NL1016848C2 - Werkwijze en inrichting voor de bereiding van ammoniak. - Google Patents

Werkwijze en inrichting voor de bereiding van ammoniak. Download PDF

Info

Publication number
NL1016848C2
NL1016848C2 NL1016848A NL1016848A NL1016848C2 NL 1016848 C2 NL1016848 C2 NL 1016848C2 NL 1016848 A NL1016848 A NL 1016848A NL 1016848 A NL1016848 A NL 1016848A NL 1016848 C2 NL1016848 C2 NL 1016848C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
stream
discharge
converted
gas
section
Prior art date
Application number
NL1016848A
Other languages
English (en)
Inventor
Jacobus Johannes De Wit
Original Assignee
Continental Engineering B V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Engineering B V filed Critical Continental Engineering B V
Priority to NL1016848A priority Critical patent/NL1016848C2/nl
Priority to AU2002219713A priority patent/AU2002219713A1/en
Priority to PCT/NL2001/000898 priority patent/WO2002048027A1/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1016848C2 publication Critical patent/NL1016848C2/nl

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C01B2203/0294—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step containing three or more CO-shift steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0415—Purification by absorption in liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/0445—Selective methanation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/068—Ammonia synthesis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0833—Heating by indirect heat exchange with hot fluids, other than combustion gases, product gases or non-combustive exothermic reaction product gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0866—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combination of different heating methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0883—Methods of cooling by indirect heat exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
    • C01B2203/1264—Catalytic pre-treatment of the feed
    • C01B2203/127—Catalytic desulfurisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C01B2203/143—Three or more reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/146—At least two purification steps in series
    • C01B2203/147—Three or more purification steps in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

)
Werkwijze en inrichting voor de bereiding van ammoniak
De uitvinding betreft een nieuw, qua warmte huishouding sterk geïntegreerd productieproces voor ammoniak. De toegepaste technieken zijn ook geschikt voor verbete-5 ring van bestaande fabrieken voor ammoniakproductie. De uitvinding leidt tot een energiezuiniger proces per ton geproduceerd ammoniak dat tevens in eigen elektriciteitsbehoefte kan voorzien of elektrische energie kan exporteren.
Gezien de blijvende mondiale vraag naar ammoniak en de hoge energiekosten die gepaard gaan met de productie van NH3 in bestaande processen, is er continu behoefte de 10 bestaande productiecapaciteit te verbeteren of bestaande fabrieken zelfs geheel te vervangen. In de loop der jaren zijn verschillende processen en maatregelen voorgesteld om de energieconsumptie van het ammoniakproces aanzienlijk te verminderen. Deze hadden vooral te maken met de wijze waarop stoom werd opgewekt en de plaats in het proces daarvan.
15
Stand van de techniek
In US 4,479,925 wordt beschreven dat ammoniak synthesegas wordt geproduceerd door een normale koolwaterstofvoeding en stoom in een endotherme, katalytische con-versiezone te brengen werkend onder primaire reformer omstandigheden (primaire re-” 20 former) waardoor een primaire gereformeerde gasstroom ontstaat die met lucht in een adiabatische, katalytische conversiezone wordt gebracht die werkt onder autotherme stoomreforming omstandigheden zodat een ruw, heet, ammoniaksynthesegas wordt geproduceerd dat vervolgens naar de endotherme katalytische conversiezone wordt gevoerd in indirecte warmtewisseling met de koolwaterstofvoeding en stoom om de warmte te 25 verschaffen voor conversie in de endotherme zone.
Lucht nodig voor de werking van de adiabatische zone (secundaire reformer) wordt toegevoerd door een gasturbine aangedreven centrifugaalcompressor. De uitlaat van de gasturbine wisselt warmte uit met de lucht voor de secundaire reformer en de verwarmde gecomprimeerde lucht, welke vervolgens in de secundaire reformer worden gebracht.
30 WO 9748639 beschrijft een synthesegas productiesysteem dat een gasturbine en een autotherme reformer (ATR) omvat, waarbij de autotherme reformer is geplaatst tus- 1 0 1 6 8 4 ": 2 sen de compressor en expander van de gasturbine en waarbij de ATR syngas produceert en kan dienen als de verbrander voor de gasturbine.
US 4,792,441 beschrijft ammoniaksynthese waarbij de methaanstroom voor een klein deel naar primaire reformer gaat een voor overgroot deel naar de secondaire refor-5 mer. Verder beschrijft dit document het verzadigen van aardgas met stoom (figuur 1). Voor de secundaire reformer wordt lucht verrijkt met zuurstof gebruikt.
Hoewel de stand van de techniek diverse oplossingen biedt voor het verbeteren van de warmtehuishouding van het proces voor de bereiding van ammoniak, is nu gevonden dat door toepassing van het eerste, tweede en derde aspect van de uitvinding, in het bij-10 zonder door combinatie van deze aspecten een aanzienlijke energiebesparing kan worden verkregen. Vereist een conventioneel proces ca. 8-10 Gcal/ton energie, volgens de uitvinding kan dit worden gereduceerd tot ca. 6.4 Gcal/ton.
Samenvatting van de uitvinding 15 De hierboven aangegeven energiebesparing wordt volgens drie aspecten van de uitvinding gerealiseerd. Het eerste aspect betreft toepassing van een gasturbine met extractie van proceslucht, met daaraan gekoppelde elektriciteitsproductie. De restwarmte uit de gasturbine wordt in eerste instantie teruggevoerd in het proces.
