JP6965345B2 - 共通の設備においてアンモニアおよび尿素を生成するための方法 - Google Patents
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Description
本発明は、共同の設備においてアンモニアおよび尿素を調製するための、または代替として本設備においてアンモニアの調製のみをするための方法に関し、少なくとも水素、窒素および二酸化炭素のガスを含む粗合成ガス流が最初に圧縮され、次いで、粗合成ガスの少なくとも１つの副流がアンモニアで洗浄されて、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物を形成し、アンモニアが、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流から合成され、尿素が凝縮物から合成されて水性尿素組成物を形成する。本発明は、アンモニアおよび尿素を合成するためのプラントにさらに関し、ここで、尿素合成の出発材料がアンモニアを調製するためのプラントから全面的に提供され得る。
尿素の工業的調製は、現在は事実上もっぱら、約１５０バールおよび約１８０℃でのアンモニア（ＮＨ３）と二酸化炭素（ＣＯ２）の高圧合成に基づいている。出発材料は両方とも、一般に、通常は関係する尿素プラントのすぐ近くにあるアンモニアプラントから来る。
アンモニアプラントの合成ガス生成では、尿素合成に必要な二酸化炭素が改質後の粗合成ガスの成分として得られる。この成分は、アンモニア合成において触媒毒として作用するため、５００ｐｐｍの限界値を除いて二酸化炭素全体を合成ガスから分離しなければならない。このための先行技術は、再生ガススクラブの使用であり、これに対しては多数の選択的に作用する溶媒が利用可能である。
二酸化炭素は、アンモニア／水混合物またはアンモニアを用いて分離することもできる。二酸化炭素がアンモニア／水混合物を用いて分離される場合、二酸化炭素は、溶液中でカルバマート、炭酸水素塩、および炭酸イオンの形態で主に化学的に結合している。
二酸化炭素とアンモニアとの直接接触により、主にカルバミン酸アンモニウムが形成され、これは同時に尿素合成のための出発材料である。カルバミン酸アンモニウムは、一般に分解する傾向があるため、理論上貯蔵可能なだけである。この傾向は、水の存在によってさらに加速される。
アンモニアおよび二酸化炭素からの尿素合成は全体的に発熱を伴う。この合成は、カルバミン酸アンモニウムを形成するための出発材料の比較的強い発熱性の比較的高速の反応と、尿素および水を形成するための著しくゆっくりとした吸熱性のさらなる反応とからなる。プロセス全体の良好なエネルギー効率は、比較的強い発熱性のカルバマート形成反応において発散された反応熱が、その後の尿素形成のために少なくとも部分的に利用される場合にのみ達成することができる。一方で、カルバマート中間体の貯蔵は、反応混合物の冷却を意味し、エネルギーをさらに消費することになる。このようにして有利な全体的解決策を実現することは、不可能である。
一方ではアンモニアプラント、そして他方では尿素プラントのプロセス側統合のためのいくつかの概念が過去に提案されており、最も古い概念は、２０世紀初頭に早くも発表されている。ほとんどの概念は、プロセスで生成されたアンモニアを使用して、またはアンモニア／水混合物を使用してアンモニアプラントの粗合成ガスから二酸化炭素を分離して、主にカルバミン酸アンモニウムとして存在する生成物を尿素反応器にさらに移すことに基づく。
しかしながら、これらの概念のいずれもこれまで工業的に実現されていない。この理由は、分かっていない。
従来の概念によると、アンモニアプラントおよび尿素プラントの運転によるプロセスにおいて生成されたアンモニアを使用する二酸化炭素の除去は、明らかに、同時に可能なだけである。ここでは、蒸気改質中に形成された二酸化炭素全体を尿素合成に渡して反応させなければならず、これは設備全体を融通性のないものにし、「バランスのとれたプラント」の方向に進む。この場合、さらなる生成物、例えば硝酸をかなりの量で生成することは不可能である。
加えて、従来の運転モードの場合に可能である２つのプラントのうちの一方の別々の運転は、実現するのが困難である。さらに、尿素合成への水の追加導入などの化学的問題も生じ、その結果、尿素形成反応の平衡が好ましくない影響を受ける。
さらに、アンモニアプラントまたは尿素プラントの別々の始動、あるいは統合されたプラントの柔軟な運転を可能にする方法および装置は、これまで知られていない。
独国特許第１６６８５４７号は、ＣＯ２、Ｎ２、およびＨ２を含有するＮＨ３合成ガスが、ＣＯ２がアンモニア含有液体中で合成ガスから分離されるような条件下に維持される第１のゾーン内に導入されて、カルバミン酸アンモニウムを含有する凝縮物が得られること、ならびに残留アンモニア合成ガスがアンモニア合成ゾーン内に導入され、凝縮物が、凝縮物から尿素を調製するのに適した条件下に維持される第２のゾーン内に導入されることを特徴とする、ＮＨ３および尿素を調製するための方法を開示している。これは、ＣＯ２の直接の除去が行われない完全に統合された方法の典型例である。
独国特許第２５２６３５３号は、尿素およびＮＨ３を調製するための統合された方法に関する。ここでは、ＮＨ３は、水スクラブによって循環ガスから除去される。ＣＯ２は、ＮＨ３／Ｈ２Ｏスクラブによって粗合成ガスからスクラブ除去される。
独国特許第２６１３１０２Ｃ２号は、ＮＨ３および尿素の同時調製のための方法を開示しており、ここでは、ＣＯ２、Ｎ２、およびＨ２からなる、炭化水素の改質とそれに続くＣＯ変換で得られるガス混合物が、水を用いたアンモニア合成からのアンモニアの吸収において得られるアンモニア溶液によって二酸化炭素の吸収を受け、このようにして形成されたカルバミン酸アンモニウム溶液が尿素合成に供給される。
米国特許第４，１３８，４３４号は、ＮＨ３合成と尿素合成とを統合したプロセス概念に関する。ここでは、ＣＯ２は、アンモニア水を使用して２段階で粗合成ガスからスクラブ除去されてカルバミン酸アンモニウムを形成する。残留ＮＨ３は、粗合成ガスを用いて取り除かれる。圧力降下を補償するためにエジェクタを使用して、熱ストリッピングが行われる。
欧州特許第１１８８７１０Ａ２号は、アンモニアと尿素を混合して調製する方法を開示しており、ここでは、高含有量の二酸化炭素を有するアンモニア合成ガスを最初にアンモニア合成に適した圧力にする。大部分の二酸化炭素は、アンモニア水溶液を用いてスクラブすることによって除去され、尿素反応器に供給されるカルバミン酸アンモニウム溶液が得られる。一酸化炭素は、メタン化において二酸化炭素が枯渇したストリッピングガスから最初に除去される。メタン化後にアンモニアで飽和したガスを、アンモニア変換器からの生成物ガスと混合し、次いでアンモニアを除去するために水でスクラブする。洗浄装置を出るガスは、いくらかのアンモニアおよびいくらかの水を含み、これらは、吸収器内のモレキュラーシーブによって除去される。吸収器の下流で、精製ガスは、最初に圧縮機に導入され、次いでアンモニア合成ユニットに導入される。アンモニア合成からの生成物ガスは、水でスクラブされる。ここで得られたアンモニア／水混合物は、濃縮され、アンモニア濃度が高められた後に、カルバミン酸アンモニウム溶液が生成される段階に再循環される。この公知の方法では、粗合成ガス流全体が装置に供給され、この装置においてカルバマートが、アンモニア／水混合物との反応によって粗合成ガス中に存在する二酸化炭素から生成される。この二酸化炭素の除去後にのみ、ガス流は、メタン化に供給され、次いで合成ガス流からアンモニアを除去するために水を使用するスクラブに供給される。次いで、アンモニアが精製合成ガスから合成される前に、さらなる分離工程が続く
したがって、公知の完全に統合された方法および装置は、あらゆる点で満足のいくものではなく、改善された方法および装置が必要である。特に、二酸化炭素圧縮のためのエネルギー消費を低減させるべきであり、かつ／または、プラントのための装置に関する費用を全体的に低減させるべきである。
本発明の目的は、共同の設備において尿素およびアンモニアの合成に使用することができ、先行技術の欠点を克服することができる、アンモニアおよび尿素を調製するための改善された方法ならびに改善されたプラントを提供することである。
本目的は、方法に関する特許請求の範囲の請求項１およびプラントに関する特許請求の範囲の請求項１０の主題によって達成される。
共同の設備におけるアンモニアおよび尿素の調製では、本発明によると、粗合成ガス流は、圧縮後に２つの副流、すなわち第１の合成ガス副流と第２の合成ガス副流とに分割され、第１の合成ガス副流だけが液体アンモニアでスクラブされる。この方策は、二酸化炭素をやはり含む第２の合成ガス副流を、例えば尿素合成において得られる水性尿素溶液をストリッピングするために利用することができるという利点を有する。したがって、そのようなストリッピングのために追加の二酸化炭素をプラントに導入する必要がない。共同の設備におけるアンモニアおよび尿素の調製は、当技術分野では「尿素およびアンモニアの統合合成」とも呼ばれる。
本出願において２つの副流への分割が言及される場合、これは、合成ガス流が、組成が同じままで２つの副流に分割され、次いで、この副流が、分割後に、別々のルートを介してさらに運ばれ、後続の工程で様々なやり方でさらに処理されることを意味する。したがって、この分割は、個々のガス成分が合成ガス流から分離され、結果として異なる組成を有する２つの合成ガス流が生成されるようなやり方での合成ガス流の分離ではない。
