LU103196B1 - Ammoniaksyntheseanlage für wechselnden Teillastbetrieb und Verfahren zum Betreiben einer Ammoniaksyntheseanlage - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ammoniaksyntheseanlage mit einer Wasserstoffvorrichtung und einem Synthesekreislauf, wobei der Synthesekreislauf eine Fördervorrichtung, einen Konverter und eine erste Umgehungsleitung aufweist. Die Wasserstoffvorrichtung ist eingerichtet, Wasserstoff bereitzustellen. Die Fördervorrichtung ist zum zyklischen Fördern eines Gasgemisches enthaltend Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak in eine Synthesekreislaufförderrichtung eingerichtet, wobei die Fördervorrichtung eine Saugseite und eine Druckseite aufweist. Der Konverter ist zum katalytischen Umsetzen von Stickstoff und Wasserstoff zumindest teilweise zu Ammoniak eingerichtet, wobei der Konverter einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Einlass des Konverters mit der Druckseite der Fördervorrichtung strömungstechnisch verbunden ist und der Auslass des Konverters mit der Saugseite der Fördervorrichtung strömungstechnisch verbunden ist. Die erste Umgehungsleitung ist von der Saugseite der Fördervorrichtung zu der Druckseite der Fördervorrichtung strömungstechnisch gegenläufig parallel zur Fördervorrichtung angeordnet und zum absperrbaren Rückführen eines ersten Teilstroms des Gasgemischs von der Druckseite der Fördervorrichtung zu der Saugseite der Fördervorrichtung eingerichtet, wobei die erste Umgehungsleitung eine Abkühlvorrichtung aufweist, die zum Kühlen des ersten Teilstroms des Gasgemischs eingerichtet ist. Dabei weist die erste Umgehungsleitung eine zweite Umgehungsleitung auf, welche strömungstechnisch gleichläufig parallel zur Abkühlvorrichtung angeordnet ist und welche zum absperrbaren Hindurchleiten eines zweiten Teilstroms des ersten Teilstroms zum Umgehen der Abkühlvorrichtung eingerichtet ist.

Description

222235P00LU 1

LU103196

Ammoniaksyntheseanlage für wechselnden Teillastbetrieb und Verfahren zum

Betreiben einer Ammoniaksyntheseanlage

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des chemischen Anlagenbaus und betrifft eine

Ammoniaksyntheseanlage mit einer Wasserstoffvorrichtung, welche eingerichtet ist,

Wasserstoff bereitzustellen, und einem Synthesekreislauf, wobei der

Synthesekreislaufeine Fördervorrichtung, die eingerichtet ist zum zyklischen Fördern eines Gasgemisches enthaltend Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak in eine

Synthesekreislaufförderrichtung, wobei die Fördervorrichtung eine Saugseite und eine

Druckseite aufweist, einen Konverter, der eingerichtet ist zum katalytischen Umsetzen von Stickstoff und Wasserstoff zumindest teilweise zu Ammoniak, wobei der Konverter einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Einlass des Konverters mit der

Druckseite der Fördervorrichtung strömungstechnisch verbunden ist und der Auslass des

Konverters mit der Saugseite der Fördervorrichtung strömungstechnisch verbunden ist, und eine erste Umgehungsleitung aufweist, welche von der Saugseite der

Fördervorrichtung zu der Druckseite der Fördervorrichtung strömungstechnisch gegenläufig parallel zur Fördervorrichtung angeordnet ist und welche zum absperrbaren

Rückführen eines ersten Teilstroms des Gasgemischs von der Druckseite der

Fördervorrichtung zu der Saugseite der Fördervorrichtung eingerichtet ist, wobei die erste

Umgehungsleitung eine Abkühlvorrichtung aufweist, die zum Kühlen des ersten

Teilstroms des Gasgemischs eingerichtet ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer

Ammoniaksyntheseanlage, insbesondere einer Ammoniaksyntheseanlage der zuvor genannten Art, wobei ein Gasgemisch aufweisend Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak in einem Synthesekreislauf durch eine Fördervorrichtung mit einer Saugseite und einer

Druckseite zyklisch gefördert wird, wobei Stickstoff und Wasserstoff dem

Synthesekreislauf zugeführt werden und dort in einem Konverter zumindest teilweise zu

Ammoniak umgesetzt werden, und wobei das Gasgemisch in

Synthesekreislaufförderrichtung stromabwärts von der Fördervorrichtung in einen ersten

Teilstrom und einen ersten Reststrom aufgeteilt wird, von denen der erste Reststrom in den Konverter geführt wird und von denen der erste Teilstrom unter Umgehen des

Konverters von der Druckseite der Fördervorrichtung zu der Saugseite der

222235P00LU 2

LU103196

Fördervorrichtung rückgeführt und dabei in einer Abkühlvorrichtung zumindest teilweise abgekühlt wird.

Ammoniak ist eine der wichtigsten Industriechemikalien mit einer weltweiten

Jahresproduktion von mehr als 150 Millionen Tonnen, wovon der größte Teil in der

Düngemittelindustrie verwendet wird. Seit mehr als einem Jahrhundert wird Ammoniak großtechnisch vor allem nach dem Haber-Bosch-Verfahren hergestellt, in welchem

Wasserstoff und Stickstoff in einem Festbettreaktor an einem Katalysator miteinander umgesetzt werden. Bei der Ammoniakherstellung aus Stickstoff besteht eine

Schwierigkeit darin, die stabile Stickstoff-Stickstoff-Dreifachbindung im Stickstoffmolekül zu spalten und den Stickstoff so zu aktivieren. Im Haber-Bosch-Verfahren wird dies durch den Einsatz von spezifisch aktiven Katalysatoren mit Eisen als katalytisch aktiver

Hauptkomponente bei hohen Temperaturen zur Aktivierung erreicht, gleichzeitig wird die

Lage des Gleichgewichts bei der Ammoniak-Bildungsreaktion durch den Einsatz hoher

Drücke zum Ammoniak hin verschoben. Typischerweise sollte dabei eine

Reaktortemperatur von 350 °C nicht unterschritten werden, um eine hinreichende

Reaktionsgeschwindigkeit bei der Ammoniaksynthese zu gewährleisten. Die Ammoniak-

Bildungsreaktion verläuft insgesamt exotherm, weshalb im laufenden Betrieb hinreichend

Wärmeenergie zur Verfügung steht, sodass die erforderliche Mindesttemperatur nicht unterschritten wird; vielmehr müssen typischerweise relativ große Wärmemengen abgeführt werden, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten und lokale Überhitzungen im Ammoniaksynthesereaktor zu vermeiden, welche die Aktivität des Katalysators beeinträchtigen und zu einer Beschädigung des Reaktors führen können.

Da es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, deren Gleichgewicht nicht auf die

Seite der Produkte liegt, wird mit Hilfe einer Fördervorrichtung das Reaktionsgemisch mit den nicht umgesetzten Eduktgasen in einem Synthesekreislauf zirkuliert. Aus diesem

Synthesekreislauf (Synthese-Loop) wird der Ammoniak abgetrennt und nicht umgesetzter Wasserstoff und Stickstoff innerhalb des Synthesekreislaufs erneut dem

Katalysator zugeführt. Die Menge, die dem Synthesekreislauf als Ammoniak entnommen wird, wird durch eine entsprechende Menge Wasserstoff und Stickstoff ersetzt, die dem

Synthesekreislauf als Frischgas („Make-Up-Gas“) zugeführt wird. Klassischerweise wird

222235P00LU 3

LU103196 der für die Reaktion benötigte Wasserstoff aus Erdgas erzeugt, weshalb hierbei eine beträchtliche Menge an Kohlendioxid erzeugt wird.

Um Ammoniak nachhaltig herstellen zu können (so genannter „grüner Ammoniak“), wird

Wasserstoff auch auf andere Weise als bei einer Umsetzung von Erdgas zu Synthesegas gewonnen. Hierbei ist Insbesondere die Wasserspaltung ins Zentrum der

Aufmerksamkeit gerückt. Neben photokatalytischen und solarthermischen Verfahren kann dabei Wasserstoff insbesondere durch Elektrolyse von Wasser in einer

Elektrolysevorrichtung (einem „Elektrolyseur“) gewonnen werden, wobei die dafür benötigte elektrische Energie aus regenerativer Energie erhalten wird. Die Verfügbarkeit regenerativer Energie ist jedoch nicht zeitlich konstant, sodass sich so elektrische

Energie ebenfalls nur zeitlich variabel erzeugen lässt. Bei einer Stromerzeugung mittels

Windkraftanlagen oder mittels Photovoltaik wird beispielsweise aufgrund wechselnder

Windverhältnisse oder Sonneneinstrahlung zu unterschiedlichen Zeitpunkten typischerweise unterschiedlich viel elektrische Energie erzeugt, bei Flaute oder Sturm sowie in der Nacht oder bei bedecktem Himmel kann sogar sein, dass für längere

Zeiträume nur sehr wenig oder keine elektrische Energie bereitgestellt werden kann.

Auch wenn der Elektrolyseur diesen Schwankungen schnell und auch in einem weiten

Lastbereich folgen kann, so stellt dieser der Ammoniaksyntheseanlage dann nur einen zeitlich sich ändernden Wasserstoffstrom zur Verfügung.

Natürlich gibt es Möglichkeiten, die Auswirkungen der schwankenden Verfügbarkeit regenerativer Energien etwas auszugleichen, indem die benötigte elektrische Energie aus unterschiedlichen regenerativen Energien gewonnen wird (beispielsweise aus einer

Kombination einer Anlage für die Gewinnung von elektrischer Energie aus Sonnenlicht mit einer Anlage für die Gewinnung von elektrischer Energie aus Windkraft oder

Wasserkraft). Zusätzlichen Ausgleich kann eine Zwischenspeicherung von elektrischer

Energie, durch eine Anbindung der Anlage an konventionelle Stromnetze (in welche idealerweise aus regenerativen Energien gewonnener Strom eingespeist wird) oder die überbrückende Zwischenspeicherung von Wasserstoff in Wasserstofftanks oder von elektrischer Energie in Stromspeichern bieten. Allerdings erfordern derartige Ansätze einen nicht unerhebliche Maßnahmen, sodass sich die konstante Versorgung einer großtechnischen Ammoniaksyntheseanlage mit grünem Wasserstoff mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nicht ohne weiteres realisieren lässt.

222235P00LU 4

LU103196

Schwankt die zur Verfügung stehende Wasserstoffmenge, so ändert sich die Auslastung des Ammoniaksynthesereaktors entsprechend. Dabei kann die zur Verfügung stehende

Wasserstoffmenge sogar auf null zurückgehen, sodass die Produktion von Ammoniak im

Ammoniaksynthesereaktor zum Erliegen kommt (sodass die Wärmemenge nicht mehr ausreicht, um die für die Reaktion benötigte Mindesttemperatur zu gewährleisten). Ohne ausreichende Einspeisung von Wasserstoff oder elektrischer Energie (etwa über externe

Netzwerke oder eine Speicherinfrastruktur) kann die Ammoniaksyntheseanlage dann nur in Teillast betrieben werden kann (Teilauslastung; die Anlage wird dann bei einer

Auslastung betrieben, die unterhalb einer Auslastung von 100 % liegt, also bei einer geringeren Auslastung als im regulären Produktionsbetrieb) oder muss sogar temporär ohne Produktion betrieben werden (kontinuierlicher Bereitschaftsbetrieb, „Hot Stand-

By“). Sobald später wieder Wasserstoff produziert wird, müsste bei einem derartigen teilweisen Bereitschaftsbetrieb der Reaktor zunächst wieder mit einem Produktionsstart in einen Betriebszustand überführt werden, der für einen regulären Betrieb erforderlich ist. Der Übergang von einem Auslastungszustand in einen anderen Auslastungszustand (etwa vom Volllastbetrieb in einen Teillastbetrieb, von einem Teillastbetrieb in den

Volllastbetrieb oder von einem Teillastbetrieb in einen anderen Teillastbetrieb) erfordert in herkömmlichen Anlagen einen komplexen Regeleingriff, um sicherzustellen, dass eine

Produktion von Wasserstoff auch weiterhin erfolgt (weggleich auch in geringerem

Umfang als im Volllastbetrieb), dass aber gleichzeitig die Komponenten der

Ammoniaksyntheseanlage nicht geschädigt werden und ein Übergang in einen anderen

Auslastungszustand auch weiterhin ohne ein langwieriges Anfahren möglich ist.

Um einen Betrieb bei unterschiedlichen Auslastungszuständen zu realisieren, sind an unterschiedliche Komponenten der Ammoniaksyntheseanlage Anpassungen vorzunehmen. Eine der wichtigsten Anlagenkomponenten, mit denen der Betrieb an den jeweiligen Auslastungszustand angepasst werden kann, ist dabei die Fördervorrichtung, mit welcher das Gasgemisch enthaltend Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak im

Synthesekreislauf zyklisch gefördert wird. Eine derartige Fôrdervorrichtung weist typischerweise eine Saugseite und eine Druckseite auf, wobei das Gasgemisch auf der

Saugseite in die Fördervorrichtung eintritt und diese auf der Druckseite wieder verlässt, um dann im Synthesekreislauf von der Druckseite über den Ammoniaksynthesereaktor erneut zur Saugseite gefördert zu werden.

222235P00LU 5

LU103196

Als Fördervorrichtungen kommen häufig insbesondere Turbozentrifugalkompressoren (Turbokompressoren) zum Einsatz. Fast alle Turbozentrifugalkompressoren weisen regulär eine Pumpgrenzregelung auf („Anti-Surge Control“), mit Hilfe welcher ein Pumpen („Surge“) vermieden werden soll, also ein stoßweises Fördern aufgrund eines zu geringen Förderstroms. Ein solches Verhalten tritt auf, wenn bei einem bestimmten Druck der Durchsatz und damit der für den Betrieb des Turbozentrifugalkompressors erforderliche Mindestmassenstrom unterschritten (und damit die so genannte „Pumpgrenze“/ „Surge Line“ überschritten) wird, wodurch es aufgrund eines dann zu kleinen Anströmwinkels an den Schaufeln des Zentrifugalkompressors zu

Strömungsabrissen kommt. Infolge dieser Strömungsabrisse nimmt der Massenstrom weiter ab, sodass weitere Strömungsabrisse auftreten und die Druckdifferenz zwischen

Saugseite und Druckseite nicht aufrechterhalten werden kann, weshalb ein Teil des zu fördernden Gases (im vorliegenden Fall also des zirkulierenden Gasgemischs) durch den

Kompressor hindurch zurückströmt. Das durch die wiederholte Abfolge von

Strömungsabrissen und innerer Rückströmung auftretende Pumpen hat einen

Leistungsabfall des Fördervorgangs zur Folge und kann darüber hinaus auch zu einer

Beschädigung der Kompressorschaufeln führen, schlimmstenfalls sogar zu einer

Zerstörung des Turbozentrifugalkompressors. Um dies zu vermeiden ist bei nahezu allen

Turbozentrifugalkompressoren eine Umblaseleitung vorgesehen, also eine äußere

Umgehungsleitung („Bypass“) zur Umgehung des Turbokompressors, über welche das geförderte Gas außerhalb des Turbozentrifugalkompressors (im vorliegenden Fall also unter Umgehen des restlichen Synthesekreislaufs einschließlich des Konverters) zurückströmen kann, sodass die Druckdifferenz zwischen Saugseite und Druckseite aufrechterhalten werden kann. Dazu wird die Umblaseleitung bei Unterschreiten eines bestimmten Mindestférderstroms durch geregeltes Öffnen mindestens eines

Umblaseventils freigegeben und bei Überschreiten des bestimmten Mindestförderstroms danach wieder geregelt abgesperrt.

In diesem Betrieb wird dann ein Teil des Gasstroms wiederholt von der Druckseite des

Kompressors zu dessen Saugseite zurückgeführt ohne dabei den restlichen

Synthesekreislauf zu durchlaufen. Infolge der wiederholten Kompression des Gases erwärmt sich dieses. Daher ist bei Turbozentrifugalkompressoren in der Regel in der

222235P00LU 6

LU103196

Umgehungsleitung zusätzlich auch ein Kühler vorgesehen (Umblasekühler), in welchem das von der Druckseite direkt zur Saugseite zurückgeführte Gas gekühlt wird.

