivitätskatalysator-(Ruthenium auf Kohle)konverter 178 zum Synthesekreislauf in der Form eines neuen 2-Bett-Radialflussreaktors und einem zusätzlichen Vorerhitzer für das Boilerzufuhrwasser (nicht gezeigt) zur erhöhten Wiedergewinnung zugefügt. Der neue Reaktor 178 wird stromabwärts und in Serie mit dem bestehenden Magnetitkonverter 174 installiert. Der neue Konverter 178 erhöht die Ammoniakkonzentration auf etwa 20-22 Prozent im Ausflussstrom 180. Energieeinsparungen werden durch die bessere Ammoniakumwandlung in dem Synthesekreislauf realisiert. Der neue Reaktor 178 ist mit zwei integralen Zwischenkühlern angelegt, um die notwendigen Vorerhitzungserfordernisse bereitzustellen.
  • Eine neue membranbasierte Wasserstoffwiedergewinnungseinheit 162 ist so installiert, dass die bestehende Tieftemperaturwasserstoffwiedergewinnungseinheit, die zuvor mit einer anderen Ammoniakanlage geteilt wurde, für den Betrieb mit einer anderen Ammoniakanlage bestimmt sein kann. Die neue Wasserstoffwiedergewinnungseinheit erzeugt einen Tiefdruckwasserstoffkreislauf, der dem Unterdruck der ersten Stufe des Synthesegaskompressors zugeführt wird und einen Hochdruckwasserstoffkreislauf, der dem Unterdruck der zweiten Stufe des Synthesegaskompressors zugeführt wird.
  • Einige zusätzliche, verschiedene, kleinere Modifikationen werden, während das Nachrüsten durchgeführt wird, notwendig. Alle bestehenden Pumpen, Oberflächenkondensatorpumpen und CO&sub2;-Lösungspumpen werden genau begutachtet, um zu bestimmen, ob sie modifiziert und/oder ausgetauscht werden müssen, um alle zusätzlichen Ströme zu bewältigen. Zusätzliche Nebenanlagen und Energieversorgungen werden, wie benötigt, für die nachgerüstete Anlage auch erhöht.
  • Eine vereinfachte Stoffbilanz für die nachgerüstete Anlage ist in Tabelle 2 gezeigt. Die Daten in der Tabelle 2 zeigen, dass das Nachrüsten eine Steigerung der Ammoniakproduktion von etwa 28 Prozent und eine entsprechende Steigerung der Kohlendioxidproduktion von etwa 25 Prozent erreicht. Tabelle 2 Tabelle 2 (Fortsetzung)
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die vorangehende Beschreibung erläutert, die nicht-limitierend sein soll, da dem Fachmann vor dem Hintergrund derselben viele Abänderungen offensichtlich sein werden. Es ist beabsichtigt, dass alle diese Abänderungen durch den Umfang der Ansprüche abgedeckt sind.
  • Ein Nachrüstungsverfahren zur Erhöhung der Produktionskapazität einer Ammoniakanlage, die ein vorderes Ende, welche in Serie Primär- und Sekundärreformer und einen Shift-Konverter für das Umsetzen einer Kohlenwasserstoffzufuhr mit Dampf und Luft umfasst, um einen Zusatzsynthesegasstrom zu bilden, der Wasserstoff und Stickstoff bei etwa Auslegungsstöchiometrie enthält, und einen Synthesekreislauf aufweist, wobei ein Umwälzsynthesegasstrom mit dem Zusatzgas vereinigt wird, um eine Synthesegaszufuhr zu den Ammoniakkonvertern zu bilden. Das Nachrüsten schliesst die Installation einer Luftrektifikationseinheit ein, um Sauerstoff- und Stickstoffströme bereitzustellen. Der Sauerstoff wird verwendet, um Luft, die dem Sekundärreformer zugeführt wird, anzureichern und erhöht den Wasserstoffgehalt des Zusatzsynthesegases wesentlich über die Auslegungsstöchiometrie und -kapazität. Der Stickstoffstrom wird dem Synthesekreislauf zugeführt, um ein gewünschtes Wasserstoff-zu-Stickstoff- Verhältnis in der Synthesegaszufuhr zu den Ammoniakkonvertern zu erhalten und gleicht den überschüssigen Wasserstoff im Zusatzgas aus. Der Synthesekreislauf wird, wenn erwünscht, dahingehend verbessert, einen Hochaktivitätskatalysatorkonverter zur erhöhten Ammoniakproduktion zu enthalten.