合成ガス流の２つの副流への分割百分率は、もちろん広い範囲で変えることができ、すなわち、必ずしも等しい体積割合を有する２つの副流への分割が起こるというわけではない。
本発明により提案された解決策は、上記の公知の方法の欠点を回避し、また設備の２つの副プラントの別々の始動および別々の運転、ならびに全負荷未満でのこれらのそれぞれの運転も可能にする。これは、以下に記載されるさらなるプラント部分によって達成される。さらに、資本コストの削減および比エネルギー消費の改善が、本発明による解決策によって達成される。
驚くことに、本発明の方法によって、従来の尿素合成において必要とされるような、二酸化炭素の圧縮のための装置を実際に省略できることが分かった。さらに、従来のアンモニア合成において必要とされるような二酸化炭素スクラブのための装置は、本発明の方法を実施する際に省かれる。
二酸化炭素圧縮機のための蒸気消費量が節約されるため、設備全体に対するエネルギー消費の大幅な削減を得ることができる。加えて、補助装置（駆動タービン、中間冷却器、オイルシステムなど）を含む二酸化炭素圧縮機および二酸化炭素スクラブの省略は、プラントの資本コストの極めて大幅な減少をもたらす。
さらに、尿素合成への水の追加導入は、本発明の方法によって大部分回避される。これは、高温および尿素合成圧力よりもわずかに高い圧力レベルで、水およびアンモニアでスクラブする際に形成されるスクラビング溶液から二酸化炭素を追い出すことができるからである。脱離圧力を増加させることで、尿素合成に十分な純度で二酸化炭素を得ることが可能であり、特に、水の割合が著しく減少する。
二酸化炭素の脱離に必要な熱量、およびまた合成ガス圧縮機の追加要件に必要な蒸気量、ならびにまたさらなる蒸気量および熱量を、統合されたアンモニア／尿素プラントにおける蒸気システムの限定された変更によって利用可能にすることができる。さらに、従来の方法において二酸化炭素スクラブによって消費された熱を、蒸気システムによって利用することができる。
本発明のさらなる実施形態は、好ましくはアンモニアおよび尿素の統合された、アンモニアのみであってもよい調製のための方法を提供し、本発明の方法は、以下の工程、
ａ．水素、窒素および二酸化炭素を含み、かつ、比較的少量のメタン、アルゴン、二酸化炭素を含んでいてもよく、場合によってはヘリウムを含む粗合成ガス流を提供することと、
ｂ．粗合成ガス流を第１の粗合成ガス流と第３の粗合成ガス流とに分割してもよいことと、
ｃ．第３の粗合成ガス流を水およびアンモニアを含むスクラビング溶液でスクラビングして、二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流および二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液を形成してもよいことと、
ｄ．二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液から二酸化炭素を追い出して、圧縮された二酸化炭素流を形成してもよいことと、
ｅ．予備精製合成ガス流を第３の粗合成ガス流と混合して、混合された合成ガス流を形成してもよいことと、
ｆ．混合された合成ガス流を圧縮して、圧縮された合成ガス流を形成してもよいことと、
ｇ．圧縮された合成ガス流を第１の合成ガス流と第２の合成ガス流とに分割することと、
ｈ．液体アンモニアを含む組成物を提供することと、
ｉ．液体アンモニアを含む組成物を用いて、第１の合成ガス流、任意選択でステップ（ｋ）からのストリッピングガス流、および任意選択でステップ（ｄ）からの圧縮された二酸化炭素流をスクラビングして、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物を形成することと、
ｊ．
ｉ．（ｊ１）二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流からのアンモニアの合成、および
ｉｉ．（ｊ２）水性尿素組成物を形成するために凝縮物からの尿素の合成と、
ｉｉｉ．（ｋ）ステップ（ｇ）からの第２の合成ガス流によってステップ（ｊ２）からの水性尿素組成物をストリッピングしてもよいことと、を含む。
本発明のこの可能な変形形態では、粗合成ガス流は、圧縮前に２つの副流に分割されて、第３の（粗）合成ガス副流と、圧縮機に供給される粗合成ガス流とを形成し、第３の（粗）合成ガス副流は、スクラビング装置内で水およびアンモニアを含むスクラビング溶液でスクラブされて、二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流と、二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液とを形成し、次いで、予備精製合成ガス流は、粗合成ガス流と再び混合されて、粗合成ガス流と共に圧縮機に供給される。
ａ．水素、窒素および二酸化炭素を含み、かつ、比較的少量のメタン、アルゴン、二酸化炭素を含んでいてもよく、場合によってはヘリウムを含む粗合成ガス流を提供することと、
ｂ．粗合成ガス流を第１の粗合成ガス流と第３の粗合成ガス流とに分割してもよいことと、
ｃ．第３の粗合成ガス流を水およびアンモニアを含むスクラビング溶液でスクラビングして、二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流および二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液を形成してもよいことと、
ｄ．二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液から二酸化炭素を追い出して、圧縮された二酸化炭素流を形成してもよいことと、
ｅ．予備精製合成ガス流を第３の粗合成ガス流と混合して、混合された合成ガス流を形成してもよいことと、
ｆ．混合された合成ガス流を圧縮して、圧縮された合成ガス流を形成してもよいことと、
ｇ．圧縮された合成ガス流を第１の合成ガス流と第２の合成ガス流とに分割することと、
ｈ．液体アンモニアを含む組成物を提供することと、
ｉ．液体アンモニアを含む組成物を用いて、第１の合成ガス流、任意選択でステップ（ｋ）からのストリッピングガス流、および任意選択でステップ（ｄ）からの圧縮された二酸化炭素流をスクラビングして、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物を形成することと、
ｊ．
ｉ．（ｊ１）二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流からのアンモニアの合成、および
ｉｉ．（ｊ２）水性尿素組成物を形成するために凝縮物からの尿素の合成と、
ｉｉｉ．（ｋ）ステップ（ｇ）からの第２の合成ガス流によってステップ（ｊ２）からの水性尿素組成物をストリッピングしてもよいことと、を含む。
本発明のこの可能な変形形態では、粗合成ガス流は、圧縮前に２つの副流に分割されて、第３の（粗）合成ガス副流と、圧縮機に供給される粗合成ガス流とを形成し、第３の（粗）合成ガス副流は、スクラビング装置内で水およびアンモニアを含むスクラビング溶液でスクラブされて、二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流と、二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液とを形成し、次いで、予備精製合成ガス流は、粗合成ガス流と再び混合されて、粗合成ガス流と共に圧縮機に供給される。
二酸化炭素は、脱離装置内で尿素合成のレベルよりも高い圧力でスクラビング溶液から追い出すことができる。
本発明の方法は、アンモニアおよび尿素を調製するのに役立つ。この場合、アンモニアおよび尿素の統合された調製が好ましくは行われ、すなわち、アンモニアの調製において生成されたアンモニアの少なくとも一部および／または形成された二酸化炭素の少なくとも一部が、その後の尿素の調製に使用される。しかしながら、本発明によると、少なくとも一時的にもっぱらアンモニアを調製することも可能である。
本発明の方法は、完全に統合された方法でアンモニアおよび尿素の合成を可能にする。説明の目的のために、用語「アンモニアプラント」は、以下ではアンモニア合成に別個に使用されるすべての装置を指し、用語「尿素プラント」は、尿素の合成に別個に使用されるすべての装置を指す。
本発明による概念は、４つの異なる運転モード、
ｉ．全負荷または部分負荷で完全に統合されたモードでの両方のプラントの運転（ケースＩ）と、
ｉｉ．アンモニアプラントの単独運転（ケースＩＩ）と、
ｉｉｉ．代替の完全に統合されたモードでの両方のプラントの運転（ケースＩＩＩ）と、
ｉｖ．代替の完全に統合されたモードでのアンモニアプラントの単独運転（ケースＩＶ）と、を可能にする。
ｉ．全負荷または部分負荷で完全に統合されたモードでの両方のプラントの運転（ケースＩ）と、
ｉｉ．アンモニアプラントの単独運転（ケースＩＩ）と、
ｉｉｉ．代替の完全に統合されたモードでの両方のプラントの運転（ケースＩＩＩ）と、
