EP4698493A1 - Anlage zur herstellung von ammoniak in form von ammoniakwasser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Herstellen von Ammoniak in Form von Ammoniakwasser umfassend einen Reaktor (10) zum Herstellen von gasförmigem Ammoniak, wobei der Reaktor (10) einen ersten Wasserzulauf zum Einbringen von Wasser in den Reaktor (10), wenigstens einen Feststoffzugang (63, 64, 65) zum Einbringen wenigstens eines mit dem Wasser reagierenden Feststoffs in den Reaktor (10) sowie ein Rührwerk (45) zum Durchmischen des Wassers und des wenigstens einen Feststoffs und einen ersten Gasausgang für das gasförmige Ammoniak vorsieht, umfassend einen ersten Lösebehälter (11) zum Lösen des gasförmigen Ammoniaks in Wasser und zum Bereitstellen von Ammoniakwasser einer ersten Konzentration, wobei der erste Lösebehälter (11) einen zweiten Wasserzulauf zum Einbringen von Frischwasser in den ersten Lösebehälter (11), eine erste Tauchrohrleitung (41), über die das gasförmige Ammoniak aus dem Reaktor (10) dem ersten Lösebehälter (11) zuführbar ist und das an den ersten Gasausgang angeschlossen ist, einen zweiten Gasausgang für nicht wassergelöstes gasförmiges Ammoniak sowie eine erste Entnahmeöffnung (68) für das Ammoniakwasser der ersten Konzentration vorsieht, umfassend einen Frischwasseranschluss (1) und ein Frischwasserleitungssystem (37) zum Zuführen von Frischwasser, umfassend ein mit dem Feststoffzugang (63, 64, 65) des Reaktors (10) verbundenes Bereitstellungs- und Dosiermodul, wobei das Bereitstellungs- und Dosiermodul mindestens einen Vorrat (14, 15, 16) für den wenigstens einen Feststoff sowie ein Dosiermittel (17, 18, 19) für den wenigstens einen Feststoff vorsieht, und umfassend ein Entnahmemodul (30) für das Ammoniakwasser, wobei das Entnahmemodul (30) mit der ersten Entnahmeöffnung (68) des ersten Lösebehälters (11) verbunden ist und ein Abfüllmittel vorsieht, das eingerichtet ist zum Befüllen eines nicht zu der Anlage gehörenden Gebindes mit dem Ammoniakwasser.

Description

Anlage zur Herstellung von Ammoniak in Form von Ammoniakwasser

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Ammoniak in Form von Ammoniakwasser.

Ammoniak wird heute fast ausschließlich großindustriell nach dem Haber-Bosch- Verfahren hergestellt. Für die Ammoniakproduktion nach diesem Verfahren werden bis heute große Mengen fossiler Energie verwendet. Der Anteil der Ammoniakproduktion am weltweiten Verbrauch fossiler Energieträger beträgt knapp 1,5 %. Ein alternatives energieeffizientes und in der industriellen Praxis bisher nicht verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Ammoniak in Form von Ammoniakwasser schlägt die WO 2021/186340 A1 vor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlage zur Herstellung von Ammoniak in Form von Ammoniakwasser anzugeben.

Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.

Demzufolge umfasst die Anlage zum Herstellen von Ammoniak in Form von Ammoniakwasser einen Reaktor zum Herstellen von gasförmigem Ammoniak, wobei der Reaktor einen ersten Wasserzulauf zum Einbringen von Wasser in den Reaktor, wenigstens einen Feststoffzugang zum Einbringen wenigstens eines mit dem Wasser reagierenden Feststoffs in den Reaktor sowie ein Rührwerk zum Durchmischen des Wassers und des wenigstens einen Feststoffs und einen ersten Gasausgang für das gasförmige Ammoniak vorsieht, einen ersten Lösebehälter zum Lösen des gasförmigen Ammoniak in Wasser und zum Bereitstellen von Ammoniakwasser einer ersten Konzentration, wobei der erste Lösebehälter einen zweiten Wasserzulauf zum Einbringen von Frischwasser in den ersten Lösebehälter, eine erste Tauchrohrleitung, über die das gasförmige Ammoniak aus dem Reaktor dem ersten Lösebehälter zuführbar ist und das an den ersten Gasausgang angeschlossen ist, einen zweiten Gasausgang für nicht wassergelöstes gasförmiges Ammoniak sowie eine erste Entnahmeöffnung für das Ammoniakwasser der ersten Konzentration vorsieht, einen Frischwasseranschluss und ein Frischwasserleitungssystem zum Zuführen von Frischwasser, ein mit dem Feststoffzugang des Reaktors verbundenes Bereitstellungs- und Dosiermodul, wobei das Bereitstellungs- und Dosiermodul mindestens einen Vorrat für den wenigstens einen Feststoff sowie ein Dosiermittel für den wenigstens einen Feststoff vorsieht, sowie ein Entnahmemodul für das Ammoniakwasser, wobei das Entnahmemodul mit der ersten Entnahmeöffnung des ersten Lösebehälters verbunden ist und ein Abfüllmittel vorsieht, das eingerichtet ist zum Befüllen eines nicht zu der Anlage gehörenden Gebindes mit dem Ammoniakwasser.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mittels der erfindungsgemäßen Anlage Ammoniak in Form von Ammoniakwasser energieeffizient hergestellt werden kann. Die Anlage kann variabel skaliert werden, sodass eine Herstellung von Ammoniakwasser im kleinen Maßstab, insbesondere dessen dezentrale, verteilte Herstellung ebenso möglich ist wie eine großindustrielle Produktion von Ammoniak in Form von Ammoniakwasser.