Claims (14)

1. Nachrüstungsverfahren zur Erhöhung der Produktionskapazität einer Ammoniakanlage, die ein vorderes Ende, welches in Serie Primär- und Sekundärreformer und Hoch- und Tieftemperatur-Shift-Konverter für das Umsetzen einer Kohlenwasserstoffzufuhr mit Dampf und Luft umfasst, um einen Zusatzsynthesegasstrom zu bilden, der Wasserstoff und Stickstoff bei etwa Auslegungsstöchiometrie enthält, und einen Synthesekreislauf aufweist, wobei der Umwälzsynthesegasstrom mit dem Zusatzgas vereinigt wird, um eine Synthesegaszufuhr zu den Ammoniakkonvertern zu bilden, umfassend die Schritte:
Anreichern der Luft, die dem Sekundärreformer zugeführt wird, mit Sauerstoff und Erhöhen des Wasserstoffgehaltes des Zusatzgases wesentlich über die Auslegungsstöchiometrie;
Zuführen eines im Wesentlichen reinen Stickstoffstromes zu dem Synthesekreislauf, um ein gewünschtes Wasserstoff-zu-Stickstoff- Verhältnis in der Synthesegaszufuhr zu den Ammoniakkonvertern zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Installieren einer Luftrektifikationseinheit, um sauerstoffreiche und stickstoffreiche Ströme zu bilden, wobei der sauerstoffreiche Strom in dem Anreicherungsschritt zu Luft gegeben wird und wobei der stickstoffreiche Strom als Quelle für den im Wesentlichen reinen Stickstoffstrom verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ammoniakanlage einen Methanator zur Entfernung von Kohlenoxiden umfasst, um den Zusatzsynthesegasstrom in einen für den Synthesekreislauf geeigneten Zustand zu bringen und der Stickstoffzufuhrschritt das Einspritzen eines Stickstoffstromes in den Zusatzsynthesegasstrom stromaufwärts des Methanators umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Stickstoffstrom im Wesentlichen frei von Sauerstoff und Sauerstoffverbindungen ist und dem Zusatzsynthesegasstrom zugegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Stickstoffstrom im Wesentlichen frei von Sauerstoff und Sauerstoffverbindungen ist und in die Synthesegaszufuhr eingespritzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 zur Erhöhung der Produktionskapazität einer Ammoniakanlage, die (1) ein vorderes Ende, welches einen Primärreformer, einen Sekundärreformer, einen Luftkompressor und eine CO&sub2;-Entfernungseinheit für das Umsetzen eines Kohlenwasserstoffzufuhrstromes mit Dampf und komprimierter Luft umfasst, um einen Zusatzsynthesegasstrom zu erzeugen, der ein HN- Auslegungsverhältnis bei einer zuvor bestehenden Kapazität aufweist, und (2) einen Synthesekreislauf aufweist, wobei ein Umwälzsynthesegasstrom mit dem Zusatzsynthesegasstrom vereinigt wird, um eine Synthesegaszufuhr zu den Ammoniakkonvertern zur Erzeugung von Ammoniak bei einer zuvor bestehenden Kapazität zu bilden, weiter umfassend die Schritte:
Installieren einer Luftrektifikationseinheit, um sauerstoffreiche und stickstoffreiche Ströme zu erzeugen;
Einspritzen des sauerstoffreichen Stromes in die komprimierte Luft und Betreiben des vorderen Endes bei einer im Vergleich zu der zuvor bestehenden Kapazität erhöhten Kapazität, wobei ein Rohsynthesegasstrom von der CO&sub2;-Entfernungseinheit ein im Vergleich zu dem Auslegungsverhältnis erhöhtes HN-Verhältnis aufweist;
