EP4680568A1 - Anlage zur erzeugung von ammoniak - Google Patents

Anlage zur erzeugung von ammoniak

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EP4680568A1
EP4680568A1 EP24732646.5A EP24732646A EP4680568A1 EP 4680568 A1 EP4680568 A1 EP 4680568A1 EP 24732646 A EP24732646 A EP 24732646A EP 4680568 A1 EP4680568 A1 EP 4680568A1
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EP
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steam
ammonia
synthesis gas
compressor
carbon dioxide
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Application number
EP24732646.5A
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Inventor
Lukas BIYIKLI
Suhel Ahmad
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a plant for producing ammonia comprising an ammonia reactor which is designed for the chemical reaction of hydrogen with nitrogen to form ammonia, a device for steam methane reforming for the production of hydrogen, wherein the device has a natural gas supply line for natural gas and an air supply line for air, wherein the device has an output line, wherein the output line contains a mixed gas of hydrogen, carbon dioxide and nitrogen, further comprising an amine system which is fluidically connected to the output line and is designed to separate the carbon dioxide from the mixed gas, wherein the amine system has a steam access line for the supply of steam, wherein the amine system comprises a synthesis gas output line for synthesis gas, wherein the synthesis gas comprises hydrogen and nitrogen, wherein a synthesis gas compressor is arranged in the synthesis gas output line and is designed to compress the synthesis gas.
  • the invention relates to a process for producing ammonia, wherein in one step a mixed gas comprising carbon dioxide, hydrogen and nitrogen is produced by means of steam reforming, which then flows into an amine system, wherein in the amine system the carbon dioxide is separated from the mixed gas, wherein the synthesis gas consisting of nitrogen and hydrogen produced from the amine system is fed to a synthesis gas compressor, wherein after the synthesis gas compressor the synthesis gas is fed to an ammonia reactor, where nitrogen and hydrogen chemically react to form ammonia.
  • the invention is based on the aspect of transporting hydrogen over longer distances.
  • Ammonia is being used as a rapidly growing application as a hydrogen energy carrier perceived, especially when the hydrogen has to be transported in liquid form over long distances.
  • liquefaction of ammonia involves significantly lower energy requirements than liquefaction of hydrogen.
  • carbon-free ammonia which can also be referred to as clean ammonia, can be produced either green or blue, which is determined by the way the hydrogen is produced. If the hydrogen is produced by electrolysis, i.e. "green”, the ammonia is also "green", while if natural gas is reformed with subsequent carbon capture, the hydrogen is "blue”.
  • steam methane reforming is typically used as the reforming process, as the resulting syngas consists mainly of hydrogen, carbon dioxide and nitrogen. After sequestration of the carbon dioxide, hydrogen and nitrogen can be fed directly into ammonia synthesis without the need for an additional nitrogen source.
  • the gas produced during steam methane reforming typically has a rather low carbon dioxide concentration, which is why an amine system is required to bind the carbon dioxide from the other components.
  • An amine system requires comparatively large amounts of low-pressure steam, which requires an additional heat source, e.g. a natural gas-fired boiler. This leads to high gas consumption and additional carbon dioxide emissions.
  • a carbon dioxide compressor to compress the hydrogen and nitrogen synthesis gas to the required synthesis pressure
  • an ammonia refrigerant compressor to liquefy the ammonia
  • an air compressor to compress the process air to the required reforming pressure
  • a natural gas compressor that the same requirement as the process air compressor, namely to bring the natural gas to the required reforming pressure
  • the heat required to reboil the low pressure steam for the amine plant is provided by an alternative heat source, e.g. natural gas combustion. This results in additional fuel or energy consumption and additional carbon dioxide emissions when a fossil fuel is used.
  • the invention has set itself the task of specifying a plant and a method with which ammonia can be produced more energy efficiently.
  • a plant for producing ammonia comprising an ammonia reactor which is designed for the chemical reaction of hydrogen with nitrogen to form ammonia, a device for steam methane reforming for the production of hydrogen, the device having a natural gas supply line for natural gas and an air supply line for air, the device having an output line, the output line containing a mixed gas of hydrogen, carbon dioxide and nitrogen, further comprising an amine system which is fluidically connected to the output line and is designed to separate the carbon dioxide from the mixed gas, the amine system having a steam access line for the supply of steam, the amine system comprising a synthesis gas output line for synthesis gas, the synthesis gas comprising hydrogen and nitrogen, a synthesis gas compressor being arranged in the synthesis gas output line, which is designed to compress the synthesis gas, with a synthesis gas waste heat steam generator which is designed such that the thermal energy of the The synthesis gas heated by the synthesis gas compressor is used to generate steam, whereby the heat in the synthesis gas Steam generated by the heat recovery steam generator flows into the steam
  • the object is also achieved by a process for producing ammonia, wherein in one step a mixed gas comprising carbon dioxide, hydrogen and nitrogen is produced by means of steam reforming, which then flows into an amine system, wherein the carbon dioxide is separated from the mixed gas in the amine system, wherein the synthesis gas consisting of nitrogen and hydrogen produced from the amine system is fed to a synthesis gas compressor, wherein after the synthesis gas compressor the synthesis gas is fed to an ammonia reactor where nitrogen and hydrogen chemically react to form ammonia, wherein the thermal energy generated in the synthesis gas compressor is used to generate steam in a synthesis gas waste heat steam generator, which is fed to the amine system.