ｉｖ．代替の完全に統合されたモードでのアンモニアプラントの単独運転（ケースＩＶ）と、を可能にする。
すなわち、アンモニアプラントは、４つのケースすべてにおいて、全負荷または部分負荷運転で運転されるが、同時に、尿素プラントは、全負荷または部分負荷のいずれかで運転され（ケースＩおよびＩＩＩ）、あるいは全く運転されない（ケースＩＩおよびＩＶ）。
本発明の方法の工程（ａ）では、水素、窒素、および二酸化炭素を含み、かつ、比較的少量のメタン、アルゴン、二酸化炭素を含んでいてもよく、場合によってはヘリウムを含む粗合成ガス流が提供される。
本発明の方法の工程（ａ）では、本発明に従って「粗合成ガス流」と呼ばれる合成ガスが提供される。この粗合成ガス流は、その組成の点で、特に二酸化炭素含有量に関して、工程（ｃ）で得られる「予備精製合成ガス流」および工程（ｉ）で得られる「精製合成ガス流」とは異なる。基本的に、合成ガス流中の二酸化炭素の含有量は、本発明の方法の過程においてさらに一層継続的に減少する。
ここで、Ｈ２、Ｎ２、およびＣＯ２は、好ましくは粗合成ガス流の主成分である。粗合成ガス流は、好ましくは、メタン、アルゴン、一酸化炭素、および／またはヘリウムなどの不活性な成分をさらに含んでいてもよい。粗合成ガス流は、好ましくは炭化水素から、より好ましくは天然ガスおよび蒸気の形態の水から得られる。そのような粗合成ガス流を生成するのに適した方法は当業者に知られており、これに関しては、例えば、Ａ．Ｎｉｅｌｓｅｎ，Ｉ．Ｄｙｂｋｊａｅｒ，Ａｍｍｏｎｉａ−Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｂｅｒｌｉｎ １９９５，ｃｈａｐｔｅｒ ６，ｐａｇｅｓ ２０２−３２６；Ｍ．Ａｐｐｌ，Ａｍｍｏｎｉａ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｒａｃｔｉｃｅ，ＷＩＬＥＹ−ＶＣＨ Ｖｅｒｌａｇ ＧｍｂＨ １９９９のすべてを参照されたい。好ましい実施形態では、粗合成ガス流の少なくとも一部は、蒸気改質および／または自己熱改質によって提供される。
本発明の方法の工程（ａ）で提供される合成ガス流は、合成ガスに対する従来の処理手段、例えば、ヘリウム除去、天然ガスの脱硫、および／またはＣＯのＣＯ２への変換にさらされてもよい。
工程（ａ）で提供される粗合成ガス流は、好ましくは、ＣＯのＣＯ２への変換などの少なくとも１つに事前にさらされている。
しかしながら、粗合成ガス流は、特に好ましくは、従来の合成ガスの提供において通常ＣＯのＣＯ２へのそのような変換の後に続く処理手段、例えばＣＯ２除去または最終精製に事前にさらされていない。従来の方法における最終精製のための実行可能な手段は、特にメタン化、メタノール化、極低温精製（窒素スクラブ）、銅スクラブ、またはそれらの組合せである。しかしながら、工程（ａ）で提供される粗合成ガス流は、好ましくはそのようなさらなる処理手段にかけられていない。
粗合成ガス流中のＣＯ２の含有量は、好ましくは１体積％〜２５体積％、より好ましくは１０体積％〜２０体積％の範囲にある。
粗合成ガス流は、好ましくは熱統合を受ける。熱統合は、特に好ましくは、ＣＯのＣＯ２への変換の後に行われる。
本発明の方法の工程（ｂ）では、粗合成ガス流は、本方法の一実施形態において、第１の粗合成ガス流と第２の粗合成ガス流とに分割される。
好ましい実施形態では、第１の粗合成ガス流は、第２の粗合成ガス流よりも大きい。別の好ましい実施形態では、第２の粗合成ガス流は、第１の粗合成ガス流よりも大きい。
好ましい実施形態では、第２の粗合成ガス流に対する第１の粗合成ガス流の相対比は、１：２０〜１：１、より好ましくは１：１５〜１：１、さらにより好ましくは１：１０〜１：１の範囲にある。別の好ましい実施形態では、第１の粗合成ガス流に対する第２の粗合成ガス流の相対比は、１：２０〜１：１、より好ましくは１：１５〜１：１、さらにより好ましくは１：１０〜１：１の範囲にある。さらに好ましい実施形態では、第２の粗合成ガス流に対する第１の粗合成ガス流の相対比は、１：２０〜２０：１、より好ましくは１：１５〜１５：１、さらにより好ましく１：１０〜１０：１の範囲にある。この比は、プロセスの経過中に変化してもよい。
本発明の方法の工程（ｃ）では、第１の粗合成ガス流は、本方法の一実施形態において、水およびアンモニアを含むスクラビング溶液でスクラブされる。ここでは、二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流および二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液が形成される。
合成ガスを水およびアンモニアを含むスクラビング溶液でスクラブするのに適したスクラビング塔は、当業者に知られている。
水およびアンモニアを含む工程（ｃ）のスクラビング溶液において、アンモニアの割合は、好ましくは１〜５０重量％の範囲、より好ましくは５〜４５重量％の範囲、さらにより好ましくは１０〜４０％重量の範囲、最も好ましくは１５〜３５重量％の範囲、特に２０〜２５重量％の範囲にある。
二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液は、好ましくは、液体の形態で存在し、二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流から分離され得る。スクラビング溶液中の二酸化炭素は、好ましくは、カルバマート、炭酸水素塩、および炭酸塩の形態で主として化学的に結合している。
二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流は、好ましくは５体積％以下、より好ましくは１０体積％以下、さらにより好ましくは１５体積％以下、特に好ましくは２０体積％以下の二酸化炭素を含有する。
本発明によれば、予備精製合成ガス流中の二酸化炭素の割合は、粗合成ガス流中よりも小さい。
本発明の方法の工程（ｄ）では、二酸化炭素は、本方法の一実施形態において、二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液から追い出され、圧縮された二酸化炭素流を形成する。
二酸化炭素は、好ましくは、高温でかつ尿素合成圧力よりもわずかに高い圧力レベルで工程（ｃ）からのスクラビング溶液から追い出される。研究により、尿素合成のために十分な純度でこの高圧レベルで二酸化炭素を得ることが可能であること、および水の割合を特に著しく減少させることができることが示された。二酸化炭素流がさらなる工程において尿素合成に供給される場合、尿素合成への余計な水の導入が大部分回避される。
好ましい実施形態では、二酸化炭素の脱離に必要な熱量は、アンモニア／尿素設備内の蒸気システムの限定された変更によって利用可能にすることができる。さらにより好ましくは、従来の方法において二酸化炭素スクラブによって消費される熱を蒸気システムによって利用することができる。
圧縮された二酸化炭素流は、好ましくは、本発明の方法の工程（ｃ）が行われる装置、すなわち吸収塔とは異なる装置、すなわち脱離塔で形成される。工程（ｃ）のためのスクラビング塔および工程（ｄ）のための脱離塔は、共同装置、すなわちアンモニア−水スクラブに合体される。
圧縮された二酸化炭素流は、好ましくは少なくとも１０体積％、より好ましくは少なくとも１５体積％、さらにより好ましくは少なくとも２０体積％、特に好ましくは少なくとも２５体積％の二酸化炭素を含有する。加えて、圧縮された二酸化炭素流は、アンモニアおよび水を含むことができる。
本発明の方法の工程（ｅ）では、工程（ｃ）からの予備精製合成ガス流は、本方法の一実施形態において、工程（ｂ）からの第２の粗合成ガス流と混合されて、混合された合成ガス流を形成する。
好ましい実施形態では、予備精製合成ガス流は、第２の粗合成ガス流よりも大きい。好ましい実施形態では、予備精製合成ガス流は、第２の粗合成ガス流よりも小さい。
好ましい実施形態では、予備精製合成ガス流と第２の粗合成ガス流との相対比は、１：２０〜１：１、より好ましくは１：１５〜１：１、さらにより好ましくは１：１０〜１：１の範囲にある。別の好ましい実施形態では、予備精製合成ガス流と第２の粗合成ガス流との相対比は、２０：１〜１：１、より好ましくは１５：１〜１：１、さらにより好ましくは１０：１〜１：１の範囲にある。さらに好ましい実施形態では、予備精製合成ガス流と第２の粗合成ガス流との相対比は、１：２０〜２０：１、より好ましくは１：１５〜１５：１、さらにより好ましくは１：１０〜１０：１の範囲にある。この比は、プロセスの経過中に変化してもよい。
混合された合成ガス流中の二酸化炭素の割合は、好ましくは、粗合成ガス流中よりも小さいが、予備精製された第１の合成ガス流中よりも高い。
混合された合成ガス流中の二酸化炭素の含有量は、好ましくは少なくとも５体積％、より好ましくは少なくとも１０体積％、さらにより好ましくは少なくとも１５体積％、特に好ましくは少なくとも２０体積％の二酸化炭素である。さらなる実施形態では、混合された合成ガス流は、好ましくは、メタン、アルゴン、一酸化炭素、および／またはヘリウムなどの不活性な成分をさらに含むことができる。
本発明の方法の工程（ｆ）では、工程（ｅ）からの混合された合成ガス流を圧縮して圧縮された合成ガス流を形成する。
