DE69901799T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von ammonia - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von ammonia

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Konverter zur Herstellung von Ammoniak aus Ammoniaksynthesegas. Die Erfindung schafft insbesondere gewisse Verbesserungen beim Ammoniaksyntheseverfahren, bei dem reagierendes Synthesegas in einem Ammoniakkonverter, welcher mit wenigstens zwei Katalysatorbetten ausgerüstet ist, mit frischem Synthesegas indirekt gekühlt wird.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden drei getrennte Ströme frischen Ammoniaksynthesegases in einen Ammoniakkonverter eingeleitet, der mit wenigstens zwei hintereinander geschalteten Katalysatorbetten ausgerüstet ist, wobei ein erster Strom frischen Synthesegases zu einer ersten Gasmischstufe geleitet wird;
  • ein zweiter Strom frischen Synthesegases zu einer ersten indirekten Wärmetauscherstufe mit einem ersten Austrittsstrom aus einem ersten Katalysatorbett geleitet wird;
  • ein dritter Strom frischen Synthesegase zu einer zweiten Wärmetauscherstufe mit einem zweiten Austrittsstrom aus dem ersten Katalysatorbett geleitet wird;
  • der erste und zweite Austrittsstrom durch Teilung eines teilweise umgewandelten Synthesegasstroms aus dem ersten Katalysatorbett zur Verfügung gestellt wird;
  • der erste Austrittsstrom in die erste Wärmetauscherstufe und der zweite Austrittsstrom in die zweite Wärmetauscherstufe eingeleitet wird, wodurch der zweite und dritte Strom frischen Synthesegases von der Wärme vorgeheizt wird, die vom ersten und zweiten Austrittsstrom indirekt zur Verfügung gestellt wird;
  • der vorgeheizte zweite und dritte Strom der Mischstufe zugeleitet wird, die vorgeheizten Ströme frischen Synthesegases gemischt und mit dem ersten Strom frischen Synthesegases vereinigt werden, um einen Ammoniakprozessgasstrom zu erhalten;
  • das Prozessgas in das erste Katalysatorbett eingeleitet und der teilweise umgewandelte Synthesegasstrom abgezogen wird;
  • der erste und zweite Austrittsstrom zu teilweise umgewandeltem Prozessgas vereinigt wird; und
  • das teilweise umgewandelte Prozessgas in wenigstens das zweite Katalysatorbett eingeleitet wird, um einen ammoniakreichen Produktstrom zu erhalten.
  • In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist das erste Bett in einen ersten Teil und einen zweiten Teil unterteilt, wobei der Austrittsstrom zwischen dem ersten und zweiten Teil abgeschreckt wird.
  • Ein Ammoniakkonverter zur Verwendung beim vorstehenden Verfahren umfasst in einem Druckmantel wenigstens ein erstes und zweites hintereinander geschaltetes Katalysatorbett, einen ersten und zweiten in Strömungsrichtung hinter dem ersten Katalysatorbett angeordneten Wärmetauscher, wobei der erste und zweite Wärmetauscher parallel geschaltet und zur indirekten Aufheizung eines ersten und zweiten Stroms von frischem Ammoniaksynthesegas angepasst ist, wobei ein teilweise umgewandeltes Ammoniaksynthesegas aus dem ersten Katalysatorbett abgezogen und mittels einer Trennvorrichtung in einen ersten Teilstrom und in einen zweiten Teilstrom geteilt und in den ersten und zweiten Wärmetauscher eingeleitet wird;
  • eine erste Mischvorrichtung zum Mischen des ersten und zweiten vorgeheizten Stroms frischen Ammoniaksynthesegases mit einem dritten Strom frischen Ammoniaksynthesegases;
  • eine zweite Mischvorrichtung zum Mischen und Vereinigen des ersten und zweiten Teilstroms aus teilweise umgewandeltem Ammoniaksynthesegas;
  • Mittel zum Einleiten des vereinigten, teilweise umgewandelten Synthesegases in wenigstens das zweite Katalysatorbett.
  • Das vorstehende, einem allgemeinen Gegenstand der Erfindung entsprechende Ammoniaksyntheseverfahren sowie der Ammoniakkonverter, ist insbesondere zur Modernisierung bestehender Ammoniakverfahren und Konverter verwendbar.