Die bei vielen Fördervorrichtungen vorgesehene Pumpgrenzregelungsanordnung lässt sich grundsätzlich auch dafür einsetzen, in einer Ammoniaksyntheseanlage eine

Regelung bei unterschiedlichen Auslastungszuständen zu realisieren. Typische

Anwendungsfälle von Pumpgrenzregelungsanordnungen zur Regelung herkömmlicher

Ammoniaksyntheseanlagen sind etwa die Inbetriebnahme (das Anfahren) und das plötzliche Stilllegen („Shut-Down“) der Ammoniaksyntheseanlage: Hierbei wird die

Umgehungsleitung größtmöglich geöffnet, sodass nahezu das gesamte im

Synthesekreislauf geführte Gas unter Umgehung des Konverters von der Druckseite der

Fördervorrichtung direkt zur Saugseite der Fördervorrichtung geleitet wird. Beim wiederholten Verdichten des gesamten Gasvolumens in der Fördervorrichtung erhöht sich dabei die Gastemperatur. Um zu verhindern, dass die Gastemperatur zunehmend verstärkt („aufschaukelt“) und zu sehr zunimmt, wird der durch die Umgehungsleitung rückgeführte Gasstrom im Kühler der Umgehungsleitung mittels Kühlwasser gekühlt. Die

Rückführung des gesamten im Synthesekreislauf geführten Gases stellt also eine der wichtigsten Anwendungen für eine Umgehungsleitung in Ammoniaksyntheseanlagen dar, weshalb ihre Komponenten typischerweise grade auf eine solche Anwendung ausgelegt sind: So ist etwa die Kühlleistung des Kühlers in der Umgehungsleitung auf den Betriebsfall ausgelegt, dass der Volumenstrom am Eintritt der Fördervorrichtung in etwa dem gesamten Massenstrom bei Normalbetrieb (dem regulären Betrieb, also dem

Produktionsbetrieb bei Vollauslastung) entspricht. Bei einer herkömmlichen

Pumpgrenzregelung sieht hingegen der Regelungsfall zur Vermeidung eines Pumpens typischerweise vor, dass der minimale Volumenstrom 85 % des maximal möglichen

Volumenstroms beträgt — wird dieser Grenzwert unterschritten, so wird die

Umgehungsleitung geöffnet.

Wird die geregelte Umgehungsleitung der Pumpgrenzregelungsanordnung einer herkömmlichen Fördervorrichtung zur Regelung unterschiedlicher Auslastungen bei

Ammoniaksyntheseanlagen eingesetzt, so ergeben sich einige Nachteile, aufgrund derer die Regelung unterschiedlicher Auslastungszustande ohne weitere

Anpassungsmafinahmen nicht funktionieren würde. Dies liegt unter anderem daran, dass bei der Pumpgrenzregelung bereits bei relativ geringfügigen Abweichungen vom maximal

222235P00LU 7

LU103196 möglichen Volumenstrom ein Umblasebetrieb eingeleitet wird (typischerweise bei einem

Volumenstrom, der geringer ist als 85 %-90 % des maximal möglichen Volumenstroms), wodurch bei einer klassischen Pumpgrenzregelung der Teilgasstrom, welcher über die

Umblaseleitung rückgeführt wird, verhältnismäßig klein ausfällt. Anders ist dies bei einer

Umgehung eines Konverters mittels der Umgehungsleitung einer Fördervorrichtung im

Synthesekreislauf einer Ammoniaksyntheseanlage, wenn dort ein Teillastbetrieb der

Anlage realisiert werden soll: Hierbei stellt grade die Inbetriebnahme und die plötzliche

Abschaltung der Ammoniaksyntheseanlage einen typischen Anwendungsfall dar, bei welchem die Umblaseleitung geöffnet wird. Allerdings wird dann nicht bloß ein kleiner Teil des geförderten Gasstroms zurückgeführt, es kann vielmehr durchaus auch der gesamte

Gasstrom rückgeführt werden. Doch auch selbst wenn ein solcher Betrieb realisiert würde, wäre die Umblasevorrichtung dann nicht ohne weiteres für einen Teillastbetrieb geeignet: Die Pumpgrenzregelung ist typischerweise dafür ausgelegt, einen maximalen

Förderstrom aufrecht zu halten, also einen Betrieb möglichst dicht an der Volllast, einen „normalen Produktionsbetrieb“. Wird der zur Ammoniaksynthese benötigte Wasserstoff unter Einsatz regenerativer Energien erzeugt, so schwankt die Verfügbarkeit dieses

Edukts mitunter stark, weshalb zur Realisierung eines stabilen Betriebs beliebige

Teillastbetriebe realisierbar sein müssen. Je nach zu realisierendem Auslastungsgrad muss die Anlage vielmehr dazu geeignet sein, einen beliebigen Teil des

Kreislaufgasstroms (Synthesekreislaufstrom, Synthesekreislaufgasstrom, also den im

Synthesekreislauf geführten Gasstrom) zurückzuführen - also von 100% des

Kreislaufgasstroms bei der Inbetriebnahme oder Abschaltung bis hin zu nahezu 0 % des

Kreislaufgasstroms im regulären Betrieb bei nur leicht verminderter

Wasserstoffeinspeisung.

Bei kleinen Teillasten (Anlagenteillasten) wird nur ein kleiner Teil des Wasserstoffs umgesetzt, der unter Volllast (Anlagenvolllast) umgesetzt wird. Daher wird ein verhältnismäßig großer Teil Kreislaufgasstroms unter Umgehung des Konverters von der

Druckseite der Färdervorrichtung direkt zur Saugseite der Fôrdervorrichtung zurückgeleitet. Dieser Teil des Kreislaufgasstroms umgeht dabei nicht nur den Konverter, sondern auch die Ammoniakentnahmevorrichtung - einen Ammoniakabscheider, in welchem im Regelbetrieb Ammoniak aus dem Kreislaufgas entfernt wird, typischerweise durch Auskondensieren. Wird im Regelbetrieb ein Teil des Ammoniaks (oder der gesamte Ammoniak) als Zielprodukt aus der Ammoniaksyntheseanlage abgeführt, so

222235P00LU 8

LU103196 wird dann im Konverter aufgrund des sich neu einstellenden chemischen Gleichgewichts in Übereinstimmung mit dem Massenwirkungsgesetz weiterer Ammoniak produziert. Im

Teillastbetrieb steht häufig jedoch nicht ausreichend Wasserstoff zur Verfügung, sodass die Ammoniakproduktion verringert werden soll und daher kein oder nur wenig Ammoniak aus dem Kreislauf entnommen wird. Demzufolge weist im Teillastbetrieb das saugseitig in die Fôrdervorrichtung eingeleitete Kreislaufgas einen verhältnismäßig hohen

Ammoniakgehalt auf (oft mehr als 20 Vol.-%). Wird dann das über die Umgehungsleitung rückgeführte Kreislaufgas im Umblasekühler gekühlt, so kann es gegebenenfalls auch außerhalb der Ammoniakentnahmevorrichtung auskondensieren und in flüssiger Form in die Fördervorrichtung eingebracht werden. Bei der Kompression des Kreislaufgases in der Fördervorrichtung kann zudem dann weiteres Ammoniak auskondensieren (während bei Normalbedingungen die Ammoniakverflüssigung erst bei Temperaturen unterhalb von -33 °C auftritt, liegt Ammoniak bei einem Druck von 10 bar bereits bei einer

Temperatur von +20 °C als Flüssigkeit vor). Dies kann insgesamt zu einer Beschädigung der Fördervorrichtung führen. Daher ist es wünschenswert, dass in der Fördervorrichtung

Ammoniak nicht in flüssiger Phase vorliegt, insbesondere nicht bei Eingang in die

Fördervorrichtung, also an deren Saugseite.

Ein stabiler Betrieb wird dadurch erschwert, dass der Kühler in der Umgehungsleitung für eine Kühlleistung ausgelegt ist, die hinreichend groß ist, um 100% des

Kreislaufgasstroms zu kühlen, da beim Anfahren oder Stilllegen der Anlage der gesamte

Kreislaufstrom über die Umgehungsleitung zurückgeführt wird. Bei einem Teillastbetrieb wird nur ein Teil des gesamten Kreislaufgasstroms zurückgeführt, wodurch dieser

Teilstrom dann aufgrund der für einen höheren Durchsatz ausgelegten höheren

Kühlleistung des Kühlers stärker als benötigt abgekühlt wird, sodass (mehr) Ammoniak auskondensiert, insbesondere bei niedrigen Teillasten mit höheren

Ammoniakpartialdrücken.

Für einen Einsatz in Anlagen zur klimaneutralen Herstellung von Ammoniak („grüne

Ammoniakanlage“ / Anlage zur Herstellung von „grünem Ammoniak“ / „grüne

Ammoniaksynthese“) ist darüber hinaus auch folgenden Optimierungsaspekten

Rechnung zu tragen, um das ursprünglich für eine Pumpgrenzregelung vorgesehene

System auch zur Stabilisierung des Betriebs solcher Anlagen einsetzen zu können,

222235P00LU 9

LU103196 obgleich diese Aspekte für eine Pumpgrenzregelung in herkömmlichen Anlagen nicht relevant sind: - Auch bei niedrigen Teillasten in der Anlage soll der Volumenstrom in der

Fördervorrichtung einerseits möglichst dicht an einem Wert von 85-90 % des nominalen

Fördervolumenstroms für den regulären Betrieb unter Volllast liegen, da bei einem höheren Wert unnötig viel Energie zum Betrieb der Fördervorrichtung benötigt würde, andererseits soll unter Volllast der Minimalwert von 85% des nominalen

Fördervolumenstroms für den regulären Betrieb auch nicht unterschritten werden, damit die Sicherheit der Anlage gewährleistet ist. - Typischerweise sind im Synthesekreislauf stromabwärts der Fördervorrichtung

Vorrichtungen zum Einstellen der Gastemperatur des Kreislaufgases angeordnet wie

Wärmetauscher (etwa Gas-Gas-Wärmetauscher) und Heizaggregate (etwa elektrische

Heizaggregate). In Wärmetauschern wird die Wärme intern von einem primären

Wärmemedium (dem Kreislaufgas) auf ein sekundäres Wärmemedium (dem

Wärmetauscherfluid) übertragen, sodass die Wärmeenergie im Synthesekreislauf genutzt werden kann. Heizaggregate erwärmen etwaiges im Synthesekreislauf abgekühltes Kreislaufgas, sofern erforderlich. Um die Menge an Wärme minimieren zu können, die von den Heizaggregaten bereitgestellt werden muss, sollte die

Austrittstemperatur des Gasstroms an der Druckseite der Fördervorrichtung möglichst hoch sein. - Herkömmliche Fördervorrichtungen sind typischerweise auf eine Austrittstemperatur von 200 °C ausgelegt. Soll diese Temperatur überschritten werden, könnte nicht auf herkömmliche Fördervorrichtungen zurückgegriffen werden, vielmehr müssten

Spezialanfertigungen zum Einsatz kommen, was unvorteilhaft wäre, da derartige

Lösungen nicht bloß kostenintensiv sind, sondern diese in der Regel Einzelanfertigungen sein müssten, für welche keine Referenzkonstruktionen vorliegen. Bei herkömmlichen

Fördervorrichtungen sollte im Regelbetrieb unter Berücksichtigung eines

Sicherheitsbereichs von 30°C zur Gewährleistung eines sicheren und stabilen

Anlagenbetriebs eine Austrittstemperatur von maximal 170 °C nicht überschritten werden.

222235P00LU 10

LU103196

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welches die obigen Nachteile vermeidet und welches insbesondere einen stabilen Betrieb bei unterschiedlichen Teillasten ermöglicht, ohne dass bei geringen Teillasten Ammoniak in erheblichen Umfang auskondensiert.

Diese Aufgabe wird durch die Ammoniaksyntheseanlage mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch das Verfahren zum Betreiben einer

Ammoniaksyntheseanlage mit den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden

Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Eine derartige Ammoniaksyntheseanlage zeichnet sich folglich dadurch aus, dass die erste Umgehungsleitung weiterhin eine zweite Umgehungsleitung aufweist, welche strömungstechnisch gleichläufig parallel zur Abkühlvorrichtung angeordnet ist und welche zum absperrbaren Hindurchleiten eines zweiten Teilstroms des ersten Teilstroms zum Umgehen der Abkühlvorrichtung eingerichtet ist.

Eine Ammoniaksyntheseanlage ist eine Anlage, die zur Herstellung von Ammoniak aus

Wasserstoff und Stickstoff vorgesehen ist. Eine derartige Anlage weist einen

Synthesekreislauf auf, also einen Bereich, welcher zumindest teilweise für die

Reaktionsmischung kreislaufartig-zyklisch durchlaufbar aufgebaut ist und dafür eingerichtet ist, dass innerhalb dieses Synthesekreislaufes die Synthese des Ammoniaks stattfindet. Als wesentliches funktionales Element weist der Synthesekreislauf einen

Konverter (Ammoniakkonverter, Reaktor, Synthesereaktor, Ammoniaksynthesereaktor) auf, der eingerichtet ist zum katalytischen Umsetzen von Stickstoff und Wasserstoff zumindest teilweise zu Ammoniak, üblicherweise nach dem Haber-Bosch-Verfahren.

Beim Haber-Bosch-Verfahren wird die Reaktion typischerweise in Anwesenheit eines

Eisenkatalysators bei Temperaturen aus einem Bereich von etwa 350 °C bis etwa 500 °C und bei einem Druck von mehr als 100bar gemäß der Reaktionsgleichung 3 Hz + Na = 2 NHz + 92.28 kJ/mol durchgeführt. Das zirkulierende Gasgemisch weist als

Hauptbestandteile Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak auf, darüber hinaus kann es aber gegebenenfalls auch weitere Bestandteile enthalten. Es wird in den Konverter über einen Einlass eingeleitet, tritt dort in Kontakt mit dem Katalysator und wird aus dem

Konverter über einen Auslass herausgeleitet, wobei das herausgeleitete Gasgemisch im

222235P00LU 11

LU103196

Produktionsbetrieb (insbesondere bei einer Auslastung von 100 %) einen höheren

Ammoniakgehalt aufweist als das eingeleitete Gasgemisch (und dementsprechend einen niedrigeren Stickstoffgehalt und einen niedrigeren Wasserstoffgehalt als das eingeleitete

Gasgemisch).

Im Synthesekreislauf wird das Gasgemisch mit Hilfe einer Fördervorrichtung im Kreis geführt (zyklisch gefördert). Bei der Fördervorrichtung handelt es sich um einen

Kompressor (Verdichter), der eingerichtet und angeordnet ist, um das Gasgemisch im

Synthesekreislauf in eine Förderrichtung zyklisch zu fördern, die

Synthesekreislaufförderrichtung. Das Fördern erfolgt dabei durch Druckunterschiede über die Fördervorrichtung, welche durch die Fördervorrichtung aufgebaut werden.

Demzufolge weist die Fördervorrichtung eine Saugseite und eine Druckseite auf. Über die Saugseite nimmt die Fördervorrichtung das Gasgemisch aus dem Synthesekreislauf auf und gibt dies über die Druckseite wieder an den Synthesekreislauf ab. Dazu ist der

Einlass des Konverters mit der Druckseite der Fördervorrichtung strömungstechnisch verbunden und der Auslass des Konverters mit der Saugseite der Fördervorrichtung strömungstechnisch verbunden. „Strömungstechnisch verbunden“ bedeutet, dass eine durchströmbare Verbindung zwischen der Druckseite der Fördervorrichtung und dem

Einlass des Konverters beziehungsweise dem Auslass des Konverters und der Saugseite der Fördervorrichtung besteht, wobei dadurch nicht ausgeschlossen ist, dass diese

Verbindung in der durchströmbaren Strecke (Förderstrecke) dazwischen über separate

Elemente umgelenkt oder anderweitig geregelt oder sogar abgesperrt werden kann.