Insbesondere durch die Möglichkeit, Kleinanlagen für die Ammoniakherstellung bereitzustellen, ergibt sich die Chance einer mobilen, dezentralen Produktion beispielsweise an Bord von Schiffen oder in entlegenen Regionen der Welt. Darüber hinaus kann die Herstellung des Ammoniakwassers im Batchbetrieb erfolgen. Es bedarf insofern keines kontinuierlichen Betriebs der erfindungsgemäßen Anlage. Vielmehr kann die Anlage bedarfsgerecht genutzt beziehungsweise betrieben werden, um Ammoniak in Form von Ammoniakwasser herzustellen.

Zur Herstellung des Ammoniakwassers sieht die Anlage einen Reaktor vor, der mit Wasser und wenigstens einem Feststoff befüllt wird. Die Komponenten werden unter Verwendung des Rührwerks durchmischt und es wird eine chemische Reaktion in Gang gesetzt, bei der gasförmiges Ammoniak entsteht. Das gasförmige Ammoniak wird über die erste Tauchrohrleitung zu dem ersten Lösebehälter transportiert.

Der erste Lösebehälter ist teilweise mit Frischwasser gefüllt. Das Tauchrohr ragt in das Frischwasser, so dass das vom Reaktor übertretende gasförmige Ammoniak in das Wasser gelangt und mit dem Wasser reagieren kann. Das Ammoniakgas löst sich im Wasser wenigstens teilweise und reichert das Wasser so an. Es entsteht Ammoniakwasser mit einer Ammoniakkonzentration von beispielsweise 20 %.

Das Frischwasser für den ersten Lösebehälter wird anlagenseitig von einem Frischwasseranschluss bereitgestellt und über ein Frischwasserleitungssystem zum ersten Lösebehälter geführt. Optional kann auch der Reaktor an das Frischwasserleitungssystem angeschlossen sein.

Um den wenigstens einen dem Reaktor zugeführten Feststoff zu bevorraten und in der erforderlichen Menge dem Reaktor zuzuführen, sieht die Anlage das Bereitstellungsund Dosiermodul vor. Es umfasst neben einem Vorrat für den Feststoff ein Dosiermittel. Beispielsweise kann das Bereitstellungs- und Dosiermodul der Bevorratung und Bereitstellung eines granulären Feststoffs dienen. In diesem Fall kann der Vorrat beispielsweise durch ein Silo oder einen das Granulat aufweisenden Sack bereitgestellt sein. Das Dosiermittel kann beispielsweise als eine Förderschnecke realisiert sein. Die Förderschnecke ermöglicht es, dem Reaktor eine vorbestimmte Menge des bevorrateten granulären Feststoffs zuzuführen.

Das Entnahmemodul für das Ammoniakwasser ist beispielsweise so ausgebildet, dass das Ammoniakwasser einem externen, das heißt nicht zur Anlage gehörenden Gebinde, beispielsweise einem IBC Container zugeführt wird.

Nach einer bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sieht die Anlage einen zweiten Lösebehälter vor. Der zweite Lösebehälter ist eingerichtet zum Lösen des in dem ersten Lösebehälter nicht wassergelösten gasförmigen Ammoniaks in Wasser. Der zweite Lösebehälter umfasst hierzu einen dritten Wasserzulauf, der zur Einbringung von Frischwasser in den zweiten Lösebehälter an das Frischwasserleitungssystem angeschlossen sein kann, eine zweite Tauchrohrleitung, über die das in dem ersten Lösebehälter nicht wassergelöste gasförmige Ammoniak dem zweiten Lösebehälter zugeführt wird und die an den zweiten Gasausgang des ersten Lösebehälters angeschlossen ist. Ferner umfasst der zweite Lösebehälter einen dritten Gasausgang für weiterhin nicht wassergelöstes gasförmiges Ammoniak und eine zweite Entnahmeöffnung für das Ammoniakwasser, das in dem zweiten Lösebehälter in einer zweiten Konzentration bereitgestellt ist. Die zweite Konzentration des Ammoniakwassers in dem zweiten Lösebehälter ist verfahrensbedingt typischerweise geringer als die erste Konzentration. Sie liegt bei üblicherweise etwa 4 % Ammoniak.