  • Durch die parallel geschalteten Wärmetauscherstufen und parallelen Wärmetauscher ist es möglich frisches Synthesegas einzuleiten und aus dem Verfahren Produktgas bei hoher Temperatur abzuziehen.
  • Ein wesentlicher Vorteil der hohen Austrittstemperatur des erfindungsgemäß erhaltenen Produktgases ist, dass das Produktgas als Heizmittel zur Erzeugung von wertvollem Dampf anstelle von Heizkesselwasser, wie beim herkömmlichen Ammoniaksyntheseverfahren, genutzt werden kann.
  • In der nachstehenden detaillierten Beschreibung wird die Erfindung anhand der Zeichnungen detaillierter veranschaulicht, in denen
  • Fig. 1 ein vereinfachtes Verfahrensschema einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, und
  • Fig. 2 einen Ammoniakkonverter gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Bezugnehmend auf Fig. 1, wird ein Hauptstrom frischen Ammoniaksynthesegases in einen ersten, zweiten und dritten Strom 2, 4, 6 aufgeteilt. Der Strom 2 wird einer Mischstation zugeleitet, wo Strom 2 mit Strom 4 und 6 gemischt und vereinigt wird. Vor der Vereinigung mit Strom 2 wird der Strom 4 durch indirekten Wärmeaustausch im Wärmetauscher 18 mit einem Teilstrom 12 aus teilweise umgewandeltem Ammoniaksynthesegas vorgeheizt, das in Strom 10 aus einem ersten Ammoniakkatalysatorbett 16 abgezogen wird, und Strom 6 wird durch indirekten Wärmeaustausch im Wärmetauscher 20 mit Teilstrom 14 des teilweise umgewandelten Ammoniaksynthesegases vorgeheizt. Nachdem die Teilströme 12 und 14 Wärme an die Ströme 4 und 6 abgegeben haben, werden sie wieder vereinigt, in der Mischstation 22 gemischt und der vereinigte Strom dann in das zweite Ammoniakkatalysatorbett zur weiteren Umwandlung von Strom 24 eingeleitet.
  • Ein Produktstrom 28, der reich an hergestelltem Ammoniak ist, wird aus Bett 26 abgezogen.
  • Ein zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens nützlicher Ammoniakkonverter ist in Fig. 2 dargestellt.
  • In Fig. 2. umfasst der Konverter in einem zylindrischen Druckmantel 20 mit einem flaschenhalsförmigen Oberteil 40 ein erstes und ein zweites hintereinander geschaltetes ringförmiges Ammoniakkatalysatorbett 60 und 80;
  • einen mittig in einem Ringkanal in Bett 60 angeordneten ersten Wärmetauscher 100;
  • einen im Oberteil 40 des Mantels 20 angeordneten zweiten Beilaustauscher 120.
  • Die Wärmetauscher 100 und 120 sind über die Gastrennvorrichtung 140 parallel geschaltet.
  • Frisches Ammoniaksynthesegas wird in den Konverter in drei getrennten Strömen eingeleitet.
  • Ein erster Strom wird durch die Leitung 160 in die Mischstation 180 eingeleitet, die im oberen Teil des Mantels 20 untergebracht ist. Ein zweiter Strom wird durch die Leitung 200 in den oberen Teil röhrenseitig in den Wärmetauscher 100 und ein dritter Strom in den Oberteil 40 des Mantels 20 durch die Durchführung 220 auf die Mantelseite des Wärmetauschers 120 eingeleitet. Beim Durchgang durch die Wärmetauscher 100 und 120 wird der zweite und dritte Strom mittels indirektem Wärmeaustausch mit heißem Austrittsgas 240 aus dem Katalysatorbett 60 vorgeheizt, das mittels der Trennvorrichtung 140 in zwei Teilströme geteilt wurde, wovon ein Teilstrom durch den Wärmetauscher 100 und der andere Teilstrom durch den Wärmetauscher 120 geleitet wird. Die vorgeheizten zweiten und dritten Ströme aus Ammoniaksynthesegas werden dann in der Mischstation 180 mit dem ersten Strom zu Ammoniakprozessgas vereinigt. Das Prozessgas durchströmt das Bett 60 in radialer Strömungsrichtung in Kontakt mit einem Ammoniaksynthesekatalysator und wird dabei in den Austrittsstrom 240 umgewandelt. Die Teilströme von Austritt 240 werden, nachdem sie, wie vorstehend beschrieben, Wärme an den ersten und zweiten Ammoniaksynthesegasstrom abgegeben haben, in der zwischen dem Katalysatorbett 60 und 80 angeordneten Mischstation rückvermischt.
