LU103310B1 - System und Verfahren zur Bereitstellung von Dampf in einer Harnstoffproduktionsanlage sowie Harnstoffproduktionsanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10) zur Bereitstellung von Dampf in einer Harnstoffproduktionsanlage (100), insbesondere für die Harnstoffsynthese, umfassend: - wenigstens eine erste Dampftrommel (11), die dazu angepasst ist, Dampf eines ersten Druckniveaus (D1) aufzunehmen und einem Stripper (101), insbesondere NH3- oder CO2-Stripper, für die Harnstoffsynthese zuzuführen; und - wenigstens eine zweite Dampftrommel (12), die der ersten Dampftrommel (11) in Strömungsrichtung (SR) nachgeschaltet und mit dieser zum Überführen von Dampfkondensat (DK1, DK3) verbunden ist, wobei die zweite Dampftrommel (12) dazu angepasst ist, Dampf (D2) und/oder Dampfkondensat (DK2) eines zweiten, niedrigeren Druckniveaus zu enthalten, wobei das System (10) ferner - wenigstens eine Kompressoreinheit (13) aufweist, die mit der zweiten Dampftrommel (12) verbunden und dazu angepasst ist, den Dampf (D2) des zweiten Druckniveaus durch Komprimieren auf das erste, höhere Druckniveau zu erhöhen, wobei die Kompressoreinheit (13) in Strömungsrichtung (SR) der ersten Dampftrommel (11) vorgeschaltet ist; und/oder - wenigstens eine Wärmeübertragungseinheit, insbesondere eine Wärmepumpe (15), aufweist, die der wenigstens einen zweiten Dampftrommel (12) vorgeschaltet und dazu angepasst ist, Wärme, insbesondere von wenigstens einem Kühlwasserkreislauf und/oder wenigstens einem Medienstrom, auf Dampfkondensat (DKS) aus einem Sammelbehälter (16) des Systems (10) so zu übertragen, dass Dampf (D2) des zweiten Druckniveaus zur weiteren Nutzung entsteht.

Description

4. Juni 2024 LU103310 240262P00LU

System und Verfahren zur Bereitstellung von Dampf in einer

Harnstoffproduktionsanlage sowie Harnstoffproduktionsanlage

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Bereitstellung von Dampf in einer Harnstoffproduktionsanlage sowie eine Harnstoffproduktionsanlage mit einem solchen System.

Generell besteht das Bestreben Produktionsanlagen, die fossile Brennstoffe als

Energiequelle nutzen, umweltfreundlicher zu gestalten. Dies betrifft auch die

Produktion von Harnstoff, der bekannter Weise durch einen Harnstoffsynthese- prozess hergestellt wird. Harnstoff wird dabei durch die Reaktion von Ammoniak „NH3z“ und Kohlendioxid „CO2“ synthetisiert. Ein Beispiel für die Produktion von

Harnstoff ist aus der EP 3 656 759 A1 bekannt, wobei ein Strippingverfahren genutzt wird, bei dem eine karbamathaltige Lösung eines aus einem Reaktor austretenden Harnstoffs in einem mit Dampf beheizten Stripper verarbeitet wird.

Um also eine Harnstoffproduktionsanlage betreiben zu können, muss diese mit

Dampf versorgt werden. Bei den bisher bekannten Harnstoffanlagen ist häufig ein erdgasbetriebener Dampferzeuger, bspw. in Form eines Boilers, vorgesehen, um den notwendigen Dampf für die Harnstoffanlage bzw. für die im Herstellungspro- zess benötigte Energie bei der Produktaufarbeitung zur Verfügung zu stellen.

Dieser Dampf wird üblicherweise in einer Hochdrucksynthese für einen Stripper, bspw. einen NHz- oder COz-Stripper benötigt. Die Verbrennung von Erdgas zur

Dampferzeugung hat den Nachteil, dass eine große Menge von CO» freigesetzt wird.

Ein wesentlicher Nachteil von „älteren“ bestehenden Harnstoffanlagen liegt im ungenutzten Potential möglicher Wärmerückgewinnung. Beispielsweise sind

Harnstoffanlagen mit einem Kühlsystem ausgestattet, da diese große Mengen an

Kühlleistung benötigen, typischerweise etwa 630 Kilowatt pro Tonne des herge-

240262P00LU 2 LU103310 stellten Produkts. In derartigen Bestandsanlagen wird meist ungenutzte Energie über Kühltürme an die Umwelt abgegeben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein System zur Bereitstellung von Dampf in einer Harnstoffproduktionsanlage anzugeben, bei dem die CO2-

Emissionen zumindest reduziert sind und das eine erhöhte Effizienz durch Wärme- rückgewinnung zur Dampferzeugung aufweist. Der Erfindung liegt ferner die

Aufgabe zu Grunde, eine Harnstoffproduktionsanlage mit einem solchen System sowie ein Verfahren zur Bereitstellung von Dampf in einer Harnstoffproduktions- anlage anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das System durch den

Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Harnstoffproduktionsanlage und des Verfahrens wird die vorstehend genannte Aufgabe jeweils durch den

Gegenstand des Anspruchs 12 (Harnstoffproduktionsanlage) und des Anspruchs 13 (Verfahren) gelöst.

Konkret wird die Aufgabe durch ein System zur Bereitstellung von Dampf in einer

Harnstoffproduktionsanlage, insbesondere für eine Harnstoffsynthese, gelöst, wobei das System folgendes umfasst: - wenigstens eine erste Dampftrommel, die dazu angepasst ist, Dampf eines ersten Druckniveaus aufzunehmen und einem Stripper, insbesondere NHz- oder COz-Stripper, für die Harnstoffsynthese zuzuführen; und - wenigstens eine zweite Dampftrommel, die der ersten Dampftrommel in

Strémungsrichtung nachgeschaltet und mit dieser zum Uberfiihren von

Dampfkondensat verbunden ist, wobei die zweite Dampftrommel dazu angepasst ist, Dampf und/oder Dampfkondensat eines zweiten, niedrigeren Druckniveaus zu enthalten, wobei das System ferner umfasst: - wenigstens eine Kompressoreinheit, die mit der zweiten Dampftrommel verbunden und dazu angepasst ist, den Dampf des zweiten

Druckniveaus durch Komprimieren auf das erste, höhere Druckniveau zu erhöhen, wobei die Kompressoreinheit in Strömungsrichtung der ersten

Dampftrommel vorgeschaltet ist; und/oder - wenigstens eine Wärmeübertragungseinheit, insbesondere eine

Wärmepumpe, die der wenigstens einen zweiten Dampftrommel

240262P00LU 3 LU103310 vorgeschaltet und dazu angepasst ist, Wärme, insbesondere aus wenigstens einem Kühlwasserkreislauf und/oder wenigstens einem

Medienstrom, auf Dampfkondensat aus einem Sammelbehälter des

Systems so zu übertragen, dass Dampf des zweiten Druckniveaus zur weiteren Nutzung entsteht.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Kompressoreinheit

Dampf eines niedrigen, zweiten Druckniveaus, resultierend aus dem

Harnstoffsyntheseprozess, verwendet und verdichtet, um diesen auf ein höheres, erstes Druckniveau zu bringen. Dazu ist die Kompressoreinheit mit der zweiten

Dampftrommel verbunden, die den Dampf des zweiten Druckniveaus enthält. Der verdichtete Dampf des ersten Druckniveaus wird anschließend der ersten

Dampftrommel zugeführt, die wiederum den Stripper für ein Strippingverfahren damit versorgt. Dies entspricht einem Regelbetrieb des Systems, bei dem sich vorzugsweise die Harnstoffproduktionsanlage sich in einem hochgefahrenen

Betriebszustand befindet.