Het tweede aspect betreft een reformersectie, welke een (optionele) prereformer, 20 een primaire reformer en een secundaire reformer omvat. Door warmte-uitwisseling in de primaire reformer tussen de afvoerstroom uit de secundaire reformer en de stroom uit de prereformer wordt extra energiewinst geboekt
Het derde aspect van de uitvinding betreft het uitvoeren van de conventionele CO shift conversie in drie stappen met achtereenvolgens afnemende temperatuur in plaats 25 van de gebruikelijke twee stappen.
Ten slotte betreft de uitvinding in het bijzonder een combinatie van de bovengenoemde drie aspecten, welke leidt tot maximale energiebesparing.
Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding 30 De onderhavige uitvinding verschaft nu, volgens een eerste aspect een werkwijze voor de bereiding van ammoniak, welke werkwijze de volgende stappen omvat: IOI6845 3 a) een reformstap, waarbij een koolwaterstofstroom, een procesluchtstroom en stoom worden omgezet ter verkrijging van een afvoerstroom welke CO, CO2, H2 en N2 omvat; b) een CO conversiestap, waarbij CO in de afvoerstroom van stap a) wordt 5 omgezet in CO2 en H2; c) een CO2 verwijderingsstap, waarbij CO2 uit de stroom verkregen in stap b) wordt verwijderd; en d) een methaniseringstap, waarbij de resterende CO en CO2 worden omgezet in CH4 en H2O; 10 zodanig dat een synthesegas dat N2 en H2 omvat, geschikt voor de productie van ammoniak wordt verkregen, waarna het synthesegas in een synthesekringloop wordt omgezet in ammoniak, met het kenmerk, dat ten minste een deel van de procesluchtstroom die bij de reformstap wordt om- 15 gezet, wordt gecomprimeerd met behulp van een compressor welke onderdeel uitmaakt van een gasturbine.
Volgens dit aspect wordt een gasturbine geïnstalleerd die mede wordt aangedreven met restgassen uit het proces. Aan de gasturbine is een generator gekoppeld die elektriciteit opwekt.
20 Naast het voordeel dat de gasturbine tegelijkertijd zorgt voor compressie van de procesluchtstroom en opwekking van elektriciteit, kunnen de afvoergassen van de gasturbine voordelig worden gebruikt voor het opwarmen van processtromen en het opwekken van stoom. Hiertoe kan een geschikte warmtewisselaar, in het bijzonder een waste heat boiler worden toegepast.
25 In het bijzonder worden op deze wijze de koolwaterstofstroom en de proceslucht stroom verwarmd en processtoom gegenereerd. Indien noodzakelijk kan worden bijgestookt om zodoende een voldoende warmteinhoud van de afvoergassen te creëren.
Bij gebruik van een conventionele gasturbine zal maximaal ca. 15 % gecomprimeerde lucht naar het proces kunnen worden gevoerd. De rest van de lucht gaat naar de 30 verbrandingskamer van de gasturbine. De gasturbine zorgt voor compressie van de lucht naar een druk van 8 tot 20 bar. Voordat de procesluchtstroom wordt toegevoerd aan de 1 0 1 6 8 4 $ 4 reformstap, kan deze, indien nodig verder worden gecomprimeerd, bijvoorbeeld tot een druk van 35 tot 50 bar.
De koolwaterstofstoom kan LPG, nafta of aardgas bevatten, maar zal in het algemeen aardgas zijn. Indien noodzakelijk kan de koolwaterstofstroom worden ontzwaveld 5 aangezien zwavel, aanwezig in aardgas, de toegepaste katalysatoren zou vergiftigen. Dit gebeurt bijvoorbeeld in twee stappen. In de eerste stap wordt organisch gebonden zwavel met waterstof omgezet in zwavelwaterstof (H2S) over een C0M0X of CuMoX katalysator. In de tweede stap wordt H2S verwijderd door binding aan ZnO.
De voeding voor de ontzwaveling is eerst voorverwarmd met de afVoerstroom van 10 de gasturbine tot een temperatuur van 300-350 °C. Het gas verlaat uiteindelijk de ont-zwavelingssectie bij een temperatuur van ca. 150 °C.
De gasstroom wordt nu in het bijzonder eerst door een kolom geleid en verzadigd met waterdamp. Hiervoor wordt bij voorkeur procescondensaat gebruikt. Hierdoor vermindert de hoeveelheid te lozen water ofwel de hoeveelheid te strippen procescon-15 densaat. Door dezelfde stap wordt de behoefte aan processtoom verminderd. Bovendien wordt op deze wijze middendruk stoom geproduceerd, terwijl deze processtap zich in een temperatuurgebied bevindt waarin normaal slechts lagedrukstoom opgewekt zou kunnen worden.