  • Der vereinigte Austrittsstrom 280 wird anschließend radial durch das Katalysatorbett 80 geleitet und durch Kontakt mit dem im Bett 80 angeordneten Ammoniaksynthesekatalysator weiter zu ammoniakreichem Produktgas 300 umgewandelt. Das Produktgas wird schließlich aus dem Konverter durch die im Katalysatorbett 80 mittig angeordnete Leitung 320 und durch die Bodenaustrittsöffnung 340 im Mantel 20 abgezogen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak, worin drei getrennte Ströme frischen Ammoniaksynthesegases in einen Ammoniakkonverter eingeleitet werden, der mit wenigstens zwei hintereinander geschalteten Katalysatorbetten ausgerüstet ist, wobei
ein erster Strom frischen Synthesegases zu einer ersten Gasmischstufe geleitet wird;
ein zweiter Strom frischen Synthesegases zu einer ersten indirekten Wärmetauscherstufe mit einem ersten Austrittsstrom aus einem ersten Katalysatorbett geleitet wird; und
ein dritter Strom frischen Synthesegases zu einer zweiten Wärmetauscherstufe mit einem zweiten Austrittsstrom aus dem ersten Katalysatorbett geleitet wird;
der erste und zweite Austrittsstrom durch Teilung des teilweise umgewandelten Synthesegasstroms aus dem ersten Katalysatorbett zur Verfügung gestellt wird;
der erste Austrittsstrom in die erste Wärmetauscherstufe und der zweite Austrittsstrom in die zweite Wärmetauscherstufe eingeleitet wird, wodurch der zweite und dritte Strom des frischen Synthesegases durch Wärme vorgeheizt wird, die indirekt vom ersten und zweiten Austrittsstrom zur Verfügung gestellt wird;
der vorgeheizte zweite und dritte Strom der Mischstufe zugeführt wird, die vorgeheizten Ströme frischen Synthesegases gemischt und mit dem ersten Strom frischen Synthesegases vereinigt werden, um einen Ammoniakprozessgasstrom zu erhalten;
das Prozessgas in das erste Katalysatorbett eingeleitet und der teilweise umgewandelte Synthesegasstrom abgezogen wird;
der erste und zweite Austrittsstrom zu teilweise umgewandeltem Prozessgas vereinigt wird; und
das teilweise umgewandelte Prozessgas in wenigstens das zweite Katalysatorbett eingeleitet wird, um einen ammoniakreichen Produktstrom zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung das erste Bett in einen ersten und zweiten Teil unterteilt ist, wobei der Austrittsstrom zwischen dem ersten und zweiten Teil abgeschreckt wird.
3. Ammoniakkonverter, umfassend in einem Druckmantel wenigstens ein erstes und zweites hintereinander geschaltetes Katalysatorbett, einen ersten und zweiten in Strömungsrichtung hinter dem ersten Katalysatorbett angeordneten Wärmetauscher, wobei der erste und zweite Wärmetauscher parallel geschaltet und zur indirekten Aufheizung eines ersten und zweiten Stroms von frischem Ammoniaksynthesegas durch ein teilweise umgewandeltes Ammoniaksynthesegas angepasst ist, das aus dem ersten Katalysatorbett abgezogen und mittels einer Trennvorrichtung in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom geteilt und in den ersten und zweiten Wärmetauscher eingeleitet wird;
eine erste Mischvorrichtung zum Mischen des ersten und zweiten vorgeheizten Stroms frischen Ammoniaksynthesegases mit einem dritten Strom frischen Ammoniaksynthesegases;
eine zweite Mischvorrichtung zum Mischen und Vereinigen des ersten und zweiten Teilstroms aus teilweise umgewandeltem Ammoniaksynthesegas;
Mittel zum Einleiten des vereinigten, teilweise umgewandelten Synthesegases in wenigstens das zweite Katalysatorbett.
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