In einer Startphase kann es notwendig sein, das System mit extern erzeugtem

Dampf zu versorgen, um einen Regelbetrieb zu ermöglichen. Es ist daher möglich, dass das System mit einem externen Dampferzeuger temporär verbunden ist, der nach der Startphase bzw. nach dem Hochfahren der Harnstoffproduktionsanlage abgeschaltet wird. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass das System in der Startphase Dampf von einer Ammoniakproduktionsanlage bezieht, bspw. solange bezieht, bis die Harnstoffproduktionsanlage hochgefahren ist.

Die Kompressoreinheit ist vorzugsweise dazu ausgelegt, Dampf eines ersten

Druckniveaus mit einem absoluten Druck von 12 bar a bis 20 bar a, bevorzugt einem absoluten Druck von 15 bar a bis 19 bar a zu erzeugen. Das

Kompressionsverhältnis beträgt vorzugsweise 1:4. Der Dampf des zweiten

Druckniveaus, den die Kompressoreinheit aus der zweiten Dampftrommel bezieht und zu Dampf des ersten Druckniveaus verdichtet, weist vorzugsweise einen absoluten Druck von 2,5 bar a bis 6 bar a, insbesondere 3 bar a bis 5 bar a, bevorzugt von zirka 4 bar a, auf. Der Dampf des zweiten Druckniveaus wird herkömmlicherweise als Niederdruckdampf bezeichnet.

Durch den Kompressionsvorgang erfolgt zusätzlich eine Temperaturerhöhung des

Dampfes des zweiten Druckniveaus. Nach dem Kompressionsvorgang liegt Dampf,

240262P00LU 4 LU103310 insbesondere überhitzter Dampf, des ersten, erhöhten Druckniveaus vor. Dieser

Dampf wird dann der ersten Dampftrommel zugeführt und liegt in dieser als gesättigter Dampf vor.

Bevorzugt ist die Kompressoreinheit derart angepasst, dass die Verdichtung des

Dampfes des zweiten Druckniveaus zu Dampf des ersten Druckniveaus durch mehrere Kompressorstufen erfolgt. Die Kompressoreinheit kann dazu mehrere, insbesondere wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei, besonders bevorzugt wenigstens vier, Dampfkompressoren umfassen, die bspw. in Serie geschaltet sind. Alternativ ist es möglich, dass die Dampfverdichtung einstufig erfolgt, nämlich durch einen einzigen Dampfkompressor.

Durch die Kompressionseinheit und die Nutzung von im Harnstoffsyntheseprozess entstandenen Dampf ist somit die Verwendung von einem externen

Dampferzeuger, der, wie aus dem Stand der Technik bekannt, durch Verbrennung von Erdgas betrieben wird, hinfällig. Dies hat den großen Vorteil, dass durch die

Dampferzeugung bedingte CO2-Emissionen in sehr großen Mengen eingespart sind oder sogar komplett vermieden werden. Durch die Wiederverwendung von im

Prozess entstandenen Dampf ist ferner die Effizienz des Systems erhöht.

Zusätzlich oder alternativ weist das System eine Wärmeübertragungseinheit auf, die Wärme von einem Medienstrom der Harnstoffproduktionsanlage auf

Dampfkondensat aus einem Sammelbehälter des Systems zur Bildung von Dampf des zweiten Druckniveaus überträgt. Die Wärmeübertragungseinheit ist vorzugsweise dazu angepasst, wenigstens einem Kühlwasserkreislauf Wärme zu entziehen und auf Dampfkondensat aus dem Sammelbehälter des Systems zur

Bildung des Dampfes des zweiten Druckniveaus zu übertragen. Das System kann dazu über die Wärmeübertragungseinheit, die vorzugsweise wenigstens eine

Wärmepumpe umfasst, mit wenigstens einem Kühlwasserkreislauf der

Harnstoffproduktionsanlage gekoppelt sein. Der Kühlwasserkreislauf umfasst

Kühlwasser, dass zum Kühlen in dem Harnstoffsyntheseprozess eingesetzt wird.

Das Kühlwasser dient dabei als Wärmeträger, wobei dem Kühlwasser durch die

Wärmeübertragungseinheit nach einem Kühlvorgang in der Harnstoffsynthese, bei dem das Kühlwasser erwärmt wird, Wärme entzieht und diese auf

Dampfkondensat, das bspw. eine Temperatur von zirka 99°C aufweist, aus einem

Sammelbehälter überträgt. Die Wärmeübertragungseinheit erwärmt dadurch das

Dampfkondensat derart, dass Dampf des zweiten Druckniveaus entsteht.

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Es ist möglich, dass die Wärmeübertragungseinheit mit mehreren

Kühlwasserkreisläufen, die bspw. mit unterschiedlichen Temperaturniveaus innerhalb der Harnstoffproduktionsanlage arbeiten, gekoppelt ist. Das System kann bspw. mehrere Wärmeübertragungseinheiten aufweisen, die mit mehreren 5 Kühlkreisläufen, die bspw. mit unterschiedlichen Temperaturniveaus innerhalb der

Harnstoffproduktionsanlage arbeiten, zur Wärmeübertragung auf das

Dampfkondensat aus dem Sammelbehälter gekoppelt sind.

Zusätzlich oder alternativ kann die Wärmeübertragungseinheit mit wenigstens einem Kondensatsystem, das Prozesskondensate der Harnstoffanlage führt, und/oder mit wenigstens einem Mediensystem, das Medienströme der

Hanrstoffanlage führt, gekoppelt sein, um Wärme auf das Dampfkondensat aus dem Sammelbehälter zur Bildung des Dampfes des zweiten Druckniveaus zu übertragen. Die Wärmeübertragungseinheit kann daher dazu angepasst sein,

Wärme wenigstens einem Kondensatsystem und/oder wenigstens einem

Mediensystem der Harnstoffproduktionsanlage zu entziehen und auf

Dampfkondensat aus dem Sammelbehälter des Systems zur Bildung des Dampfes des zweiten Druckniveaus zu übertragen.

Die Wärmeübertragungseinheit umfasst bevorzugt wenigstens eine Wärmepumpe.

Die Wärmepumpe kann auf der Seite des Kühlwasserkreislaufs, insbesondere und/oder des Kondensatsystems und/oder des Mediensystems, wenigstens einen

Wasserwärmetauscher umfassen, um einen Wärmeanteil dem Kühlwasser zu entziehen und einem Wärmeübertragungsmedium der Wärmepumpe zu übertragen. Die Wärmepumpe kann einen weiteren (Wasser-)Warmetauscher umfassen, der die aufgenommene Wärme auf das Dampfkondensat aus dem

Sammelbehälter derart überträgt, dass dieses zu Dampf des zweiten

Druckniveaus verdampft wird. Ferner kann die Wärmepumpe wenigstens einen

Kompressor zum Verdichten des Wärmeübertragungsmediums und wenigstens ein

Expansionsventil zur Druckentspannung des Wärmeübertragungsmediums aufweisen.