本発明の方法の工程（ｆ）の後に、すべてのさらなる工程（ｇ）〜（ｉ）および工程（ｊ２）における尿素合成が、好ましくは、いずれの場合も、少なくとも１４５バールの共通の圧力レベルで、または尿素に対する合成圧力よりもわずかに高い圧力で行われる。ここでは、尿素の工業的合成において通常起こるような圧力降下が、さらなる工程（ｇ）〜（ｉ）および（ｊ２）を行う際に起こり得る。本発明の方法の工程（ｆ）で達成される圧力レベルは、好ましくは、これらの圧力降下を克服するのに十分に高い。
しかしながら、工程（ｊ１）におけるアンモニア合成は、好ましくは、著しく高い圧力レベル、例えば２００〜３５０バールで行うこともできる。
さらなる好ましい実施形態では、本発明の方法の工程（ｆ）の後のすべてのさらなる工程（ｇ）〜（ｊ）が共通の圧力レベルで行われる。本発明の方法の工程（ｆ）〜工程（ｊ）の後に、ガス流のさらなる圧縮が行われないのがより好ましい。
尿素合成を行う前に、工程（ｄ）の後にガス流がＣＯ２圧縮機によって再び圧縮されない実施形態が特に好ましい。
本発明の方法の工程（ｇ）では、工程（ｆ）からの圧縮された合成ガス流は、第１の合成ガス流と第２の合成ガス流とに分割される。
好ましい実施形態では、第１の合成ガス流は第２の合成ガス流よりも大きい。好ましい実施形態では、第１の合成ガス流は第２の合成ガス流よりも小さい。
好ましい実施形態では、第１の合成ガス流と第２の合成ガス流との相対比は、１：２０〜１：１、より好ましくは１：１５〜１：１、さらにより好ましくは１：１０〜１：１の範囲にある。別の好ましい実施形態では、第１の合成ガス流と第２の合成ガス流との相対比は、２０：１〜１：１、より好ましくは１５：１〜１：１、さらにより好ましくは１０：１〜１：１の範囲にある。さらに好ましい実施形態では、第１の合成ガス流と第２の合成ガス流との相対比は、１：２０〜２０：１、より好ましくは１：１５〜１５：１、さらにより好ましくは１：１０〜１０：１の範囲にある。この比は、プロセスの経過中に変化してもよい。
本発明の方法の工程（ｈ）では、液体アンモニアを含む組成物が提供される。
工程（ｈ）のための液体アンモニアは、好ましくはその全体が工程（ｊ１）によって供給される。
別の好ましい実施形態では、工程（ｊ２）からの水性尿素組成物は、工程（ｇ）からの第２の合成ガス流でストリッピングすることによって工程（ｋ）においてさらに精製される。その後、第２の合成ガス流は、好ましくは工程（ｉ）において第１の合成ガス流と混合され、工程（ｄ）からの圧縮された二酸化炭素流と混合されてもよい。
本発明の方法の工程（ｉ）では、工程（ｈ）からの液体アンモニアを含む組成物で工程（ｇ）からの第１の合成ガス流がスクラブされ、工程（ｋ）からのストリッピングガス流がスクラブされてもよく、工程（ｄ）からの圧縮された二酸化炭素流がスクラブされてもよい。ここでは、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物が形成される。
液体アンモニアを含む組成物で合成ガスをスクラブするのに適したスクラビング塔は、当業者に知られている。
凝縮物は、液体の形態で存在し、精製合成ガス流から分離され得る。好ましい実施形態では、凝縮物は、工程（ｉ）が行われるスクラビング塔において精製合成ガス流から分離される。
凝縮物中で、二酸化炭素は、好ましくは、尿素合成のための出発材料であるカルバミン酸アンモニウムの形態で主に存在する。加えて、凝縮物は、炭酸水素アンモニウムおよび炭酸アンモニウムなどの他のアンモニウム塩、ならびにまた未反応のＮＨ３およびＣＯ２を含むことができる。
二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流は、依然としてＣＯ２および／またはＣＯの残留物を含有することがある。精製合成ガス流は、好ましくは０．０５モル％以下、より好ましくは０．０４モル％以下、特に好ましくは０．０３モル％以下の二酸化炭素を含有する。本発明によると、精製合成ガス流中の二酸化炭素の割合は、第１の合成ガス流中よりも小さい。精製合成ガス流中の二酸化炭素の割合は、５００ｐｐｍ未満である。
好ましい実施形態では、従来の尿素合成において必要とされるカルバマート凝縮器は、本発明の方法の工程（ｉ）において液体アンモニアを含む組成物でスクラブすることによって置き換えられる。
本発明の方法の工程（ｊ）では、アンモニアおよび尿素が合成される。工程（ｊ１）では、アンモニアが工程（ｉ）からの二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流から合成される。工程（ｊ２）では、尿素が工程（ｉ）からの凝縮物から合成され、水性尿素組成物を形成する。
工程（ｊ２）における尿素の合成は、好ましくは従来の尿素反応器中で行われ、その構造は、当業者に知られている。
好ましい実施形態では、工程（ｊ２）における尿素の合成は、カルバミン酸アンモニウムが尿素と水に変換される吸熱部分反応のみを含む。
カルバミン酸アンモニウムは、工程（ｉ）において既に形成されているため、カルバミン酸アンモニウムを形成するための発熱反応は、もはや吸熱反応に必要なエネルギーを完全にはカバーできず、その結果、尿素反応器は、好ましくは、外部からさらに加熱されなければならない。
工程（ｊ２）における尿素の合成は、１００〜３００バールの範囲、より好ましくは１２０〜２００バールの範囲、さらにより好ましくは１４０〜１６０バールの範囲の圧力で行われる。
工程（ｊ１）における精製合成ガス流からのアンモニア合成は、好ましくは、従来のアンモニア反応器において行われ、その構造は、当業者には知られている。
好ましい実施形態では、工程（ｉ）からの精製合成ガス流は、アンモニア合成の前にさらなる精製工程、例えばメタン化にかけられる。これらの方法は、アンモニア合成のための先行技術であり、当業者に知られている。
アンモニア反応器中で形成されたガス状ＮＨ３の少なくとも一部が凝縮されることが好ましく、その目的のために、ガス流は、好ましくは、最初に熱交換器を通過し、続いて凝縮装置を通過する。ここでは、ガス流は、好ましくは＋５℃〜−４０℃の範囲、より好ましくは０℃〜−３５℃の範囲、−５℃〜−３３℃範囲、または−１０℃〜−３０℃の範囲の温度に冷却される。
アンモニアプラントにおける従来のＣＯ２スクラブは、好ましくは、本発明のプロセスにおいて省略され、これは、粗合成ガス流を工程（ｃ）による水およびアンモニアならびに／または工程（ｉ）による液体アンモニアを含むスクラビング溶液でスクラブすることによって置き換えられる。同様に、普通ならば尿素合成に必要とされるＣＯ２圧縮機が省かれる。
好ましい実施形態では、本発明の方法は、工程（ｊ２）からの水性尿素組成物が工程（ｇ）からの第２の合成ガス流によってストリッピングされる追加の工程（ｋ）を含む。ここでは、ストリッピングガス流および精製された水性尿素溶液が形成される。
工程（ｊ２）において生成された水性尿素組成物は、実質的に、尿素、水、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムおよび炭酸アンモニウムなどの他のアンモニウム塩、ならびに未反応のＮＨ３およびＣＯ２を含む。カルバミン酸アンモニウムは、熱的に分解されるべきであり、ＮＨ３およびＣＯ２は、溶液から除去されなければならず、次いで、尿素合成のための反応プロセスのために再利用され得る。この除去は、好ましくは、工程（ｇ）からの第２の合成ガス流でストリッピングすることによって工程（ｋ）に従って達成される。ストリッピング法は、尿素プラントのための先行技術であり、当業者に知られている。
本発明の方法の工程（ｉ）におけるスクラビングは、好ましくは、
工程（ｈ）において前に提供された液体アンモニアを含む組成物と、
工程（ｋ）からのストリッピングガス流と、
を混合することによって得られる組成物を使用して行われる。
工程（ｈ）において前に提供された液体アンモニアを含む組成物と、
工程（ｋ）からのストリッピングガス流と、
を混合することによって得られる組成物を使用して行われる。
本発明の方法のさらなる好ましい実施形態では、工程（ｋ）からのストリッピングガス流は、工程（ｉ）において第１の合成ガス流と混合され、工程（ｄ）からの圧縮された二酸化炭素流の少なくとも一部と混合されてもよく、工程（ｈ）からの液体アンモニアを含む組成物と混合される。
ストリッピングガス流の成分は、好ましくは、液体アンモニアを含む組成物と混合することによって尿素合成にフィードバックされる。
特に好ましい実施形態では、以下の成分、
工程（ｈ）において前に提供された液体アンモニアを含む組成物と、
工程（ｇ）からの第１の合成ガス流と、
好ましくは工程（ｋ）からのストリッピングガス流と、
任意選択で工程（ｄ）からの圧縮された二酸化炭素流の少なくとも一部と、
を工程（ｉ）に従ってスクラブにおいて反応させて、精製された合成ガス流および凝縮物を得る。
工程（ｈ）において前に提供された液体アンモニアを含む組成物と、
工程（ｇ）からの第１の合成ガス流と、
好ましくは工程（ｋ）からのストリッピングガス流と、
任意選択で工程（ｄ）からの圧縮された二酸化炭素流の少なくとも一部と、
を工程（ｉ）に従ってスクラブにおいて反応させて、精製された合成ガス流および凝縮物を得る。
好ましい実施形態では、本発明の方法は、高純度合成ガス流を形成するために、工程（ｉ）からの二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流がメタン化にかけられ、高純度合成ガス流が工程（ｊ１）に従ってアンモニア合成に移送される追加の工程（ｉ＊）を含む。ＣＯおよびＣＯ２をメタンに水素化するための適切な方法は、当業者に知られている。