Die zweite Tauchrohrleitung, die in den zweiten Lösebehälter geführt ist, ist wieder so installiert, dass sie beim Betrieb der Anlage unterhalb eines Wasserspiegels endet, den das Frischwasser in dem zweiten Lösebehälter bereitstellt. Das in dem ersten Lösebehälter nicht wassergelöste gasförmige Ammoniak löst sich so in dem Wasser des zweiten Lösebehälters überwiegend auf und reichert das Wasser mit Ammoniak an. Überschüssiges gasförmiges Ammoniak, das auch in dem zweiten Lösebehälter nicht in Wasser gelöst wird, kann über den dritten Gasausgang aus dem zweiten Lösebehälter entweichen. Die zweite Entnahmeöffnung, die der zweite Lösebehälter vorsieht, dient der Entnahme des Ammoniakwassers der zweiten Konzentration aus dem zweiten Lösebehälter. Um das Ammoniakwasser der ersten Konzentration aus dem ersten Lösebehälter mit dem Ammoniakwasser der zweiten Konzentration aus dem zweiten Lösebehälter zu durchmischen, kann nach einer Weiterbildung der Erfindung das Entnahmemodul vorgesehen sein, das mit der ersten Entnahmeöffnung des ersten Lösebehälters und mit der zweiten Entnahmeöffnung des zweiten Lösebehälters verbunden ist. Das Entnahmemodul sieht dann mindestens ein Abfüllmittel zum Befüllen des externen Gebindes mit dem Ammoniakwasser der gemischten Konzentration sowie wenigstens ein Mischmittel vor zum Mischen des Ammoniakwassers der ersten Konzentration mit dem Ammoniakwasser der zweiten Konzentration. Als Mischmittel dienen beispielsweise Ventile, die es ermöglichen, eine Durchflussmenge des Ammoniakwassers der ersten Konzentration und des Ammoniakwassers der zweiten Konzentration variabel einzustellen und so die Konzentration des Ammoniaks in dem Ammoniakwasser mit der gemischten Konzentration zu beeinflussen beziehungsweise einzustellen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Anlage zur Herstellung des Ammoniaks ein Gasnachbehandlungsmodul. Das Gasnachbehandlungsmodul ist beim Vorsehen eines einzigen ersten Lösebehälters an den Gasausgang dieses ersten Lösebehälters und ansonsten an den dritten Gasausgang des zweiten Lösebehälters oder einen Gasausgang eines letzten Lösebehälters angeschlossen. Es ist überdies über eine Brenngasanschlussleitung mit einem Brenngasanschluss verbunden. Als Brenngas kann beispielsweise Erdgas dienen. Zusätzlich sieht das Abgasnachbehandlungsmodul eine Zündvorrichtung vor, mit der ein Brennvorgang zum Abbrennen von gasförmigem Ammoniak in Gang gesetzt werden kann. Vorteilhaft kann durch das Abgasnachbehandlungsmodul sichergestellt werden, dass das gasförmige Ammoniak nicht unbehandelt aus der Anlage entweicht. Durch die Verbrennung des gasförmigen Ammoniaks können dabei die für Ammoniak geltenden Emissionsgrenzen eingehalten werden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sieht die Anlage einen dem Reaktor vorgeschalteten und an das Frischwasserleitungssystem angeschlossenen Wasserbehälter vor. Der Wasserbehälter verfügt über Mittel zum Kühlen beziehungsweise Erwärmen des Frischwassers. Er ist über eine Versorgungsleitung mit dem Wasserzulauf des Reaktors verbunden. Vorteilhaft kann durch das Vorsehen des Wasserbehälters mit dem Mittel zum Kühlen beziehungsweise Erwärmen des Frischwassers dem Reaktor erwärmtes Wasser zugeführt werden. Die Verwendung des erwärmten Wassers begünstigt die Reaktion des Wassers mit dem wenigstens einen zugeführten Feststoff und die Bildung des Ammoniakgases. Durch die Wassertemperatur kann dabei auf die Reaktion im Reaktor Einfluss genommen werden. Typisch ist es, das Wasser für den Reaktor auf beispielsweise 64 °C vorzuwärmen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sieht der Reaktor einen ersten Feststoffzugang, einen zweiten Feststoffzugang sowie einen dritten Feststoffzugang vor, über die drei gleiche oder unterschiedliche Feststoffe zugeführt werden können. Überdies ist das Bereitstellungs- und Dosiermodul so ausgebildet, dass es drei Vorräte für die bis zu drei Feststoffe sowie Dosiermittel zum getrennten Dosieren und/oder Zuführen der drei Feststoffe zu dem Reaktor vorsieht. Vorteilhaft kann durch das Vorsehen der drei Vorräte und der getrennten Dosiermittel eine variable Bestückung des Reaktors erfolgen. Es können verschiedene Feststoffe in unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet werden für die Herstellung des Ammoniakwassers. Hierdurch kann die Anlage sehr variabel eingesetzt werden und es kann anlagenseitig auf eine unterschiedliche Verfügbarkeit und/oder Zusammensetzung der Feststoffe reagiert werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sieht die erste Tauchrohrleitung und/oder die zweite Tauchrohrleitung ein Fördermittel vor zum Verbringen des gasförmigen Ammoniaks vom Reaktor in dem ersten Lösebehälter beziehungsweise vom ersten Lösebehälter in den zweiten Lösebehälter. Als Fördermittel kann beispielsweise ein Verdichter, ein Kompressor oder eine Pumpe dienen. Vorteilhaft kann durch das Vorsehen der Fördermittel das Ammoniakgas aktiv gefördert und das Herstellverfahren bedarfsgerecht gesteuert werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sieht der Reaktor einen verschließbaren Flüssigkeitsausgang vor zum Entleeren des Reaktors. Zusätzlich ist ein Sammelbehälter an den Flüssigkeitsausgang des Reaktors angeschlossen, der eine als Nebenprodukt der Herstellung des Ammoniakwassers anfallende Reaktorflüssigkeit aufnimmt. Dem Sammelbehältnis kann beispielsweise ein weiteres Entnahmemodul zugeordnet sein, welches Abfüllmittel vorsieht zum Befüllen eines weiteren nicht zu der Anlage gehörenden Gebindes mit der Reaktorflüssigkeit. Vorteilhaft kann durch das Vorsehen des Flüssigkeitsausgangs, des Sammelbehälters und des weiteren Entnahmemoduls die bei der Herstellung des Ammoniakwassers im Reaktor entstehende Reaktorflüssigkeit als Nebenprodukt einer getrennten Verwertung zugeführt werden. Als Nebenprodukt fällt beispielsweise ein Flüssigdünger an, der in das weitere Gebinde abgefüllt wird und etwa in der Landwirtschaft genutzt wird.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an die erste Entnahmeöffnung des ersten Lösebehälters und/oder an die zweite Entnahmeöffnung des zweiten Lösebehälters ein erster Zwischenspeicherbehälter und/oder ein zweiter Zwischenspeicherbehälter angeschlossen. Der erste Zwischenspeicherbehälter und/oder der zweite Zwischenspeicherbehälter dienen der Bevorratung des Ammoniakwassers in der ersten Konzentration beziehungsweise des Ammoniakwassers in der zweiten Konzentration. Durch das Vorsehen der Zwischenspeicherbehälter gelingt es in vorteilhafter Weise die Herstellung des Ammoniakwassers von der Abfüllung zu trennen. Insbesondere kann das Ammoniakwasser der jeweiligen Konzentration in den Zwischenspeicherbehälter gesammelt und zu einem späteren Zeitpunkt gemischt und/oder abgefüllt werden. Der Zwischenspeicherbehälter kann überdies genutzt werden, um das Ammoniakwasser herunterzukühlen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sieht die Anlage eine Mehrzahl von höhenversetzten horizontalen Ebenen vor. Der Reaktor sowie der erste und optional der zweite Lösebehälter sind dabei an einer ersten horizontalen Ebene angeordnet. Oberhalb der ersten horizontalen Ebene befindet sich eine zweite horizontale Ebene, in der das Bereitstellungs- und Dosiermodul vorgesehen ist. Indem das Bereitstellungs- und Dosiermodul oberhalb des Reaktors angeordnet ist, kann zum Befüllen des Reaktors die Schwerkraft genutzt werden. Unterhalb der ersten horizontalen Ebene, das heißt unterhalb der Lösebehälter, ist dann eine dritte horizontale Ebene mit dem Entnahmemodul sowie optional dem weiteren Entnahmemodul vorgesehen. Die Entleerung des Reaktors beziehungsweise der Lösebehälter sowie die Befüllung der externen Gebinde kann demzufolge ebenfalls Schwerkraft unterstützt stattfinden. Überdies baut die Anlage durch die Anordnung in mehreren horizontalen Ebenen besonders kompakt, was den Flächenbedarf reduziert. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sehen der Reaktor, der erste Lösebehälter, der zweite Lösebehälter, der Sammelbehälter, der erste Zwischenspeicherbehälter und/oder der zweite Zwischenspeicherbehälter einen Kühlmantel vor. Überdies ist ein Kühlmittelkreislauf vorgesehen, an den neben dem wenigstens einen Kühlmantel ein Vorrat für ein Kühlmittel, ein Fördermittel für das Kühlmittel sowie ein Kühlmitteltemperaturmodul zum Kühlen und/oder Erwärmen des Kühlmittels angeschlossen sind. Durch das Vorsehen des Kühlmittelkreislaufes mit dem wenigstens einen Kühlmantel, dem Vorrat, dem Fördermittel und dem Kühlmitteltemperaturmodul gelingt es, Einfluss auf die Reaktion im Reaktor sowie den Lösevorgang in den Lösebehältern zu nehmen. Die Reaktionstemperatur kann insofern beispielsweise über die Menge des Kühlmittels und seine Temperatur beeinflusst werden.

Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Die Zeichnung dient dabei lediglich beispielhaft der Erklärung der Erfindung. Sie hat keinen einschränkenden Charakter.

Es zeigen:

Fig. 1 eine stark vereinfachte Darstellung der Hauptkomponenten einer Anlage zur Herstellung von Ammoniak in Form von Ammoniakwasser als Bockschaltbild und

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der Anlage zur Herstellung von Ammoniak in Form von Ammoniakwasser.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anlage ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte, schematische und reduzierte Darstellung der an der stofflichen Umsetzung von Wasser von wenigstens einem Feststoff zu Ammoniakwasser beteiligten Hauptkomponenten der Anlage. Fig. 2 zeigt eine detaillierte Darstellung der Anlage mit den Hauptkomponenten sowie weiteren Funktionskomponenten. Die Anlage umfasst zunächst einen Reaktor 10, der der Herstellung von gasförmigem Ammoniak dient. Der Reaktor 10 sieht einen ersten Wasserzulauf zum Einbringen von Wasser in den Reaktor 10 sowie drei Feststoffzugänge 63, 64, 65 zum Einbringen von drei Feststoffen vor, die im Inneren des Reaktors 10 mit dem Wasser reagieren. Darüber hinaus ist ein Rührwerk 45 vorgesehen zum Durchmischen des Wassers und der drei Feststoffe. Des Weiteren sieht der Reaktor 10 einen ersten Gasausgang für das bei der Reaktion des Wassers mit den Feststoffen gebildete gasförmige Ammoniak vor.

Das Wasser, das in den Reaktor 10 eingebracht wird, gelangt über einen Frischwasseranschluss 1 in die Anlage. Es durchfließt ein Frischwasserleitungssystem 37, mit dem das Frischwasser in der Anlage verteilt wird und gelangt zu einem dem Reaktor 10 vorgeschalteten Frischwassertemperiermodul 40, in dem das Frischwasser erwärmt wird. Das Frischwassertemperiermodul 40 sieht hierzu einen Wasserbehälter 3 vor, der über einen Heizstab 4 verfügt. Das in dem Wasserbehälter 3 erwärmte Wasser gelangt dann über eine Versorgungsleitung 5 und den ersten Wasserzulauf in den Reaktor 10.

Das in dem Reaktor 10 entstandene gasförmige Ammoniak gelangt über eine erste Tauchrohrleitung 41 in einen ersten Lösebehälter 11 der Anlage, wobei die erste Tauchrohrleitung 41 an den ersten Gasausgang des Reaktors 10 angeschlossen ist. Der Lösebehälter 11 ist bis zu einem gewissen Grad mit Frischwasser aus dem Frischwasserleitungssystem 37 befüllt. Die Anordnung der ersten Tauchrohrleitung 41 ist dann so gewählt, dass das gasförmige Ammoniak unterhalb einer Wasseroberfläche in den ersten Lösebehälter 11 hineingeführt wird. In dem ersten Lösebehälter 11 löst sich das gasförmige Ammoniak in dem Frischwasser zumindest teilweise und reichert es mit Ammoniak an, so dass Ammoniakwasser mit einer ersten Konzentration von Ammoniak von beispielsweise 20 % entsteht.