Wie vorstehend beschrieben, ist die Wärmeübertragungseinheit der zweiten

Dampftrommel vorgeschaltet, sodass der durch den Wärmeübergang erzeugte

Dampf des zweiten Druckniveaus in die zweite Dampftrommel geführt wird. Durch die Wärmeübertragungseinheit erfolgt somit eine Wärmerückgewinnung, die genutzt wird, um Niederdruckdampf für weitere Verbraucher bzw. für die

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Kompressoreinheit bereitzustellen. Dies reduziert den Energieverlust in der

Harnstoffproduktionsanlage und erhöht die Effizienz des Systems erheblich, insbesondere deswegen, weil weitere Mengen an Niederdruckdampf erzeugt werden, die in der gesamten Harnstoffproduktionsanlage nutzbar sind. Dies wirkt sich unter anderem positiv auf die CO2-Emissionen aus.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Kompressoreinheit und/oder die Wärmeübertragungseinheit mit geringem Aufwand in

Bestandsanlagen, d.h. in bereits bestehende Harnstoffproduktionsanlagen, integrierbar ist, ohne dass eine wesentliche Anpassung der Anlagen bzw. des

Syntheseprozesses notwendig ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange- geben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kompressoreinheit wenigstens einen mit einem Elektromotor betriebenen Dampfkompressor, insbesondere mehrere solche Dampfkompressoren, auf, der für den Betrieb, insbesondere ausschließlich, Strom aus regenerativen Energiequellen nutzt. Mit anderen Worten wird der Elektromotor des Dampfkompressors vorzugsweise mit Strom betrieben, der aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird. Beispielsweise wird der

Elektromotor mit Strom aus Sonnenenergie, Windenergie und/oder Energie aus

Wasserkraft, insbesondere Flusskraftwerken und/oder Pumpspeicherkraftwerken, betrieben. Zusätzlich oder alternativ kann der Elektromotor mit Strom aus

Meeresenergie, wie zum Beispiel Wellen- und/oder Gezeitenkraftwerken, betrieben werden. Durch die Nutzung von erneuerbaren Energiequellen zur

Stromerzeugung sind die CO2-Emissionen weiter reduziert.

Beispielsweise beträgt die Leistungsaufnahme bei einer

Harnstoffproduktionsanlage mit einem Produktionsvolumen von 3900 Tonnen pro

Tag zirka 18,4 Megawatt, d.h. zirka 114 Kilowatt pro Tonne erzeugtes Produkt (Harnstoff), um eine benötigte Dampfmenge von zirka 129 Tonnen pro Stunde mit einem absoluten Druck von 19 bar a bereitzustellen. Vorzugsweise ist also die

Kompressoreinheit mit ihrem elektrobetriebenen Dampfkompressor entsprechend ausgelegt, um die benötigte Dampfmenge zu erzeugen.

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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nutzt die

Wärmeübertragungseinheit, insbesondere die Wärmepumpe, für den Betrieb, insbesondere ausschließlich, Strom aus regenerativen Energiequellen.

Beispielsweise wird die Wärmeübertragungseinheit mit Strom aus wenigstens einer oder mehreren der vorstehend beschrieben erneuerbaren Energiequellen betrieben, was die CO2-Emissionen weiter senkt.

Vorzugsweise ist die erste Dampftrommel dazu angepasst, Dampfkondensat von dem Stripper zu sammeln und zur weiteren Nutzung bereitzustellen. Vorzugsweise ist die erste Dampftrommel ferner dazu angepasst, den (überhitzten) Dampf des ersten Druckniveaus vor der Zuführung zu dem Stripper zu sättigen. Das

Dampfkondensat weist ein erstes Druckniveau auf und wird zur weiteren

Verarbeitung einer nachgeschalteten Einheit, insbesondere einer dritten

Dampftrommel, bereitgestellt. Zusätzlich oder alternativ kann eine weitere

Dampftrommel vorgesehen und dazu angepasst sein, Dampfkondensat eines ersten Druckniveaus von dem Stripper zu sammeln und zur weiteren Nutzung bereitzustellen.

Das gesammelte Dampfkondensat kann durch eine Druckreduzierung, insbesondere Entspannung, in einer Teilmenge verdampft werden, um Dampf für weitere Dampfverbraucher zur Verfügung zu stellen. Die (jeweilige)

Dampftrommel ist vorzugsweise mit dem Stripper durch eine Vorlaufleitung zum

Dampfzuführen und/oder eine Rücklaufleitung für das Dampfkondensat verbunden.

Weiter vorzugsweise ist die zweite Dampftrommel dazu angepasst, Dampf des zweiten Druckniveaus und/oder Dampfkondensat aufzunehmen und das

Druckniveau des Dampfkondensats derart zu verringern, insbesondere zu entspannen, dass Dampf des zweiten Druckniveaus entsteht. Mit anderen Worten reduziert die Dampftrommel den Druck derart, dass das eine Teilmenge des aufgenommenen Dampfkondensats verdampft. Vorzugsweise entsteht dadurch

Dampf des zweiten Druckniveaus, der wiederum durch die Kompressoreinheit zur

Dampfversorgung des Strippers auf das erste Druckniveau verdichtet wird. Die zweite Dampftrommel weist vorzugsweise wenigstens einen ersten Anschluss für die Aufnahme des Dampfes des zweiten Druckniveaus und einen zweiten

Anschluss zur Aufnahme von Dampfkondensat einer vorgeschalteten Einheit, insbesondere der dritten und/oder ersten Dampftrommel, auf. Für die

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Dampferzeugung zur Versorgung des Strippers wird somit Kondensat aus dem

System selbst verwendet, ohne Dampf von einem externen Dampferzeuger zu beziehen.

Bei einer Ausführungsform können wenigstens zwei der ersten Dampftrommel und/oder wenigstens zwei der zweiten Dampftrommel vorgesehen sein. Bei der

Variante mit wenigstens zwei zweiten Dampftrommeln, kann jeder der zweiten

Dampftrommeln eine Wärmeübertragungseinheit, insbesondere der vorstehenden

Art, vorgeschaltet sein. Die beiden zweiten Dampftrommeln können auf demselben Druckniveau arbeiten. Es ist möglich, dass die beiden zweiten

Dampftrommeln identisch sind.

Besonders bevorzugt bilden zumindest die erste und zweite Dampftrommel und die Kompressoreinheit, insbesondere im Regelbetrieb, einen geschlossenen

Kreislauf. Die zweite Dampftrommel stellt Dampf des zweiten Druckniveaus, d.h.

Niederdruckdampf, zur Verfügung. Die Kompressoreinheit ist der zweiten

Dampftrommel in Strömungsrichtung nachgeschaltet und, bspw. durch eine

Dampfleitung, mit dieser zur Dampfentnahme verbunden. Des Weiteren ist die

Kompressoreinheit der ersten Dampftrommel in Strömungsrichtung vorgeschaltet und, bspw. über eine Leitung, mit dieser zur Dampfzuführung verbunden. Im

Regelbetrieb entnimmt die Kompressoreinheit Dampf des zweiten Druckniveaus aus der zweiten Dampftrommel und erhöht diesen, sodass die Kompressoreinheit

Dampf des ersten Druckniveaus der ersten Dampftrommel zuführt.

Die erste Dampftrommel versorgt den Stripper mit dem verdichteten Dampf ersten Druckniveaus und leitet das bei dem Wärmeübergang am Stripper entstehende Dampfkondensat in Richtung der zweiten Dampftrommel ab. Dies kann direkt, d.h. ohne dazwischengeschaltete dritte Dampftrommel, oder indirekt mit dazwischengeschalteter dritter Dampftrommel erfolgen. Durch eine entsprechende Entspannung des Dampfkondensats in der zweiten Dampftrommel entsteht wieder Niederdruckdampf, der wie vorstehend beschrieben wieder im

Kreislauf geführt wird. Somit sind keine externen Dampferzeuger notwendig, um den Stripper mit ausreichend verdichtetem Dampf zu versorgen.

Somit strömt von der zweiten Dampftrommel zur Kompressoreinheit und von der

Kompressoreinheit zur ersten Dampftrommel, insbesondere ausschließlich, Dampf

240262P00LU 9 LU103310 als Medium und zwischen den Dampftrommeln, insbesondere ausschließlich,

Dampfkondensat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Dampftrommel mit einem

Kondensator der Harnstoffsynthese, insbesondere einem Karbamatkondensator, derart gekoppelt oder koppelbar, dass der Kondensator zumindest einen Teil des in der zweiten Dampftrommel enthaltenen Dampfkondensats zu Dampf des zweiten Druckniveaus verdampft, der wiederum in die zweite Dampftrommel rückgeführt wird. Dadurch kann das restliche nach der Entspannung verbleibende

Dampfkondensat in der zweiten Dampftrommel dem Kondensator zugeführt und daraus Niederdruckdampf erzeugt werden. Dies erhöht die Effizienz der

Dampfbereitstellung im System. Das Verdampfen des restlichen Dampfkondensats erfolgt vorzugsweise durch exotherme Reaktionswärme des Kondensators.