Stromabwärts vom Konverter (die Begriffe „stromabwärts“ und „stromaufwärts“ beziehen sich hierbei auf die Synthesekreislaufförderrichtung, also die Förderrichtung des

Gasgemischs innerhalb des Synthesekreislaufs und/oder gegebenenfalls innerhalb etwaiger Umgehungsleitungen) wird im Produktionsbetrieb (insbesondere bei einem

Betrieb bei Volllast, also bei einer Auslastung von 100 %, oder in der Nähe einer

Auslastung von 100 %) in einer Ammoniakentnahmevorrichtung Ammoniak aus dem

Synthesekreislauf entfernt (typischerweise kryogen im Rahmen einer

Tieftemperaturluftzerlegung, in der das Gasgemisch abgekühlt wird, wobei Ammoniak in flüssiger Form auskondensiert und vom Gasstrom abgetrennt werden kann, jedoch sind auch andere selektive Verfahren zur Gasabtrennung möglich, beispielsweise eine

Druckwechsel-Adsorption / „Pressure Swing Adsorption“). Stromabwärts oder in der

222235P00LU 12

LU103196

Ammoniakentnahmevorrichtung werden dem Gasstrom im Synthesekreislauf entsprechend Edukte (insbesondere Wasserstoff und Stickstoff) in einer Eduktzuführung zugeführt (als Frischgas), bevor der Gasstrom erneut in den Konverter eingeleitet wird.

Neben der Eduktzuführung, der Fördervorrichtung, dem Konverter und der

Ammoniakentnahmevorrichtung kann der Synthesekreislauf weitere Elemente aufweisen, etwa Kühlvorrichtungen zum Abkühlen des Gasgemisch, nachdem es infolge der bei der Reaktion anfallenden Wärmetônung erhitzt wurde (insbesondere Kühler,

Abhitzedampferzeuger oder Dampfüberhitzer), Heizvorrichtungen, um das Gasgemisch stromaufwärts vom Konverter auf eine Temperatur zu erwärmen, die erforderlich ist, um im Konverter die Umsetzung der Edukte zum Produkt Ammoniak zu gewährleisten (insbesondere elektrische Heizvorrichtungen) und/oder kombinierte Heiz- /Kühlvorrichtungen, um überschüssige Wärmeenergie des Gasgemischs nach Austritt aus dem Konverter dafür zu nutzen, das Gasgemisch vor Eintritt in den Konverter zu erwärmen (insbesondere Gas-Gas-Wärmetauscher).

Das Edukt Stickstoff wird in den Synthesekreislauf über eine Stickstoffvorrichtung eingebracht, in welcher Stickstoff typischerweise aus der Luft erhalten wird, etwa in einer chemischen oder kryogenen Aufbereitung von Luft (beispielsweise mittels fraktionierter kryogener Auftrennung im Rahmen einer Tieftemperaturluftzerlegung) oder durch selektive Adsorption (beispielsweise im Rahmen einer Druckwechsel-Adsorption).

Das Edukt Wasserstoff wird von einer Wasserstoffvorrichtung erhalten, also einer

Vorrichtung, welche angepasst und eingerichtet ist, Wasserstoff bereitzustellen. Eine derartige Wasserstoffvorrichtung dient als Wasserstoffquelle, um das Reaktionsedukt

Wasserstoff für die Reaktion zum Ammoniak bereitzustellen. Über die

Wasserstoffvorrichtung wird molekularer Wasserstoff in den Synthesekreislauf eingebracht. Typische Wasserstoffvorrichtungen können etwa Vorrichtungen zum

Bereitstellen von Wasserstoff beinhalten, welcher dann in der Wasserstoffvorrichtung selber erzeugt wird (etwa in Reaktoren zur Kohlevergasung, zum Dampfreformieren, zum autothermen Reformieren, zur partiellen Oxidation, zur Elektrolyse, zur Pyrolyse, zur

Gewinnung aus Biomasse und dergleichen) oder aber Vorrichtungen zum Zuführen von

Wasserstoff, der anderswo erzeugt wird (etwa Wasserstoffpipelines, über welche die

222235P00LU 13

LU103196

Ammoniaksyntheseanlage an ein Wasserstoffversorgungsnetzwerk angeschlossen ist,

Synthesegaspipelines, Wasserstofftanks und dergleichen).

An der Fördervorrichtung ist eine Umgehungsleitung vorgesehen, die erste

Umgehungsleitung. Diese erste Umgehungsleitung ist von der Saugseite der

Fördervorrichtung zu der Druckseite der Fördervorrichtung strömungstechnisch gegenläufig parallel zur Fördervorrichtung angeordnet und zum absperrbaren

Rückführen eines ersten Teilstroms des Gasgemischs von der Druckseite der

Fördervorrichtung zu der Saugseite der Fördervorrichtung eingerichtet. Das Rückführen ist das Leiten zumindest eines Teils des Gasstroms oder des gesamten Gasstroms von der Druckseite der Fördervorrichtung zur Saugseite der Fördervorrichtung unter

Umgehen der übrigen funktionalen Elemente des Synthesekreislaufs mit Ausnahme der

Fördervorrichtung. (also des größten Teils derjenigen Komponenten des

Synthesekreislaufs wie etwa dem Konverter oder einer etwaigen

Ammoniakentnahmevorrichtung, welche im Unterschied zu Rohrleitungen,

Abzweigungen und dergleichen zu mehr als zu einem bloßen Transport des Gasstroms und/oder im Unterschied zu Messfühlervorrichtungen, Durchflussregelungsvorrichtungen wie etwa Ventilen und/oder anderen Absperrvorrichtungen und dergleichen zu mehr als einem bloßen Überwachen und/oder Regeln der Strömung des Gasstroms vorgesehen und eingerichtet sind). Das „absperrbare Rückführen“ ist insbesondere ein Rückführen über zumindest eine (Rückführungs-)Leitung, die dazu eingerichtet ist, neben einem vollständig nicht abgesperrten Zustand (vollständig geöffneter/durchgängiger Zustand) auch teilweise abgesperrt zu werden (und dementsprechend auch teilweise nicht abgesperrt oder geöffnet zu werden / durchgängig zu sein) oder vollständig abgesperrt zu werden, vorgenanntes etwa manuell oder auch durch eine dafür vorgesehene

Regelungsanordnung. Durch das Absperren wird die Rückführung des im vollständig geöffneten Zustand durch die Leitung hindurchströmenden Fluids zunächst auf eine bestimmte Teilmenge eingeschränkt (im teilweise abgesperrten Zustand und damit im teilweise geöffneten Zustand, wobei die Teilmenge von dem Grad des Teilabsperrens abhängt) oder die Rückführung verhindert/blockiert (im vollständig abgesperrtem

Zustand).

Damit ist die erste Umgehungsleitung also strömungstechnisch gegenläufig parallel zur

Fördervorrichtung vorgesehen (sodass der durch sie hindurchtretende Gasstrom eine

222235P00LU 14

LU103196

Strömungsrichtung hat, die der Strömungsrichtung des parallelen Leitungsabschnitts zwischen Saugseite und Druckseite der Fördervorrichtung gegenläufig ist), gleichzeitig ist die erste Umgehungsleitung aber auch strömungstechnisch gleichläufig parallel zu den übrigen funktionalen Elementen des Synthesekreislaufs (also etwa dem Konverter und einer etwaigen Ammoniakentnahmevorrichtung) mit Ausnahme der

Fördervorrichtung angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass zumindest ein Teilstrom des

Gasstroms oder der gesamte Gasstrom durch Öffnen der ersten Umgehungsleitung an den funktionalen Elementen des Synthesekreislaufs vorbeigeleitet wird, die in

Strömungsrichtung stromabwärts der Druckseite der Fördervorrichtung und gleichzeitig stromaufwärts der Saugseite der Fördervorrichtung angeordnet sind (sodass also diejenigen funktionalen Elemente des Synthesekreislaufs umgangen werden, die in

Strömungsrichtung zwischen dem Abzweigungspunkt der ersten Umgehungsleitung an der Druckseite der Fôrdervorrichtung und dem Abzweigungspunkt der ersten

Umgehungsleitung an der Saugseite der Fördervorrichtung angeordnet sind).

Die Anordnung eines ersten Elements „strömungstechnisch gegenläufig parallel“ zu einem zweiten Element bedeutet also, dass das erste Element (hier die erste

Umgehungsleitung) im Fließbild parallel zum zweiten Element angeordnet ist (hier der

Fördervorrichtung), dass aber das erste Element im Vergleich zu dem zweiten Element mit umgekehrter Durchströmungsrichtung durchströmt wird (hier wird die erste

Umgehungsleitung von der Druckseite der Förderrichtung zur Saugseite der

Förderrichtung durchströmt während die Fördervorrichtung selber intern von ihrer

Saugseite zu ihrer Druckseite durchströmt wird). Daher ist die erste Umgehungsleitung also eingerichtet, von der Druckseite der Fördervorrichtung aus die übrigen funktionalen

Elemente des Synthesekreislaufs zu umgehen (hier die übrigen funktionalen Elemente des Synthesekreislaufs mit Ausnahme der Fördervorrichtung) und den Gasstrom somit von der Druckseite der Fördervorrichtung zur Saugseite der Fördervorrichtung zu leiten, um so einen Betrieb bei unterschiedlichen Teillasten zu realisieren. Die Anordnung eines ersten Elements „strömungstechnisch gleichläufig parallel“ zu einem zweiten Element bedeutet demnach, dass das erste Element (hier die erste Umgehungsleitung) im

Fließbild parallel zum zweiten Element (hier den übrigen funktionalen Elementen des

Synthesekreislaufs mit Ausnahme der Fördervorrichtung) angeordnet ist, wobei aber das erste Element mit derselben Durchströmungsrichtung durchströmt wird wie das zweite

Element, es liegt eine damit also eine gleichsinnige Anordnung der allgemeinen

222235P00LU 15

LU103196

Strömungspfade durch die Fördervorrichtung und der allgemeinen Strömungspfade durch die übrigen funktionalen Elemente des Synthesekreislaufs mit jeweils gleicher allgemeiner Durchströmungsrichtung vor, sodass ein Teilstrom des Gesamtgasstroms durch die Fördervorrichtung und ein anderer Teilstrom des Gesamtgasstroms durch die übrigen funktionalen Elemente des Synthesekreislaufs geleitet wird. Damit ist nicht ausgeschlossen, dass die für ein solches Umgehen vorgesehene erste

Umgehungsleitung ihrerseits weitere funktionale Elemente aufweisen kann, beispielsweise eine Abkühlvorrichtung, welche insbesondere dazu eingerichtet ist, um den Transport des Gasstroms von der Druckseite der Förderrichtung zur Saugseite der

Förderrichtung zu stabilisieren.

Die erste Umgehungsleitung weist dabei eine Abkühlvorrichtung auf, die zum Kühlen des ersten Teilstroms des Gasgemischs eingerichtet ist. Mit Hilfe der Abkühlvorrichtung soll insbesondere ein Erwärmen des über die erste Umgehungsleitung rückgeführten

Gasstroms infolge sukzessive wiederholten Komprimierens in der Fördervorrichtung verhindert werden. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige Vorrichtungen handeln, die zur Wärmeabfuhr des Gasstroms vorgesehen sind, beispielsweise

Gaskühler, Flüssigkeitskühler, Wärmetauscher wie solche für direkte, halbdirekte oder indirekte Wärmeübertragung, Rekuperatoren, Regeneratoren beispielsweise

Plattenkühler, Rohrwärmeübertrager, Rohrbündelwärmeübertrager und dergleichen. Die

Abkühlvorrichtung der Umgehungsleitung ist hier als Teilstrecke der gesamten

Umgehungsstrecke vorgesehen, diese ist also in stromungstechnischer Hinsicht in Reihe zur übrigen Umgehungsleitung angeordnet (sequenziell, hintereinander oder verschränkt hintereinander). Hinsichtlich der Kühlleistung ist die Abkühlvorrichtung der ersten

Umgehungsleitung bevorzugterweise auf den zu erwartenden Gasstrom unter maximaler

Volllast der gesamten Anlage dimensioniert, sodass demzufolge bis zu 100 % des umlaufenden Kreislaufgasvolumens rückgeführt und bei Normalbetrieb gekühlt werden können (also für einen kontinuierlichen „heißen Bereitschaftsbetrieb“ (Hot Stand-By), bei welchem die Temperatur in der Anlage weitgehend aufrechterhalten wird). In dieser

Ausgestaltung würde ein komplettes Abschalten (Shut-Down) lediglich einen Spezialfall mit 100 % der Kreislaufgasmenge darstellen).

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die erste Umgehungsleitung eine zweite Umgehungsleitung aufweist, welche strömungstechnisch gleichläufig parallel zur

222235P00LU 16

LU103196

Abkühlvorrichtung angeordnet ist und welche zum absperrbaren Hindurchleiten eines zweiten Teilstroms des ersten Teilstroms zum Umgehen der Abkühlvorrichtung eingerichtet ist. Das „absperrbare Hindurchleiten“ ist insbesondere ein Hindurchleiten über zumindest eine Leitung, die dazu eingerichtet ist, neben einem vollständig nicht abgesperrten Zustand (vollständig geöffneten/durchgängigen Zustand) auch teilweise abgesperrt zu werden (und dementsprechend auch teilweise nicht abgesperrt oder geöffnet zu werden / durchgängig zu sein) oder vollständig abgesperrt zu werden, etwa manuell oder auch durch eine dafür vorgesehene Regelungsanordnung. Durch das

Öffnen wird zunächst ein Hindurchleiten des im vollständig abgesperrten Zustand nicht durch die Leitung hindurchtretenden Fluids für eine bestimmte Teilmenge ermöglicht (im teilweise geöffneten Zustand und damit im teilweise abgesperrten Zustand, wobei die

Teilmenge von dem Grad der Teilöffnung abhängt) oder das Hindurchleiten verhindert/blockiert (im vollständig abgesperrtem Zustand). Funktionell stellt die zweite

Umgehungsleitung einen Teil der ersten Umgehungsleitung auch dann dar, wenn sie von diesem baulich getrennt vorliegt.

Damit ist die zweite Umgehungsleitung also strömungstechnisch gleichläufig parallel zur

Abkühlvorrichtung vorgesehen, wodurch es möglich ist, dass zumindest ein Teilstrom des

Gasstroms oder der gesamte Gasstrom durch Öffnen der zweiten Umgehungsleitung an der Abkühlvorrichtung vorbeigeleitet wird, sodass also die Abkühlvorrichtung umgangen wird). Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine derartige zweite Umgehungsleitung auch strömungstechnisch parallel zu der gesamten Strecke der ersten

Umgehungsleitung angeordnet sein, also ohne von der ersten Umgehungsleitung unmittelbar abzuzweigen.

Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die erste und die zweite Umgehungsleitung und deren Regelungsanordnung, welche das Hindurchleiten und Absperren der ersten und der zweiten Umgehungsleitung steuert oder regelt, derart eingerichtet und angepasst ist, dass der Volumenstrom an der Saugseite der Fördervorrichtung einen minimalen

Wert von 85% des maximalen Volumenstroms (Auslegungsstromes) aufweist und diesen nicht unterschreitet. Zusätzlich oder stattdessen kann es vorteilhaft sein, wenn die

Austritttemperatur des Gasstroms an der Druckseite der Färdervorrichtung einen maximalen Wert von 170 °C nicht überschreitet, wobei diese im Hinblick auf die Warme- und Energiebilanz des Synthesekreislaufs aber insgesamt bei einem heißen

222235P00LU 17

LU103196

Bereitschaftsbetrieb möglichst hoch sein sollte, damit etwaige Heizaggregate nur wenig zusätzliche Wärmeenergie in die Anlage einbringen müssen; ein maximaler Wert von 170 °C ermöglicht bei herkömmlichen Kompressoren, welche häufig für Gas mit einer maximalen Eintrittstemperatur von 200 °C ausgelegt sind, eine hinreichend große

Sicherheitsreserve gegenüber kurzfristigen Temperaturschwankungen . Konkretere

Ausgestaltungen dieser Regelungsbedingungen für die Anlage sind im Zusammenhang mit dem Verfahren ausgeführt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ammoniaksyntheseanlage ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Umgehungsleitung so angeordnet ist, dass sie einen Bereich des Synthesekreislaufs, der in Synthesekreislaufförderrichtung stromabwärts der mindestens einen Fördervorrichtung und stromaufwärts des mindestens einen Konverters angeordnet ist, mit einem Bereich des Synthesekreislaufs strömungstechnisch verbindet, der in Synthesekreislaufförderrichtung stromaufwärts der mindestens einen Fördervorrichtung und stromabwärts des mindestens einen Konverters angeordnet ist (bevorzugt dabei auch stromabwärts der

Ammoniakentnahmevorrichtung), und wobei die erste Umgehungsleitung eingerichtet ist, das Gasgemisch in den ersten Teilstrom und einen ersten Reststrom aufzuteilen, wenn die erste Umgehungsleitung nicht vollständig abgesperrt ist, und, während der erste

Reststrom dem Konverter zugeführt wird, den ersten Teilstrom unter Umgehen des

Konverters von der Druckseite der Fördervorrichtung durch die erste Umgehungsleitung zur Saugseite der Fördervorrichtung zu leiten, wobei die zweite Umgehungsleitung so angeordnet ist, dass sie einen Bereich der ersten Umgehungsleitung, welcher in

Durchströmrichtung stromaufwärts der Abkühlvorrichtung angeordnet ist, mit einem

Bereich der ersten Umgehungsleitung strömungstechnisch verbindet, der in

Durchströmrichtung stromabwärts der Abkühlvorrichtung angeordnet ist, und wobei die zweite Umgehungsleitung eingerichtet ist, den ersten Teilstrom in der ersten

Umgehungsleitung in den zweiten Teilstrom und einen zweiten Reststrom aufzuteilen, wenn die zweite Umgehungsleitung nicht vollständig abgesperrt ist, und, während der zweite Reststrom der Abkühlvorrichtung zugeführt wird, den zweiten Teilstrom unter

Umgehen der Abkühlvorrichtung durch die zweite Umgehungsleitung zu leiten (sodass dieser ebenfalls nicht durch die übrigen funktionalen Elemente des Synthesekreislaufs geleitet wird.

222235P00LU 18

LU103196

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ammoniaksyntheseanlage ist insbesondere vorgesehen, dass die Ammoniaksyntheseanlage weiterhin eine

Wasserstoffvorrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, Wasserstoff zumindest teilweise durch einen Elektrolyseur bereitzustellen, insbesondere wobei der Elektrolyseur mit aus regenerativen und zumindest teilweise schwankenden Energien gewonnener elektrischen Energie betrieben wird. Eine Wasserstoffvorrichtung demnach ist eine

Vorrichtung, die vorgesehen ist, Wasserstoff bereitzustellen, in reiner Form oder als

Gemisch mit anderen Gasen. Dies beinhaltet jegliche Wasserstoffquelle, in welcher

Wasserstoff erzeugt, gespeichert oder lediglich hindurchgeleitet wird, beispielsweise eine

Versorgungsleitung eines externen Wasserstoffnetzwerks oder Vorrichtungen zur

Erzeugung von Wasserstoff in biologischen Prozessen, in einer Pyrolyse von

Kohlenwasserstoffen (wie etwa der Methanpyrolyse) oder in einer thermischen

Wasserspaltung, etwa in einem Sonnenofen. Vorliegend ist die Wasserstoffvorrichtung insbesondere auch eine Vorrichtung, welche eingerichtet ist, Wasserstoff zumindest teilweise oder auch vollständig durch einen Elektrolyseur bereitzustellen, also durch eine

Vorrichtung, in der Elektrolyse betrieben wird, in welcher also im Rahmen einer

Elektrolyse aus einem Eduktmaterial mit Hilfe von elektrischem Strom Wasserstoff gewonnen wird. Typischerweise ist das Eduktmaterial Wasser, sodass in einem derartigen Elektrolyseur eine Wasserelektrolyse betrieben wird. Für eine

Wasserelektrolyse kann das Wasser dabei neutral sein, es kann aber auch Wasser mit einem pH-Wert kleiner als 7 (saure Elektrolyse) oder größer als 7 sein (basische

Elektrolyse), wobei das Wasser darüber hinaus gegebenenfalls auch andere gelöste

Substanzen enthalten kann, beispielsweise Salze. „Zumindest teilweise“ bedeutet, dass entweder die gesamte benötigte Wasserstoffmenge oder aber nur eine Teilmenge des benötigten Wasserstoffs mittels Elektrolyse gewonnen wird, während die verbleibende

Menge anderweitig bereitgestellt werden kann, insbesondere wenn die mittels Elektrolyse gewonnene Teilmenge mindestens 30 Vol.-% des Wasserstoffbedarfs ausmacht, bevorzugt mindestens 50 Vol.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Vol.-% oder sogar mindestens 99 Vol.-%. Üblicherweise ist ein derartiger Elektrolyseur direkt an die

Ammoniaksyntheseanlage angebunden, jedoch kann auch eine Anbindung über die

Leitung eines Wasserstoffnetzwerks möglich sein.

Bei der Wasserelektrolyse ist es insbesondere sinnvoll, wenn der Elektrolyseur mit elektrischer Energie betrieben wird, die aus regenerativen und zumindest teilweise

222235P00LU 19

LU103196 schwankenden Energien (regenerativen / erneuerbaren Energie) gewonnen wird, also mit regenerativ erzeugter elektrischer Energie, beispielsweise mit elektrischer Energie, gewonnen aus Windenergie, Sonnenenergie, Bioenergie, Wasserkraft oder Geothermie. (mitunter kann auch der Betrieb eines Elektrolyseurs sinnvoll sein, der mit elektrischer

Energie aus Kernenergie betrieben wird; der so erzeugte „rosa Wasserstoff“ (auch „rote

Wasserstoff“, „pinke Wasserstoff“ oder „violette Wasserstoff“ ist zumindest hinsichtlich der Kohlendioxidbilanz vorteilhafter als durch Reformierung fossiler Brennstoffe erhaltener „grauer Wasserstoff“ oder als „schwarzer Wasserstoff“ und „brauner

Wasserstoff“, für deren Herstellung elektrische Energie eingesetzt wird, welche aus

Steinkohle beziehungsweise Braunkohle stammt) Einer der Vorteile ergibt sich daraus, dass der Prozess auf die speziellen Erfordernisse von regenerativ erzeugter elektrischer

Energie angepasst und daher besonders für eine derartige Kombination geeignet ist, weshalb ein Einsatz hier besonders vorteilhaft ist: Bei vielen regenerativen Energien treten Schwankungen auf (beispielsweise infolge des Tag-Nacht-Zyklus des

Sonnenlichts, die wechselnden Windverhältnisse oder die Gezeiten). Infolge dieser

Schwankungen treten nach der Umwandlung der regenerativen Energie in elektrische

Energie Schwankungen bei der Bereitstellung von Edukten auf, die mit Hilfe dieser elektrischen Energie hergestellt werden, also des Wasserstoffs. Die vorliegende

Erfindung ist besonders geeignet, derartige Schwankungen bei der Bereitstellung der

Edukte der Ammoniaksynthese zu kompensieren.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ammoniaksyntheseanlage ist insbesondere vorgesehen, dass die Fördervorrichtung ein Zentrifugalkompressor ist und die erste Umgehungsleitung eine geregelt absperrbare und geregelt ôffenbare

Umblaseleitung einer Pumpgrenzregelungsanordung. Ein Zentrifugalkompressor (Radialverdichter) ist ein Turbokompressor (Turboverdichteter), also ein rotierender

Verdichter, insbesondere ein Axialkompressor, ein Radialkompressor oder ein kombinierter Axial-Radial-Kompressor, beispielsweise ein Diagonalkompressor, welcher zum Komprimieren und Fördern von gasförmigen Fluiden vorgesehen ist und typischerweise ein Druckgehäuse mit entsprechenden Leitvorrichtungen, eine Welle mit mindestens einem daran befestigten Laufschaufelrad oder einer daran aufgezogenen

Laufschaufelreihe, in der Regel ein Flügelrad, sowie einen zum Druckaufbau angepassten Verlangsamungsbereich (Diffusor) aufweist. In derartigen

Zentrifugalkompressoren ist typischerweise eine Pumpgrenzregelungsanordnung

222235P00LU 20

LU103196 konstruktiv vorgesehen, um ein unerwünschtes Pumpen zu vermeiden. Die

Umblaseleitung eines Zentrifugalkompressors lässt sich — gegebenenfalls nach

Anpassungsmaßnahmen — als erste Umgehungsleitung nutzen und enthält häufig bereits eine Kühlvorrichtung, weshalb eine solche Ausgestaltung die Verwendung regulärer

Aggregate mit hoher Arbeitseffizienz bei gleichzeitig integrierter Bauweise ermöglicht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ammoniaksyntheseanlage ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Umgehungsleitung ein Absperrelement aufweist, das eingerichtet ist zum Beschränken und/oder Versperren des

Strömungswegs durch die erste Umgehungsleitung. Bei dem Absperrelement handelt es sich typischerweise um ein Element zum Absperren oder Steuern des Durchflusses von

Gasen durch eine Leitung, beispielsweise um ein Absperrorgan oder um ein strömungsumleitendes Element, bei welchem die absperrende oder umleitende Wirkung veränderbar ist, üblicherweise etwa manuell oder mit Hilfe einer separaten

Regelungsanordnung. Typische Absperrelemente sind für einen zweistufigen

Regelungsfall (nur offener oder verschlossener/geschlossener Zustand) oder einen mehrstufigen Regelungsfall (Dosierung zwischen offenem und verschlossenen Zustand) angepasst, beispielsweise Absperrklappen, Absperrschieber, Absperrhähne, Ventile oder Strömungsleitbleche, jedoch lassen sich hier grundsätzlich auch alle anderen

Absperrelemente mit entsprechender Funktionalität einsetzen. Das Absperrelement in der ersten Umgehungsleitung ist insbesondere so angeordnet, dass es den

Strömungsweg durch die erste Absperrungsleitung komplett versperren kann, weshalb es in Durchströmungsrichtung der ersten Umgehungsleitung stromaufwärts oder stromabwärts vom Abkühlelement angeordnet ist.

Mit Hilfe des Absperrelements direkt in der ersten Umgehungsleitung wird also der

Strömungsweg durch die erste Umgehungsleitung freigegeben oder blockiert. Beim

Freigeben wird (temporär) ein Teilstrom des Gesamtgasstroms des Synthesekreislaufs durch die erste Umgehungsleitung geleitet (dies kann auch der gesamte Gasstrom sein, da durch die Abkühlvorrichtung ein etwaiger kontinuierlicher Temperaturanstieg wirksam vermieden werden kann). Auf diese Weise lassen sich für die Anlage unterschiedliche

Betriebszustände realisieren, sodass sich zum Teil unterschiedliche

Auslastungszustände realisieren lassen, wie sie etwa bei einer zeitlich wechselnden

Versorgung mit Edukten wie Wasserstoff benötigt wird.

222235P00LU 21

LU103196

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ammoniaksyntheseanlage ist insbesondere vorgesehen, dass die zweite Umgehungsleitung ein Absperrelement aufweist, das eingerichtet ist zum Beschränken und/oder Versperren des

Strömungswegs durch die zweite Umgehungsleitung. Mit Hilfe des Absperrelements in der zweiten Umgehungsleitung wird also der Strömungsweg durch die zweite

Umgehungsleitung freigegeben oder blockiert. Beim Freigeben wird ein Teilstrom des

Gasstroms in der ersten Umgehungsleitung (temporär) durch die zweite

Umgehungsleitung geleitet (je nach den Strömungsverhältnissen im übrigen Bereich der ersten Umgehungsleitung kann dies auch der gesamte Gasstrom durch die erste

Umgehungsleitung sein, etwa, wenn der Strömungsweg im übrigen Teil der ersten

Umgehungsleitung mit weiteren Absperrelementen verschlossen wird, wobei die erste

Umgehungsleitung insgesamt funktionstüchtig bleibt indem der Teilstrom, welcher an der

Abkühlvorrichtung vorbeigeführt wird, nicht durch die übrigen funktionalen Elemente des

Synthesekreislaufs geleitet wird). Auf diese Weise kann infolge der zumindest teilweisen

Umgehung der Abkühlvorrichtung auch bei unterschiedlichen Auslastungsgraden und unterschiedlicher Durchstrômung der ersten Umgehungsleitung (insbesondere bei einer geringen Durchströmung der ersten Umgehungsleitung) sichergestellt werden, dass in der Fördervorrichtung die Temperatur nicht derartig niedrig ist, dass dort Ammoniak aus dem Gasstrom auskondensiert, wodurch ein sicherer und korrosionsarmer Betrieb der

Anlage auch bei unterschiedlichsten Auslastungsgraden gewährleistet wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ammoniaksyntheseanlage ist insbesondere vorgesehen, dass die Ammoniaksyntheseanlage eine Messvorrichtung und eine mit der Messvorrichtung verbundene Regelungsvorrichtung aufweist, wobei die

Messvorrichtung zum Erfassen mindestens einer Messgröße des Gasgemischs eingerichtet ist, insbesondere der Temperatur, des Drucks und/oder des Volumenstroms des Gasgemischs und/oder des Gehalts/der Konzentration von Komponenten des

Gasgemischs, wobei die Messvorrichtung im Synthesekreislauf angeordnet ist, und wobei die Regelungsvorrichtung eingerichtet ist, auf der Grundlage der von der

Messvorrichtung erfassten Messgröße das Absperrelement der ersten

Umgehungsleitung und/oder das Absperrelement der zweite Umgehungsleitung zu

Öffnen oder zu versperren. Als Messvorrichtung ist jede übliche und geeignete

Messvorrichtung einsetzbar, welche zum Erfassen mindestens einer spezifischen

222235P00LU 22

LU103196

Messgröße des Gasgemischs eingerichtet ist, beispielsweise Drucksensoren,

Temperatursensoren oder Volumenstromsensoren, die entweder die Messgröße für das

Gasgemisch im Synthesekreislauf oder den Partialdruck/die Konzentration lediglich von bestimmten Komponenten des Gasgemisch im Synthesekreislauf erfassen, beispielsweise für Wasserstoff, für Ammoniak oder für Stickstoff (sodass es sich bei entsprechenden Sensoren um stoffsensitive Messfühler/Sensoren handelt). Die

Messvorrichtung ist derart im Synthesekreislauf angeordnet, dass sie den Messwert für die entsprechende Messgröße des Gasstroms des Gasgemischs im Synthesekreislauf erfasst. Die erfasste Messgröße überträgt die Messvorrichtung als Messsignal, welches diesen Messwert repräsentiert, an eine dieser Messvorrichtung zugeordnete und mit dieser zur Messwertübertragung verbundene Aufzeichnungsvorrichtung und/oder

Regelungsvorrichtung (wobei eine Aufzeichnungsvorrichtung und/oder

Regelungsvorrichtung auch mehreren Sensoren zugeordnet sein kann oder sogar allen

Sensoren). Die Regelungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem jeweiligen Messsignal das Absperrelement in der ersten Umgehungsleitung oder das

Absperrelement in der zweiten Umgehungsleitung oder beide Absperrelement, das

Absperrelement in der ersten Umgehungsleitung und das Absperrelement in der zweiten

Umgehungsleitung in einem Stellvorgang zu betätigen, in welchem das jeweilige

Absperrelement von dem jeweiligen Anfangszustand in einen von der

Regelungsvorrichtung unter Berücksichtigung des jeweils erfassten Messwertes bestimmten Endzustand überführt und dadurch die entsprechende Umgehungsleitung weiter geöffnet oder weiter verschlossen wird, sodass sich das jeweilige Absperrelement dann in einer vollständig geöffneten Position, einer teilweise geöffneten Position (und somit auch teilweise verschlossenen Position) oder aber in einer vollständig verschlossenen Position befindet. Dabei kann sich die Messvorrichtung je nach der zu erfassenden Messgröße an einer beliebigen Position innerhalb des Synthesekreislaufs befinden, wobei es besonders vorteilhaft sein kann, wenn für den Stellvorgang mehr als ein Messwert berücksichtigt wird, beispielsweise Messwerte von zwei unterschiedlichen

Messvorrichtungen, welche dieselbe Messgröße erfassen an unterschiedlichen

Messpositionen des Synthesekreislaufs erfassen etwa an einer ersten Messposition zwischen der Druckseite der Fördervorrichtung und dem Einlass des Konverters und an einer zweiten Messposition zwischen dem Auslass des Konverters und der Saugseite der

Fördervorrichtung (wobei die Messsignale der Regelungsvorrichtung etwa als

Einzelsignale oder auch als Differenzsignale zugeführt werden können), oder Messwerte,

222235P00LU 23

LU103196 die zu unterschiedlichen Zeitpunkten an derselben Messposition aufgenommen werden und daher eine zeitliche Streuung oder einen zeitlichen Verlauf zeigen. Messwerte mit einer zeitlichen Streuung können dann beispielsweise einer statistischen Analyse unterzogen werden (wodurch sich etwa Systemschwankungen überwachen lassen),

Messwerte mit einem zeitlichen Verlauf können zum Beispiel auf einen Zielzeitpunkt in der Zukunft extrapoliert werden (wodurch sich etwa künftige Stellvorgänge vorhersagen lassen, die mit hinreichender Wahrscheinlichkeit erforderlich sein werden). Eine derartige

Regelung bietet den Vorteil, bereits frühzeitig auf Änderungen im Verfahren reagieren und so die Anlage durchgängig bei einem optimalen Betriebspunkt betreiben zu können, bei welchem plötzliche Regelungen nur sehr selten erforderlich sind.