Der erste Lösebehälter sieht einen zweiten Wasserzulauf zum Einbringen des Frischwassers aus dem Frischwasserleitungssystem 37 in den ersten Lösebehälter 11, einen zweiten Gasausgang für nicht wassergelöstes gasförmiges Ammoniak sowie eine erste Entnahmeöffnung 68 für das Ammoniakwasser der ersten Konzentration vor. Dem ersten Lösebehälter 11 ist ein zweiter Lösebehälter 12 nachgeschaltet. Der erste Lösebehälter 11 und der zweite Lösebehälter 12 sind über eine zweite Tauchrohrleitung 42 verbunden, wobei die zweite Tauchrohrleitung 42 an den zweiten Gasausgang des ersten Lösebehälters 11 angeschlossen ist und in dem zweiten Lösebehälter 12 so endet, dass eine Öffnung der zweiten Tauchrohrleitung 42 bei der Herstellung des Ammoniakwassers unterhalb eines Wasserniveaus des in dem zweiten Lösebehälter 12 vorgesehenen Frischwassers angeordnet ist. Das Frischwasser gelangt über einen dritten Wasserzulauf, der an das Frischwasserleitungssystem 37 angeschlossen ist, in den zweiten Lösebehälter 12.

Neben dem dritten Wasserzulauf verfügt der zweite Lösebehälter über einen dritten Gasausgang sowie eine zweite Entnahmeöffnung 69. Über die zweite Entnahmeöffnung 69 kann Ammoniakwasser mit einer zweiten Ammoniakkonzentration von typischerweise etwa 4 % aus dem zweiten Lösebehälter entnommen werden. Die geringere Konzentration des Ammoniaks in dem Ammoniakwasser der zweiten Konzentration ist darauf zurückzuführen, dass nur das in dem ersten Lösebehälter 11 nicht umgesetzte, nicht wasserlösliche gasförmige Ammoniak über die zweite Tauchrohrleitung 42 in den zweiten Lösebehälter 12 gelangt und dort das Wasser in geringerem Maße anreichert als das gasförmige Ammoniak aus dem Reaktor 10 das Frischwasser in dem ersten Lösebehälter 11.

Der ersten Tauchrohrleitung 41 und/oder der zweiten Tauchrohrleitung (42) sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel je ein Fördermittel 43, 44 zum Fördern des gasförmigen Ammoniaks zugeordnet. Insbesondere dienen eine Pumpe oder ein Verdichter als Fördermittel 43,44.

An den zweiten Lösebehälter 12 schließt sich ein Abgasnachbehandlungsmodul 6 der Anlage an. Das Abgasnachbehandlungsmodul 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung an den dritten Gasausgang des zweiten Lösebehälters 12 angeschlossen. Der zweite Lösebehälter 12 und das Abgasnachbehandlungsmodul 6 sind über eine Restgasleitung 66 verbunden.

Das Abgasnachbehandlungsmodul 6 ist über eine Brenngasanschlussleitung 38 an einen Brenngasanschluss 2 angeschlossen. Über die Brenngasanschlussleitung 38 wird im Abgasnachbehandlungsmodul 6 ein Brenngas zugeführt. Als Brenngas dient beispielsweise Erdgas.

Das Abgasnachbehandlungsmodul 6 verfügt darüber hinaus über eine nicht dargestellte Zündvorrichtung. Die Zündvorrichtung ist vorgesehen, um das Gemisch aus dem weiterhin nicht wassergelösten gasförmigen Ammoniak aus dem zweiten Lösebehälter und dem Brenngas zu verbrennen. Das Abgas dieser Verbrennung, bei dem die Ammoniakkonzentration unter den vorgegebenen Emissionswerten liegt, wird über eine Abgasleitung 67 abgeleitet, bevorzugt ins Freie.

Der Reaktor 10, der erste Lösebehälter 11 und der zweite Lösebehälter 12 definieren eine mittlere, erste Ebene 51 der Anlage. Neben der ersten Ebene 51 sieht die Anlage Funktionskomponenten vor, die in einer oberhalb der ersten Ebene 51 angeordneten zweiten Ebene 52 der Anlage angeordnet sind, sowie weitere Funktionskomponenten in einer unterhalb der ersten Ebene 51 angeordneten dritten Ebene 53.

Die Komponenten der oberen zweiten Ebene 52 dienen insbesondere der Zuführung der Feststoffe. Im vorliegenden Beispiel sieht die Anlage korrespondierend zu der Anzahl der Feststoffzugänge 63, 64, 65 des Reaktors 10 ein Bereitstellungs- und Dosiermodul mit insgesamt drei Vorräten 14, 15, 16 für drei unterschiedliche oder gleiche Feststoffe und drei den Vorräten 14, 15, 16 zugeordnete Dosiermittel 17, 18, 19 zur Dosierung der Feststoffe vor. Zur Bevorratung der Feststoffe können jeweils geeignete Vorratsbehälter vorgesehen sein. Sofern die Feststoffe beispielsweise in Form eines Feststoffgranulats bereitgestellt werden, können Silos oder Säcke als Vorräte 14, 15, 16 für die granulären Feststoffe dienen. Die Dosiermittel 17, 18, 19 können dann beispielsweise in Form eines Schneckenförderers ausgebildet sein.

Indem das Bereitstellungs- und Dosiermodul der oberen, zweiten Ebene 52 der Anlage zugeordnet ist, kann zum Befüllen des Reaktors mit den Feststoffen vorteilhaft die Schwerkraft genutzt werden.

Unterhalb der mittleren ersten Ebene 51 ist die untere, dritte Ebene 53 vorgesehen. In der unteren Ebene 53 sind insbesondere ein dem Reaktor 10 zugeordneter Sammelbehälter 7, ein dem ersten Lösebehälter 11 zugeordneter erster Zwischenspeicherbehälter 8 und ein dem zweiten Lösebehälter 12 zugeordneter zweiter Zwischenspeicherbehälter 9 angeordnet.

Der erste Zwischenspeicherbehälter 8, der dem ersten Lösebehälter 11 zugeordnet und an die erste Entnahmeöffnung 68 angeschlossen ist, dient der Aufnahme und Bevorratung des in dem ersten Lösebehälter 11 vorhandenen Ammoniakwassers der ersten Konzentration. In analoger Weise dient der zweite Zwischenspeicherbehälter 9, der dem zweiten Lösebehälter 12 zugeordnet und an die zweite Entnahmeöffnung 69 des zweiten Lösebehälters 12 angeschlossen ist, der Aufnahme des in dem zweiten Lösebehälter 12 zur Verfügung gestellten Ammoniakwassers der zweiten Konzentration.