Der Sammelbehälter ist vorzugsweise mit der zweiten Dampftrommel durch eine

Leitung verbunden, wobei die Wärmeübertragungseinheit zwischen der zweiten

Dampftrommel und dem Sammelbehälter angeordnet ist. Die

Wärmeübertragungseinheit ist einerseits mit dem Kühlwasserkreislauf und andererseits mit der Leitung des Dampfkondensats aus dem Sammelbehälter wärmeübertragend gekoppelt. Besonders bevorzugt die

Wärmeübertragungseinheit in der Nähe der zweiten Dampftrommel in die Leitung eingebunden, um den erzeugten Niederdruckdampf möglichst verlustfrei in die zweite Dampftrommel einzuspeisen.

Es ist von Vorteil, wenn wenigstens eine dritte Dampftrommel zwischen der ersten und der zweiten Dampftrommel angeordnet ist und mit diesen zum

Überführen bzw. Aufnehmen von Dampfkondensat verbunden ist, wobei die dritte

Dampftrommel dazu angepasst ist, Dampfkondensat von der ersten

Dampftrommel aufzunehmen und das Druckniveau des Dampfkondensats so zu verringern, insbesondere entspannen, dass Dampf eines dritten Druckniveaus entsteht. Durch die dritte Dampftrommel ist die Nutzung des Dampfkondensats aus der ersten Dampftrommel realisiert, was eine Zwischenstufe bildet. Das

Dampfkondensat von der ersten Dampftrommel wird also bis hin zur zweiten

Dampftrommel stufenweise entspannt. Dies ermöglicht die verbesserte

Ausnutzung des Dampfkondensats ersten Druckniveaus. Beispielsweise kann die dritte Dampftrommel das Dampfkondensat aus der ersten Dampftrommel so zu

240262P00LU 10 LU103310 entspannen, dass Dampf mit einem absoluten Druck von zirka 9 bar a entsteht.

Andere Druckbereiche zwischen 19 bar a und 4 bar a sind möglich.

Die zweite und/oder die dritte Dampftrommel können jeweils mit wenigstens einer Dampfverbrauchereinheit, insbesondere einem Wärmetäuscher, dampfübertragend verbunden sein, wobei die Dampfverbrauchereinheit(en) mit einem Sammelbehälter zum Ableiten von Dampfkondensat verbunden ist/sind. Die

Dampftrommeln liefern somit Dampf unterschiedlicher Druckniveaus, um entsprechende Dampfverbraucher der Harnstoffproduktionsanlage zu versorgen.

Das entstehende Dampfkondensat der Dampfverbraucher wird in dem

Sammelbehälter gesammelt und der Wärmeübertragungseinheit zur

Dampferzeugung zugeführt. Somit wird auch das Dampfkondensat der weiteren

Dampfverbraucher der Anlage genutzt, um wiederum Niederdruckdampf für die

Kompressionseinheit oder weitere Verbraucher zu erzeugen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das System wenigstens eine weitere

Kompressoreinheit auf, die mit der zweiten Dampftrommel verbunden ist und dazu angepasst ist, einen Teil der darin enthaltenen Menge des Dampfes des zweiten Druckniveaus durch Komprimieren auf ein viertes, höheres Druckniveau zu erhöhen und zur weiteren Nutzung wenigstens einem externen, insbesondere von der Harnstoffproduktionsanlage unabhängigen, Dampfverbraucher bereitzustellen. Dies ermöglicht es, den Niederdruckdampf aus der zweiten

Dampftrommel zu verdichten und weiteren Dampfverbrauchern außerhalb der

Harnstoffproduktionsanlage bereitzustellen.

Bei einer Ausführungsform kann die weitere Kompressoreinheit in

Strömungsrichtung nach der Kompressoreinheit angeordnet sein, insbesondere dieser nachgeschaltet sein, und einen abgezweigten Teilstrom des verdichteten

Dampfes auf ein weiteres Druckniveau erhöht.

Nach einem nebengeordneten Aspekt betrifft die Erfindung eine

Harnstoffproduktionsanlage mit wenigstens einem System der vorstehen beschriebenen Art, wobei die Harnstoffproduktionsanlage wenigstens einen

Stripper, insbesondere NHz- oder CO--Stripper, oder einem Rezirkulationserhitzer zur Erwärmung von rückgeführtem Karbamat, wenigstens einen Reaktor, in dem

Ammoniak (NH3) und Kohlenstoffdioxid (CO2) bei einem bestimmten

Reaktionsdruck zur Bildung einer wässrigen Harnstofflösung reagieren, und

240262P00LU 11 LU103310 wenigstens einen Kondensator zum Kondensieren einer gasförmigen Phase aufweist, wobei der Stripper, der Reaktor und der Kondensator einen

Synthesekreislauf bilden.

Der Rezirkulationserhitzer erwärmt vorzugsweise das rückgeführte Karbamat bevor es dem Reaktor oder dem Karbamatkondensator zugeführt wird. In einer

Ausführungsform können der Reaktor und der Kondensator eine Einheit bilden.

Insbesondere kann dies bei manchen, bspw. kleineren Anlagentypen der Fall sein.

Nach einem weiteren nebengeordneten Aspekt betrifft die Erfindung ein

Verfahren zur Bereitstellung von Dampf in einer Harnstoffproduktionsanlage, insbesondere für eine Harnstoffsynthese, bei dem - einem Stripper, insbesondere NHz- oder CO,-Stripper, für die

Harnstoffsynthese Dampf eines ersten, insbesondere hohen,

Druckniveaus zugeführt wird, der für eine Strippingverfahren genutzt wird; - durch die Nutzung des Dampfes des ersten Druckniveaus

Dampfkondensat eines ersten, insbesondere hohen, Druckniveaus entsteht, wobei das erste Druckniveau des Dampfkondensats derart reduziert wird, dass Dampf eines zweiten, niedrigeren Druckniveaus entsteht, wobei bei dem Verfahren ferner - der Dampf des zweiten Druckniveaus durch wenigstens eine

Kompressoreinheit zu Dampf des ersten, insbesondere höheren,

Druckniveaus verdichtet wird, der wiederum dem Stripper für das

Strippingverfahren zugeführt wird; und/oder - Wärme durch wenigstens eine Wärmeübertragungseinheit, insbesondere eine Wärmepumpe, auf Dampfkondensat aus einem Sammelbehälter der

Harnstoffproduktionsanlage so übertragen wird, dass Dampf des zweiten

Druckniveaus entsteht, der wiederum zur weiteren Nutzung, insbesondere der Kompressionseinheit und/oder weiteren

Dampfverbrauchern, zur Verfügung gestellt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahrens durch Verwendung eines Systems der vorstehend beschriebenen Art ausgeführt. Das Verfahren wird dann vorzugsweise so ausgeführt, dass

240262P00LU 12 LU103310 - wenigstens eine erste Dampftrommel Dampf eines ersten Druckniveaus aufnimmt und einem Stripper, insbesondere NH;- oder CO.-Stripper, für die Harnstoffsynthese zuführt; - wenigstens eine zweite Dampftrommel, die der ersten Dampftrommel in

Strömungsrichtung nachgeschaltet und Dampfkondensat aus der ersten und/oder einer weiteren, insbesondere dritten, Dampftrommel aufnimmt, wobei die zweite Dampftrommel Dampf und/oder

Dampfkondensat eines zweiten, niedrigeren Druckniveaus enthält, wobei bei dem Verfahren ferner - wenigstens eine Kompressoreinheit den Dampf des zweiten

Druckniveaus aus der zweiten Dampftrommel auf das erste, höhere

Druckniveau durch wenigstens einen Kompressionsschritt erhöht und diesen der ersten Dampftrommel zur Dampfversorgung des Strippers zuführt; und/oder - wenigstens eine Wärmeübertragungseinheit, insbesondere eine

Wärmepumpe, Wärme auf Dampfkondensat aus einem Sammelbehälter der Harnstoffproduktionsanlage so überträgt, dass Dampf des zweiten

Druckniveaus entsteht, der wiederum der zweiten Dampftrommel zur weiteren Nutzung zugeführt wird.