Voor het uitvoeren van de werkwijze volgens het eerste aspect van de uitvinding 20 wordt eveneens een inrichting verschaft, welke omvat: a) een reformsectie voor het omzetten van een koolwaterstofstroom, een procesluchtstroom en stoom; b) een CO conversiesectie via leidingmiddelen verbonden met de reform-sectie, voor omzetting van CO aanwezig in een afVoerstroom van de reformsectie naar 25 CO2 en H2; c) een CO2 verwijderingssectie via leidingmiddelen verbonden met de CO conversiesectie, voor verwijdering van CO2 uit een afVoerstroom van de CO conversiesectie; d) een methaniseringsectie, via leidingmiddelen verbonden met de CO2 ver-30 wijderingssectie, voor omzetting van de resterende CO en CO2 in CH4 en H2O; met het kenmerk, dat de inrichting tevens is voorzien van e) een gasturbine, omvattende 1 0 1 6 8 4 8 5 een compressor voorzien van een toevoer voor lucht, een afvoer voor gecomprimeerde lucht; een verbrandingskamer voorzien van een inlaat voor brandstof, een inlaat voor gecomprimeerde lucht via leidingmiddelen verbonden met de aiVoer voor gecomprimeerde 5 lucht van de compressor en een uitlaat voor verbrandingsgas; een expansieturbine voorzien van een inlaat voor verbrandingsgas via leidingmiddelen verbonden met de uitlaat voor verbrandingsgas van de verbrandingskamer, en een uitlaat voor verbrandingsgas na expansie in de expansieturbine; waarbij de afvoer voor gecomprimeerde lucht van de compressor via leidingmid-10 delen eveneens is verbonden met de reformersectie voor het verschaffen van ten minste een deel van de procesluchtstroom.
Bij voorkeur zijn in deze inrichting de compressor en expansieturbine via een as gekoppeld. De gasturbine is voorts gekoppeld met een generator voor het opwekken van elektriciteit.
15 In principe kan de vakman bepalen welk type gasturbine geschikt is voor de uitvin ding. Voorbeelden zijn standaard gasturbines waarbij de benodigde hoeveelheid proceslucht afgetapt kan worden, of een "tailor-made" machine, opgebouwd uit discrete elementen met een compressieverhouding van 8-35 bar.
De uitlaat voor verbrandingsgas van de expansieturbine is via leidingmiddelen ge-20 koppeld met een warmtewisselaar geschikt voor warmtewisseling tussen het verbrandingsgas en ten minste de procesluchtstroom en de koolwaterstofstroom, in het bijzonder een waste heat boiler. Dergelijke warmtewisselaars zijn bij de vakman bekend.
Voor het verder comprimeren van de procesluchtstroom is eventueel voorzien in een compressor, voorzien van een toevoer voor proceslucht via leidingmiddelen gekop-25 peld met de afvoer voor gecomprimeerde lucht (eventueel verrijkt met zuurstof) van de gasturbine en voorzien van een afVoer voor gecomprimeerde proceslucht via leidingmiddelen gekoppeld met de reformsectie.
Volgens een tweede aspect verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze, in 30 het bijzonder in combinatie met het eerste aspect van de uitvinding, waarbij de omzetting van de koolwaterstroom en procesluchtstroom in de reformsectie in achtereenvolgens de volgende stappen plaatsvindt: 1016842 6 ai) een primaire reformstap, waarbij een groot deel van de methaan in de koolwaterstofstroom in aanwezigheid van stoom wordt omgezet naar koolstofoxiden en waterstof; aii) een secundaire reformstap waarbij de stroom verkregen in stap ai) en de 5 procesluchtstroom wordemomgezet naar koolstofoxiden en waterstof.
Bij voorkeur en indien noodzakelijk wordt de primaire reformstap voorafgegaan door aiii) een prereformstap waarbij hogere koolwaterstoffen in de koolwaterstofstroom worden omgezet naar methaan en een deel van de methaan wordt omgezet naar koolstofoxiden en H2.
10 Bij deze prereformstap aiii, worden hogere koolwaterstoffen (zoals ethaan, pro paan, tot en met nafta) omgezet naar methaan en wordt een deel van de methaan omgezet naar koolstofoxiden en H2. Hierdoor kan meer restwarmte uit de reformsectie worden teruggewonnen. Deze restwarmte uit de reformsectie kan worden gebruikt voor het verhitten van het inkomende procesgas voor en/of na de prereformingsstap.
15 De prereforming vindt plaats in een katalysatorbed bij een temperatuur van 500- 525 °C. Door de endotherme reactie daalt de gastemperatuur met ca. 50 °C.
Bij de primaire reformstap ai, die hetzij de eerste, hetzij de tweede stap in de reformsectie is, wordt de stroom verkregen in stap ai) omgezet naar koolstofoxiden en waterstof bij een temperatuur van 700-750 °C. Het mengsel wordt over een nikkelkataly- 20 sator in een buizenreactor geleid waarin de omzetting plaatsvindt. Daar de omzetting endotherm is, worden de pijpen van buiten verhit door het verstoken van aardgas.
Bij voorkeur wordt bij deze stap warmte uitgewisseld tussen de afvoerstroom uit de secundaire reformer en de processtroom die door de primaire reformer stroomt. Bij voorkeur wordt hiertoe een gas heated reformer (GHR) toegepast. Hiermee wordt de warmte- 25 integratie van de reformingstap sterk verbeterd. Essentie van de GHR is dat de primaire reformer een buizenreactor is, waarbij het verwarmende medium (mantelzijde) het hete gas uit de secundaire reformer is (ca. 1000 °C). De uitlaattemperatuur van de primaire reformer is lager dan in het conventionele proces.
Om de vereiste hoeveelheid warmte te genereren is het noodzakelijk om in de se- 30 cundaire reformer lucht verrijkt met zuurstof te injecteren waardoor zoveel warmte vrij- ♦ komt als nodig is voor de primaire reforming.