Um das Ammoniakwasser der ersten Konzentration und das Ammoniakwasser der zweiten Konzentration einer weiteren Verwertung zuzuführen, ist ein an den ersten Zwischenspeicherbehälter 8 und den zweiten Zwischenspeicherbehälter 9 angeschlossenes Entnahmemodul 30 vorgesehen. Das Entnahmemodul 30 verfügt über ein dem ersten Zwischenspeicherbehälter 8 zugeordnetes erstes Mischmittel 31 , sowie ein dem zweiten Zwischenspeicherbehälter 9 zugeordnetes zweites Mischmittel 32. Die Mischmittel 31, 32 sind exemplarisch als Ventile ausgebildet. Sie können wahlweise vollständig oder teilweise geöffnet und geschlossen werden und machen es so möglich, ein Ammoniakwasser mit einer gemischten Ammoniakkonzentration zwischen 20 % und 4 % herzustellen. Das Ammoniakwasser mit der gemischten Konzentration wird dann über eine als Fördermittel des Entnahmemoduls 30 dienende Pumpe 33 und eine erste Entnahmeleitung 46 zu einem nicht zur Anlage gehörenden externen Gebinde, insbesondere einem IBC-Container gefördert.

Der dem Reaktor 10 zugeordnete Sammelbehälter 7 dient der Aufnahme einer als Nebenprodukt der Herstellung des gasförmigen Ammoniaks in dem Reaktor 10 entstehenden Reaktorflüssigkeit. Die Reaktorflüssigkeit gelangt dabei über einen verschließbaren Flüssigkeitsausgang 34 aus dem Reaktor 10 in den Sammelbehälter 7.

Dem Sammelbehälter 7 ist ein weiteres Entnahmemodul nachgeschaltet. Das weitere Entnahmemodul sieht ein betätigbares Ventil als Abfüllmittel 35 vor. Es schließt sich eine zweite Entnahmeleitung 47 an, in die die Reaktorflüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe 36 gefördert wird.

Die Reaktorflüssigkeit als Nebenprodukt des Herstellungsprozesses von Ammoniakwasser wird über ein nicht zur Anlage gehörendes weiteres Gebinde einer weiteren Verwertung zugeführt. Beispielsweise fällt Flüssigdünger als dieses Nebenprodukt an.

Unterhalb der dritten Ebene ist als Sicherheitsmaßnahme eine Auffangwanne 48 angeordnet. Die Auffangwanne 48 dient der Aufnahme von Flüssigkeiten beziehungsweise Feststoffen, die während der Herstellung des Ammoniaks versehentlich entweichen. Die Auffangwanne 48 schützt insofern vor einer Verunreinigung der Umgebung.

Die Anlage verfügt weiterhin über einen Kühlmittelkreislauf 25. Der Kühlmittelkreislauf 25 umfasst einen dem Reaktor 10 zugeordneten ersten Kühlmantel 21 , einen dem ersten Lösebehälter 11 zugeordneten zweiten Kühlmantel 22, einen dem zweiten Lösebehälter 12 zugeordneten dritten Kühlmantel 23 sowie einen dem Sammelbehälter 7 zugeordneten vierten Kühlmantel 24. Darüber hinaus umfasst der Kühlmittelkreislauf 25 einen Vorrat 26 für das Kühlmittel, ein Fördermittel 27 für das Kühlmittel sowie ein Kühlmitteltemperiermodul 28, welches eingerichtet ist zum Kühlen und/oder Erwärmen des Kühlmittels. Beispielsweise wird das Ammoniakwasser in dem ersten und zweiten Lösebehälter 11, 12 mit Hilfe des Kühlkreislaufs 25 auf eine Temperatur von beispielsweise 12 °C gekühlt.

Die einzelnen Kühlmäntel 21 , 22, 23, 24 des Kühlmittelkreislaufs 25 können einzeln und getrennt voneinander angesteuert und aktiviert werden. Es ist insofern möglich, dass beispielsweise die Lösebehälter 11, 12 gekühlt werden, während das Kühlmittel nicht durch den ersten Kühlmantel 21 strömt. Der Reaktor 10 wird dann nicht gekühlt. Den einzelnen Teilkreisläufen des Kühlmittelkreislaufs 25 sind insofern Absperrmittel zugeordnet, die es erlauben, dass das Kühlmittel wahlweise und bedarfsgerecht durch die einzelnen Kühlmäntel 21, 22, 23, 24 fließt oder eben nicht. Der Kühlmittelkreislauf 25, das Frischwassertemperiermodul 40 sowie das Abgasnachbehandlungsmodul 6 und das Frischwasserleitungssystem 37 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht konkret einer der drei Ebenen 51, 52, 53 zugeordnet. Sie können insbesondere situativ an einer geeigneten Stelle in der Anlage gebaut werden. Der Kühlmittelkreislauf 25 ist dabei bevorzugt der ersten Ebene 51 oder der dritten Ebene 53 zugeordnet, da der zu kühlende Reaktor 10 sowie die zu kühlenden Behälter 7, 11, 12 in der mittleren ersten Ebene 51 und der unteren dritten Ebene 53 angeordnet sind. Das Abgasbehandlungsmodul 6 ist aufgrund der horizontal nach oben geführten Abgasleitung 67 bevorzugt der mittleren ersten Ebene 51 oder der oberen zweiten Ebene 52 zugeordnet. Das Frischwassertemperiermodul 40 ist bevorzugt der mittleren ersten Ebene zugeordnet, da es funktional zum Reaktor 10 gehört und häufig benachbart zu diesem angeordnet sein wird.