Bei einer Ausführungsform entzieht die Wärmeübertragungseinheit einem Kühl- wasserkreislauf und/oder wenigstens einem Medienstrom, insbesondere Prozess- kondensaten und/oder Prozessströmen, der Harnstoffproduktionsanlage Wärme und überträgt diese auf das Dampfkondensat aus dem Sammelbehalter zur Bil- dung von Dampf des zweiten Druckniveaus.

Zu den Vorteilen der Harnstoffproduktionsanlage und des Verfahrens wird auf die im Zusammenhang mit dem System erläuterten Vorteile verwiesen. Darüber hinaus können die Harnstoffproduktionsanlage und das Verfahren alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf das Sys- tem genannte Merkmale aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügte einzige Zeichnung näher erläutert. Die dargestellte Ausführungsform stellt ein Beispiel dar, wie das erfindungsgemäße System ausgestaltet sein kann.

In dieser zeigt Fig. 1 ein Verfahrensfließbild eines Systems 10 zur Bereitstellung

240262P00LU 13 LU103310 von Dampf in einer Harnstoffproduktionsanlage 100 nach einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche oder gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

Konkret ist in Fig. 1 ein Teil einer Harnstoffproduktionsanlage 100 mit einem erfindungsgemäßen System 10, das die Dampfwirtschaft in der Anlage 100 be- trifft. Die Harnstoffproduktionsanlage 100, im Folgenden Harnstoffanlage 100 genannt, umfasst einen Stripper 101, insbesondere NHz- oder COz--Stripper, einen nicht dargestellten Reaktor, in dem Ammoniak NHz und Kohlenstoffdioxid CO; bei einem bestimmten Reaktionsdruck zur Bildung einer wässrigen Harnstofflösung reagieren, und einen Kondensator 103, insbesondere Karbamatkondensator, zum

Kondensieren einer gasförmigen Phase, wobei der Stripper 101, der Reaktor und der Kondensator 103 einen Synthesekreislauf bilden. Der in dem Kondensator 103 vorherrschende Kondensationsdruck liegt zwischen 120 bar bis 180 bar, bevor- zugt zwischen 130 bar bis 160 bar. In der Harnstoffsynthese sind die Prozesse vorzugsweise isobar.

Um den Stripper 101 mit Dampf, insbesondere gesättigten, (Antriebs-)Dampf mit einem bestimmten für die Harnstoffsynthese erforderlichen Druckniveau sowie weitere Dampfverbraucher mit Dampf unterschiedlicher Druckniveaus zu versor- gen, umfasst die Harnstoffanlage 100 das System 10. Das System 10 dient dazu

Dampf in der Harnstoffanlage 100 bereitzustellen, ohne einen erdgasbetriebenen

Dampferzeuger, insbesondere einen erdgasbetriebenen Boiler, für die Dampfer- zeugung einzusetzen bzw. zu nutzen.

Des Weiteren ist das System 10 dahingehend optimiert, dass durch Wärmerück- gewinnung aus einem Kühlwassersystem 102, insbesondere Restwärmeverteilsys- tem oder einem Kühlwassersystem (102) und einem Prozesskondensat führenden

System, der Harnstoffanlage 100 anfallendes Dampfkondensat aus dem System 10 verdampft und so wiederum Dampf eines weiteren bestimmten Druckniveaus, insbesondere Niederdruckdampf, zur weiteren Verwendung in der Harnstoffanlage 100 oder in externen von der Harnstoffanlage 100 unabhängigen Dampfverbrau- chern erzeugt wird.

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Das System 10 umfasst eine erste Dampftrommel 11, die Dampf D1 eines ersten

Druckniveaus aufnimmt und dem Stripper 101 für die Harnstoffsynthese zuführt.

Die erste Dampftrommel 11 sammelt ferner in oder an dem Stripper 101 anfallen- des Dampfkondensat DK1 (eines ersten Druckniveaus) und stellt dieses für die weitere Nutzung im System 10 bereit. Das Dampfkondensat DK1 entsteht durch einen Wärmeübergang des Dampfes D1 auf den Stripper 101. Zum Zuführen des

Dampfes D1 und zum Aufnehmen des Dampfkondensats DK1 ist die erste Dampf- trommel 11 durch eine Vorlaufleitung 22 und eine Rücklaufleitung 23 mit dem

Stripper 101 verbunden.

Der Dampf D1 des ersten Druckniveaus ist vorzugsweise ein gesättigter Dampf mit einem absoluten Druck von 12 bar a bis 20 bar a, bevorzugt einem absoluten

Druck von 15 bar a bis 19 bar a.

Das System 10 weist eine Kompressoreinheit 13 zum Verdichten von

Niederdruckdampf bzw. Dampf D2 eines zweiten Druckniveaus auf, die in

Strömungsrichtung SR der ersten Dampftrommel 11 vorgeschaltet ist. Die

Kompressoreinheit 13 ist mit der ersten Dampftrommel 11 durch eine erste

Dampfleitung 26, insbesondere direkt, verbunden. Die Kompressoreinheit 13 ist dazu ausgelegt, Dampf D1 eines ersten Druckniveaus mit einem absoluten Druck von 12 bar a bis 20 bar a, bevorzugt einem absoluten Druck von 15 bar a bis 19 bar a zu erzeugen. Das Kompressionsverhältnis beträgt vorzugsweise 1:4. Der

Dampf D2 des zweiten Druckniveaus, den die Kompressoreinheit 13 aus einer zweiten Dampftrommel 12 bezieht und auf das erste Druckniveau zur Bildung von

Dampf D1 verdichtet, weist einen absoluten Druck von 2,5 bar a bis 6 bar a, insbesondere 3 bar a bis 5 bar a, bevorzugt von im Wesentlichen 4 bar a, auf.

Der Dampf D2 des zweiten Druckniveaus wird als Niederdruckdampf bezeichnet.

Auf die zweite Dampftrommel 12 und die Erzeugung des Dampfes D2 (Niederdruckdampf) wird später näher eingegangen.

Bei dem Kompressionsvorgang durch die Kompressoreinheit 13 erfolgt zusätzlich eine Temperaturerhöhung des Dampfes D2 zweiten Druckniveaus. Nach dem

Kompressionsvorgang liegt Dampf, insbesondere überhitzter Dampf, des ersten, erhöhten Druckniveaus vor. Dieser Dampf wird dann der ersten Dampftrommel 11 zugeführt und liegt in dieser als gesättigter Dampf vor. Die Kompressoreinheit 13 ist derart angepasst, dass die Verdichtung des Dampfes D2 des zweiten

Druckniveaus auf das erste Druckniveau durch mehrere Kompressorstufen erfolgt.

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Die Kompressoreinheit 13 kann dazu mehrere, insbesondere wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei, besonders bevorzugt wenigstens vier,

Dampfkompressoren umfassen, die bspw. in Serie geschaltet sind. Alternativ ist es möglich, dass die Dampfverdichtung einstufig erfolgt, nämlich durch einen einzigen Dampfkompressor. Die Dampfkompressoren weisen jeweils einen

Elektromotor als Antrieb auf.