1 0 1 6 8 4£ 7 4 · *
Vervolgens wordt de secundaire reformstap aii) doorlopen. Bij gebruik van de standaard hoeveelheid proceslucht is de uitgangstemperatuur van de primaire reformer van 700-750 °C te laag om in de secundaire reformer voldoende omzetting van methaan te bereiken nodig voor de ammoniaksynthese. In een autotherme reactor, naver-5 brandingskamer of secundaire reformer genaamd, wordt daarom voorverwarmde, met zuurstof verrijkte, lucht toegevoegd waarbij een exotherme reactie de temperatuur laat oplopen tot ongeveer 1000 °C. Het methaangehalte daalt tot 0.3-0.5% en tegelijkertijd wordt door de toegevoerde proceslucht stikstof die nodig is voor de ammoniaksynthese toegevoegd.
10 De secundaire reformer en de daarin gebruikte katalysator komen overeen met die gebruikt in het standaard proces.
Volgens het tweede aspect wordt eveneens een inrichting verschaft waarbij de reformersectie omvat: 15 ai) een primaire reformer voorzien van een toevoer van koolwaterstofstroom en voorzien van een afvoer voor omgezette koolwaterstofstroom; aii) een secundaire reformer voorzien van een toevoer voor omgezette koolwaterstofstroom via leidingmiddelen gekoppeld met de afvoer van de primaire reformer, een toevoer voor procesluchtstroom en een afvoer voor omgezette koolwaterstofstroom. 20 Bij voorkeur omvat de reformersectie voorts aiii) een prereformer voorzien van een toevoer voor de koolwaterstofstroom, en voorzien van een afVoer voor omgezette koolwaterstofstroom, welke via leidingmiddelen is gekoppeld met de toevoer van de primaire reformer.
Na de secundaire reformer is het CO gehalte ongeveer 13 %. Het grootste deel 25 hiervan wordt omgezet in CO2 en additionele waterstof door het gasmengsel over twee katalysatoren te leiden.
Volgens een derde aspect verschaft de uitvinding, in het bijzonder in combinatie met het eerste en/of tweede aspect van de uitvinding een werkwijze waarbij de CO con-30 versiestap b) wordt uitgevoerd in de volgende stappen: 101684? 8 bi) een hogetemperatuurstap, waarbij de stroom verkregen bij de reformstap bij een temperatuur van 300-360 °C wordt omgezet, waarbij een afvoerstroom wordt verkregen; bii) een middeltemperatuurstap, waarbij de afVoerstroom van stap bi) bij een 5 temperatuur van 200-250 °C wordt omgezet, waarbij een afvoerstroom wordt verkregen; biii) een lagetemperatuurstap, waarbij de afVoerstroom van stap bii) bij een temperatuur van 190-200 °C wordt omgezet.
Bij voorkeur vindt warmtewisseling plaats tussen water gebruikt bij het verzadigen van de koolwaterstofstroom en een of meer van de, bij voorkeur alle afVoerstromen van 10 stap bi), bii) en biii).
Door de lage stoom/koolstofVerhouding in de reformer ligt het evenwicht van de watergas-shift reactie ongunstiger. Dit effect wordt gereduceerd door de CO-conversie niet in twee maar in drie stappen uit te voeren. Na elke stap wordt restwarmte teruggewonnen. De hoge temperatuur CO conversie vindt plaats bij een lagere voedings-15 temperatuur (340 °C) dan in het bestaande proces (360 °C). De laatste trap heeft een uit-gangstemperatuur van 195 °C.
De uitvinding verschaft eveneens een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens het derde aspect, welke een CO-conversiesectie omvat, omvattende bi) een eerste omzettingsreactor werkend bij hoge temperatuur, voorzien van 20 een toevoer via leidingmiddelen gekoppeld met de afvoer voor omgezette koolwaterstof van de reformersectie, en van een afvoer; bii) een tweede omzettingsreactor werkend bij middeltemperatuur, voorzien van een toevoer via leidingmiddelen gekoppeld met de afvoer van de eerste omzettingsreactor en van een afvoer; 25 biii) een derde omzettingsreactor werkend bij lage temperatuur, voorzien van een toevoer via leidingmiddelen gekoppeld met de afvoer van de tweede omzettingsreactor en van een afvoer.
Bij voorkeur is de inrichting tevens voorzien van een inrichting voor het verzadigen van de koolwaterstofstroom met water, voorzien van een toevoer voor de koolwater-30 stofstroom, een afvoer voor de koolwaterstofstroom verzadigd met waterdamp, welke afvoer via leidingmiddelen is gekoppeld met de toevoer naar de reformersectie, een toe-en afvoer voor circulatiewater, t Ö 1 6 8 4 p 9 waarbij de toe- en afvoer voor circulatiewater via leidingmiddelen een kringloop vormen, waarbij ten minste een warmtewisselaar is opgenomen in de kringloop ingericht voor warmtewisseling tussen de afvoerleidingen van een of meer van de omzettings-5 reactoren en de watercirculatiekringloop.
De overige stappen in het ammoniakproces, CO2 verwijdering, methanisering en de eigenlijke ammoniaksynthese, vinden grotendeels volgens conventionele processen plaats, welke hierna kort worden toegelicht.
10 Alle zuurstofverbindingen vergiftigen de synthesekatalysatoren en daarom moeten CO2, CO en H2O worden verwijderd. Eerst wordt de kooldioxide verwijderd door het gas te wassen met een geschikt absorptiemiddel. Dit is bijvoorbeeld een amineoplossing of en alkalisch oplosmiddel op basis van K2CO3. De oplossing wordt geregenereerd door een deel van de warmte die beschikbaar is in het gas na de CO conversie te gebruiken 15 voor het K2CO3 proces, aangevuld met een hoeveelheid lagedrukstoom, beschikbaar van tegendrukturbines, welke worden gebruikt voor de aandrijving van pompen en compressoren of met warmte, welk wordt onttrokken aan de top-dampstroom van de proces-condensaatstripper.