工程（ｉ＊）からの高純度合成ガス流中のＣＯ２の含有量は、本発明によると、精製合成ガス流中よりも小さく、好ましくは最大５００ｐｐｍ、より好ましくは５００ｐｐｍ未満の範囲にある。さらにより好ましくは、高純度合成ガス流は、実質的にＨ２およびＮ２および不活性ガスのみをさらに含む。
好ましい実施形態では、高純度合成ガス流は、工程（ｊ１）におけるＮＨ３の合成に供給される。
好ましい実施形態では、本発明の方法は、工程（ｄ）からの圧縮された二酸化炭素流の少なくとも一部が工程（ｈ）からの液体アンモニアを含む組成物と混合される追加の工程（ｄ＊）を含む。
本発明の方法の好ましい実施形態では、工程（ｄ）からの圧縮された二酸化炭素流の全量は、工程（ｈ）からの液体アンモニアを含む組成物と混合され、工程（ｉ）による他のガス流と混合されてもよい。本方法の変形形態は、好ましくは、部分負荷または全負荷のいずれにおいても完全に統合されたモード（ケースＩ）で尿素プラントの運転に用いられる。
好ましい実施形態では、本発明の方法は、工程（ｄ）からの圧縮された二酸化炭素流の少なくとも一部が排出される追加の工程（ｌ）を含む。
本発明の方法の好ましい実施形態では、工程（ｄ）からの圧縮された二酸化炭素流の全量が排出される。本方法の変形形態は、好ましくは、アンモニアプラントの単独運転で使用される（ケースＩＩ）。
さらなる好ましい実施形態では、圧縮された二酸化炭素流は、排出の前にタービンを通過する。
さらにより好ましくは、圧縮された二酸化炭素流中に存在する水およびアンモニアは、排出の前に分離および／または回収される。これを行うための方法は、当業者に知られている。
特に好ましい実施形態では、圧縮された二酸化炭素流は、特に好ましくは圧縮された二酸化炭素流が減圧され精製された後に、空気中に排出される。これを行う方法は、当業者に知られている。
ケース（ＩＩ）による運転の場合、アンモニア合成のみが行われ、尿素合成は行われず、工程（ｉ）は、好ましくは行われない。
アンモニアの単独合成の場合、工程（ｂ）、（ｅ）、（ｇ）、（ｉ）、および（ｋ）は、特に好ましくは行われず、工程（ｆ）において、圧縮され次いでアンモニアが合成されるのは、工程（ｅ）からの混合された合成ガス流ではなく、代わりに、工程（ｉ＊）によるメタン化によって形成された合成ガス流である。
本発明は、アンモニアおよび尿素、または（必要に応じて）アンモニアのみを調製するためのプラントをさらに提供し、このプラントは、互いに能動的に連通している以下の構成要素、
水素、窒素、および二酸化炭素を含み、かつ、比較的少量のメタン、アルゴン、二酸化炭素を含んでいてもよく、場合によってはヘリウムを含む粗合成ガス流を提供するように構成された装置と、
圧縮された合成ガス流を形成するために、粗合成ガス流を圧縮するように構成された少なくとも１つの圧縮機と、
二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物を形成するためにアンモニアを含む組成物で、圧縮された合成ガス流をスクラブするように構成された少なくとも１つのスクラビング塔と、
精製合成ガス流からアンモニアを合成するように構成された少なくとも１つの第１の反応器と、
水性尿素組成物を形成するために凝縮物から尿素を合成するように構成された少なくとも１つの第２の反応器と、
を備え、
本発明に従って、本プラントは、圧縮機の下流に位置し、かつ、圧縮機からの圧縮された合成ガス流を第１の合成ガス流と第２の合成ガス流とに分割するように構成された少なくとも１つの装置をさらに備え、第１の合成ガス流のみをスクラビング塔に供給することができる第１の導管が、分割装置からスクラビング塔に通じており、本プラントは、ストリッパをさらに備え、第２の合成ガス流のみをストリッパに供給することができる第２の導管が、分割装置からストリッパに通じており、水性尿素組成物を第２の反応器からストリッパまで運ぶことができる、第２の反応器からストリッパに至る導管が設けられている。
本発明によるプラントでは、尿素の需要がない場合、アンモニアのみを同じ設備で調製することができる。ここで、本発明によるプラントは、その柔軟性の点で先行技術から知られている解決策とは異なる。加えて、本発明のプラントは、有利には、部分負荷でのみ運転することができ、プロセスの始動フェーズおよび／またはシャット・ダウンフェーズにおいて特定の運転モードを提供することができる。
水素、窒素、および二酸化炭素を含み、かつ、比較的少量のメタン、アルゴン、二酸化炭素を含んでいてもよく、場合によってはヘリウムを含む粗合成ガス流を提供するように構成された装置と、
圧縮された合成ガス流を形成するために、粗合成ガス流を圧縮するように構成された少なくとも１つの圧縮機と、
二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物を形成するためにアンモニアを含む組成物で、圧縮された合成ガス流をスクラブするように構成された少なくとも１つのスクラビング塔と、
精製合成ガス流からアンモニアを合成するように構成された少なくとも１つの第１の反応器と、
水性尿素組成物を形成するために凝縮物から尿素を合成するように構成された少なくとも１つの第２の反応器と、
を備え、
本発明に従って、本プラントは、圧縮機の下流に位置し、かつ、圧縮機からの圧縮された合成ガス流を第１の合成ガス流と第２の合成ガス流とに分割するように構成された少なくとも１つの装置をさらに備え、第１の合成ガス流のみをスクラビング塔に供給することができる第１の導管が、分割装置からスクラビング塔に通じており、本プラントは、ストリッパをさらに備え、第２の合成ガス流のみをストリッパに供給することができる第２の導管が、分割装置からストリッパに通じており、水性尿素組成物を第２の反応器からストリッパまで運ぶことができる、第２の反応器からストリッパに至る導管が設けられている。
本発明によるプラントでは、尿素の需要がない場合、アンモニアのみを同じ設備で調製することができる。ここで、本発明によるプラントは、その柔軟性の点で先行技術から知られている解決策とは異なる。加えて、本発明のプラントは、有利には、部分負荷でのみ運転することができ、プロセスの始動フェーズおよび／またはシャット・ダウンフェーズにおいて特定の運転モードを提供することができる。
本発明のプラントは、好ましくは、流動方向において圧縮機の上流に位置し、かつ、粗合成ガス流を２つの副流に分割することができる第２の分割装置をさらに備え、第１の副流のための第１の導管が第２の分割装置から圧縮機に出て、第３の副流のための第２の導管が第２の分割装置からスクラビング装置に出て、このスクラビング装置が、粗合成ガスの第３の副流を水およびアンモニアを含むスクラビング溶液でスクラブして、二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流および二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液を形成し、かつ、二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液から二酸化炭素を追い出して、圧縮された二酸化炭素流を形成するように構成されており、ここで、スクラビング装置の下流でかつ圧縮機の上流でスクラビング装置からの予備精製された第３の合成ガス副流を第１の合成ガス副流と混合して、導管を介して圧縮機に供給されることができる混合された合成ガス流を形成するための手段が設けられている。
本発明の好ましいさらなる実施形態は、アンモニアおよび尿素の好ましくは統合された調製のためのプラントを提供し、本プラントは、互いに能動的に連通している以下の構成要素、
（Ａ）水素、窒素および二酸化炭素を含み、かつ、比較的少量のメタン、アルゴン、二酸化炭素を含んでいてもよく、場合によってはヘリウムを含む粗合成ガス流を提供するように構成された装置と、
（Ｂ）粗合成ガス流を第１の粗合成ガス流と第３の粗合成ガス流とに分割するように構成された装置と、
（Ｃ）水およびアンモニアを含むスクラビング溶液で（Ｂ）からの第３の粗合成ガス流をスクラブして、二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流、二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液および圧縮された二酸化炭素流を形成するように構成された装置と、
（Ｄ）（Ｃ）からの予備精製された第３の合成ガス流を（Ｂ）からの第１の粗合成ガス流と混合して、混合された合成ガス流を形成するための手段と、
（Ｅ）合成ガス流、例えば（Ｄ）からの混合された合成ガス流を圧縮して、圧縮された合成ガス流を形成するように構成された圧縮機と、
（Ｆ）（Ｅ）からの圧縮された合成ガス流を第１の合成ガス流と第２の合成ガス流とに分割するように構成された装置と、
（Ｇ）（Ｆ）からの第１の合成ガス流を液体アンモニアを含む組成物でスクラブして、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物を形成するように構成されたスクラビング塔と、
（Ｈ）（Ｇ）からの混合された合成ガス流からアンモニアを合成するように構成された反応器と、