Das System 10 umfasst zwei weitere Dampftrommeln 12, 17, die der ersten

Dampftrommel 11 in Strömungsrichtung SR nachgeschaltet sind. Konkret, wie in

Fig. 1 zu sehen ist, weist das System 10 eine zweite Dampftrommel 12 und eine dritte Dampftrommel 17, die zwischen der ersten und der zweiten Dampftrommel 11, 12 angeordnet ist. Die erste Dampftrommel 11 ist über die dritte Dampf- trommel 17 mit der zweiten Dampftrommel 12 zum Überführen von Dampfkon- densat verbunden.

Somit ist also die dritte Dampftrommel 17 der ersten Dampftrommel 11 in Strö- mungsrichtung SR direkt nachgeschaltet, wobei die erste mit der dritten Dampf- trommel 11, 17 durch eine erste Kondensatleitung 24 zum Überführen des in der ersten Dampftrommel 11 gesammelten Dampfkondensats DK1 des ersten Druck- niveaus verbunden ist. Das Dampfkondensat DK1 des ersten Druckniveaus weist bspw. einen Druck von 10 bar bis 20 bar, insbesondere von 12 bar bis 19 bar oder von 14 bar bis 16 bar auf.

Das Dampfkondensat DK1 aus der ersten Dampftrommel 11 wird stufenweise entspannt, d.h. der Druck des Dampfkondensats DK1 wird schrittweise reduziert, um Dampf D2, D3 unterschiedlicher Druckniveaus für die weitere Nutzung in der

Harnstoffanlage 100 bereitzustellen. Dieser Vorgang wird auch als Druckentspan- nung bezeichnet.

Beispielsweise wird der Druck des Dampfkondensat DK1 des ersten Druckniveaus in der dritten Dampftrommel 17 so verringert, dass das Dampfkondensat DK1 teilweise verdampft. Dadurch entsteht Dampf D3 eines dritten, niedrigeren

Druckniveaus, der in der dritten Dampftrommel 17 aufgenommen ist und wenigs- tens einem weiteren Dampfverbraucher 18, bspw. einem Wärmetauscher, der

Harnstoffanlage 100 zur Verfügung gestellt wird. Der Dampf D3 des dritten

Druckniveaus ist vorzugsweise Dampf mit einem absoluten Druck von 6 bar a bis 12 bar a, insbesondere 8 bar a bis 10 bar a, bevorzugt aber von zirka 9 bar a.

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Die dritte Dampftrommel 17 ist ferner dazu angepasst, das nach der Druckent- spannung des Dampfkondensats DK1 aus der ersten Dampftrommel 11 verblei- bende Dampfkondensat DK3, das ein niedrigeres, drittes Druckniveaus als das

Dampfkondensat DK1 aus der ersten Dampftrommel 11 aufweist, zu sammeln.

Wie vorstehend beschrieben, sind die zweite und dritte Dampftrommel 12, 17 zum Überführen des Dampfkondensates DK3 des dritten Druckniveaus miteinan- der verbunden. Konkret ist die zweite Dampftrommel 12 der dritten Dampftrom- mel 17 in Strömungsrichtung SR direkt nachgeschaltet, wobei die dritte mit der zweiten Dampftrommel 17, 12 durch eine zweite Kondensatleitung 25 zum Über- führen des in der dritten Dampftrommel 17 gesammelten Dampfkondensats DK3 des dritten Druckniveaus verbunden ist. Mit anderen Worten ist die zweite

Dampftrommel 12 der ersten Dampftrommel 11 in Strömungsrichtung SR indirekt nachgeschaltet.

Die zweite Dampftrommel 12 ist so angepasst, dass diese den Druck des aufge- nommenen Dampfkondensat DK3 des dritten Druckniveaus so verringert, dass das

Dampfkondensat DK3 teilweise verdampft. Dadurch entsteht Dampf D2 eines zweiten Druckniveaus, das niedriger als das dritte Druckniveau des Dampfkon- densates DK3 aus der dritten Dampftrommel 17 ist. Der Dampf D2 des zweiten

Druckniveaus ist vorzugsweise Dampf mit einem absoluten Druck von 2 bar a bis 6 bar a, insbesondere 3 bar a bis 5 bar a, bevorzugt aber von zirka 4 bar a.

Es ist generell möglich, dass die Reduzierung der Druckniveaus des Dampfkon- densats DK1, DK3 alternativ oder zusatzlich durch Druckentspannungsventile, bspw. in den Kondensatleitungen 24, 25 durchgefiihrt werden kann.

Das restliche in der zweiten Dampftrommel 12 verbleibende Dampfkondensat DK2 wird gesammelt. Das Dampfkondensat DK2 weist ein zweites Druckniveau auf, das niedriger als das Druckniveaus des Dampfkondensats DK3 aus der dritten

Dampftrommel 17 ist.

Die zweite Dampftrommel 12 ist mit dem Kondensator 103 der Harnstoffanlage 100 wärmeübertragend gekoppelt. Konkret ist die zweite Dampftrommel 12 mit dem Kondensator 103 derart verbunden, dass das in der Dampftrommel 12 ge- sammelte Dampfkondensat DK2 des zweiten Druckniveaus dem Kondensator 103 zugeführt. Das zugeführte Dampfkondensat DK2 wird durch exotherme Reakti-

240262P00LU 17 LU103310 onswärme aus dem Kondensator 103 verdampft, sodass Dampf D2 des zweiten

Druckniveaus entsteht, der wiederum in die zweite Dampftrommel 12 rückgeführt wird. Dadurch ergibt sich ein besonders hoher Ausnutzungsgrad zur Verwendung des im System 10 entstandenen Dampfkondensates DK1, DK2, DK3. Zur Entnah- me des restlichen Dampfkondensates DK2 aus der zweiten Dampftrommel 12 ist eine Pumpe 104 zwischen der Dampftrommel 12 und dem Kondensator 103 vorgesehen.

Wie bereits erwähnt, bezieht die Kompressoreinheit 13 Dampf D2 des zweiten

Druckniveaus aus der zweiten Dampftrommel 12, um diesen zu Dampf D1 des ersten Druckniveaus zu verdichten, d.h. dessen Druckniveau auf das erste Druck- niveau zu erhöhen, und der ersten Dampftrommel 11 zuzuführen. Die Kompresso- reinheit 13 kann dazu zumindest eine Teilmenge des in der zweiten Dampftrom- mel 12 enthaltenen Dampfes D2 bzw. Niederdruckdampfes entnehmen, um den notwenigen Antriebsdampf, d.h. den Dampf D1 des ersten Druckniveaus, zu erzeugen. Die Kompressoreinheit 13 ist dazu mit der zweiten Dampftrommel 12 durch eine zweite Dampfleitung 33, insbesondere direkt verbunden. Die Kompres- soreinheit 13 ist somit der zweiten Dampftrommel 12 in Strömungsrichtung SR nachgeschaltet und der ersten Dampftrommel 11 in Strömungsrichtung SR vorge- schaltet. Mit anderen Worten ist die Kompressoreinheit 13 zwischen der zweiten und ersten Dampftrommel 11, 12 angeordnet.

Die Dampftrommeln 11, 12, 17 und die Kompressoreinheit 13 bilden somit einen geschlossenen Kreislauf, insbesondere Dampfkreislauf, um den Stripper 101 für das Strippingverfahren mit Dampf D1 zu versorgen, der ausschließlich aus Dampf

D2 aus dem System 10 erzeugt wird.