  • the invention thus describes a concept that utilizes the compression heat generated within the air compressor, the synthesis gas compressor, the carbon dioxide compressor and the refrigerant compressor.
  • the invention thus enables more energy-efficient operation, since heat generated in a compression process is used.
  • the invention is based on the idea that this heat can be used to generate steam for the steam reforming process. This means that less, and ideally no, fossil fuel needs to be used to generate steam.
  • An advantage of the system according to the invention is that cooling water for the compressors can be saved, since feed water is usually used for cooling or intermediate cooling of the gases.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a plant 1 for producing ammonia.
  • the plant 1 has an ammonia reactor 2, which is designed for the chemical reaction of hydrogen with nitrogen to form ammonia.
  • a natural gas or a similarly acting combustible gas is fed into a natural gas compressor 3 via a feed line 4.
  • the natural gas is brought to the required pressure for steam reforming.
  • Hydrogen is produced in the steam methane reforming 5.
  • the steam methane reforming 5 has an air feed line 6.
  • An air compressor 7 is arranged in the air feed line 6, which increases the pressure of the air. Air flows into the air compressor 7 via a line 8.
  • the steam methane reforming 5 is designed for the production of hydrogen, wherein an output line 10 is arranged.
  • the output line 10 contains a mixed gas of hydrogen, carbon dioxide and nitrogen.
  • the mixed gas is then passed on via the output line 10 to an amine system 9.
  • the amine system 9 is designed to separate the carbon dioxide from the mixed gas.
  • the amine system 9 has a steam access line 11 for the supply of steam.
  • a comparatively large amount of steam is required for the functioning of the amine system 9.
  • the carbon dioxide separated from the mixed gas flows via a carbon dioxide outlet line 12 into a carbon dioxide compressor 13, which is designed to compress the carbon dioxide.
  • the amine system 9 has a synthesis gas outlet line 14 for synthesis gas, wherein the synthesis gas comprises hydrogen and nitrogen.
  • a synthesis gas compressor 15 is arranged in the synthesis gas outlet line 14 and is designed to compress the synthesis gas.
  • the compressed synthesis gas is fed to the ammonia reactor 2, where ammonia is produced by a chemical reaction.
  • Heat is generated during the compression of the synthesis gas. This heat is used to generate steam for the amine system 9 .
  • a synthesis gas heat recovery steam generator 16 is arranged, which is designed such that the thermal energy of the synthesis gas heated by the synthesis gas compressor 15 is used to generate steam, wherein the steam generated in the synthesis gas heat recovery steam generator 16 flows into the steam access line 11 in the amine system 9.
  • the air compressor 7, which is designed to compress the air, is arranged in the air supply line 6, wherein an air waste heat steam generator 18 is arranged, which is designed such that the thermal energy of the air heated by the air compressor 7 is used to generate steam.
  • the steam generated in the air heat recovery steam generator 18 flows into the steam access line 11 into the amine system 9.
  • the heat generated during the compression of carbon dioxide is also used to generate steam for the amine system 9.
  • the amine system 9 has the carbon dioxide outlet line 12 in which the carbon dioxide compressor 13 is arranged, which is designed to compress the carbon dioxide.
  • a carbon dioxide waste heat steam generator 19 is arranged in such a way that the thermal energy of the carbon dioxide heated by the carbon dioxide compressor 13 is used to generate steam. The steam generated in the carbon dioxide waste heat steam generator 19 flows into the steam access line 11 in the amine system.
  • gaseous ammonia reaches an ammonia liquefaction plant 21 via an ammonia outlet line 20.
  • the ammonia outlet line 20 is thus fluidically connected to the ammonia liquefaction plant 21.
  • the ammonia liquefaction plant 21 is designed to liquefy the gaseous ammonia.
  • ammonia liquefaction plant 21 When ammonia is liquefied, thermal energy is generated, which is also used to generate steam for the amine system 9.