Die zuvor genannte Aufgabe wird außerdem gelöst von einem Verfahren zum Betreiben einer Ammoniaksyntheseanlage, insbesondere einer Ammoniaksyntheseanlage der vorgenannten Art, welches sich dadurch auszeichnet, dass der erste Teilstrom in einen zweiten Teilstrom und gegebenenfalls einen zweiten Reststrom aufgeteilt wird, von denen der zweite Reststrom in die Abkühlvorrichtung geführt und dort abgekühlt wird und von denen der zweite Teilstrom unter Umgehen der Abkühlvorrichtung der Saugseite der

Fördervorrichtung zugeführt wird und von denen der zweite Reststrom (sofern vorhanden) in die Abkühlvorrichtung geführt, dort abgekühlt und von dort der Saugseite der Fördervorrichtung zugeführt wird.

Insgesamt handelt es sich demnach um ein Verfahren zum Betreiben einer

Ammoniaksyntheseanlage, insbesondere um ein Verfahren zum Betreiben einer

Ammoniaksyntheseanlage der vorgenannten Art. Beim Betrieb der

Ammoniaksyntheseanlage wird ein Gasgemisch aufweisend Stickstoff, Wasserstoff und

Ammoniak in einem Synthesekreislauf durch eine Fördervorrichtung mit einer Saugseite und einer Druckseite zyklisch gefördert wird. Demzufolge wird also das Gasgemisch, welches Stickstoff und Wasserstoff und Ammoniak enthält (sowie gegebenenfalls weitere

Komponenten), kreisartig in einem Kreislauf gefördert, dem Synthesekreislauf.

Im regulären Betrieb werden die Edukte Stickstoff und Wasserstoff dem

Synthesekreislauf zugeführt und dort in einem Konverter zumindest teilweise zu

Ammoniak umgesetzt. Im regulären Betrieb wird ferner an einer Stelle des

Synthesekreislaufs jeweils eine gewisse Menge des beim zyklischen Betrieb des

222235P00LU 24

LU103196

Synthesekreislaufs erzeugten Ammoniaks als Produktgas entnommen und so aus dem

Synthesekreislauf entfernt. Um die fehlende Gasmenge zu ersetzen, wird dem

Synthesekreislauf dann eine entsprechende Menge an Frischgas hinzugefügt, welche zumindest die Edukte Stickstoff und Wasserstoff in einem geeigneten

Mischungsverhältnis enthält. Infolge des kreislaufartigen Rückführens des

Produktgasgemischs stellt sich im regulären Betrieb nach Ableiten einer Teilmenge des

Ammoniaks und Ergänzen der abgeführten Gasmenge durch Frischgas beim Umsetzen des so erhaltenen ergänzten Gasgemischs im Konverter ein makroskopisch quasistationäres Gleichgewicht ein, welches so lange erhalten bleibt, wie sich der abgeführte Ammoniakstrom und der zugeführte Frischgasstrom sowie deren Temperatur und Druck nicht ändern.

Reicht die zur Verfügung stehende Menge an Eduktgas — in der Regel die verfügbare

Menge an Wasserstoff — jedoch nicht aus, ist üblicherweise vorgesehen, weniger

Ammoniak dem Synthesekreislauf zu entnehmen oder auf die Entnahme von Ammoniak sogar vollständig zu verzichten. Wenn weniger Ammoniak aus dem Synthesekreislauf entfernt wird, muss dem Synthesekreislauf auch weniger Frischgas neu zugeführt werden — und damit auch weniger Edukt. Wird dem Synthesekreislauf kein Ammoniak entnommen, muss dem Synthesekreislauf auch kein Frischgas zugeführt werden, der

Eduktbedarf sinkt somit auf null. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die

Wasserstoffvorrichtung nicht in der Lage ist, Wasserstoff in hinreichender Menge zur

Verfügung zu stellen, beispielsweise wenn die Wasserstoffvorrichtung einen

Elektrolyseur aufweist, der mit elektrischer Energie betrieben wird, die aus regenerativen

Energien gewonnen wird, welche einen zumindest teilweise schwankenden zeitlichen

Verlauf aufweisen, zum Beispiel mit elektrischer Energie aus einer Photovoltaikanlage, aus einer Windkraftanlage oder aus einem Gezeitenkraftwerk. Bei derartigen

Wasserstoffvorrichtungen kann die Wasserstoffproduktion sogar ganz zum Erliegen kommen und auf null zurückgehen, sodass es günstig ist, dem Synthesekreislauf kein

Ammoniak zu entnehmen, um dem Synthesekreislauf keinen Wasserstoff zuführen zu müssen. Das Gasgemisch wird bei einem derartigen „Leerlaufbetrieb“ (also bei einem

Betrieb ohne Produktion entsprechend einer Teillast von 0 %) dann im Synthesekreislauf also für einige Zeit kontinuierlich im Kreislauf geführt, wobei sich ein quasistationärer dynamischer Gleichgewichtspartialdruck an Ammoniak einstellt, ohne dass sich der

Nettogehalt an Ammoniak im Gasgemisch ändert. Bei einem derartigen Kreisbetrieb ist

222235P00LU 25

LU103196 es also nicht erforderlich, die Ammoniaksyntheseanlage komplett abzuschalten und herunterzufahren (Shut-Down), vielmehr wird die Ammoniaksyntheseanlage in einem

Bereitschaftsbetrieb (Stand-By) belassen, bei dem der Konverter die erforderliche

Reaktionstemperatur beibehält. Dadurch ist es möglich, die Ammoniaksyntheseanlage relativ kurzfristig in einen regulären Produktionsbetrieb zu überführen, wenn die

Wasserstoffvorrichtung wieder eine hinreichende Menge an Wasserstoff zur Verfügung stellen kann. Ein derartiger Bereitschaftsbetrieb wird auch als „heißer

Bereitschaftsbetrieb“ (Hot Stand-By) bezeichnet. Bei einem solchen heißen

Bereitschaftsbetrieb soll die Anlage - und insbesondere der Konverter - möglichst wenig abkühlen. Vielmehr sollen Anlage und Konverter bei Temperaturen belassen werden, welche den jeweiligen Betriebstemperaturen im regulären Produktionsbetrieb entsprechen oder diesen zumindest nahekommen, sodass ein Übergang von einem heißen Bereitschaftsbetrieb in den Produktionsbetrieb ohne langwieriges Aufheizen möglich ist. Für einen derartigen Betrieb wird dann die Zufuhr an Edukten (Wasserstoff und Stickstoff) sowie die Entnahme von Produkt (Ammoniak) verringert oder auf null reduziert. Dadurch erfolgt keine Nettosynthese von Ammoniak (lediglich eine Synthese im dynamischen Gleichgewicht tritt auf), sodass ein Gasstrom mit einer gleichbleibenden

Gleichgewichtzusammensetzung von Produkt und Edukten im Kreislauf geführt wird.

Formal entspricht ein Bereitschaftsbetrieb also einem besonderen Teillastbetrieb, nämlich einem Teillastbetrieb mit einer Teillast von 0%. Da ein derartiger

Bereitschaftsbetrieb kostenintensiv ist, werden häufig Bereiche der Anlage abgeschaltet, die in einem Bereitschaftsbetrieb nicht benötigt werden (natürlich mit Ausnahme des

Konverters), etwa Anlagenteile, in denen Wasserstoff und Stickstoff gewonnen wird (etwa im so genannten „Frontend“ der Anlage, welches dem Synthesekreislauf als separate

Baueinheit vorgelagert sein kann), aber auch Vorverdichteraggregate, welche im regulären Betrieb Eduktgase vorverdichten, bevor sie dem Synthesekreislauf zugeführt werden, bis diese den im Synthesekreislauf erforderlichen Systemdruck aufweisen (die

Fördervorrichtung des Synthesekreislaufs selber bleibt auch im Bereitschaftsbetrieb stets in Betrieb, um die Zirkulation des Gasstroms im Synthesekreislauf aufrecht zu halten).

Verfahrenstechnisch lässt ein derartiger heißer Bereitschaftsbetrieb dadurch begünstigen, dass ein Teil des Gasstroms im Synthesekreislauf am Konverter vorbeigeführt wird ohne in den Konverter eingespeist zu werden, sodass sich der

Aufwand auf ein Minimum beschränkt, um den Konverter auf der erwünschten

222235P00LU 26

LU103196

Temperatur zu halten. Ein derartiger Betrieb lässt sich besonders vorteilhaft mit Hilfe der ersten Umgehungsleitung realisieren. Dazu wird das Gasgemisch in

Synthesekreislaufförderrichtung stromabwärts von der Fördervorrichtung in einen ersten

Teilstrom und gegebenenfalls einen ersten Reststrom aufgeteilt wird. Der erste Teilstrom wird dabei unter Umgehen des Konverters von der Druckseite der Fördervorrichtung zu der Saugseite der Fördervorrichtung rückgeführt. Auf dem Rückführungsweg wird dieser erste Teilstrom in einer Abkühlvorrichtung zumindest teilweise abgekühlt. In einem derartigen Betrieb wird typischerweise ein Teilstrom von mindestens 5 Vol.-% des gesamten Gasstroms rückgeführt, im Fall eines langfristigen heißen

Bereitschaftsbetriebs kann aber auch durchaus die gesamte Menge des Gasstroms rückgeführt werden, also 100 Vol.-% des Kreislaufgases (Kreislaufgasstroms).

Entsprechend wird der erste Reststrom (sofern überhaupt vorhanden) über den regulären

Synthesekreislauf in den Konverter geführt.

Erfindungsgemäß wird der erste Teilstrom in einen zweiten Teilstrom und gegebenenfalls einen zweiten Reststrom aufgeteilt. Der zweite Teilstrom wird unter Umgehen der

Abkühlvorrichtung der Saugseite der Fördervorrichtung zugeführt, sodass dieser zweite

Teilstrom also keine Abkühlung erfährt. Dies dient dazu, sicherzustellen, dass die

Temperatur des Gasgemisches bei Eintritt in die Fördervorrichtung insgesamt nicht so niedrig ist, dass in der Fördervorrichtung Ammoniak auskondensiert und dadurch die

Fördervorrichtung beschädigt. Wird die Fördervorrichtung bei einer Temperatur betrieben, bei welcher an der Saugseite der Fôrdervorrichtung Ammoniak auskondensieren kann (oder zumindest in der Nähe einer derartigen Temperatur, sodass diese Temperatur bereits durch geringfügige Druckschwankungen unterschritten werden kann), ist es erforderlich, die Eintrittstemperatur des Gasstroms an der Fördervorrichtung zu erhöhen, um ein Auskondensieren zu vermeiden. Daher muss die Temperatur des ersten Teilstroms insgesamt erhöht werden, was sich leicht dadurch bewerkstelligen lässt, dass zumindest ein Teil des ersten Teilstroms als zweiter Teilstrom an der ab

Kühlvorrichtung vorbeigeführt wird und somit nicht abgekühlt wird. Je nach der

Eintrittstemperatur des Gasstromes an der Fördervorrichtung ist es dabei durchaus möglich, dass ein Teilstrom des ersten Teilstroms als zweiter Reststrom über die

Abkühlvorrichtung geführt wird, solange die Eintrittstemperatur des Gasgemischs an der

Fördervorrichtung nicht derartig niedrig ist, dass Ammoniak auskondensiert. Die

Temperatur des Gasgemischs, welches in die Fördervorrichtung eintritt, lässt sich dabei

222235P00LU 27

LU103196 unter Berücksichtigung des Mengenverhältnisses von erstem Teilstrom zu erstem

Reststrom und der Temperatur des ersten Reststroms dadurch regeln, dass das

Mengenverhältnis von zweitem Teilstrom zu zweitem Reststrom mit Hilfe von

Absperrelementen geeignet eingestellt wird, sodass sich beim Zusammenführen aller

Teilströme spätestens an der Druckseite der Fördervorrichtung die gewünschte

Temperatur des Gasgemischs einstellt. Dabei ist es unerheblich, ob der zweite Reststrom mit dem zweiten Teilstrom vereinigt wird, bevor dieser als wiederhergestellter erster

Teilstrom dem ersten Reststrom im Synthesekreislauf zugeführt wird oder ob der zweite

Reststrom und der zweite Teilstrom separat in den ersten Reststrom eingespeist werden (hierbei sind grundsätzlich alle Verfahrensführungen denkbar und bieten jeweils unterschiedliche Vorteile, etwa indem zuerst der zweite Teilstrom in den ersten Reststrom eingespeist wird und stromabwarts davon der zweite Reststrom eingeleitet wird oder aber indem zuerst der zweite Reststrom in den ersten Reststrom eingespeist wird und stromabwärts davon der zweite Teilstrom eingeleitet wird).