Aus der Fig. 1 geht des Weiteren hervor, dass das System 10 einen Sammelbehal- ter 16 für Dampfkondensat DKv umfasst, das in weiteren Dampfverbrauchern 18 entsteht. Fig. 1 zeigt, dass neben der Kompressoreinheit 13 zumindest ein weite- rer Dampfverbraucher 18 mit Niederdruckdampf versorgt wird bzw. werden kann, wobei das entstehende Dampfkondensat DKv durch eine dritte Kondensatleitung 27 in den Sammelbehälter 16 abgeleitet wird. Alternativ können mehrere Dampf- verbraucher 18 mit dem Niederdruckdampf versorgt werden. Auch das Dampf- kondensat DKv von einem oder mehreren anderen Dampfverbraucher 18, der durch die dritte Dampftrommel 17 mit Dampf D3 versorgt wird, ist über eine

240262P00LU 18 LU103310 dritte Kondensatleitung 27 mit dem Sammelbehälter 16 verbunden, um entste- hendes Dampfkondensat DKy abzuleiten.

Das System 10 weist ferner eine Wärmeübertragungseinheit 14 auf, die eine

Wärmepumpe 15 umfasst. Die Wärmepumpe 15 ist mit einem Kühlwasserkreislauf 102 der Harnstoffanlage 100 gekoppelt. Der Kühlwasserkreislauf 102 umfasst

Kühlwasser, dass zum Kühlen in dem Harnstoffsyntheseprozess eingesetzt wird.

Das Kühlwasser dient dabei als Wärmeträger, wobei dem Kühlwasser durch die

Wärmepumpe 15 nach einem Kühlvorgang in der Harnstoffsynthese, bei dem das

Kühlwasser erwärmt wird, Wärme entzieht und diese auf das Dampfkondensat

DKvy, bspw. mit einer Temperatur von ca. 99°C, aus dem Sammelbehälter 16 überträgt. Die Wärmepumpe 15 erwärmt dadurch das Dampfkondensat DKy der- art, dass Dampf D2 des zweiten Druckniveaus entsteht. Zusätzlich oder alternativ kann die Wärmepumpe 15 mit wenigstens einem Kondensatsystem, das Prozess- kondensate der Harnstoffanlage 100 führt, und/oder mit wenigstens einem Medi- ensystem, das Medienströme der Hanrstoffanlage 100 führt, gekoppelt sein, um

Wärme auf das Dampfkondensat DKy aus dem Sammelbehälter 16 zur Bildung des

Dampfes D2 des zweiten Druckniveaus zu übertragen.

Die Wärmepumpe 15 umfasst auf der Seite des Kühlwasserkreislaufs 102 wenigs- tens einen ersten (Wasser-)Warmetauscher 28, um einen Wärmeanteil dem

Kühlwasser zu entziehen und einem Wärmeübertragungsmedium der Wärmepum- pe 15 zu übertragen. Die Wärmepumpe 15 weist einen zweiten (Wasser-) Wärme- tauscher 29 auf, der die aufgenommene Wärme auf das Dampfkondensat DKv aus dem Sammelbehälter 16 derart überträgt, dass dieses zur Bildung von Dampf D2 des zweiten Druckniveaus, d.h. zu Niederdruckdampf verdampft wird. Ferner weist die Wärmepumpe 15 einen Kompressor 31 zum Verdichten des Wärmeüber- tragungsmediums und ein Expansionsventil 32 zum Entspannen des Wärmeüber- tragungsmediums aufweisen. Da das Grundprinzip einer Wärmepumpe allgemein bekannt ist, wird hier nicht näher darauf eingegangen.

Die Wärmepumpe 15 ist der zweiten Dampftrommel 12 vorgeschaltet, sodass der durch den Wärmeübergang erzeugte Dampf D2 des zweiten Druckniveaus in die zweite Dampftrommel 12 geführt wird. Der Sammelbehälter 16 ist durch eine

Leitung 21 für das Dampfkondensat DKv mit der zweiten Dampftrommel 12 ver- bunden, mit der der zweite Wärmetauscher 29 der Wärmepumpe 15 wärmeüber- tragend gekoppelt ist. Durch die Wärmepumpe 15 erfolgt somit eine Wärmerück-

240262P00LU 19 LU103310 gewinnung aus dem Kühlwasserkreislauf 102, die genutzt wird, um Niederdruck- dampf für weitere Verbraucher bzw. für die Kompressoreinheit 13 bereitzustellen.

In Fig. 1 ist gestrichelt gezeichnet eine weitere Kompressoreinheit 19 gezeigt.

Diese ist mit der zweiten Dampftrommel 12 dampfübertragend verbunden. Die weitere Kompressoreinheit 19 ist dazu angepasst, einen Teil der in der zweiten

Dampftrommel 12 enthaltenen Menge des Dampfes D2 des zweiten Druckniveaus zu verdichten und zur weiteren Nutzung wenigstens einem externen, insbesonde- re von der Harnstoffanlage 100 unabhängigen, Dampfverbraucher bereitzustellen.

Es ist möglich, dass die weitere Kompressoreinheit 19, wie die Kompressoreinheit 13, einen oder mehrere mit einem Elektromotor betriebene Dampfkompressoren umfasst.

Es ist möglich, dass die weitere Kompressoreinheit 19 in Strömungsrichtung SR nach der Kompressoreinheit 13 angeordnet ist, insbesondere dieser nachgeschal- tet sein kann, und einen abgezweigten Teilstrom des verdichteten Dampfes D1 des ersten Druckniveaus auf ein weiteres Druckniveau erhöht.

Bei dem System 10 ist es ein wesentlicher Aspekt, dass der Elektromotor des jeweiligen Dampfkompressors mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen betrie- ben wird. Gleiches gilt für den Betrieb der Wärmepumpe 15. Das vorliegende

System 10 spart somit nicht nur durch den Verzicht auf erdgasbetriebene Dampf- erzeuger CO2-Emissionen ein, sondern auch durch die, insbesondere ausschließli- che, Verwendung von grünem Strom aus erneuerbaren Energiequellen.

Bezugszeichenliste 10 System 11 erste Dampftrommel 12 zweite Dampftrommel 13 Kompressoreinheit 14 Wärmeübertragungseinheit 15 Wärmepumpe 16 Sammelbehälter 17 dritte Dampftrommel 18 Dampfverbrauchereinheit 19 weitere Kompressoreinheit

240262P00LU 20 LU103310 21 Leitung 22 Vorlaufleitung 23 Rücklaufleitung 24 erste Kondensatleitung 25 zweite Kondensatleitung 26 erste Dampfleitung 27 dritte Kondensatleitung 28 erster Wärmetauscher 29 zweiter Wärmetauscher 31 Kompressor 32 Expansionsventil 33 zweite Dampfleitung 100 Harnstoffproduktionsanlage 101 Stripper 102 Kühlwasserkreislauf 103 Kondensator 104 Pumpe

D1 Dampf eines ersten Druckniveaus

D2 Dampf eines zweiten Druckniveaus

D3 Dampf eines dritten Druckniveaus

DK1 Dampfkondensat eines ersten Druckniveaus

DK2 Dampfkondensat eines zweiten Druckniveaus

DK3 Dampfkondensat eines dritten Druckniveaus

DKv Dampfkondensat der Verbraucher

SR Strômungsrichtung

Claims (14)