  • the ammonia liquefaction plant 21 is therefore designed such that thermal energy is generated during the liquefaction of the ammonia.
  • a rapid steam generator 22 is arranged, which is designed such that the thermal energy generated by the liquefaction of the ammonia is used to generate steam.
  • the steam generated in the flash steam generator 22 flows into the steam access line 11 into the amine system 9.
  • FIG 2 essentially shows a heat pump circuit. Ammonia is used as the coolant here. However, other coolants can also be used.
  • the temperature of the refrigerant is increased with the help of a refrigerant compressor 23.
  • the thermal energy gained in this process is used, as described above, in a rapid steam generator 22 to generate steam 25 from feed water 24.
  • the refrigerant is cooled further in a cooling unit 26.
  • the refrigerant is cooled further with an expansion valve 27.
  • the warm gaseous ammonia 29 is converted into liquid ammonia 30 in a heat exchanger 28.
  • a steam compressor 31 is used.
  • the steam generated by the ammonia liquefaction plant 21 flows through the steam compressor 31, wherein the steam compressor 31 is designed to increase the pressure of the steam.
  • the steam then flows to the steam access line 11 into the amine system 9.
  • the steam access line 11 is fluidically connected to a steam collector 33.
  • the steam collector 33 is designed to collect steam, wherein the steam collector 33 has the steam access line 11 on the outlet side.
  • the steam coming from the waste heat steam generators 18, 19 and 16 as well as the steam coming from the ammonia liquefaction plant 21 via the steam compressor 31 is collected in the steam collector 33 and fed to the amine system 9. If the steam collected in the steam collector 33 is not sufficient for the operation of the amine system 9, an external steam source 34 is connected to the steam collector 33.

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Abstract

Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak, wobei in einem Schritt mittels Dampfreformierung ein aus Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und Stickstoff auf-weisendes Mischgas entsteht, dass anschließend in ein Aminsystem (9) strömt, wobei im Aminsystem (9) das Kohlenstoffdioxid vom Mischgas getrennt wird, wobei das aus dem Aminsystem (9) entstandene Synthesegas aus Stickstoff und Wasserstoff zu einem Synthesegas-Verdichter (15) geführt wird, wobei nach dem Synthesegas-Verdichter (15) das Synthesegas zu einem Ammoniak-Reaktor (2) geführt wird, wo Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak chemisch reagiert, wobei die im Synthesegas-Verdichter (15) erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird in einem Synthesegas- Abhitzedampferzeuger (16) Dampf zu erzeugen, der dem Aminsystem (9) zugeführt wird.

Description

Beschreibung
Anlage zur Erzeugung von Ammoniak
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Ammoniak umfassend einen Ammoniak-Reaktor, der für die chemische Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff zu Ammoniak ausgebildet ist, eine Vorrichtung für eine Dampf -Methan-Reformierung für die Erzeugung von Wasserstoff, wobei die Vorrichtung eine Erdgas-Zuleitung für Erdgas und eine Luft-Zuleitung für Luft aufweist, wobei die Vorrichtung eine Ausgangsleitung aufweist, wobei in der Ausgangsleitung ein Mischgas aus Wasserstoff, Kohlenstoff dioxid und Stickstoff enthalten ist, ferner umfassend ein Aminsystem, das strömungstechnisch mit der Ausgangsleitung verbunden ist und zum Separieren des Kohlenstoffdioxids aus dem Mischgas ausgebildet ist, wobei das A- minsystem eine Dampf Zugangsleitung für die Zuführung von Dampf aufweist, wobei das Aminsystem eine Synthesegas- Ausgangsleitung für Synthesegas umfasst, wobei das Synthesegas Wasserstoff und Stickstoff umfasst, wobei in der Synthesegas-Ausgangsleitung ein Synthesegas-Verdichter angeordnet ist, der zum Verdichten des Synthesegases ausgebildet ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak, wobei in einem Schritt mittels Dampfreformierung ein aus Kohlenstoff dioxid, Wasserstoff und Stickstoff aufweisendes Mischgas entsteht, dass anschließend in ein A- minsystem strömt, wobei im Aminsystem das Kohlenstoff dioxid vom Mischgas getrennt wird, wobei das aus dem Aminsystem entstandene Synthesegas aus Stickstoff und Wasserstoff zu einem Synthesegas-Verdichter geführt wird, wobei nach dem Synthesegas-Verdichter das Synthesegas zu einem Ammoniak-Reaktor geführt wird, wo Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak chemisch reagiert.
Die Erfindung geht von dem Aspekt aus, Wasserstoff über größere Entfernungen zu transportieren. Ammoniak wird dazu als eine stark wachsende Anwendung als Wasserstoff-Energieträger wahrgenommen, insbesondere wenn der Wasserstoff in flüssiger Form über große Entfernungen transportiert werden muss.