Door selectie van een geschikt CO2 absorptiemiddel waarbij de minste hoeveelheid 20 regeneratieenergie gevraagd wordt, kan ten minste 60% bespaard worden op de energiekosten van de regeneratie. Volgens de uitvinding wordt het CO2 bij voorkeur verwijderd met aMDEA, maar ook toepassing van Selexol behoort tot de mogelijkheden.
In de volgende stap van het ammoniakproces wordt de CO en de resterende CO2 (100 tot 1000 ppm) in het gas met H2 omgezet in CH4 en H2O door het gas bij een tempe-25 ratuur van 300 °C over een nikkelkatalysator te leiden (methanisering). Hierbij is de omgekeerde reactie van toepassing als bij de eerste omzetting van methaan, maar vanwege het lage watergehalte en de lage temperatuur worden nu de CO en CO2 tot minder dan 1 ppm omgezet. In deze stap gaat dus een deel van de geproduceerde H2 weer verloren.
Na deze processtappen heeft het ruwe synthesegas de juiste verhouding H2.'N2 van 30 3:1.
Het synthesegas wordt nu met behulp van een centrifugaal compressor, in een aantal stappen met tussenkoeling, gecomprimeerd tot ongeveer 100-220 bar. De laatste stap 1 0 1 6 8 4 ? 10 van de compressor is voorzien van een omloopwiel voor de circulatie van het gas door de synthesekringloop. De compressor wordt aangedreven door een 100-220 bar stoomturbine met mogelijk 40 bar extractie en een (gedeeltelijke) condensatieturbine. Voor de eerste of voor de tweede trap van de compressor wordt met behulp van 5 moleculaire zeven het resterende water verwijderd uit het synthesegas.
De feitelijke synthesereactie vindt plaats volgens onderstaande reactievergelijking in een reactor met een aantal bedden, bij een druk van 100 tot 220 bar en een temperatuur van 400 tot 500 °C. Het uitlaat ammoniakgehalte is ongeveer 12 tot 20%.
De warmte die vrijkomt bij het proces wordt gebruikt voor opwekking van stoom 10 die elders in het proces gebruikt kan worden.
Bij voorkeur vindt de synthesereactie plaats in twee reactoren met in de eerste reactor twee bedden. Door koeling na het tweede bed en het plaatsen van een derde bed in een tweede reactor wordt de conversie per doorgang van de syntheselus verhoogd, hetgeen leidt tot een kleinere recirculatiestroom en minder ammoniakkoeling.
15 Na warmtewisseling en waterkoeling wordt het reactorefïïuent verder gekoeld door verdampende ammoniak, waarbij het grootste deel van de gevormde ammoniak wordt gecondenseerd. Vervolgens wordt in een flashvat vloeibare ammoniak afgescheiden als product. Het overgebleven gas bevat nog ca. 2 tot 5 % ammoniak afhankelijk van de temperatuur en wordt gerecirculeerd in de laatste trap van de synthesegascompressor. 20 Argon en methaan lossen onvoldoende op in de geproduceerde ammoniak en moeten worden gespuid om ophoping te voorkomen. Uit spuigas wordt vervolgens waterstof teruggewonnen. Het resterend spuigas wordt gebruikt als stookgas.
De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de figuren, waarin 25 figuur 1 een inrichting volgens het eerste aspect van de uitvinding toont, figuur 2 een inrichting volgens het tweede aspect van de uitvinding toont, figuur 3 een inrichting volgens het derde aspect van de uitvinding toont en figuur 4 een voorbeeld van een totaal ammoniakproces waarin de aspecten van de uitvinding zijn geïntegreerd toont.
Figuur 1 toont het eerste aspect van de uitvinding, waarbij een deel van de procesluchtstroom wordt gecomprimeerd met behulp van de compressor 2 die onderdeel uit- 1 0 1 6 8 4 s 30 11 maakt van de gasturbine 1. De te comprimeren lucht wordt via 5 aangevoerd naar de compressor 2 en een gecomprimeerde luchtstroom 7 verlaat de compressor 2. Een deel van deze luchtstroom wordt bij 8 toegevoerd aan de verbrander 4 van de gasturbine. Aan de verbrander wordt via 18 brandstof toegevoerd. De afgassen 9 van de verbrander wor-5 den naar de expansieturbine 3 van de gasturbine gevoerd. Via de uitlaat 10 van de expan-sieturbine worden de gassen naar een warmtewisselaar (waste heat boiler) 11 gevoerd om processtromen op te warmen en stoom op te wekken.
De gasturbine is verder voorzien van een as 6 waarmee de compressor 2 en de expander 3 zijn gekoppeld. Bovendien is aan de gasturbine een generator 17 gekoppeld 10 waarmee elektriciteit kan worden opgewekt.
De procesluchtstroom 7 die de compressor verlaat, wordt via een extra compressor 14 en leiding 15 via de waste heat boiler 11 naar de reformsectie 16 gevoerd. Bij 13 wordt extra zuurstof toegevoerd aan de procesluchtstroom 7. Het aardgas benodigd in de reformsectie wordt via 12, door de waste heat boiler 11 en de aardgasverzadiging 25 15 (schematisch weergegeven) naar de reformsectie gevoerd.