Zuführen des stickstoffreichen Stromes in den Synthesekreislauf; und Modifizieren des Synthesekreislaufes, um die Ammoniakproduktionskapazität des Synthesekreislaufes zu erhöhen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Einspritzschritt einen sauerstoffangereicherten Luftstrom für die Zufuhr zu dem Sekundärreformer bildet, der 25 bis 40 Vol.-% Sauerstoff enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der sauerstoffreiche Strom 40 bis 100 Vol.-% Sauerstoff enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der sauerstoffreiche Strom 50 bis 80 Vol.-% Sauerstoff enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der stickstoffreiche Strom weniger als 1 Vol.-% Sauerstoff enthält, der stickstoffreiche Strom in den Rohsynthesegasstrom eingespritzt wird und das Verfahren das Durchströmen des stickstoffangereicherten Rohsynthesegasstromes durch einen Methanator umfasst, um den Zusatzsynthesegasstrom, der im Wesentlichen frei von Sauerstoff und sauerstoffenthaltenden Verbindungen ist, zu bilden.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der stickstoffreiche Strom im Wesentlichen frei von Sauerstoff ist und der stickstoffreiche Strom in den Zusatzsynthesegasstrom stromabwärts des Methanators eingespritzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der stickstoffreiche Strom im Wesentlichen frei von Sauerstoff ist und der stickstoffreiche Strom in die Synthesegaszufuhr zu den Ammoniakkonvertern eingespritzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Modifikation des Synthesekreislaufes die Installation einer Ammoniakumwandlungsleistung umfasst, die auf einem Hochaktivitätskatalysator basiert, der ein Metall der Platin-Gruppe, das auf graphitenthaltender Kohle getragen wird, umfasst.
14. Verfahren nach Anspruch 1 zur Erhöhung der Produktionskapazität einer Ammoniakanlage, wobei die Ammoniaksynthese die Schritte umfasst:
(a) Trennen von Luft in sauerstoffreiche und stickstoffreiche Ströme;
(b) Mischen von Luft mit dem sauerstoffreichen Strom aus Schritt (a), um einen sauerstoffreichen Strom zu bilden, der 25 bis 40 Mol-% Sauerstoff enthält;
(c) Einspritzen des sauerstoffangereicherten Stromes aus Schritt (b) in einen Autothermoreformer einer Synthesegaseinheit, die einen Primärreformer stromaufwärts des Autothermoreformers und stromabwärts einen Shift-Konverter, eine CO&sub2;-Entfernungseinheit und einen Methanator umfasst, um einen Synthesegasstrom herzustellen;
(d) Zuführen des Synthesegasstromes aus Schritt (c) und des stickstoffreichen Stromes aus Schritt (a) als Zusatzgas zu einem Ammoniaksynthesekreislauf;
(e) Betreiben des Ammoniaksynthesekreislaufes, um (1) Stickstoff und Wasserstoff in einen Ammoniaksynthesereaktorzufuhrstrom umzuwandeln, um einen ammoniakreichen Strom zu bilden, (2) Ammoniak aus dem ammoniakreichen Strom wiederzugewinnen, um einen Umwälzgasstrom zu bilden, (3) einen Spülstrom aus dem Synthesekreislauf zu entfernen, (4) ein wasserstoffreiches Gas von dem Spülstrom wiederzugewinnen, und (5) das wasserstoffreiche Gas mit dem Umwälzstrom und dem Zusatzgas aus Schritt (d) zu vereinigen, um den Ammoniaksynthesereaktorzufuhrstrom zu bilden.
DE69617878T 1995-10-25 1996-10-16 Herstellung von Ammoniak mittels Reformierung mit angereicherter Luft und Stickstoffeinspritzung im Synthesekreislauf Expired - Lifetime DE69617878T2 (de)

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