Dies liegt daran, dass die Verflüssigung von Ammoniak mit einem deutlich geringeren Energiebedarf verbunden ist als die Verflüssigung von Wasserstoff. Ähnlich wie bei Wasserstoff kann kohlenstofffrei hergestelltes Ammoniak, das auch als sauberes Ammoniak bezeichnet werden kann, entweder grün oder blau hergestellt werden, was durch die Art und Weise der Wasserstoff erzeugung bestimmt wird. Wenn der Wasserstoff durch Elektrolyse hergestellt wird, d.h. "grün", ist das Ammoniak ebenfalls "grün", während der Wasserstoff bei der Reformierung von Erdgas mit anschließender Kohlenstoffabscheidung "blau" ist. Bei blauem Ammoniak wird typischerweise die Methandampfreformierung als Reformierungsprozess eingesetzt, da das dabei entstehende Synthesegas hauptsächlich aus Wasserstoff, Kohlenstoff dioxid und Stickstoff besteht. Nach der Sequestrierung des Kohlenstoff dioxids können Wasserstoff und Stickstoff direkt der Ammoniaksynthese zugeführt werden, ohne dass eine zusätzliche Stickstoff quelle erforderlich ist.
Das bei der Dampfmethanreformierung entstehende Gas weist jedoch typischerweise eine eher geringe Kohlenstoff dioxid- Konzentration auf, weshalb ein Aminsystem erforderlich ist, um das Kohlenstoff dioxid von den anderen Komponenten zu binden. Ein Aminsystem benötigt vergleichsweise große Mengen an Niederdruck-Dampf, der eine zusätzliche Wärmequelle, z. B. einen erdgasbefeuerten Kessel, benötigt. Dies führt zu einem hohen Gasverbrauch und zusätzlichen Kohlenstoff dioxid- Emissionen. Auf der anderen Seite gibt es mehrere Verdichter oder Kompressoren, die in einer blauen Ammoniakanlage eingesetzt werden. Hinter der Kohlenstoffabscheidung befindet sich ein Kohlenstoff dioxid-Verdichter, ein Synthesegasverdichter zur Verdichtung des Wasserstoff- und Stickstoff-Synthesegases auf den erforderlichen Synthesedruck, ein Ammoniak- Kältemittelverdichter zur Verflüssigung des Ammoniaks, ein Luf tverdichter zur Verdichtung der Prozessluft auf den erforderlichen Reformierdruck sowie ein Erdgasverdichter , der die gleiche Anforderung wie der Prozessluftverdichter erfüllt, nämlich das Erdgas auf den erforderlichen Reformierdruck zu bringen .
Die Wärme, die für das Wiedersieden des Niederdruckdampfes für die Aminanlage benötigt wird, wird durch eine alternative Wärmequelle, z.B. die Erdgasverbrennung, bereitgestellt. Dies führt zu zusätzlichem Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch und zusätzlichem Ausstoß an Kohlenstoff dioxid, wenn ein fossiler Brennstoff verwendet wird.
Vor diesem Hintergrund hat die Erfindung es sich zur Aufgabe gemacht, eine Anlage und ein Verfahren anzugeben, mit dem Ammoniak energieeffizienter erzeugt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anlage zur Erzeugung von Ammoniak umfassend einen Ammoniak-Reaktor, der für die chemische Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff zu Ammoniak ausgebildet ist, eine Vorrichtung für eine Dampf -Methan- Reformierung für die Erzeugung von Wasserstoff, wobei die Vorrichtung eine Erdgas-Zuleitung für Erdgas und eine Luft- Zuleitung für Luft aufweist, wobei die Vorrichtung eine Ausgangsleitung aufweist, wobei in der Ausgangsleitung ein Mischgas aus Wasserstoff, Kohlenstoff dioxid und Stickstoff enthalten ist, ferner umfassend ein Aminsystem, das strömungstechnisch mit der Ausgangsleitung verbunden ist und zum Separieren des Kohlenstoff dioxids aus dem Mischgas ausgebildet ist, wobei das Aminsystem eine Dampf Zugangsleitung für die Zuführung von Dampf aufweist, wobei das Aminsystem eine Synthesegas-Ausgangsleitung für Synthesegas umfasst, wobei das Synthesegas Wasserstoff und Stickstoff umfasst, wobei in der Synthesegas-Ausgangsleitung ein Synthesegas-Verdichter angeordnet ist, der zum Verdichten des Synthesegases ausgebildet ist, mit einem Synthesegas-Abhitzedampferzeuger, der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des durch den Synthesegas-Verdichter erwärmten Synthesegases zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Synthesegas- Abhitzedampferzeuger erzeugte Dampf in die Dampf zugangslei- tung in das Aminsystem strömt.