Figuur 2 toont het tweede aspect van de uitvinding, namelijk de opbouw van de reformsectie. Een gasstroom 40, welke eventueel is ontzwaveld en verzadigd met waterdamp en waaraan de benodigde hoeveelheid processtoom is toegevoegd, treedt de prereformer 41 binnen en verlaat deze bij 42. Vervolgens gaat deze stroom naar de GHR 43 en 20 verlaat deze bij 45 om vervolgens naar de secundaire reformer 46 te worden gevoerd. Aan de secundaire reformer wordt een procesluchtstroom 15 toegevoerd, welke is verrijkt met zuurstof. De uitgaande stroom uit de secundaire reformer 47 gaat naar de GHR 43 waar warmtewisseling plaatsvindt met de processtroom 42. Uiteindelijk verlaat deze stroom de GHR bij 44 en wordt na warmteterugwinning in 52 vervolgens naar de CO-25 conversiesectie 49 gevoerd.
Figuur 3 toont het derde aspect van de uitvinding, namelijk het uitvoeren van de CO-conversiestap in drie stappen bij verschillende, afnemende temperaturen. In figuur 3 wordt gas bij 20 toegevoerd aan een aardgasverzadiger 25. Het procescondensaat benodigd voor de aardgasverzadiging wordt toegevoerd bij 37. Het gas verlaat de aardgas-30 verzadiger via 40 en wordt na bijmenging met stoom 51 naar de reformsectie 16 gevoerd.
Aan de aardgasverzadiger wordt eveneens waterdamp toegevoerd door circulatie van 1 o 1 fi fi t q 12 warm water via leiding 24. Dit water wordt opgewarmd via warmtewisselaars 29, 30 en 31.
Aan de reformsectie 16 wordt eveneens een luchtstroom 15 toegevoerd. De uittredende stroom uit de reformsectie gaat bij 44 naar een eerste CO-conversiereactor 26 en 5 verlaat deze bij 33, en wordt vervolgens naar CO-conversiereactor 27 gevoerd en verlaat deze bij 34, en wordt vervolgens naar CO-conversie 28 gevoerd en verlaat deze via 35 om na warmteterugwinning in 53 vervolgens naar de C02-verwijderingssectie 36 te worden gevoerd. De uitgaande stromen 33,34 en 35 uit de CO-conversiereactoren ondergaan via respectievelijk warmtewisselaars 29, 30 en 31 warmtewisseling met de waterstroom 10 24.
In figuur 4 is een voorbeeld weergegeven van een totaal ammoniakproces waarin alle drie de aspecten van de uitvinding zijn opgenomen. Overeenkomende onderdelen zijn overeenkomstig figuren 1 tot 3 genummerd. Zo is met 1 de gasturbine aangegeven. Een procesluchtstroom 5 wordt toegevoerd aan de compressor 2 van de gasturbine en 15 verlaat deze via 7. Een deel van deze luchtstroom gaat via 8 naar de verbrandingskamer 4 en verlaat deze via 9 om vervolgens te worden geëxpandeerd in expander 3 om via 10 naar de waste heat boiler te worden gevoerd. Via 18 wordt brandstof toegevoerd aan de verbrandingskamer 4 van de gasturbine. De gecomprimeerde procesluchtstroom 7 gaat na toevoer van extra O2 bij 13 via compressor 14 en via leiding 15, waarbij warmte wordt 20 uitgewisseld in de waste heat boiler 11, naar de secundaire reformer 46.
De koolwaterstofstroom, bijvoorbeeld een aardgasstroom, gaat via 12 en de waste heat boiler 11 naar de ontzwavelingsreactor 50. Via leiding 20 wordt na warmte-uitwisseling met stroom 12 in 100, de koolwaterstofstroom toegevoerd aan de verzadiger 25 welke deze verlaat bij 40 om te worden toegevoerd aan prereformer 41. Bij 51 kan 25 stoom worden toegevoerd aan de koolwaterstofstroom 40 en bij 52 vindt warmte-uitwisseling plaats tussen de uitgaande stroom 44 uit de GHR 43.
De uitgaande stroom 42 uit de prereformer 41 wordt aan de bovenzijde toegevoerd aan de GHR en verlaat deze na omzetting via 45 om te worden toegevoerd aan de secundaire reformer 46. Tussen de uitgaande stroom 47 uit de secundaire refomier 46 en de 30 processtroom 42 in de GHR wordt warmte uitgewisseld.
Uit de GHR treedt vervolgens een stroom 44 welke naar de eerste CO-conversiereactor 26 wordt gevoerd. De uitgaande stroom 33 uit de eerste CO-conversiereactor 26 101684? 13 gaat vervolgens naar de tweede CO-conversiereactor 27 en via 34 naar de derde CO-con-versiereactor 28. Via warmtewisselaars 29, 30 en 31 wordt warmte uitgewisseld tussen de stromen 33,34 en 35 en de waterstroom 24 naar de aardgasverzadiger 25.
De stroom 35 gaat na warmteterugwinning in 53 naar de CCVverwijderings-5 installatie 55 waarin CO2 wordt geadsorbeerd aan aMDEA (maar ook Selexol behoort tot de mogelijkheden). Uit de C02-absorptiekolom treedt gasstroom 56 (vrij van CO2), welke via een vloeistofafscheider 57 als stroom 58 afgevoerd wordt. Uit de CCVabsorp-tiekolom 55 treedt vervolgens de oplosmiddelstroom 59 welke naar de stripper 60 wordt gevoerd. De geadsorbeerde CO2 wordt door middel van warmte aan het solvent onttrok-10 ken. Hiertoe wordt stroom 67 gecirculeerd over een warmtewisselaar 54. De benodigde warmte wordt geleverd door stroom 35. De aan het solvent onttrokken CO2 wordt gekoeld in koeler 63. Ontstaan condensaat wordt afgescheiden in vloeistofafscheider 64 en als stroom 66 teruggevoerd aan de stripper. Uit de vloeistofafscheider treedt de CO2 gasstroom 65.