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Ammoniaksyntheseanlage ist insbesondere vorgesehen, dass der Wasserstoff zumindest teilweise durch Elektrolyse bereitgestellt wird, insbesondere durch Elektrolyse mit aus regenerativen Energien gewonnener elektrischen Energie. Typischerweise ist bei einer derartigen Elektrolyse das Eduktmaterial Wasser, sodass es in der Regel also eine

Wasserelektrolyse ist. Für eine Wasserelektrolyse kann das Wasser dabei neutral sein, es kann aber auch Wasser mit einem pH-Wert kleiner als 7 (saure Elektrolyse) oder größer als sieben sein (basische Elektrolyse), wobei das Wasser darüber hinaus gegebenenfalls auch andere gelöste Substanzen enthalten kann, beispielsweise Salze. „Zumindest teilweise“ bedeutet, dass entweder die gesamte benötigte Wasserstoffmenge oder aber nur eine Teilmenge des benötigten Wasserstoffs mittels Elektrolyse gewonnen wird während der Rest anderweitig bereitgestellt werden kann, beispielsweise über ein

Wasserstoffnetzwerk oder einen Wasserstofftank. Besonders günstig ist es dabei, wenn es sich auch bei der Restmenge an Wasserstoff um „grünen“ Wasserstoff handelt, also um Wasserstoff, welcher nachhaltig hergestellt wurde, sodass insbesondere für dessen

Herstellung kein zusätzliches Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt wird. Bevorzugt handelt es sich dabei um Wasserstoff, der in einem Verfahren hergestellt wurde, bei dem der Energiebedarf zur Herstellung aus erneuerbaren/regenerativen Energien gedeckt

222235P00LU 28

LU103196 wird. Eine derartige Verfahrensführung ermöglicht vor allem eine besonders klimaneutrale und umweltfreundliche Produktion von Ammoniak.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Ammoniaksyntheseanlage ist insbesondere vorgesehen, dass das Gasgemisch an der Saugseite der Fördervorrichtung einen Volumenstrom aufweist, der einen minimalen

Wert von 50 % des maximalen Volumenstroms der Fördervorrichtung nicht unterschreitet und bevorzugt einen Volumenstrom von mindestens 85 % und höchstens 105 % des maximalen Volumenstromstroms der Fördervorrichtung aufweist. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Verhältnis von erstem Teilstrom zu erstem

Reststrom sowie das Verhältnis von zweiten Teilstrom zu zweitem Reststrom derart geregelt wird, dass das Gasgemisch an der Saugseite der Fördervorrichtung einen

Volumenstrom von minimal 85 % des maximalen Volumenstroms der Fördervorrichtung aufweist. Ein minimaler saugseitiger Volumenstrom des Kreislaufgases an der

Fördervorrichtung von 50 %, insbesondere von 85 %, gewährleistet einen sicheren

Betrieb der Anlage ohne Pumpen (,Surge”). Gleichzeitig sollte dieser Wert möglichst dicht am maximalen Volumenstrom der Fördervorrichtung liegen, um die Energie zum Antrieb der Fördervorrichtung möglichst effizient nutzen zu können (welche vorteilhafterweise ebenfalls mit Hilfe von regenerativer Energie gewonnen wird). Insbesondere sollte der saugseitige Volumenstrom aus Gründen der Anlagensicherheit einen Wert von 105 % nicht überschreiten. Auf diese Weise lässt sich ein stabiler und ressourcenschonender

Betrieb besonders einfach realisieren.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Ammoniaksyntheseanlage ist insbesondere vorgesehen, dass die

Fördervorrichtung ein Zentrifugalkompressor ist, die Drehzahl des

Zentrifugalkompressors auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird und das Gasgemisch an der Saugseite der Fördervorrichtung einen Volumenstrom aufweist, der einen minimalen Wert von 50 % des maximalen Volumenstroms der Fördervorrichtung nicht unterschreitet, bevorzugt einen Volumenstrom von mindestens 70 % und höchstens 105 % des maximalen Volumenstroms der Fördervorrichtung aufweist. Auf diese Weise lässt sich das Verfahren apparativ besonders energieeffizient realisieren.

222235P00LU 29

LU103196

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Ammoniaksyntheseanlage ist insbesondere vorgesehen, dass unter

Anlagenvolllast das Gasgemisch an der Druckseite der Fördervorrichtung eine

Temperatur von mindestens 15°C und höchstens 60 °C aufweist und/oder unter

Anlagenteillast eine Temperatur von mindestens 15 °C und maximal 180 °C aufweist, insbesondere bei einer Anlagenteillast nahe 0% (also von maximal 10% der

Anlagenvolllast) von mindestens 150 °C und maximal 180 °C. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Verhältnis von zweitem Teilstrom zu zweitem Reststrom derart geregelt wird, dass das Gasgemisch an der Druckseite der Fördervorrichtung eine

Temperatur von mindestens 30°C und maximal 170°C aufweist. Mit einer entsprechenden druckseitigen Maximaltemperatur wird bei einem „heißen

Bereitschaftsbetrieb“ — unter Berücksichtigung einer Sicherheitsreserve — zum einen ein sicherer Anlagenbetrieb, gleichzeitig aber auch ein möglichst ressourcenschonender

Betrieb gewährleistet, bei dem das Kreislaufgas um nur Weniges über etwaige nachgelagerte Heizvorrichtungen erwärmt werden muss. Mit der Mindesttemperatur wird sichergestellt, dass auch bei niedrigen Anlagenteillasten eine Ammoniakkondensation innerhalb der Fördervorrichtung (und damit ein vorzeitiger Verschleiß oder eine etwaige anderweitige nutzungsbedingte Beschädigung der Fördervorrichtung) vermindert oder sogar vermieden wird.

So lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren etwa realisieren, indem von der

Regelungsvorrichtung der Durchfluss durch die erste Umgehungsleitung so weit freigegeben wird, dass der erste Reststrom als Kreislaufstrom durch den übrigen

Synthesekreislauf und somit durch den Konverter mindestens einem Minimalstrom entspricht, der zur Aufrechterhaltung von Druck, Temperatur und

Gasstromzusammensetzung des beabsichtigten Betriebs (eines Produktionsbetriebs unter Volllast, einem eingeschränkten Produktionsbetrieb unter Teillast oder einem reinen „heißen“ Bereitschaftsbetrieb) erforderlich ist. Dabei lassen sich für jede Teillast die Teilströme, die als erster Teilstrom durch die erste Umgehungsleitung und gegebenenfalls als zweiter Teilstrom durch die zweite Umgehungsleitung hindurchgeleitet werden, wie auch der zweite Reststrom so einstellen, dass einerseits der

Volumenstrom an der Saugseite der Fördervorrichtung insgesamt nah am minimalen

Wert liegt (wodurch die Antriebsenergie minimiert wird), andererseits aber auch, dass die

Austrittstemperatur bei einem „heißen Bereitschaftsbetrieb“ an der Druckseite der

222235P00LU 30

LU103196

Fördervorrichtung nahe an einer maximalen Temperatur von 170 °C liegt (welche nicht überschritten werden soll). Auf diese Weise lässt sich der Stromverbrauch bei einem etwaigen Aufheizen des Kreislaufgases stromabwärts von der Fördervorrichtung minimieren, mit welchem eine etwaige Wärmeabfuhr aus dem Synthesekreislauf kompensiert werden soll.

Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1 und 8 nachgeordneten

Patentansprüche, als auch auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter

Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen, mit Hilfe welcher die

Erfindung nachfolgend näher erläutert wird. Es zeigen jeweils schematisch Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teiles einer herkömmlichen Anlage zur Herstellung von „grünem Ammoniak“ mit einer kühlbaren Umgehungsleitung zum absperrbaren

Rückführen eines Teilstroms des Gasgemischs von der Druckseite der Fördervorrichtung zu der Saugseite der Fördervorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Teiles einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Ammoniak,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Teiles einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Ammoniak und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Teiles einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Ammoniak.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teiles einer herkömmlichen Anlage 1 zur Herstellung von Ammoniak mit einer kühlbaren Umgehungsleitung 6 zum absperrbaren Rückführen eines Teilstroms 8a des Gasgemischs von der Druckseite 5b der Fördervorrichtung 5 zu der Saugseite 5a der Fördervorrichtung 5.

Die Ammoniaksyntheseanlage 1 weist einen Synthesekreislauf auf, in welchen

Wasserstoff und Stickstoff als Edukte eingespeist werden. Die Richtung, in welcher das

Gasgemisch mit Hilfe einer Fördervorrichtung 5 im Synthesekreislauf im Kreislauf geführt wird, ist durch einen Pfeil als Synthesekreislaufförderrichtung d dargestellt. Der eigentliche Synthesekreislauf führt im vorliegenden Fall durch den Konverter 3, die

Ammoniakentnahmevorrichtung 4 und die Fördervorrichtung 5 (sowie durch die

222235P00LU 31

LU103196 dazwischen angeordneten Rohrleitungen nebst weiteren funktionalen Elementen, wie beispielsweise Kühlern oder Wärmetauschern, welche in Fig. 1 nicht dargestellt sind).

Demzufolge befindet sich also im Synthesekreislauf der Konverter 3, in welchem

Wasserstoff und Stickstoff an einem Katalysator in einer Gleichgewichtsreaktion zu

Ammoniak reagieren. Da die Reaktion im Reaktor unter Gleichgewichtsbedingungen stattfindet, wird dem Gasgemisch, das im Synthesekreislauf zirkuliert, im

Produktionsbetrieb durch eine Ammoniakentnahmevorrichtung 4 Ammoniak als mehr oder weniger reiner Produktstrom entzogen (Pfeil „NHs“ in Fig. 1) und durch eine entsprechende Menge an Frischgas ersetzt, welches Stickstoff und Wasserstoff enthält.

Wasserstoff wird dem Synthesekreislauf durch die Wasserstoffvorrichtung 2 zugeführt, welche mit der Ausgangsseite der Ammoniakentnahmevorrichtung 4 stoffführend verbunden ist (sodass also der Wasserstoff an dieser Stelle in den Synthesekreislauf eingebracht wird). Die Fördervorrichtung 5 (in der Regel ein Turbokompressor) weist dabei eine Saugseite 5a und eine Druckseite 5b auf. Über die Saugseite 5a wird der innerhalb des Synthesekreislaufs im Kreis zu führende Gasstrom in die Fördervorrichtung angesaugt, über die Druckseite 5b wird der der innerhalb des Synthesekreislaufs im

Kreis zu führende Gasstrom aus der Fördervorrichtung 5 ausgestoßen, wodurch der

Gasstrom insgesamt in Synthesekreislaufförderrichtung d gefördert wird.

Der bereits bekannte Synthesekreislauf weist dabei zwei Umgehungsleitungen auf: Mit einer Umgehungsleitung 16 wird die Ammoniakentnahmevorrichtung 4 überbrückt, die andere Umgehungsleitung 6 führt von der Druckseite 5b des Kompressors 5 zu der

Saugseite 5a des Kompressors 5.

Die zusätzliche Umgehungsleitung 16 zum Umgehen der

Ammoniakentnahmevorrichtung 4 weist ein Absperrelement 14 und eine

Abkühlvorrichtung 15 auf und dient dazu, bei einem Teillastbetrieb einen Teil des

Kreislaufgasstroms an der Ammoniakentnahmevorrichtung 4 vorbeizuführen. Wird für einen Teillastbetrieb das Absperrelement 14 ganz oder teilweise geöffnet, so umgeht ein

Teil des Kreislaufgasstroms die Ammoniakentnahmevorrichtung 4, weshalb dem

Kreislaufgas weniger Ammoniak entnommen wird. Im dynamischen Gleichgewicht eines solchen Teillastbetriebs wird im Konverter 3 demzufolge weniger Ammoniak synthetisiert, weshalb der Bedarf an Eduktgasen geringer ist. Daher kann diese zusätzliche

222235P00LU 32

LU103196

Umgehungsleitung 16 dazu dienen, einen Teillastbetrieb zu stabilisieren. Der Teilstrom, der durch die zusätzliche Umgehungsleitung 16 an der meist zumindest teilweise kryogen betriebenen Ammoniakentnahmevorrichtung 4 vorbeigeführt wird, wird mit Hilfe der

Abkühlvorrichtung 15 abgekühlt, sodass der in die Fördervorrichtung 5 eingeleitete

Gasstrom eine hinreichend niedrige Temperatur aufweist.

Die Umgehungsleitung 6 von der Druckseite 5b der Fördervorrichtung 5 zur Saugseite 5a der Fördervorrichtung 5 dient ebenfalls dazu, einen Teillastbetrieb zu stabilisieren. Dazu umgeht zumindest ein Teil des Kreislaufgasstroms den Konverter 3 und die

Ammoniakentnahmevorrichtung 4 und wird vom Ausgang der Fördervorrichtung 5 wieder zum Eingang der Fordervorrichtung 5 direkt zurückgeführt; auch diese

Umgehungsleitung 6 weist ein Absperrelement 7 und eine Abkühlvorrichtung 9 auf. Um einen Teil des Kreislaufgasstroms durch diese Umgehungsleitung 6 zurückzuführen wird das Absperrelement 7 zumindest teilweise geöffnet, wodurch ein Teil des Gasstroms durch diese Umgehungsleitung 6 fließen kann. Dabei wird der Gasstrom auf der

Druckseite 5b der Fördervorrichtung 5 in einen Teilstrom 8a und einen Reststrom 8b aufgeteilt. Der Reststrom 8b wird den Konverter 3 zugeleitet und gelangt danach — zumindest anteilig — in die Ammoniakentnahmevorrichtung 4 während der Teilstrom 8a direkt zur Saugseite 5a des Kompressors 5 geleitet wird. Um zu verhindern, dass der

Gasstrom, welcher in wiederholten Durchläufen durch die Férdervorrichtung 5 mehrfach hintereinander komprimiert wird, zu einer Erhöhung der Temperatur des Gasstroms in der Fôrdervorrichtung 5 führt, wird dieser erste Teilstrom 8a durch die Abkühlvorrichtung 9 geleitet.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung eines Teiles einer erfindungsgemaBen Anlage zur Herstellung von Ammoniak. Die erste Ausgestaltung unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Anlage vor allem dadurch, dass die in Fig. 2 dargestellte Ammoniaksyntheseanlage 1 als Teil der ersten

Umgehungsleitung 6 eine zweite Umgehungsleitung 10 aufweist, welche die

Abkühlvorrichtung 9 überbrückt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die in Fig. 2 dargestellte Ammoniaksyntheseanlage in der zusätzlichen Umgehungsleitung 16 für die Ammoniakentnahmevorrichtung 4 keine Abkühlvorrichtung aufweist. Von diesen

Unterschieden abgesehen sind die Elemente der in Fig. 2 dargestellten ersten

222235P00LU 33

LU103196

Ausgestaltung im Wesentlichen identisch zu der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen

Anlage (identische Bezugszeichen beschreiben jeweils entsprechende Komponenten).

Auch die Ammoniaksyntheseanlage 1 gemäß der ersten Ausgestaltung weist einen

Synthesekreislauf mit einem Konverter 3, einer Ammoniakentnahmevorrichtung 4 und einer Fördervorrichtung 5 sowie Rohrleitungen auf. Darüber hinaus kann der

Synthesekreislauf weitere funktionale Elemente enthalten wie beispielsweise

Rohrabzweigungen, Ventile, Messvorrichtungen zur Überwachung von

Verfahrensparametern, Heizvorrichtungen (insbesondere elektrische Heizvorrichtungen)

Gas-Gas-Wärmetauscher (insbesondere um einen Teil der Wärmeenergie des

Gasgemischs aus dem Konverter 3 zum Vorwärmen des Gasgemischs zu verwenden, welches dem Konverter 3 zugeleitet wird) sowie Abhitzedampferzeuger oder

Dampfüberhitzer (um die bei der Reaktion entstehende Wärmeenergie abzuführen und anderweitig zu nutzen; diese sind in Fig. 2 nicht dargestellt.

In den Synthesekreislauf werden Wasserstoff und Stickstoff als Edukte im Verhältnis zu der Menge an Ammoniak eingespeist, die dem Synthesekreislauf über die

Ammoniakentnahmevorrichtung 4 entnommen wird. Das Edukt Wasserstoff wird durch eine Wasserstoffvorrichtung 2 in den Synthesekreislauf eingebracht. Im vorliegenden Fall ist die Wasserstoffvorrichtung 2 ein Elektrolyseur zur Wasserelektrolyse, der mit elektrischer Energie (Strom) betrieben wird, welcher aus regenerativer Energie erzeugt (umgewandelt) wird, im vorliegenden Fall in einer Photovoltaikanlage. Stattdessen können aber auch andere Wasserstoffvorrichtungen 2 zum Einsatz kommen, beispielsweise Anlagen zur Elektrolyse von anderen Rohstoffen als Wasser, zur

Pyrolyse, zur Gewinnung aus Biomasse und dergleichen. Wasserstoffvorrichtungen 2 können allerdings auch Vorrichtungen zum Zuführen von Wasserstoff sein, der nicht unmittelbar bei der Ammoniaksyntheseanlage 1 erzeugt wird, beispielsweise

Wasserstoffpipelines, über welche die Ammoniaksyntheseanlage 1 an ein

Wasserstoffversorgungsnetzwerk angeschlossen ist, Synthesegaspipelines,

Wasserstofftanks und dergleichen. Bevorzugt werden als Wasserstoffvorrichtungen 2 solche eingesetzt, in denen der Wasserstoff unter Einsatz von regenerativen Energien gewonnen wird, insbesondere mittels Windenergieanlagen, Sonnenenergieanlagen,

Anlagen zur Nutzung von Wasserkraft und/oder Gezeitenkraft, Bioenergieanlagen,

Geothermieanlagen oder auch Kombinationen solcher Anlagen im Rahmen eines

222235P00LU 34

LU103196

Anlagenverbunds, durch welchen sich die Verfügbarkeit elektrischer Energie erhöhen lässt. Grundsätzlich lassen sich aber auch herkömmliche Systeme zur

Wasserstoffgewinnung einsetzen (etwa Reaktoren zur Kohlevergasung, zum

Dampfreformieren, zum autothermen Reformieren, zur partiellen Oxidation und dergleichen), allerdings lässt sich mit diesen kein „grüner Wasserstoff“ erzeugen (und somit auch kein „grüner Ammoniak“), sondern lediglich „grauer Wasserstoff“. Die

Einspeisung von Wasserstoff in den Synthesekreislauf erfolgt üblicherweise in den Teil des Synthesekreislaufs, welcher in Synthesekreislaufförderrichtung d stromabwärts der

Ammoniakentnahmevorrichtung 4 und stromaufwärts des Eingangs des Konverters 3 angeordnet ist, im vorliegenden Beispiel an der Ausgangsseite des Kreislaufgasstroms aus der Ammoniakentnahmevorrichtung 4.