Des Weiteren wird die Aufgabe auch gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak, wobei in einem Schritt mittels Dampf reformierung ein aus Kohlenstoff dioxid, Wasserstoff und Stickstoff aufweisendes Mischgas entsteht, das anschließend in ein Aminsystem strömt, wobei im Aminsystem das Kohlenstoffdioxid vom Mischgas getrennt wird, wobei das aus dem A- minsystem entstandene Synthesegas aus Stickstoff und Wasserstoff zu einem Synthesegas-Verdichter geführt wird, wobei nach dem Synthesegas-Verdichter das Synthesegas zu einem Ammoniak-Reaktor geführt wird, wo Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak chemisch reagiert, wobei die im Synthesegas- Verdichter erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird, in einem Synthesegas-Abhitzedampferzeuger Dampf zu erzeugen, der dem Aminsystem zugeführt wird.
Die Erfindung beschreibt somit ein Konzept, das die Verdichtungswärme nutzt, die innerhalb des Luftverdichters, des Synthesegasverdichters, des Kohlenstoff dioxid-Verdichters und des Kältemittelverdichters erzeugt wird.
Die Wärme des Synthesegas- und Luftverdichters wird zurückgewonnen, indem weniger Ladeluftkühler eingesetzt werden und so das Prozessgas auf das für die Niederdruck-Dampfaufbereitung nutzbare Temperaturniveau in den folgenden Lade- und Nachkühlern gebracht wird.
Für die Rückgewinnung der Wärme aus dem Verflüssigungskreislauf wird ein neuer Weg eingeschlagen. Die Temperaturen, die am Kompressor- oder Verdichterauslass erreicht werden, sind in der Regel zu niedrig, um Dampf direkt auf dem erforderlichen Druck- und Temperaturniveau zu erzeugen. Der Dampf kann jedoch mit einem niedrigeren Druck erzeugt werden, als für den Aminprozess tatsächlich erforderlich ist, und dann anschließend in einem Dampf kompressor oder Dampf Verdichter verstärkt werden, um seine Temperatur und seinen Druck zu erhö- hen, um den Anforderungen des Aminsystems gerecht zu werden. Der erzeugte Dampf, der von den verschiedenen Kompressoren oder Verdichtern und einer zusätzlichen Dampfquelle (z. B. einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kessel) kommt, wird dann einem gemeinsamen Dampfsammler zugeführt, der in das Aminsystem eingespeist wird.
Die Erfindung ermöglicht somit einen energieeffizienteren Betrieb, da in einem Verdichtungsprozess entstandene Wärme genutzt wird.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass diese Wärme für die Erzeugung von Dampf für den Dampf reformierungsprozess eingesetzt werden kann. Dadurch muss weniger, im Idealfall sogar gar kein fossiler Brennstoff eingesetzt werden, um Dampf zu erzeugen.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben .
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, dass Kühlwasser für die Kompressoren oder Verdichter eingespart werden kann, da meist Speisewasser zur Kühlung bzw. Zwischenkühlung der Gase verwendet wird.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeich- nung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung
Figur 2 eine schematische Darstellung
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Insbesondere zeigt die Figur 1 eine Anlage 1 zur Erzeugung von Ammoniak. Dazu weist die Anlage 1 einen Ammoniak-Reaktor 2 auf, der für die chemische Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff zu Ammoniak ausgebildet ist.
Zunächst wird ein Erdgas oder ein ähnlich wirkendes brennbares Gas in einen Erdgas-Verdichter 3 über eine Zuleitung 4 zugeführt. Im Erdgas-Verdichter 3 wird das Erdgas für die Dampf reformierung auf den erforderlichen Druck gebracht. In der Dampf -Methan-Reformierung 5 wird Wasserstoff erzeugt. Dazu weist die Dampf -Methan-Reformierung 5 eine Luft-Zuleitung 6 auf. In der Luft-Zuleitung 6 ist ein Luft-Verdichter 7 angeordnet, der den Druck der Luft erhöht. In den Luft- Verdichter 7 strömt über eine Leitung 8 Luft.