240262P00LU 1 LU103310 Ansprüche

1. System (10) zur Bereitstellung von Dampf in einer Harnstoffproduktionsanlage (100), insbesondere für eine Harnstoffsynthese, umfassend: - wenigstens eine erste Dampftrommel (11), die dazu angepasst ist, Dampf (D1) eines ersten Druckniveaus aufzunehmen und einem Stripper (101), insbesondere NH;:- oder COz-Stripper, für die Harnstoffsynthese zuzuführen; und - wenigstens eine zweite Dampftrommel (12), die der ersten Dampftrommel (11) in Strömungsrichtung (SR) nachgeschaltet und mit dieser zum Überführen von Dampfkondensat (DK1, DK3) verbunden ist, wobei die zweite Dampftrommel (12) dazu angepasst ist, Dampf (D2) und/oder Dampfkondensat (DK2) eines zweiten, niedrigeren Druckniveaus zu enthalten, wobei das System (10) ferner - wenigstens eine Kompressoreinheit (13) aufweist, die mit der zweiten Dampftrommel (12) verbunden und dazu angepasst ist, den Dampf (D2) des zweiten Druckniveaus durch Komprimieren auf das erste, höhere Druckniveau zu erhöhen, wobei die Kompressoreinheit (13) in Strömungsrichtung (SR) der ersten Dampftrommel (11) vorgeschaltet ist; und/oder - wenigstens eine Wärmeübertragungseinheit (14), insbesondere eine Wärmepumpe (15), aufweist, die der wenigstens einen zweiten Dampftrommel (12) vorgeschaltet und dazu angepasst ist, Wärme, insbesondere von wenigstens einem Kühlwasserkreislauf und/oder wenigstens einem Medienstrom, auf Dampfkondensat (DKs) aus einem Sammelbehälter (16) des Systems (10) so zu übertragen, dass Dampf (D2) des zweiten Druckniveaus zur weiteren Nutzung entsteht.

2. System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressoreinheit (13) wenigstens einen mit einem Elektromotor betriebenen Dampfkompressor, insbesondere mehrere solche

240262P00LU 2 LU103310 Dampfkompressoren, aufweist, der für den Betrieb, insbesondere ausschließlich, Strom aus regenerativen Energiequellen nutzt.

3. System (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (14), insbesondere die Wärmepumpe (15), für den Betrieb, insbesondere ausschließlich, Strom aus regenerativen Energiequellen nutzt.

4. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dampftrommel (11) dazu angepasst ist, Dampfkondensat (DK1) eines ersten Druckniveaus von dem Stripper (101) zu sammeln und zur weiteren Nutzung bereitzustellen und/oder eine weitere Dampftrommel vorgesehen und dazu angepasst ist, Dampfkondensat (DK1) eines ersten Druckniveaus von dem Stripper (101) zu sammeln und zur weiteren Nutzung bereitzustellen.

5. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dampftrommel (12) dazu angepasst ist, Dampf (D2) des zweiten Druckniveaus und/oder Dampfkondensat (DK1, DK3) aufzunehmen und das Druckniveau des Dampfkondensats (DK1, DK3) derart zu verringern, dass Dampf (D2) des zweiten Druckniveaus entsteht.

6. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste und zweite Dampftrommel (11, 12) und die Kompressoreinheit (13), insbesondere im Regelbetrieb, einen geschlossenen Dampfkreislauf bilden.

7. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dampftrommel (12) mit einem Kondensator (103) der Harnstoffsynthese, insbesondere einem Karbamatkondensator, derart gekoppelt oder koppelbar ist, dass der Kondensator (103) zumindest

240262P00LU 3 LU103310 einen Teil des in der zweiten Dampftrommel (12) enthaltenen Dampfkondensats (DK2) zu Dampf (D2) des zweiten Druckniveaus verdampft, der wiederum in die zweite Dampftrommel (12) rückgeführt wird.

8. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (16) mit der zweiten Dampftrommel (12) durch eine Leitung (21) verbunden ist, wobei die Wärmeübertragungseinheit (14) zwischen der zweiten Dampftrommel (12) und dem Sammelbehälter (16) angeordnet ist.

9. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dritte Dampftrommel (17) zwischen der ersten und der zweiten Dampftrommel (12) angeordnet ist und mit diesen zum Überführen bzw. Aufnehmen von Dampfkondensat (DK1, DK3) verbunden ist, wobei die dritte Dampftrommel (17) dazu angepasst ist, Dampfkondensat (DK1) von der ersten Dampftrommel (11) aufzunehmen und das Druckniveau des Dampfkondensats (DK1) so zu verringern, dass Dampf (D3) eines dritten Druckniveaus entsteht.

10. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite und/oder die dritte Dampftrommel (12, 17) jeweils mit wenigstens einer Dampfverbrauchereinheit (18), insbesondere einem Wärmetäuscher, dampfübertragend verbunden sind, wobei die Dampfverbrauchereinheit (18) mit einem Sammelbehälter (16) zum Ableiten von Dampfkondensat (DKv) verbunden ist/sind.

11. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Kompressoreinheit (19) vorgesehen ist, die mit der zweiten Dampftrommel verbunden ist und dazu angepasst ist, einen Teil der darin enthaltenen Menge des Dampfes (D2) des zweiten Druckniveaus durch Komprimieren auf ein viertes, höheres Druckniveau

240262P00LU 4 LU103310 zu erhöhen und zur weiteren Nutzung wenigstens einem externen, insbesondere von der Harnstoffproduktionsanlage (100) unabhängigen, Dampfverbraucher bereitzustellen.

12. Harnstoffproduktionsanlage (100) mit wenigstens einem System (10) nach einem der vorgehenden Ansprüche, wenigstens einem Stripper (101), insbesondere NH;:- oder COz-Stripper, oder einem Rezirkulationserhitzer zur Erwärmung von rückgeführtem Karbamat, wenigstens einem Reaktor, in dem Ammoniak (NHz) und Kohlenstoffdioxid (COz) bei einem bestimmten Reaktionsdruck zur Bildung einer wässrigen Harnstofflösung reagieren, und wenigstens einem Kondensator (103) zum Kondensieren einer gasförmigen Phase, wobei der Stripper (101) oder der Rezirkulationserhitzer, der Reaktor und der Kondensator (103) einen Synthesekreislauf bilden.

13. Verfahren zur Bereitstellung von Dampf in einer Harnstoffproduktionsanlage (100), insbesondere für eine Harnstoffsynthese, bei dem - einem Stripper (101), insbesondere NHz- oder CO--Stripper, für die Harnstoffsynthese Dampf (D1) eines ersten, insbesondere hohen, Druckniveaus zugeführt wird, der für eine Strippingverfahren genutzt wird; - durch die Nutzung des Dampfes (D1) des ersten Druckniveaus Dampfkondensat (DK1) eines ersten, insbesondere hohen, Druckniveaus entsteht, wobei das erste Druckniveau des Dampfkondensats (DK1) derart reduziert wird, dass Dampf (D2) eines zweiten, niedrigeren Druckniveaus entsteht, wobei bei dem Verfahren ferner - der Dampf (D2) des zweiten Druckniveaus durch wenigstens eine Kompressoreinheit (13) zu Dampf (D1) des ersten, insbesondere höheren, Druckniveaus verdichtet wird, der wiederum dem Stripper (101) für das Strippingverfahren zugeführt wird; und/oder - Wärme durch wenigstens eine Wärmeübertragungseinheit (14), insbesondere eine Wärmepumpe (15), auf Dampfkondensat (DKv) aus einem Sammelbehälter (16) der Harnstoffproduktionsanlage (100) so übertragen wird, dass Dampf (D2) des zweiten Druckniveaus entsteht, der wiederum zur weiteren Nutzung, insbesondere der

240262P00LU LU103310 Kompressionseinheit (13) und/oder weiteren Dampfverbrauchern, zur Verfügung gestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (14) einem Kühlwasserkreislauf (102) und/oder wenigstens einem Medienstrom, insbesondere Prozesskondensaten und/oder Prozessströmen, der Harnstoffproduktionsanlage (100) Wärme entzieht und auf das Dampfkondensat (DKv) aus dem Sammelbehälter (16) zur Bildung von Dampf (D2) des zweiten Druckniveaus überträgt.