15 Uit de C02-verwijderingssectie treedt een stroom 58 welke naar methanator 69 wordt gevoerd. Er wordt warmte uitgewisseld tussen stroom 58 en de uitgaande stroom 70 uit de methanator 69 via warmtewisselaar 68. Stroom 70 wordt naar condensaat-afscheider 71 gevoerd en gaat via 73 naar een eerste compressor 74. Uit condensaat-afscheider 71 komt een stroom gecondenseerde waterdamp 72. Via 75 gaat de stroom uit 20 compressor 74 naar een moleculaire zeef 76. Uit de moleculaire zeef treedt een stroom 77 welke alle aan de moleculaire zeef geadsorbeerde waterdamp na regeneratie bevat. Na de moleculaire zeef stroomt het synthesegas 78 naar de tweede synthesegascompressor 79. Een recirculatiestroom 101 uit het synthesecircuit wordt in deze synthesegascompressor aan de synthesevoeding 78 toegevoerd.
25 Via leiding 80 gaat de gecombineerde synthesegasstroom uit compressor 79 via de warmtewisselaar 81 naar de eerste synthesereactor 82 welke twee bedden heeft. Uit de eerste synthesereactor treedt een stroom 83 waarbij via warmtewisselaars 84 en 85 oververhitte stoom uit deze stroom wordt gewonnen voordat deze naar tweede synthesereactor 86 wordt gevoerd. De uittredende stroom 87 gaat via warmtewisselaars 88 voor 30 stoomproductie en 81 voor het opwarmen van de toevoer, naar de ammoniakchilling sectie welke warmtewisselaars 89, 90, 91, 92 en 94 omvat, waarna in afscheider 95 10 16 8 1.« 14 ammoniak 96 wordt afgescheiden. De recirculatiestroom 97 wordt teruggevoerd naar compressor 79. Een spuistroom 98 wordt teruggevoerd in het proces.
De onderhavige uitvinding biedt naast de eerder genoemde voordelen, de volgende 5 voordelen ten opzichte van de stand van de techniek: • De restwarmte van het proces wordt gebruikt voor het opwarmen van de processtromen. Met name het gebruik van restwarmte uit de secundaire reformer wordt gebruikt als deel van de warmtebron voor de primaire reformer.
• Het tekort aan warmte in de reforming sectie wordt aangevuld door verrijken van 10 de proceslucht met extra zuurstof. Hiermee wordt het stoken in een inefficiënte primaire reformer vermeden en wordt de warmte direct toegevoerd aan de primaire reformer. Door het gebruik van met zuurstof verrijkte lucht in de secundaire reformer wordt een maximale omzetting van methaan naar koolmonoxide en waterstof verkregen.
15 · Overtollige proceswarmte met een te lage temperatuur om stoom van voldoende hoge druk te kunnen genereren, wordt toegevoerd aan een circulerende stroom heet water, dat dient voor het verzadigen van aardgas(voeding), waarmee de behoefte aan processtoom afneemt.
• De warmtebehoefte voor de CO2 wasvloeistof-regeneratie wordt gereduceerd tot 20 een niveau waarvoor nog voldoende restwarmte beschikbaar is.
• De afgaswarmte van de gasturbine wordt voor een deel gebruikt voor de voorver-warming van de voeding van de primaire reformer en van proceslucht. De overige warmte wordt gebruikt om stoom te produceren.
• Door de CO-shiftconversie in drie in plaats van twee stappen uit te voeren, met een 25 tussenkoeling, wordt maximale omzetting van CO in CO2 verkregen, terwijl bovendien extra warmte terugwinning plaatsvindt. De restwarmte van het shift conversie effluent wordt opgenomen door een circulerende waterstroom waarmee aardgas verzadigd wordt.
• De CO2 verwijdering vindt plaats met een energiezuinig proces zoals met Selexol 30 ofaMDEA.
• Door verhoging van de synthesegasconversie naar ammoniak tot de hoogst mogelijke concentratie; afhankelijk van de druk, ca. 20%, kan koeling en condensatie •1 0 1 6 8 4 8 15 van ammoniak voor een groter deel met koelwater geschieden, waardoor de ammoniak-koelinstallatie ontlast wordt.
• De verdampingsdruk in de ammoniakkoelinstallatie wordt aangepast zodat de ammoniakdamp direct gebruikt kan worden in verwerkende processen.
5 · Compressoren en pompen worden slechts aangedreven door stoomturbines, voor zover stoom beschikbaar is. Overige aandrijving geschiedt door elektromotoren.
• Elektriciteit voor eigen gebruik wordt opgewekt door een generator gekoppeld aan een gasturbine. De rookgassen van deze gasturbine worden aangewend voor de opwekking van stoom.