Das Edukt Stickstoff wird in den Synthesekreislauf über eine entsprechende

Stickstoffvorrichtung eingebracht (nicht dargestellt), in welcher Stickstoff typischerweise aus der Luft erhalten wird, etwa in einer chemischen oder kryogenen Aufbereitung von

Luft (beispielsweise mittels fraktionierter kryogener Auftrennung im Rahmen einer

Tieftemperaturluftzerlegung) oder durch selektive Adsorption (beispielsweise im Rahmen einer Druckwechsel-Adsorption). Die Einspeisung von Stickstoff in den Synthesekreislauf kann von der Einspeisung des Wasserstoffs getrennt oder aber über eine gemeinsame

Rohrleitung erfolgen.

Das im Synthesekreislauf zirkulierende Gasgemisch, welches neben den Eduktgasen

Wasserstoff und Stickstoff auch das Produktgas Ammoniak sowie gegebenenfalls weitere (gasförmige) Bestandteile enthält (beispielsweise Argon, etwa aus der Luft,

Methan, etwa aus einer Methanisierung, oder andere Verbindungen in Kleinstmengen, beispielsweise als Verunreinigungen), wird von der Fördervorrichtung 5 kreisartig zirkulierend im Synthesekreislauf gefördert und dann — gegebenenfalls über

Abkühlstrecken oder Erwärmungsstrecken — dem Konverter 3 zugeführt. Im Konverter 3 reagieren Wasserstoff und Stickstoff an einem Katalysator in einer

Gleichgewichtsreaktion zu Ammoniak. Im vorliegenden Fall ist der Konverter 3 ein dreistufiger Haber-Bosch-Reaktor, also ein Reaktor, der drei Stufen aufweist, wobei der

Gasstrom in jeder Katalysatorstufe ein Katalysatorbett mit einem Katalysator auf

Eisenbasis sowie einen Wärmetauscher durchströmt. Grundsätzlich kann der Konverter 3 ein beliebig ausgestalteter einstufiger oder mehrstufiger Reaktor sein, in welchem der

222235P00LU 35

LU103196 entsprechende Katalysator angeordnet ist (nicht dargestellt). Als Konverter 3 können auch mehrere, miteinander mehrstufig in Reihe oder parallel verschaltete, einzelne

Reaktoren dienen. Der Konverter 3 kann ein Reaktor für jedes zur Herstellung von

Ammoniak aus gasförmigen Edukten geeignete Verfahren sein, insbesondere ein

Reaktor für das Haber-Bosch-Verfahren (etwa unter Verwendung von

Katalysatorsystemen auf Eisenbasis, auf Rutheniumbasis, auf Osmiumbasis oder dergleichen, gegebenenfalls mit Promotoren, Trägern und entsprechenden anderen

Hilfsstoffen), aber auch ein Reaktor für eine elektrochemische Synthese oder für andere

Verfahren.

Da die Reaktion im Konverter 3 unter Gleichgewichtsbedingungen stattfindet, wird im

Produktionsbetrieb aus dem Synthesekreislauf Ammoniak mittels einer

Ammoniakentnahmevorrichtung 4 abgezweigt (Pfeil „NHs“ in Fig. 2) und einer weiteren

Aufarbeitung, Speicherung oder Nutzung zugeleitet. Im vorliegenden Fall ermöglicht die

Ammoniakentnahmevorrichtung 4 eine kryogene Ammoniakabtrennung, in welcher das

Kreislaufgas so stark abgekühlt wird, dass Ammoniak auskondensiert und in flüssiger

Form aus dem Gasstrom abgetrennt werden kann, jedoch sind grundsätzlich auch andere Möglichkeiten der Ammoniakabtrennung möglich, beispielsweise mittels

Druckwechsel-Adsorption und dergleichen. In der in Fig. 2 dargestellten Anlage ist die

Ammoniakentnahmevorrichtung 4 stromabwarts vom Konverter 3 und stromaufwarts von der Fördervorrichtung 5 angeordnet, jedoch sind grundsätzlich auch andere

Anordnungen möglich.

Zur Überbrückung der Ammoniakentnahmevorrichtung 4 ist auch in der ersten

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine zusätzliche Umgehungsleitung 16 vorgesehen, die ein Absperrelement 14 aufweist; diese dient dazu, bei einem

Teillastbetrieb einen Teil des Kreislaufgasstroms an der Ammoniakentnahmevorrichtung 4 vorbeizuführen. Wird für einen Teillastbetrieb das Absperrelement 14 ganz oder teilweise geöffnet, so umgeht zumindest ein Teil des Kreislaufgasstroms die

Ammoniakentnahmevorrichtung 4, weshalb dem Kreislaufgas weniger Ammoniak entnommen wird. Im dynamischen Gleichgewicht eines solchen Teillastbetriebs wird im

Konverter 3 demzufolge weniger Ammoniak synthetisiert, weshalb der Bedarf an

Eduktgasen geringer ist. Daher kann diese zusätzliche Umgehungsleitung 16 dazu dienen, einen Teillastbetrieb mit einer kryogenen Ammoniakentnahmevorrichtung 4 zu

222235P00LU 36

LU103196 stabilisieren (diese zusätzliche Umgehungsleitung 16 könnte auch weggelassen werden, jedoch hätte dies einen erheblich weniger stabilen Teillastbetrieb zur Folge; unter bestimmten Umständen kann ein jedoch auch eine Anlage ohne eine derartige zusätzliche Umgehungsleitung 16 Vorteile mit sich bringen). Eine zusätzliche Abkühlung des Teilstroms, der durch die zusätzliche Umgehungsleitung 16 an der

Ammoniakentnahmevorrichtung 4 vorbeigeführt wird, ist nicht erforderlich, da die

Kombination aus erster Umgehungsleitung 6, zweiter Umgehungsleitung 12,

Abkühlvorrichtung 9 und den beiden Absperrelementen 7 und 11 eine definierte

Abkühlung des Gasstroms erlaubt, sodass der in die Fördervorrichtung 5 eingeleitete

Gasstrom eine hinreichend niedrige Temperatur aufweist.

Als Fördervorrichtung 5 (Kompressor) kommt in der ersten Ausgestaltung ein

Turbozentrifugalkompressor (Turbokompressor) zum Einsatz, jedoch sind auch andere

Arten an Kompressoren grundsätzlich möglich. Die Fördervorrichtung 5 weist eine

Saugseite 5a und eine Druckseite 5b auf; über die Saugseite 5a wird der im

Synthesekreislauf zirkulierende Gasstrom in die Fördervorrichtung 5 angesaugt, über die

Druckseite 5b wird der im Synthesekreislauf zirkulierende Gasstrom aus der

Fördervorrichtung 5 ausgestoBen, wodurch der Gasstrom insgesamt in

Synthesekreislaufförderrichtung d gefördert wird. In der vorliegenden Anordnung ist die

Fördervorrichtung 5 stromabwärts von der Ammoniakentnahmevorrichtung 4 und stromaufwärts von dem Konverter 3 positioniert.

Die Ammoniaksyntheseanlage 1 weist eine erste Umgehungsleitung 6 auf, welche von der Druckseite 5b des Kompressors 5 zur Saugseite 5a des Kompressors 5 führt. Teil der ersten Umgehungsleitung 6 ist ein Absperrelement 7 sowie eine Abkühlvorrichtung 9. Im vorliegenden Fall ist das Absperrelement 7 ein Dosierventil, welches in eine vollständig geschlossene Stellung, eine vollständig geöffnete Stellung oder eine teilweise geöffnete

Stellung gebracht werden kann. Ist das Absperrelement 7 (vollständig oder teilweise) geöffnet, wird der Kreislaufgasstrom, welcher an der Druckseite 5b die Fördervorrichtung verlässt, in zwei Teilströme aufgeteilt, den ersten Teilstrom 8a und den ersten

Reststrom 8b. Der erste Reststrom 8b wird dem Konverter 3 zugeleitet während der erste

Teilstrom 8a durch die erste Umgehungsleitung 6 geführt wird. Infolge der Verwendung eines Turbozentrifugalkompressors lässt sich die dort im Rahmen der

Pumpgrenzregelungsanordnung bereits vorgesehene Umblaseleitung als erste

222235P00LU 37

LU103196

Umgehungsleitung 6 einsetzen, sodass das Umblaseventil der Umblaseleitung als

Absperrelement 7 und der Umblasekühler der Umblaseleitung als Abkühlvorrichtung 9 dient, sodass sich herkömmliche Fördervorrichtungen also mit einfachen Maßnahmen an die speziellen Erfordernisse anpassen lassen.

Die erste Umgehungsleitung 6 weist die zweite Umgehungsleitung 10 auf, mit welcher die Abkühlvorrichtung 9 der ersten Umgehungsleitung 6 umgangen wird. Die zweite

Umgehungsleitung 10 weist ein Absperrelement 11 auf, bei welchem es sich vorliegend ebenfalls um ein Dosierventil handelt. Auch dieses Dosierventil kann in eine vollständig geschlossene Stellung, eine teilweise geöffnete Stellung oder eine vollständig geöffnete

Stellung gebracht werden. Ist das Absperrelement 11 (vollständig oder teilweise) geöffnet, wird der erste Teilstrom 8a, welcher durch die erste Umgehungsleitung 6 geführt wird, in zwei Teilströme aufgeteilt, den zweiten Teilstrom 12a und den zweiten Reststrom 12b. Der zweite Reststrom 12b wird durch die Abkühlvorrichtung 9 hindurchgeleitet während der zweite Teilstrom 12a durch die zweite Umgehungsleitung 10 geführt wird.

Im vorliegenden Fall werden der zweite Teilstrom 12a und der zweite Reststrom 12b hinter der Abkühlvorrichtung 9 wieder zusammengeführt und über eine gemeinsame

Leitung in den Teil des Kreislaufgasstroms eingespeist, welcher durch den Konverter 3 geleitet wurde. Abweichend sind jedoch auch andere Ausgestaltungen möglich; so können beispielsweise der zweite Teilstrom 12a und der zweite Reststrom 12b getrennt dem aus dem Konverter 3 kommenden ersten Reststrom 8b oder sogar voneinander beabstandet an unterschiedlichen Stellen zugeführt werden, bevor der vereinigte

Gasstrom die Saugseite 5a der Fördervorrichtung 5 erreicht.

Mit Hilfe der zweiten Umgehungsleitung 10 ist es möglich, einen Teilstrom des ersten

Teilstroms 8a (nämlich den zweiten Teilstrom 12a) an der Abkühlvorrichtung 9 vorbei zu führen, sodass dieser zweite Teilstrom 12a nicht gekühlt wird während der zweite

Reststrom 12b gekühlt wird. Je nach der Einstellung des Absperrelements 11 lässt sich dabei das Verhältnis vom gekühlten zweiten Reststrom 12b zu ungekühltem zweiten

Teilstrom 12a festlegen — und somit die Temperatur, mit welcher der erste Teilstrom 8a mit dem ersten Reststrom 8b wieder zusammengeführt wird, nachdem letzterer den

Konverter 3 durchlaufen hat. Auf diese Weise lässt sich die Eintrittstemperatur des zirkulierenden Gasstroms genau einstellen, welcher der Fördervorrichtung 5 an deren

Saugseite 5a zugeführt wird. Durch die Wahl einer hinreichend hohen Temperatur kann

222235P00LU 38

LU103196 verhindert werden, dass bei den jeweiligen Druckverhältnissen und

Partialdruckverhältnissen im Kreislaufgasstrom Ammoniak innerhalb der

Fördervorrichtung 5 auskondensiert und diese beschädigt. Gleichzeitig kann mit Hilfe der zweiten Umgehungsleitung 10 und insbesondere der Einstellung von deren

Absperrelement 11 sichergestellt werden, dass die Temperatur des in die

Fördervorrichtung 5 eintretenden Gasstroms einerseits möglichst hoch ist (so das ein erneutes Erwärmen des Gasstroms vor Eintritt in den Konverter 3 minimiert wird), gleichzeitig aber die für die jeweilige Fördervorrichtung 5 spezifizierte maximale

Austrittstemperatur nicht überschritten wird (bei Turbozentrifugalkompressoren ist typischerweise eine maximale Austrittstemperatur von etwa 200 °C spezifiziert), sodass sich herkömmliche Kompressoren als Fördervorrichtung 5 verwenden lassen.

Demzufolge ermöglicht die Verwendung einer zweiten Umgehungsleitung 10 innerhalb der ersten Umgehungsleitung 6 zum Umgehen der Abkühlvorrichtung 9 eine exakte

Steuerung der Temperatur des in den die Fördervorrichtung 5 eintretenden Gasstroms selbst bei einem Teillastbetrieb, welche bislang nur mit komplizierten und energieintensiven Maßnahmen möglich war.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung eines Teiles einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Ammoniak. Die zweite Ausgestaltung unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten ersten Ausgestaltung dahingehend, dass die in Fig. 3 dargestellte Ammoniaksyntheseanlage 1 eine Regelungsvorrichtung 13 sowie mit dieser verbundene Messvorrichtungen m aufweist (automatisch oder nicht automatisch, während bei der zweiten Ausgestaltung keine automatische Regelung über eine Regelungsvorrichtung vorgesehen ist). Die Regelungsvorrichtung 13 ist über eine gemeinsame Signalleitung oder über verschiedene Signalleitungen mit den

Messvorrichtungen m verbunden (im vorliegenden Fall sind exemplarisch zwei

Messvorrichtungen m dargestellt, wobei diese grundsätzlich an unterschiedlichen Stellen angeordnet sein können oder auch an derselben Stelle — etwa in Form eines

Mehrfachsensors —, es kann aber auch nur eine Messvorrichtung m oder es können auch mehr als zwei Messvorrichtungen m vorgesehen sein). Die Regelungsvorrichtung 13 erfasst die Signale von den Messvorrichtungen m, wertet diese aus und betätigt die

Absperrelemente 7 und 11 entsprechend, um sicherzustellen, dass der Volumenstrom des Kreislaufgases durch die Fördervorrichtung 5 hinreichend hoch ist, gleichzeitig aber

222235P00LU 39

LU103196 die Eingangstemperatur des Kreislaufgasstroms auf der Saugseite 5a der

Fördervorrichtung 5 in einem geeigneten Temperaturintervall liegt. Die

Eingangstemperatur des Kreislaufgasstroms soll also hinreichend hoch sein, um ein

Kondensieren von Ammoniak vor oder innerhalb der Fördervorrichtung 5 zu vermeiden.