（Ｉ）（Ｇ）からの凝縮物から尿素を合成して、水性尿素組成物を形成するように構成された反応器と、
を備える。
（Ａ）水素、窒素および二酸化炭素を含み、かつ、比較的少量のメタン、アルゴン、二酸化炭素を含んでいてもよく、場合によってはヘリウムを含む粗合成ガス流を提供するように構成された装置と、
（Ｂ）粗合成ガス流を第１の粗合成ガス流と第３の粗合成ガス流とに分割するように構成された装置と、
（Ｃ）水およびアンモニアを含むスクラビング溶液で（Ｂ）からの第３の粗合成ガス流をスクラブして、二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流、二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液および圧縮された二酸化炭素流を形成するように構成された装置と、
（Ｄ）（Ｃ）からの予備精製された第３の合成ガス流を（Ｂ）からの第１の粗合成ガス流と混合して、混合された合成ガス流を形成するための手段と、
（Ｅ）合成ガス流、例えば（Ｄ）からの混合された合成ガス流を圧縮して、圧縮された合成ガス流を形成するように構成された圧縮機と、
（Ｆ）（Ｅ）からの圧縮された合成ガス流を第１の合成ガス流と第２の合成ガス流とに分割するように構成された装置と、
（Ｇ）（Ｆ）からの第１の合成ガス流を液体アンモニアを含む組成物でスクラブして、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物を形成するように構成されたスクラビング塔と、
（Ｈ）（Ｇ）からの混合された合成ガス流からアンモニアを合成するように構成された反応器と、
（Ｉ）（Ｇ）からの凝縮物から尿素を合成して、水性尿素組成物を形成するように構成された反応器と、
を備える。
本発明の方法に関連して記載された好ましい実施形態はすべて、本発明のプラントに同様に適用され、したがって、現時点では繰り返されない。
本発明のプラントは、粗合成ガス流を提供するように構成された装置を含む。本装置は、好ましくは、蒸気改質装置および／または自己熱改質装置を含む。プラントが自己熱改質装置を含む場合、自己熱改質装置中で形成されるＣＯ２の量は、圧力または蒸気／炭素比などの反応パラメータを変えることによって制御することができる。プラントの好ましい実施形態は、ＣＯをＣＯ２に変換するように構成された装置および／または熱統合するように構成された装置をさらに備える。
本発明のプラントは、好ましくは、粗合成ガス流を第１の粗合成ガス流と第３の粗合成ガス流とに分割するように構成された装置を備える。本装置は、好ましくは、本発明の方法を実行しながら、粗合成ガス流の体積比を変えることができるように構成される。
本発明のプラントは、好ましくは、水およびアンモニアを含むスクラビング溶液で（Ｂ）からの第３の粗合成ガス流をスクラブして二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流および二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液を形成し、かつ、二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液から二酸化炭素を追い出して圧縮された二酸化炭素流を形成するように構成された装置を備える。
本発明のプラントは、好ましくは、（Ｃ）からの予備精製合成ガス流を（Ｂ）からの第１の粗合成ガス流と混合して混合された合成ガス流を形成するための手段を備える。
本発明のプラントは、合成ガス流、例えば、（Ｄ）からの混合された合成ガス流を圧縮して、圧縮された合成ガス流を形成するように構成された圧縮機を備える。
好ましい実施形態では、プラントは、さらなる圧縮機を備えない。装置は、特に好ましくは、従来の尿素合成において通例のいかなるＣＯ２圧縮機も備えない。
本発明のプラントは、（Ｅ）からの圧縮された合成ガス流を第１の合成ガス流と第２の合成ガス流とに分割するように構成された装置を備える。
本発明のプラントは、液体アンモニアを含む組成物で（Ｆ）からの第１の合成ガス流をスクラブして二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物を形成するように構成されたスクラビング塔を備える。
本発明のプラントは、（Ｇ）からの精製合成ガス流からアンモニアを合成するように構成された反応器を備える。
本発明のプラントは、（Ｇ）からの凝縮物から尿素を合成して水性尿素組成物を形成するように構成された反応器を備える。
本発明のプラント、好ましくは、ＮＨ３の合成のために従来のプラントにおいてＣＯ変換の後に頻繁に使用されるような従来のＣＯ２スクラブのためのいかなる装置も備えず、普通ならば尿素合成にさらに必要とされる周辺部分全体を含むいかなるＣＯ２圧縮機も備えない。
好ましい実施形態では、本発明のプラントは以下の構成要素、
（Ｆ）からの第２の合成ガス流で（Ｉ）からの水性尿素組成物をストリッピングしてストリッピングガス流および精製水性尿素溶液を形成するように構成された装置（Ｊ）、
（Ｊ）からのストリッピングガス流を（Ｇ）からの液体アンモニアを含む組成物と混合するための手段（Ｋ）、および／または
（Ｇ）からの二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流のメタン化を行って高純度合成ガス流を形成するように構成された装置（Ｌ）、
をさらに備える。
（Ｆ）からの第２の合成ガス流で（Ｉ）からの水性尿素組成物をストリッピングしてストリッピングガス流および精製水性尿素溶液を形成するように構成された装置（Ｊ）、
（Ｊ）からのストリッピングガス流を（Ｇ）からの液体アンモニアを含む組成物と混合するための手段（Ｋ）、および／または
（Ｇ）からの二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流のメタン化を行って高純度合成ガス流を形成するように構成された装置（Ｌ）、
をさらに備える。
さらなる好ましい実施形態では、本発明のプラントは、以下の構成要素、
（Ｃ）からの圧縮された二酸化炭素流の少なくとも一部を（Ｇ）からの液体アンモニアを含む組成物と混合するための手段（Ｍ）、
（Ｈ）からのアンモニアの少なくとも一部を（Ｇ）からの液体アンモニアを含む組成物と混合するための手段（Ｎ）、および／または
工程（Ｃ）からの圧縮された二酸化炭素流の少なくとも一部を排出するように構成された装置（Ｏ）、
をさらに備える。
（Ｃ）からの圧縮された二酸化炭素流の少なくとも一部を（Ｇ）からの液体アンモニアを含む組成物と混合するための手段（Ｍ）、
（Ｈ）からのアンモニアの少なくとも一部を（Ｇ）からの液体アンモニアを含む組成物と混合するための手段（Ｎ）、および／または
工程（Ｃ）からの圧縮された二酸化炭素流の少なくとも一部を排出するように構成された装置（Ｏ）、
をさらに備える。
装置（Ｏ）は、好ましくは、排出される前に圧縮された二酸化炭素流が運ばれるタービンを備える。装置（Ｏ）は、さらにより好ましくは、排出される前に圧縮された二酸化炭素流中に存在する水とアンモニアを分離するようにおよび／または回収するように構成された装置も備える。装置（Ｏ）のさらなる好ましい実施形態は、二酸化炭素を空気中に放出するように構成された装置を備える。
本発明の方法に関連して記載された好ましい実施形態はすべて、プラントの好ましい実施形態に同様に適用され、したがって、現時点では繰り返されない。
本発明による概念の好ましい実施形態では、尿素プラントを同時に運転することなくアンモニアプラントのみが運転される（ケースＩＩ）。この場合、二酸化炭素は、好ましくは、従来の方法と同様に、空気中に放出されるか、またはさらなる隣接する尿素プラントに送られる。
本発明のプラントを使用する好ましい単独のアンモニア合成（ケースＩＩ）では、本発明による方法は、以下の工程、
水素、窒素および二酸化炭素を含み、かつ、比較的少量のメタン、アルゴン、二酸化炭素を含んでいてもよく、場合によってはヘリウムを含む粗合成ガス流を提供することと、
水およびアンモニアを含むスクラビング溶液で粗合成ガス流をスクラビングして二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流および二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液を形成することと、
二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液から二酸化炭素を追い出して圧縮された二酸化炭素流を形成することと、
予備精製合成ガス流をメタン化して高純度合成ガス流を形成することと、
混合された合成ガス流を圧縮して圧縮された高純度合成ガス流を形成するように構成された圧縮機に高純度合成ガス流を移送することと、
アンモニアを合成するように構成された反応器に圧縮された高純度合成ガス流を移送することと、
アンモニアを合成することと、
を含む。
水素、窒素および二酸化炭素を含み、かつ、比較的少量のメタン、アルゴン、二酸化炭素を含んでいてもよく、場合によってはヘリウムを含む粗合成ガス流を提供することと、
水およびアンモニアを含むスクラビング溶液で粗合成ガス流をスクラビングして二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流および二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液を形成することと、