Um einen sicheren Betrieb der Anlage zu gewährleisten, verfügt die Anlage über verschiedene Temperatur-, Druck-, Durchfluss- und Füllstandssensoren. Füllstandssensoren sind insbesondere dem Reaktor 10, den Lösebehältern 11 , 12, dem Sammelbehälter 7 sowie den Zwischenspeicherbehältern 8, 9 zugeordnet. Durchflusssensoren sind beispielsweise an dem Sammelbehälter 7, den Zwischenspeicherbehältern 8, 9, dem Entnahmemodul 30 und dem weiteren Entnahmemodul vorgesehen. Der Reaktor 10 sowie die Behälter 7, 8, 9, 11, 12 verfügen darüber hinaus typischerweise über Temperatur- und Drucksensoren.

Überdies sind in dem Reaktor 10 und den Behältern 7, 8, 9, 11, 12 typischerweise Überdruckventile sowie Ventilverschlüsse zur Restentleerung des Reaktors 10 beziehungsweise der Behälter 7, 8, 9, 11, 12 vorgesehen.

Bezugszeichenliste

1 Frischwasseranschluss

2 Brenngasanschluss

3 Wasserbehälter

4 Heizstab

5 Versorgungsleitung

6 Abgasnachbehandlungsmodul

7 Sammelbehälter

8 erster Zwischenspeicherbehälter

9 zweiter Zwischenspeicherbehälter

10 Reaktor

11 erster Lösebehälter

12 zweiter Lösebehälter

14 Vorrat

15 Vorrat

16 Vorrat

17 Dosiermittel

18 Dosiermittel

19 Dosiermittel

21 Kühlmantel

22 Kühlmantel

23 Kühlmantel

24 Kühlmantel

25 Kühlmittelkreislauf

26 Vorrat für das Kühlmittel

27 Fördermittel für das Kühlmittel

28 Kühlmitteltemperiermodul

30 Entnahmemodul

31 Mischmittel 11

32 Mischmittel 12

33 Pumpe (Entnahmemodul) verschließbarer Flüssigkeitsausgang Abfüllmittel (weiteres Entnahmemodul) Pumpe (weiteres Entnahmemodul) Frischwasserleitungssystem Brenngasanschlussleitung Pumpe Frischwassertemperiermodul erste Tauchrohrleitung zweite Tauchrohrleitung Fördermittel Fördermittel Rührwerk erste Entnahmeleitung zweite Entnahmeleitung Auffangwanne erste Ebene zweite Ebene dritte Ebene Temperatursensor Drucksensor Durchflussmengensensor erster Feststoffzugang zweiter Feststoffzugang dritter Feststoffzugang Restgasleitung

Abgasleitung erste Entnahmeöffnung zweite Entnahmeöffnung

Claims

Patentansprüche

1. Anlage zur insbesondere Batch-weisen Herstellung von Ammoniak in Form von Ammoniakwasser umfassend einen Reaktor (10) zum Herstellen von gasförmigem Ammoniak, wobei der Reaktor (10) einen Wasserzulauf zum Einbringen von Wasser in den Reaktor (10), wenigstens einen Feststoffzugang (63, 64, 65) zum Einbringen wenigstens eines mit dem Wasser reagierenden Feststoffs in den Reaktor (10) sowie ein Rührwerk (45) zum Durchmischen des Wassers und des wenigstens einen Feststoffs und einen ersten Gasausgang für das gasförmige Ammoniak vorsieht, einen ersten Lösebehälter (11) zum Lösen des gasförmigen Ammoniaks in Wasser und zum Bereitstellen von Ammoniakwasser einer ersten Konzentration, wobei der erste Lösebehälter (11) einen zweiten Wasserzulauf zum Einbringen von Frischwasser in den ersten Lösebehälter (11), eine erste Tauchrohrleitung (41), über die das gasförmige Ammoniak aus dem Reaktor (10) dem ersten Lösebehälter (11) zuführbar ist und das an den ersten Gasausgang angeschlossen ist, einen zweiten Gasausgang für nicht wassergelöstes gasförmiges Ammoniak sowie eine erste Entnahmeöffnung (68) für das Ammoniakwasser der ersten Konzentration vorsieht, einen Frischwasseranschluss (1) und ein Frischwasserleitungssystem (37) zum Zuführen von Frischwasser, ein mit dem Feststoffzugang (63, 64, 65) des Reaktors (10) verbundenes Bereitstellungs- und Dosiermodul, wobei das Bereitstellungs- und Dosiermodul mindestens einen Vorrat (14, 15, 16) für den wenigstens einen Feststoff sowie ein Dosiermittel (17, 18, 19) für den wenigstens einen Feststoff vorsieht, ein Entnahmemodul (30) für das Ammoniakwasser, wobei das Entnahmemodul (30) mit der ersten Entnahmeöffnung (68) des ersten Lösebehälters (11) verbunden ist und ein Abfüllmittel vorsieht, das eingerichtet ist zum Befüllen eines nicht zu der Anlage gehörenden Gebindes mit dem Ammoniakwasser.