Andererseits soll die Eingangstemperatur des Kreislaufgasstroms hinreichend niedrig sein, um einen Betrieb der Fördervorrichtung 5 innerhalb des für die Fördervorrichtung 5 als noch zulässig spezifizierten Temperaturbereichs sicherzustellen. Für den heißen

Bereitschaftsbetrieb ist es darüber hinaus besonders vorteilhaft, die Temperatur an der

Saugseite 5a der Fördervorrichtung 5 so hoch wie möglich zu halten (möglichst bei etwa 170 °C), damit das Gasgemisch vor dem Einleiten in den Konverter 3 möglichst wenig wiedererhitzt werden muss. Dies ist durch Einsatz der erfindungsgemäßen Verschaltung der Anlagenkomponenten und deren Betrieb möglich.

In die Regelungsentscheidung der Regelungsvorrichtung 13 können auch weitere

Aspekte einfließen, beispielsweise die Zusammensetzung des Kreislaufgases.

Demzufolge sind die Messvorrichtungen m jeweils zum Erfassen mindestens einer

Messgröße des Gasgemischs eingerichtet, wobei typischerweise die Temperatur des

Gasgemischs erfasst wird, gegebenenfalls auch dessen Druck, Zusammensetzung oder

Volumenstrom. Gegebenenfalls können stattdessen oder zusätzlich auch der

Partialdruck/die Konzentration einzelner Komponenten des Gasgemischs und dergleichen erfasst und ausgewertet werden. Auf der Grundlage der von den

Messvorrichtungen m erfassten Messgrößen veranlasst die Regelungsvorrichtung 13 das

Absperrelement 7 der ersten Umgehungsleitung 6 und/oder das Absperrelement 11 der zweiten Umgehungsleitung 10 zum vollständigen oder teilweisen Öffnen oder Sperren (und gegebenenfalls auch des Absperrelements 14). Die Regelungsentscheidung, welche von der Regelungsvorrichtung 13 getroffen wird, beruht auf vorher festgelegten

Regeln, in welchen der an der jeweiligen Messvorrichtung m ermittelte Messwert berücksichtigt wird; die Regeln können beispielsweise Maßnahmen vorsehen, welche bei

Überschreiten oder Unterschreiten bestimmter festgelegter Grenzwerte durch einen einzelnen Messwert oder durch mehrere Messwerte einzuleiten sind, aber auch

Maßnahmen, welche sich aus einem Vergleich eines Messwert mit anderen Messwerten ergeben, beispielsweise aus dem Vergleich von Messwerten, die an unterschiedlichen

Messvorrichtungen m erfasst werden oder aber dem zeitlichen Verlauf eines an einer

Messvorrichtung m erfassten Messwerts (etwa einem Trend oder einer Streuung), jedoch

222235P00LU 40

LU103196 sind auch andere Regeln möglich. Mit Hilfe der Messwerterfassung lassen sich auch historische Tabellen erstellen, auf deren Grundlage sich pradiktiv

Regelungsentscheidungen treffen lassen, um frühzeitig unerwünschte Betriebszustände vermeiden zu können. Grundsätzlich kann die Regelungsvorrichtung 13 auch externe

Messwerte einbeziehen; im Falle einer elektrolytischen Wasserstofferzeugung unter

Verwendung von elektrischer Energie, welche aus regenerativer Energie erzeugt wurde, können dies beispielsweise aktuelle Daten von Sonneneinstrahlung oder Wind oder auch entsprechende Vorhersagedaten wie etwa Daten zu Sonnenaufgang und

Sonnenuntergang oder Windvorhersagedaten sein, mit Hilfe derer sich für eine

Energieerzeugung in Windkraftanlagen oder Photovoltaikanlagen die zu einem späteren

Zeitpunkt zur Verfügung stehende Wasserstoffmenge frühzeitig vorhersagen lässt.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausgestaltung eines Teiles einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Ammoniak. Die dritte Ausgestaltung unterscheidet sich von der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausgestaltung dahingehend, dass die in Fig. 4 dargestellte Ammoniaksyntheseanlage 1 die zusätzliche

Umgehungsleitung 16 zur Überbrückung der Ammoniakentnahmevorrichtung 4 wie in der in Fig. 1 dargestellten konventionellen Anlage zusätzlich eine Abkühlvorrichtung 15 aufweist, mit welcher der bei einem Teillastbetrieb an der

Ammoniakentnahmevorrichtung 4 vorbeigeführte Teil des Kreislaufgasstroms zusätzlich abgekühlt werden kann. Zwar besteht einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung grade darin, dass auf eine derartige Abkühlvorrichtung 15 in der zusätzlichen

Umgehungsleitung 16 gänzlich verzichtet werden kann, da eine exakte Regelung der

Temperatur des in die Fördervorrichtung 5 eintretenden Gasstroms bereits mit Hilfe der ersten Umgehungsleitung 6 und der zweiten Umgehungsleitung 10 möglich ist, weshalb die zusätzliche Abkühlvorrichtung 15 nicht erforderlich ist. Allerdings lässt sich die

Syntheseanlage 1 mit einer ersten Umgehungsleitung 6 sowie einer zweiten

Umgehungsleitung 10 zum Umgehen der Abkühlvorrichtung 9 in der ersten

Umgehungsleitung 6 auch dann betreiben, wenn in der zusätzlichen Umgehungsleitung 16 zur Umgehung der Ammoniakentnahmevorrichtung 4 die Abkühlvorrichtung 15 bereits existiert, weshalb es möglich ist, die erfindungsgemäße Lösung in einer bereits bestehenden konventionellen Anlage nachzurüsten und in diese zu integrieren.

222235P00LU 41

LU103196

Bezugszeichenliste 1 Ammoniaksyntheseanlage 2 Wasserstoffvorrichtung 3 Konverter 4 Ammoniakentnahmevorrichtung

Fördervorrichtung 5a Saugseite 5b Druckseite 6 erste Umgehungsleitung 7 Absperrelement 8a erster Teilstrom 8b erster Reststrom 9 Abkuhlvorrichtung zweite Umgehungsleitung 11 Absperrelement 12a zweiter Teilstrom 12b zweiter Reststrom 13 Regelungsvorrichtung 14 Absperrelement

Abkuhlvorrichtung 16 zusatzliche Umgehungsleitung d Synthesekreislauffôrderrichtung m Messvorrichtung

Claims (14)

222235P00LU ' Ansprüche LU103196

1. Ammoniaksyntheseanlage (1) mit einer Wasserstoffvorrichtung (2), welche eingerichtet ist, Wasserstoff bereitzustellen, und einem Synthesekreislauf, wobei der Synthesekreislauf aufweist: - eine Fördervorrichtung (5), die eingerichtet ist zum zyklischen Fördern eines Gasgemisches enthaltend Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak in eine Synthesekreislaufförderrichtung (d), wobei die Fördervorrichtung (5) eine Saugseite (5a) und eine Druckseite (5b) aufweist, - einen Konverter (3), der eingerichtet ist zum katalytischen Umsetzen von Stickstoff und Wasserstoff zumindest teilweise zu Ammoniak, wobei der Konverter (3) einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Einlass des Konverters (3) mit der Druckseite (5a) der Fordervorrichtung (5) stromungstechnisch verbunden ist und der Auslass des Konverters (3) mit der Saugseite (5a) der Fôrdervorrichtung (5) strômungstechnisch verbunden ist, - eine erste Umgehungsleitung (6), welche von der Saugseite (5a) der Fôrdervorrichtung (5) zu der Druckseite (5a) der Fôrdervorrichtung (5) strômungstechnisch gegenlaufig parallel zur Fôrdervorrichtung (5) angeordnet ist und welche zum absperrbaren Rückführen eines ersten Teilstroms (8a) des Gasgemischs von der Druckseite (5a) der Fôrdervorrichtung (5) zu der Saugseite (5a) der Fôrdervorrichtung (5) eingerichtet ist, wobei die erste Umgehungsleitung (6) eine Abkühlvorrichtung (9) aufweist, die zum Kühlen des ersten Teilstroms (8a) des Gasgemischs eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umgehungsleitung (6) weiterhin eine zweite Umgehungsleitung (10) aufweist, welche strômungstechnisch gleichlaufig parallel zur Abkühlvorrichtung (9) angeordnet ist und welche zum absperrbaren Hindurchleiten eines zweiten Teilstroms (12a) des ersten Teilstroms (8a) zum Umgehen der Abkühlvorrichtung (9) eingerichtet ist.

2. Ammoniaksyntheseanlage (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Umgehungsleitung (6) so angeordnet ist, dass sie einen Bereich des Synthesekreislaufs, der in Synthesekreislaufférderrichtung (d) stromabwärts der mindestens einen Fôrdervorrichtung (5) und stromaufwarts

222235P00LU ° des mindestens einen Konverters (3) angeordnet ist, mit einem Bereich des LU103196 Synthesekreislaufs strömungstechnisch verbindet, der in Synthesekreislaufförderrichtung (d) stromaufwärts der mindestens einen Fördervorrichtung (5) und stromabwärts des mindestens einen Konverters (3) angeordnet ist, und wobei die erste Umgehungsleitung (6) eingerichtet ist, das Gasgemisch in den ersten Teilstrom (8a) und einen ersten Reststrom (8b) aufzuteilen, wenn die erste Umgehungsleitung (6) nicht vollständig abgesperrt ist, und, während der erste Reststrom (8b) dem Konverter (3) zugeführt wird, den ersten Teilstrom (8a) unter Umgehen des Konverters (3) von der Druckseite (5a) der Fördervorrichtung (5) durch die erste Umgehungsleitung (6) zur Saugseite (5a) der Fördervorrichtung (5) zu leiten, wobei die zweite Umgehungsleitung (10) so angeordnet ist, dass sie einen Bereich der ersten Umgehungsleitung (6), welcher in Durchströmrichtung stromaufwärts der Abkühlvorrichtung (9) angeordnet ist, mit einem Bereich der ersten Umgehungsleitung (6) strömungstechnisch verbindet, der in Durchströmrichtung stromabwärts der Abkühlvorrichtung (9) angeordnet ist, und wobei die zweite Umgehungsleitung (10) eingerichtet ist, den ersten Teilstrom (8a) in der ersten Umgehungsleitung (6) in den zweiten Teilstrom (12a) und einen zweiten Reststrom (12b) aufzuteilen, wenn die zweite Umgehungsleitung (10) nicht vollständig abgesperrt ist, und, während der zweite Reststrom (12b) der Abkühlvorrichtung (9) zugeführt wird, den zweiten Teilstrom (12a) unter Umgehen der Abkühlvorrichtung (9) durch die zweite Umgehungsleitung (10) zu leiten.

3. Ammoniaksyntheseanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Wasserstoffvorrichtung (2) eingerichtet ist, Wasserstoff zumindest teilweise durch einen Elektrolyseur bereitzustellen, insbesondere wobei der Elektrolyseur mit aus regenerativen und zumindest teilweise schwankenden Energien gewonnener elektrischen Energie betrieben wird.

4. Ammoniaksyntheseanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fördervorrichtung (5) ein Zentrifugalkompressor ist und die erste

222235P00LU > Umgehungsleitung (6) eine geregelt absperrbare und geregelt öffenbare LU103196 Umblaseleitung einer Pumpgrenzregelungsanordung ist.

5. Ammoniaksyntheseanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Umgehungsleitung (6) ein Absperrelement (7) aufweist, das eingerichtet ist zum Beschranken und/oder Versperren des Strômungswegs durch die erste Umgehungsleitung (6).

6. Ammoniaksyntheseanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Umgehungsleitung (10) ein Absperrelement (11) aufweist, das eingerichtet ist zum Beschränken und/oder Versperren des Strömungswegs durch die zweite Umgehungsleitung (10).

7. Ammoniaksyntheseanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ammoniaksyntheseanlage (1) mindestens eine Messvorrichtung (m) und eine mit der Messvorrichtung (m) verbundene Regelungsvorrichtung (13) aufweist, wobei die Messvorrichtung (m) zum Erfassen mindestens einer Messgröße des Gasgemischs eingerichtet ist, insbesondere der Temperatur, des Drucks und/oder des Volumenstroms des Gasgemischs oder des Gehalts/der Konzentration von Komponenten des Gasgemischs, wobei die Messvorrichtung (m) im Synthesekreislauf angeordnet ist, und wobei die Regelungsvorrichtung (13) eingerichtet ist, auf der Grundlage der von der Messvorrichtung (m) erfassten Messgröße das Absperrelement (7) der ersten Umgehungsleitung (6) und/oder das Absperrelement (11) der zweiten Umgehungsleitung (10) vollstandig oder teilweise zu 6ffnen oder zu versperren.

8. Verfahren zum Betreiben einer Ammoniaksyntheseanlage, insbesondere einer Ammoniaksyntheseanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Gasgemisch aufweisend Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak in einem Synthesekreislauf durch eine Férdervorrichtung (5) mit einer Saugseite (5a) und einer Druckseite (5a) zyklisch gefördert wird, wobei Stickstoff und Wasserstoff dem Synthesekreislauf zugeführt werden und dort in einem Konverter (3) zumindest teilweise zu Ammoniak umgesetzt werden, wobei das Gasgemisch in Synthesekreislauffôrderrichtung (d) stromabwärts von der Fôrdervorrichtung (5) in einen ersten Teilstrom (8a) und gegebenenfalls

222235P00LU * einen ersten Reststrom (8b) aufgeteilt wird, von denen der erste Teilstrom (8a) LU103196 unter Umgehen des Konverters (3) von der Druckseite (5a) der Fördervorrichtung (5) zu der Saugseite (5a) der Fördervorrichtung (5) rückgeführt und dabei in einer Abkühlvorrichtung (9) zumindest teilweise abgekühlt wird und von denen der erste Reststrom (8b), sofern vorhanden, in den Konverter (3) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom (8a) in einen zweiten Teilstrom (12a) und gegebenenfalls einen zweiten Reststrom (12b) aufgeteilt wird, von denen von denen der zweite Teilstrom (12a) unter Umgehen der Abkühlvorrichtung (9) der Saugseite (5a) der Fördervorrichtung (5) zugeführt wird und von denen der zweite Reststrom (12b), sofern vorhanden, in die Abkühlvorrichtung (9) geführt, dort abgekühlt wird und von dort der Saugseite (5a) der Fördervorrichtung (5) zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Wasserstoff zumindest teilweise durch Elektrolyse bereitgestellt wird, insbesondere durch Elektrolyse mit aus regenerativen Energien gewonnener elektrischen Energie.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Gasgemisch an der Saugseite (5a) der Fördervorrichtung (5) einen Volumenstrom aufweist, der einen minimalen Wert von 50% des maximalen Volumenstroms der Fördervorrichtung (5) nicht unterschreitet, bevorzugt einen Volumenstrom von mindestens 85 % und höchstens 105 % des maximalen Volumenstroms der Fördervorrichtung (5) aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verhältnis von erstem Teilstrom (8a) zu erstem Reststrom (8b) sowie das Verhältnis von zweiten Teilstrom (12a) zu zweitem Reststrom (12b) derart geregelt wird, dass das Gasgemisch an der Saugseite (5a) der Fördervorrichtung (5) einen Volumenstrom von minimal 85 % des maximalen Volumenstroms der Fördervorrichtung (5) aufweist. 12 Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Fördervorrichtung (5) ein Zentrifugalkompressor ist, die Drehzahl des Zentrifugalkompressors auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird und das Gasgemisch an der Saugseite (5a) der Fördervorrichtung (5) einen Volumenstrom aufweist, der einen minimalen Wert von 50 % des maximalen Volumenstroms der Fördervorrichtung (5) nicht

222235P00LU ) unterschreitet, bevorzugt einen Volumenstrom von mindestens 70 % und LU103196 höchstens 105 % des maximalen Volumenstroms der Fördervorrichtung (5) aufweist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei unter Anlagenvolllast das Gasgemisch an der Druckseite (5a) der Fördervorrichtung (5) eine Temperatur von mindestens 15°C und höchstens 60°C aufweist und/oder unter Anlagenteillast eine Temperatur von mindestens 25 °C und maximal 180 °C aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verhältnis von zweitem Teilstrom (12a) zu zweitem Reststrom (12b) derart geregelt wird, dass das Gasgemisch an der Druckseite (5a) der Fördervorrichtung (5) eine Temperatur von mindestens °C und maximal 170 °C aufweist.