二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液から二酸化炭素を追い出して圧縮された二酸化炭素流を形成することと、
予備精製合成ガス流をメタン化して高純度合成ガス流を形成することと、
混合された合成ガス流を圧縮して圧縮された高純度合成ガス流を形成するように構成された圧縮機に高純度合成ガス流を移送することと、
アンモニアを合成するように構成された反応器に圧縮された高純度合成ガス流を移送することと、
アンモニアを合成することと、
を含む。
本発明の方法についての対応する工程ステップに関して上記されたことは、単独のアンモニア合成にも同様に当てはまる。
本発明のプラントは、本発明の方法を行うのに特に適している。したがって、本発明のさらなる態様は、本発明の方法における本発明のプラントの使用を提供する。
本発明およびその好ましい実施形態を図１〜図４のプロセス・スキームを用いて、以下に説明する。
図１は、本発明の方法の好ましい変形形態を概略的に示し、ここではアンモニアプラントおよび尿素プラントが完全に統合された全負荷または部分負荷モードで運転されている（ケースＩ）。ここで、破線は、本発明に従って可変の、すなわち、特定の運転モードでは消滅する可能性がある流れを示す。
粗合成ガスは、好ましくは、改質装置（１）および／または好ましくはＣＯ変換（２）および／または好ましくは熱統合（３）を通過した後に、提供される。次いで、粗合成ガスは、第１の粗合成ガス流と第３の粗合成ガス流とに分割されてもよく、これらは、プロセスの経過中に好ましくは異なるサイズを有することができる。第３の粗合成ガス流は、水およびアンモニアを含むスクラビング溶液によって装置（９）においてスクラブされてもよい。ここでは、二酸化炭素の除去によって予備精製された合成ガス流と、二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液（１３）とが形成される。
二酸化炭素は、装置（１３ａ）内のスクラビング溶液から追い出されて圧縮された二酸化炭素流を形成してもよく、これは、尿素合成のレベルよりもわずかに高い、実際の尿素合成までの圧力降下を補償するのに十分高い圧力で行われる。
予備精製合成ガス流は、第１の粗合成ガス流と混合されてもよい。このようにして形成されてもよい混合された合成ガス流は、合成ガス圧縮機（４）において、尿素合成のレベルよりもわずかに高い、実際の尿素合成までの圧力降下を補償するのに十分高い圧力まで圧縮される。
次いで、このようにして形成された圧縮された合成ガス流は、第１の合成ガス流と第２の合成ガス流とに分割される。液体アンモニアを含む組成物によって第１の合成ガス流をスクラビング塔（５）において引き続きスクラブするために、液体アンモニア（１２）が提供される。
液体アンモニアは、好ましくはアンモニア合成（１１）から全面的に提供される。組成物の一部は、好ましくはストリッパ（７）からも提供されてもよい。液体アンモニアを含む組成物によってスクラビング塔（５）において第１の合成ガス流をスクラブすることによって、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物が形成される。圧縮された二酸化炭素流は、好ましくは、その全体または一部をスクラビング塔（５）内に移送し、そこで反応させることもできる。
次いで、アンモニア合成については、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流が合成のためのアンモニア反応器（１１）に供給される。好ましくは、メタン化を行うように構成された装置（１０）において高純度合成ガス流が精製合成ガス流から前もって形成されてもよく、次いで、これが、合成のためのアンモニア反応器（１１）内に移送される。
尿素合成については、スクラビング塔（５）からの凝縮物が尿素反応器（６）へ移送され、水性尿素組成物が形成される。好ましくは、ストリッパ（７）において、この尿素組成物からストリッピングガス流および精製水性尿素溶液が形成され、次いで精製水性尿素溶液は、好ましくは、当業者に知られているさらなる工程ステップによって粒状尿素（８）に変換される。
好ましい実施形態では、第２の合成ガス流および尿素組成物は、ストリッパ（７）に供給される。さらなる好ましい実施形態では、スクラビング塔（５）に供給されない高圧の二酸化炭素流の一部は、タービン（１４）を通って運ばれ、次いで、水中での吸収によってアンモニアを分離するように構成された装置（１５）を通って運ばれ、その後、精製された二酸化炭素流（１７）として環境中に放出される。アンモニア分離（１５）からのアンモニアを含む水溶液中のアンモニアは、アンモニアを回収するように構成された装置（１６）において水溶液からの脱離によって除去され、適切な点でプロセスに再循環される。
図２は、本発明の方法の好ましい変形形態を概略的に示し、ここでは、アンモニアのみ（ケースＩＩ）が本発明の装置によって合成される。
図１（ケースＩ）とは対照的に、粗合成ガス流は、分割されない。粗合成ガス流は、装置（９）において水およびアンモニアを含むスクラビング溶液でスクラブされる。ここでは、二酸化炭素の除去によって予備精製された合成ガス流と、二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液（１３）とが形成される。二酸化炭素は、スクラビング溶液から追い出されて、装置（１３ａ）において圧縮された二酸化炭素流を形成する。
圧縮された二酸化炭素流は、脱離（１３ａ）後に、タービン（１４）を通って、次いで水中での吸収によってアンモニアを分離するように構成された装置（１５）を通って運ばれ、その後、精製された二酸化炭素流（１７）として環境中に放出される。アンモニア分離（１５）からのアンモニアを含む水溶液中のアンモニアは、水溶液からの脱離によってアンモニアを回収するように構成された装置（１６）において除去され、プロセスに再循環される。（９）からの予備精製合成ガス流は、メタン化を行うように構成された装置（１０）に移送され、高純度合成ガス流が形成される。高純度合成ガス流は、合成ガス圧縮機（４）において圧縮され、次いで、アンモニア合成のためのアンモニア反応器（１１）に移送される。
図３は、本発明の方法のさらなる好ましい変形形態を概略的に示し、ここでは、アンモニアプラントおよび尿素プラントは、代替の完全に統合されたモードで運転されている（ケースＩＩＩ）。
粗合成ガスは、好ましくは、改質装置（１）および／または好ましくはＣＯ変換（２）および／または好ましくは熱統合（３）を通過した後に、提供される。次いで、図１（ケースＩ）とは対照的に、粗合成ガス全体は、合成ガス圧縮機（４）において尿素合成のレベルよりもわずかに高い、実際の尿素合成までの圧力降下を補償するのに十分高い圧力まで圧縮される。圧縮された粗合成ガス流は、分割され、第２の部分がストリッパ（７）に移送される。
第１の部分は、液体アンモニアを含む組成物と共にスクラビング塔（５）に移送される。この組成物中の液体アンモニアは、アンモニア合成（１１）から全面的に提供される。ストリッパ（７）からのガス状生成物も完全にスクラビング塔（５）に移送され、スクラビング塔（５）の組成物の一部として供給される。粗合成ガス流の第１の部分およびストリッパ（７）からのガス状生成物のスクラビング塔（５）でのスクラビングは、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物を形成する。尿素合成のために、凝縮物は、尿素反応器（６）に移送され、水性尿素組成物が形成される。次いで、この尿素組成物からストリッピングガス流および精製された水性尿素溶液がストリッパ（７）において形成される。
精製合成ガス流は、アンモニアを分離し水を吸収するように構成された装置（１５）に移送される。ここで分離されたアンモニアは、同様にスクラビング塔（５）に再循環される。残りのガスから高純度合成ガス流が、メタン化を行うように構成された装置（１０）において形成され、次いで、これが、アンモニア合成のためのアンモニア反応器（１１）に移送される。
図４は、本発明の方法のさらなる好ましい変形形態を概略的に示し、ここでは、アンモニアのみが本発明の装置によって代替の完全に統合されたモードで合成される（ケースＩＶ）。
粗合成ガス流は、図３のようには分割されず、最初に合成ガス圧縮機（４）において、尿素合成のレベルよりもわずかに高い、実際の尿素合成までの圧力降下を補償するのに十分高い圧力まで圧縮される。図３に表されたケースＩＩＩによる運転モードとは対照的に、圧縮された粗合成ガス流は、分割されず、代わりにスクラビング塔（５）に移送される。スクラビング塔（５）では、粗合成ガス流を、液体アンモニアを含む組成物と接触させ、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物が形成される。この組成物中の液体アンモニア（１２）は、その全体がアンモニア合成（１１）から提供される。
精製合成ガス流は、メタン化を行うように構成された装置（１０）に移送され、高純度合成ガス流が形成される。次いで、高純度合成ガス流は、アンモニア合成のためのアンモニア反応器（１１）に移送され、アンモニア（１２）が合成される。