2. Anlage nach Anspruch 1, umfassend einen zweiten Lösebehälter (12) zum Lösen des im ersten Lösebehälter (11) nicht wassergelösten gasförmigen Ammoniaks in Wasser und zum Bereitstellen von Ammoniakwasser einer zweiten Konzentration, wobei der zweite Lösebehälter (12) einen dritten Wasserzulauf zum Einbringen von Frischwasser in den zweiten Lösebehälter, eine zweite Tauchrohrleitung (42), über die das im ersten Lösebehälter (11) nicht wassergelöste gasförmige Ammoniak dem zweiten Lösebehälter (12) zuführbar ist und die an den zweiten Gasausgang angeschlossen ist, einen dritten Gasausgang für weiterhin nicht wassergelöstes gasförmiges Ammoniak sowie eine zweite Entnahmeöffnung (69) für das Ammoniakwasser der zweiten Konzentration vorsieht.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entnahmemodul (30) mit der zweiten Entnahmeöffnung (69) des zweiten Lösebehälters (12) verbunden ist und mindestens ein weiteres Abfüllmittel und/oder wenigstens ein Mischmittel (31 , 32) vorsieht, das eingerichtet ist zum Mischen des Ammoniakwassers der ersten Konzentration mit dem Ammoniakwasser der zweiten Konzentration, und dass das mindestens eine Mischmittel (31 , 32) so angeordnet ist, dass Ammoniakwasser mit einer gemischten Konzentration in das nicht zu der Anlage gehörende Gebinde einfüllbar ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasnachbehandlungsmodul (6) vorgesehen ist, wobei das Abgasnachbehandlungsmodul (6) an den zweiten Gasausgang des ersten Lösebehälters (11) und/oder an den dritten Gasausgang des zweiten Lösebehälters (12) angeschlossen ist, über eine Brenngasanschlussleitung (38) mit einem Brenngasanschluss (2) verbunden ist und eine Zündvorrichtung vorsieht, und dass das Abgasnachbehandlungsmodul (6) eingerichtet ist zum Abbrennen von gasförmigem Ammoniak.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Reaktor (10) vorgeschalteter und an das Frischwasserleitungssystem (37) angeschlossener Wasserbehälter (3) vorgesehen ist, wobei der Wasserbehälter (3) über Mittel zum Kühlen und/oder Erwärmen des Frischwassers verfügt und über eine Versorgungsleitung (5) mit dem Wasserzulauf des Reaktors (10) derart verbunden ist, dass das Wasser aus dem Wasserbehälter (3) dem Reaktor (10) zuführbar ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Reaktor (10) ein erster Feststoffzugang (63), ein zweiter Feststoffzugang (64) und ein dritter Feststoffzugang (65) zum getrennten Zuführen von drei Feststoffen vorgesehen sind und dass das Bereitstellungs- und Dosiermodul drei Vorräte (14, 15, 16) für die drei Feststoffe sowie drei Dosiermittel (17, 18, 19) zum getrennten Dosieren und Zuführen der drei Feststoffe zu dem Reaktor (10) vorsieht.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellungs- und Dosiermodul eingerichtet ist zur Bevorratung, Dosierung und Zuführung eines Feststoffgranulats und dass der wenigstens eine Feststoff als Feststoffgranulat bereitgestellt ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellungs- und Dosiermodul eingerichtet ist zur Aufnahme von Säcken als Gebinden, in denen der wenigstens eine Feststoff bereitgestellt ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Tauchrohrleitung (41) und/oder der zweiten Tauchrohrleitung (42) ein Fördermittel (43, 44) und bevorzugt eine Pumpe und/oder ein Verdichter zugeordnet sind.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (10) einen verschließbaren Flüssigkeitsausgang (34) zum Entleeren des Reaktors (10) aufweist und dass ein Sammelbehälter (7) an den Flüssigkeitsausgang (45) angeschlossen ist, wobei der Sammelbehälter (7) der Aufnahme eines als Nebenprodukt der Herstellung von Ammoniak in Form von Ammoniakwasser anfallenden Reaktorflüssigkeit dient, und/oder dass dem Sammelbehältnis (7) ein weiteres Entnahmemodul zugeordnet ist, wobei das weitere Entnahmemodul ein Abfüllmittel (35) vorsieht, wobei das Abfüllmittel (35) eingerichtet ist zum Befüllen eines nicht zu der Anlage gehörenden weiteren Gebindes mit der Reaktorflüssigkeit.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an die eine erste Entnahmeöffnung (68) des ersten Lösebehälters (11) ein erster Zwischenspeicherbehälter (8) und/oder an die zweite Entnahmeöffnung (69) des zweiten Lösebehälters (12) ein zweiter Zwischenspeicherbehälter (9) angeschlossen sind zur Bevorratung des Ammoniakwassers der ersten Konzentration und/oder des Ammoniakwassers der zweiten Konzentration.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Mehrzahl von höhenversetzten Ebenen vorsieht, wobei der Reaktor (10) sowie der erste und/oder zweite Lösebehälter (11 , 12) in einer ersten horizontalen Ebene vorgesehen sind, wobei das Bereitstellungs- und Dosiermodul oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet ist und eine zweite Ebene der Anlage definiert und wobei das Entnahmemodul (30) und/oder das weitere Entnahmemodul unterhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet ist und eine dritte Ebene der Anlage definieren.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (10) und/oder der erste Lösebehälter (11) und/oder der zweite Lösebehälter (12) und/oder der an den Flüssigkeitsausgang des Reaktors (10) angeschlossene Sammelbehälter (7) und/oder der erste Zwischenspeicherbehälter (8) und/oder der zweite Zwischenspeicherbehälter (9) einen Kühlmantel (21 , 22, 23, 24) vorsehen und/oder dass ein Kühlmittelkreislauf (25) vorgesehen ist, wobei der Kühlmittelkreislauf (25) den wenigstens einen Kühlmantel (21, 22, 23, 24) sowie einen Vorrat (26) für das Kühlmittel, ein Fördermittel (27) für das Kühlmittel und ein Kühlmitteltemperiermodul (28) zum Kühlen und/oder Erwärmen des Kühlmittels aufweist.

14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Entnahmemodul (30) und/oder das weitere Entnahmemodul ein Fördermittel und bevorzugt eine Pumpe (33, 36) vorsieht zum Fördern des Ammoniakwassers und/oder der Reaktorflüssigkeit zu dem Gebinde und/oder dem weiteren Gewinde.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mischmittel (31, 32) des Entnahmemoduls und/oder die Pumpe (33, 36) des Entnahmemoduls (30) und/oder des weiteren Entnahmemoduls zugleich als Abfüllmittel des Entnahmemoduls (30) und/oder des weiteren Entnahmemoduls dient.