Die Dampf -Methan-Reformierung 5 ist für die Erzeugung von Wasserstoff ausgebildet, wobei eine Ausgangsleitung 10 angeordnet ist. In der Ausgangsleitung 10 ist ein Mischgas aus Wasserstoff, Kohlenstoff dioxid und Stickstoff enthalten. Das Mischgas wird im Anschluss über die Ausgangsleitung 10 an ein Aminsystem 9 weitergeleitet. Das Aminsystem 9 ist hierbei zum Separieren des Kohlenstoff dioxids aus dem Mischgas ausgebildet . Dafür weist das Aminsystem 9 eine Dampf Zugangsleitung 11 für die Zuführung von Dampf auf. Für die Funktionsweise des Aminsystems 9 wird vergleichsweise viel Dampf benötigt. Das aus dem Mischgas separierte Kohlenstoff dioxid strömt über eine Kohlenstoff dioxid-Ausgangsleitung 12 in einen Kohlenstof fdi- oxid-Verdichter 13, der zum Verdichten des Kohlenstof fdioxids ausgebildet ist.
Das Aminsystem 9 weist eine Synthesegas-Ausgangsleitung 14 für Synthesegas auf, wobei das Synthesegas Wasserstoff und Stickstoff umfasst. In der Synthesegas-Ausgangsleitung 14 ist ein Synthesegas-Verdichter 15 angeordnet, der zum Verdichten des Synthesegases ausgebildet ist.
Nach dem Synthesegas-Verdichter 15 wird das verdichtete Synthesegas dem Ammoniak-Reaktor 2 zugeführt, wo durch eine chemische Reaktion Ammoniak entsteht.
Bei der Verdichtung des Synthesegases entsteht Wärme. Diese Wärme wird ausgenutzt, um Dampf für das Aminsystem 9 zu erzeugen .
Dazu wird ein Synthesegas-Abhitzedampferzeuger 16 angeordnet, der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des durch den Synthesegas-Verdichter 15 erwärmten Synthesegases zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Synthesegas-Abhitzedampferzeuger 16 erzeugte Dampf in die Dampfzugangsleitung 11 in das Aminsystem 9 strömt.
Bei der Erzeugung von Ammoniak ist es prozessbedingt nicht möglich stöchiometrisch eine vollständige chemische Reaktion zu erzeugen. Daher wird über eine Recycle-Leitung 17 noch nicht reagierendes Synthesegas dem Synthesegas-Verdichter 15 wieder zugeführt und von dort wieder zum Ammoniak-Reaktor 2 zugeführt . Die bei der Verdichtung der Luft erzeugt Wärme wird ebenfalls dazu ausgenutzt, um Dampf für das Aminsystem 9 zu erzeugen.
Dazu wird in der Luft-Zuleitung 6 der Luft-Verdichter 7 angeordnet ist, der zum Verdichten der Luft ausgebildet ist, wobei ein Luft-Abhitzedampferzeuger 18 angeordnet ist, der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie, der durch den Luft-Verdichter 7 erwärmten Luft zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird.
Der im Luft-Abhitzedampferzeuger 18 erzeugte Dampf strömt in die Dampf Zugangsleitung 11 in das Aminsystem 9.
Die bei der Verdichtung des Kohlenstoff dioxids entstandene Wärme wird ebenfalls ausgenutzt, um Dampf für das Aminsystem 9 zu erzeugen.
Dazu weist das Aminsystem 9 die Kohlenstoff dioxid- Ausgangsleitung 12 auf, in der der Kohlenstoff dioxid- Verdichter 13 angeordnet ist, der zum Verdichten des Kohlenstoffdioxids ausgebildet ist. Ein Kohlenstof fdioxid- Abhitzedampf erzeugen 19 wird derart angeordnet, dass die thermische Energie des durch den Kohlenstof f dioxid-Verdichter 13 erwärmten Kohlenstof f dioxids zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird. Der im Kohlenstof fdioxid-Abhitzedampf erzeugen 19 erzeugte Dampf strömt in die Dampf Zugangsleitung 11 in das Aminsystem.
Über eine Ammoniak-Ausgangsleitung 20 gelangt nach dem Ammoniak-Reaktor 2 gasförmiges Ammoniak in eine Ammoniak- Verflüssigungsanlage 21. Die Ammoniak-Ausgangsleitung 20 ist somit mit der Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 strömungstechnisch verbunden. Die Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 ist zum Verflüssigen des gasförmigen Ammoniaks ausgebildet ist.
Bei der Verflüssigung des Ammoniaks entsteht thermische Energie, die ebenfalls dazu ausgenutzt wird, um Dampf für das A- minsystem 9 zu erzeugen. Die Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 ist daher derart ausgebildet, dass bei der Verflüssigung des Ammoniaks thermische Energie erzeugt wird.
Die Umwandlung der in der Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 entstandenen thermischen Energie wird mit Hilfe der Figur 2 beschrieben .
In der Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 ist einen Schnelldampferzeuger 22 angeordnet, der derart ausgebildet ist, dass die durch die Verflüssigung des Ammoniaks erzeugte thermische Energie zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird.