スクラビング塔（５）からの二酸化炭素が富化された凝縮物は、脱離（１３ａ）に供給され、二酸化炭素ガス流および二酸化炭素が枯渇した凝縮物が得られる。二酸化炭素が枯渇した凝縮物は、スクラビング塔（５）に戻され再循環される。二酸化炭素流は、精製された二酸化炭素流（１７）が環境中に放出可能になる前に、二酸化炭素流中に依然として存在するアンモニアを、例えば水中で吸収することによって分離する装置（１５）に移送される。分離されたアンモニアは、アンモニアを回収するように構成された装置（１６）において脱離によって水溶液から除去され、スクラビング塔（５）に再循環される。
１ 改質装置
２ ＣＯ変換
３ 熱統合
４ 合成ガス圧縮機
５ 液体アンモニアを含む組成物を有するスクラビング装置／スクラビング塔
６ 尿素反応器
７ ストリッパ
８ 尿素
９ 水およびアンモニアを含むスクラビング溶液を含む装置
１０ メタン化
１１ アンモニア反応器
１２ アンモニア
１３ 二酸化炭素が富化された高圧のスクラビング溶液
１３ａ 脱離
１４ タービン
１５ 水中でのアンモニア除去／吸収
１６ 水からのアンモニアの回収／脱離
１７ 二酸化炭素の排出
２ ＣＯ変換
３ 熱統合
４ 合成ガス圧縮機
５ 液体アンモニアを含む組成物を有するスクラビング装置／スクラビング塔
６ 尿素反応器
７ ストリッパ
８ 尿素
９ 水およびアンモニアを含むスクラビング溶液を含む装置
１０ メタン化
１１ アンモニア反応器
１２ アンモニア
１３ 二酸化炭素が富化された高圧のスクラビング溶液
１３ａ 脱離
１４ タービン
１５ 水中でのアンモニア除去／吸収
１６ 水からのアンモニアの回収／脱離
１７ 二酸化炭素の排出
Claims (12)
- 共同の設備においてアンモニアおよび尿素を調製するための方法であって、少なくとも水素、窒素および二酸化炭素ガスを含有する粗合成ガス流が最初に圧縮され、次いで、前記粗合成ガスの副流がアンモニアで洗浄されて、二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物を形成し、アンモニアが、二酸化炭素が枯渇した前記精製合成ガス流から合成され、尿素が前記凝縮物から合成されて水性尿素組成物を形成する、方法において、
アンモニアおよび尿素の前記調製において、前記粗合成ガス流が圧縮され、次いで、２つの副流、すなわち第１の合成ガス副流と第２の合成ガス副流とに分割され、前記第１の合成ガス副流のみが液体アンモニアでスクラブされることを特徴とする、方法。 - 前記第２の合成ガス副流が圧縮後にストリッパ（７）に供給され、前記ストリッパ（７）において前記水性尿素組成物をストリッピングして、ストリッピングガス流および精製された水性尿素溶液を形成するために使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 前記粗合成ガス流が圧縮前に２つの副流に分割されて、第３の合成ガス副流と、圧縮機（４）に供給される粗合成ガス流とを形成し、前記第３の合成ガス流がスクラビング装置（９）において水およびアンモニアを含むスクラビング溶液でスクラブされて、二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流と、二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液（１３）とを形成し、次いで、前記予備精製合成ガス流が前記粗合成ガス流と再び混合されて、前記粗合成ガス流と共に前記圧縮機（４）に供給されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
- 二酸化炭素が脱離装置（１３ａ）において前記スクラビング溶液（１３）から追い出され、これが、尿素合成のレベルよりも高い圧力で行われることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
- 前記スクラビング溶液（１３）から追い出された二酸化炭素の少なくとも一部が液体アンモニアを有するスクラブ（５）に供給され、かつ、前記スクラビング溶液（１３）から追い出された二酸化炭素の少なくとも一部が前記設備から排出され、または、前記スクラビング溶液（１３）から追い出された二酸化炭素の全量が前記設備から排出されもしくは前記スクラビング溶液（１３）から追い出された二酸化炭素の全量がスクラブ（５）に供給されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
- 前記スクラビング溶液（１３）から追い出された二酸化炭素の少なくとも一部がタービン（１４）を通って運ばれ、アンモニアがアンモニアを分離するための装置（１５）において分離され、前記精製された二酸化炭素（１７）が環境中に放出されることを特徴とする、請求項４または５のいずれかに記載の方法。
- スクラビング装置（５）において液体アンモニアでスクラブした後の二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流が、アンモニアが分離され水中に吸収される、アンモニアを分離するための装置（１５）に移送され、分離されたアンモニア以外のガスから高純度合成ガス流がメタン化装置（１０）において形成され、アンモニア合成反応器（１１）に供給されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
- アンモニアおよび尿素を調製するためのプラントであって、互いに能動的に連通している、
水素、窒素および二酸化炭素を含み、かつ、比較的少量のメタン、アルゴン、二酸化炭素を含んでいてもよく、場合によってはヘリウムを含む粗合成ガス流を提供するように構成された装置（１）と、
前記粗合成ガス流を圧縮して圧縮された合成ガス流を形成するように構成された少なくとも１つの圧縮機（４）と、
アンモニアを含む組成物で前記圧縮された合成ガス流をスクラブして二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流および凝縮物を形成するように構成された少なくとも１つのスクラビング塔（５）と、
前記精製合成ガス流からアンモニアを合成するように構成された少なくとも１つの第１の反応器（１１）と、
前記凝縮物から尿素を合成して水性尿素組成物を形成するように構成された少なくとも１つの第２の反応器（６）と、
を備えるプラントにおいて、
本発明に従って、前記プラントは流動方向において前記圧縮機（４）の下流に位置し、かつ、前記圧縮機（４）からの前記圧縮された合成ガス流を第１の合成ガス流と第２の合成ガス流とに分割するように構成された少なくとも１つの装置をさらに備え、前記第１の合成ガス流のみを前記スクラビング塔（５）に供給することができる第１の導管が前記分割装置から前記スクラビング塔（５）に通じており、前記プラントはストリッパ（７）をさらに備え、前記第２の合成ガス流のみを前記ストリッパ（７）に供給することができる第２の導管が前記分割装置から前記ストリッパ（７）に通じており、前記水性尿素組成物を前記第２の反応器（６）から前記ストリッパまで運ぶことができる、前記第２の反応器から前記ストリッパ（７）に至る導管が設けられていることを特徴とする、プラント。 - 流動方向において前記圧縮機（４）の上流に位置し、かつ、前記粗合成ガス流を２つの副流に分割することができる第２の分割装置をさらに備え、第１の副流のための第１の導管が前記第２の分割装置から前記圧縮機に出て、第３の副流のための第２の導管が前記第２の分割装置から、水およびアンモニアを含むスクラビング溶液で前記粗合成ガスの前記第３の副流をスクラブして二酸化炭素が枯渇した予備精製合成ガス流および二酸化炭素が富化されたスクラビング溶液を形成し、かつ、二酸化炭素が富化された前記スクラビング溶液から二酸化炭素を追い出して圧縮された二酸化炭素流を形成するように構成されたスクラビング装置（９）に通じ、前記スクラビング装置（９）の下流かつ前記圧縮機の上流で前記スクラビング装置（９）からの前記予備精製された第３の合成ガス副流を前記第１の合成ガス副流と混合して、導管を介して前記圧縮機（４）に供給されることができる混合された合成ガス流を形成するための手段が提供されることを特徴とする、請求項８に記載のプラント。
- 前記ストリッパ（７）からのストリッピングガス流を前記スクラビング塔（５）に供給するための少なくとも１つの導管、および／または
アンモニアの前記合成のための前記第１の反応器（１１）の上流に位置し、かつ、前記スクラビング塔（５）からの二酸化炭素が枯渇した精製合成ガス流のメタン化（１０）を行って高純度合成ガス流を形成するように構成された装置（１０）
をさらに備えることを特徴とする、請求項８または９に記載のプラント。 - 前記スクラビング装置（９）の下流で得られた前記圧縮された二酸化炭素流の少なくとも一部からアンモニアおよび水を除去するように、かつ、分離して回収するように構成された一連の装置（１４）〜（１６）をさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載のプラント。
- 請求項１から７のいずれか一項に記載の方法における請求項８から１１のいずれか一項に記載のプラントの使用。
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