Der im Schnelldampferzeuger 22 erzeugte Dampf strömt in die Dampf Zugangsleitung 11 in das Aminsystem 9.
Die Figur 2 zeigt im Wesentlichen einen Wärmepumpenkreislauf. Als Kältemittel wird hier Ammoniak verwendet. Es sind allerdings auch andere Kältemittel einsetzbar.
Mit Hilfe eines Kältemittelverdichters 23 wird die Temperatur des Kältemittels erhöht. Die dabei gewonnene thermische Energie wird wie oben beschrieben, in einem Schnelldampferzeuger 22 dazu eingesetzt, um aus Speisewasser 24 Dampf 25 zu erzeugen. Nach dem Schnelldampferzeuger 22 wird in einer Kühleinheit 26 das Kältemittel weiter abgekühlt. Mit einem Expansionsventil 27 kühlt das Kältemittel weiter ab. In einem Wärmetauscher 28 wird dann schließlich das warme gasförmige Ammoniak 29 in flüssiges Ammoniak 30 umgewandelt.
Für den Fall, dass der aus der Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 auskommende Dampf keinen geeigneten Druck aufweist, wird ein Dampf -Verdichter 31 eingesetzt. Der durch die Ammoniak- Verflüssigungsanlage 21 erzeugte Dampf strömt hierbei durch den Dampf -Verdichter 31, wobei der Dampf-Verdichter 31 zur Erhöhung des Drucks des Dampfes ausgebildet ist. Der Dampf strömt dann anschließend zu der Dampf Zugangsleitung 11 in das Aminsystem 9.
Die Dampf Zugangsleitung 11 ist mit einem mit einem Dampfsammler 33 strömungstechnisch verbunden. Der Dampfsammler 33 ist zum Sammeln von Dampf ausgebildet, wobei der Dampfsammler 33 ausgangsseitig die Dampf Zugangsleitung 11 aufweist.
Die nach den Abhitzedampferzeugern 18, 19 und 16 sowie der nach der Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 über den Dampf- Verdichter 31 kommende Dampf wird im Dampfsammler 33 gesammelt und dem Aminsystem 9 zugeführt. Sollte der im Dampf Sammler 33 gesammelte Dampf für den Betrieb des Aminsystems 9 nicht ausreichen, wird noch eine externe Dampfquelle 34 an den Dampfsammler 33 angeschlossen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Varianten können vom Fachmann heraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Anlage (1) zur Erzeugung von Ammoniak umfassend einen Ammoniak-Reaktor (2) , der für die chemische Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff zu Ammoniak ausgebildet ist, eine Vorrichtung für eine Dampf -Methan-Reformierung (5) für die Erzeugung von Wasserstoff, wobei die Vorrichtung eine Erdgas-Zuleitung (4) für Erdgas und eine Luft-Zuleitung (8) für Luft aufweist, wobei die Vor-richtung eine Ausgangsleitung (10) aufweist, wobei in der Ausgangsleitung (10) ein Mischgas aus Wasserstoff, Kohlenstoff dioxid und Stickstoff enthalten ist, ferner umfassend ein Aminsystem (9) , das strömungstechnisch mit der Ausgangsleitung (10) verbunden ist und zum Separieren des Kohlenstoff dioxids aus dem Mischgas ausgebildet ist, wobei das Aminsystem (9) eine Dampf Zugangsleitung (11) für die Zuführung von Dampf aufweist, wobei das Amin-system (9) eine Synthesegas-Ausgangsleitung (14) für Synthesegas umfasst, wobei das Synthesegas Wasserstoff und Stickstoff umfasst, wobei in der Synthesegas-Ausgangsleitung (14) ein Synthesegas-Verdichter (15) angeordnet ist, der zum Ver-dichten des Synthesegases ausgebildet ist, gekennzeichnet durch einen Synthesegas-Abhitzedampferzeuger (16) , der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des durch den Synthesegas-Verdichter (15) erwärmten Synthesegases zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Synthesegas- Abhitzedampferzeuger (16) erzeugte Dampf in die Dampf zugangs- leitung (11) in das Aminsystem (9) strömt.
2. Anlage (1) nach Anspruch 1, wobei in der Luft-Zuleitung (8) ein Luft-Verdichter (7) angeordnet ist, der zum Verdichten der Luft ausgebildet ist, wobei ein Luft-Abhitzedampferzeuger (18) angeordnet ist, der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie der durch den Luft-Verdichter (7) erwärmten Luft zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Luft-Abhitzedampferzeuger (18) erzeugte Dampf in die Dampf Zugangsleitung (11) in das Aminsystem (9) strömt.
3. Anlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Aminsystem (9) eine Kohlenstoff dioxid- Ausgangsleitung (12) aufweist und in der Kohlenstoff dioxid- Ausgangsleitung (12) ein Kohlenstoff dioxid-Verdichter (13) angeordnet ist, der zum Verdichten des Kohlenstoff dioxids ausgebildet ist, wobei ein Kohlenstoff dioxid-Abhitzedampf er zeuger (19) angeordnet ist, der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des durch den Kohlenstoff dioxid-Verdichter (13) erwärmten Kohlenstoff dioxids zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Kohlenstoff dioxid-Abhitzedampf erzeuger (19 erzeugte Dampf in die Dampf Zugangsleitung (11) in das Aminsystem (9) strömt.
4. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ammoniak-Reaktor (2) eine Ammoniak-Ausgangsleitung (20) für gasförmiges Ammoniak aufweist, wobei die Ammoniak-Ausgangs-Leitung (20) mit einer Ammoniak- Verflüssigungsanlage (21) strömungstechnisch verbunden ist, wobei die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) zum Verflüssigen des gasförmigen Ammoniaks ausgebildet ist, wobei die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) derart ausgebildet ist, dass bei der Verflüssigung des Ammoniaks thermische Energie erzeugt wird, wobei die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) einen Schnelldampferzeuger (22) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass die durch die Verflüssigung des Ammoniaks erzeugte thermische Energie zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Schnelldampferzeuger (22) erzeugte Dampf in die Dampf zugangs- leitung (11) in das Aminsystem (9) strömt.
5. Anlage (1) nach Anspruch 4, wobei der durch die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) erzeugte Dampf durch einen Dampf-Verdichter (31) strömt, wobei der Dampf -Verdichter (31) zur Erhöhung des Drucks des Dampfes ausgebildet ist.
6. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Dampfsammler (33) , der zum Sammeln von Dampf ausgebildet ist, wobei der Dampfsammler (33) ausgangs-seitig die Dampf Zugangsleitung (11) aufweist.
7. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) als Kältemittelkreislauf ausgebildet ist, wobei das Kältemittel mittels eines Kältemittels-Verdichters (23) erwärmt wird, wobei die durch den Kältemittel-Verdichter (23) erzeugte thermische Energie zur Erzeugung von Dampf im Schnelldampferzeuger (22) eingesetzt wird.
8. Anlage (1) nach Anspruch 7, wobei als Kältemittel Ammoniak eingesetzt ist.
9. Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak, wobei in einem Schritt mittels Dampf reformierung ein aus Kohlenstoff dioxid, Wasserstoff und Stickstoff auf-weisendes Mischgas entsteht, dass anschließend in ein Aminsystem (9) strömt, wobei im Aminsystem (9) das Kohlenstoff dioxid vom Mischgas getrennt wird, wobei das aus dem Aminsystem (9) entstandene Synthesegas aus Stickstoff und Wasserstoff zu einem Synthesegas-Verdichter (15) geführt wird, wobei nach dem Synthesegas-Verdichter (15) das Synthesegas zu einem Ammoniak- Reaktor (2) geführt wird, wo Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak chemisch reagiert, wobei die im Synthesegas-Verdichter (15) erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird in einem Synthesegas- Abhitzedampferzeuger (16) Dampf zu erzeugen, der dem Aminsystem (9) zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Dampf reformierung mit einer Luft-Zuleitung (8) verbunden wird, in der ein Luft-Verdichter (7) angeordnet wird, wobei die im Luft-Verdichter (7) erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird, in einem Luft-Abhitzedampferzeuger (18) Dampf zu erzeugen, der dem Aminsystem (9) zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Aminsystem (9) eine Kohlenstoff dioxid- Ausgangsleitung (12) aufweist, in der ein Kohlenstof f-dioxid- Verdichter (13) angeordnet wird, wobei die im Kohlenstof fdi- oxid-Verdichter (13) erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird, in einem Kohlenstof f dioxid-Abhitzedampf erzeugen (19) Dampf zu erzeugen, der dem Aminsystem (9) zugeführt wird .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das aus dem Ammoniak-Reaktor (2) strömende gasförmige Ammoniak in einer Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) verflüssigt wird und der in der Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird, Dampf für das Aminsystem (9) zu erzeugen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) einen Kältemittel-Kreislauf aufweist, der einen Schnelldampferzeuger (22) aufweist, durch den das mit einem Verdichter (23) erhitzte Kältemittel strömt, wobei die thermische Energie des Kältemittels verwendet wird, um im Schnelldampferzeuger (22) Dampf für das Aminsystem (9) zu erzeugen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei als Kältemittel Ammoniak verwendet wird.
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