101684*

Claims (23)

1. Werkwijze voor de bereiding van ammoniak, welke werkwijze de volgende stappen omvat: 5 a) een reformstap, waarbij een koolwaterstofstroom, een procesluchtstroom en stoom worden omgezet ter verkrijging van een afvoerstroom welke CO, CO2, H2 en N2 omvat; b) een CO conversiestap, waarbij CO in de afvoerstroom van stap a) wordt omgezet in CO2 en H2; 10 c) een CO2 verwijderingsstap, waarbij CO2 uit de stroom verkregen in stap b) wordt verwijderd; en d) een methaniseringsstap waarbij de resterende CO en CO2 wordt omgezet in CH4 en H2O; zodanig dat een synthesegas dat N2 en H2 omvat, geschikt voor de productie van 15 ammoniak wordt verkregen, waarna het synthesegas in een synthesekringloop wordt omgezet in ammoniak, met het kenmerk, dat ten minste een deel van de procesluchtstroom die bij de reformstap wordt omgezet, wordt gecomprimeerd met behulp van een compressor welke onderdeel uitmaakt 20 van een gasturbine.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de gehele procesluchtstroom die bij de reformstap wordt omgezet, wordt gecomprimeerd met behulp van de compressor welke onderdeel uitmaakt van de gasturbine. 25
3. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de procesluchtstroom verder wordt gecomprimeerd, voordat deze stroom wordt toegevoerd aan de reformstap.
4. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot 3, waarbij de koolwater-30 stofstroom voorafgaande aan toevoer aan de reformstap wordt verwarmd door warmte- uitwisseling met afvoergassen van de gasturbine. f016848
5. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot 4, waarbij de procesluchtstroom voorafgaande aan toevoer aan de refonnstap wordt verwarmd door warmte-uit-wisseling met afvoergassen van de gasturbine.
6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de procesluchtstroom wordt verrijkt met zuurstof voordat deze aan de reformstap wordt toegevoerd.
7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies waarbij de kool-10 waterstofstroom aardgas, LPG of nafta, bij voorkeur aardgas omvat.
8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de kool-waterstofstroom voorafgaande aan toevoer aan de reformerstap, wordt verzadigd met waterdamp. 15
9. Werkwijze, bij voorkeur volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de reformstap a) achtereenvolgens in de volgende stappen plaatsvindt: ai) een primaire reformstap, waarbij een groot deel van de methaan in de koolwaterstofstroom in aanwezigheid van stoom wordt omgezet naar koolstofoxiden en* 20 waterstof; aii) een secundaire reformstap waarbij de stroom verkregen in stap ai) en de procesluchtstroom worden omgezet naar koolstofoxiden en waterstof.
10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de primaire refonnstap wordt 25 voorafgegaan door: aiii) een prereformstap waarbij hogere koolwaterstoffen in de koolwaterstofstroom worden omgezet naar methaan en een deel van de methaan wordt omgezet naar CO en H2;
11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, waarbij warmtewisseling plaats vindt tussen de stroom verkregen in de secundaire reformstap en de stroom welke de primaire reformstap ondergaat. 1 0 1 6 8 4 8
12. Werkwijze, bij voorkeur volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de CO conversiestap b) wordt uitgevoerd in achtereenvolgens de volgende stappen: 5 bi) een hogetemperatuurstap, waarbij de stroom verkregen bij de reformstap bij een temperatuur van 300-360 °C wordt omgezet, waarbij een afvoerstroom wordt verkregen; bii) een middeltemperatuurstap, waarbij de afvoerstroom van stap bi) bij een temperatuur van 200-250 °C wordt omgezet, waarbij een afvoerstroom wordt verkregen; 10 biii) een lagetemperatuurstap, waarbij de afvoerstroom van stap bii) bij een temperatuur van 190-200 °C wordt omgezet.
13. Werkwijze volgens conclusie 8 en 12, waarbij warmtewisseling plaatsvindt tussen circulatiewater gebruikt bij het verzadigen van de koolwaterstofstroom en 15 een of meer van de, bij voorkeur alle afvoerstromen van stap bi), bii) en biii).
14. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, welke omvat: a) een reformsectie voor het omzetten van een koolwaterstofstroom, een 20 procesluchtstroom en stoom; b) een CO conversiesectie via leidingmiddelen verbonden met de reformsectie, voor omzetting van CO aanwezig in een afvoerstroom van de reformsectie naar CO2 en H2; c) een CO2 verwijderingssectie via leidingmiddelen verbonden met de CO 25 conversiesectie, voor verwijdering van CO2 uit een afvoerstroom van de CO conversiesectie; d) een methaniseringsectie, via leidingmiddelen verbonden met de CO2 verwijderingssectie, voor omzetting van de resterende CO en CO2 in CH4 en H2O; met het kenmerk, dat de inrichting tevens is voorzien van 30 e) een gasturbine, omvattende een compressor voorzien van een toevoer voor lucht en een afvoer voor gecomprimeerde lucht; 1016848 een verbrandingskamer voorzien van een inlaat voor brandstof, een inlaat voor gecomprimeerde lucht via leidingmiddelen verbonden met de afvoer voor gecomprimeerde lucht van de compressor en een uitlaat voor verbrandingsgas; een expansieturbine voorzien van een inlaat voor verbrandingsgas via leiding-5 middelen verbonden met de uitlaat voor verbrandingsgas van de verbrandingskamer, en een uitlaat voor verbrandingsgas na expansie in de expansieturbine; waarbij de afVoer voor gecomprimeerde lucht van de compressor via leidingmiddelen eveneens is verbonden met de reformersectie voor het verschaffen van ten minste een deel van de procesluchtstroom. 10
15. Inrichting volgens conclusie 14, waarbij de compressor en expansieturbine via een as zijn gekoppeld.
16. Inrichting volgens conclusie 14 of 15, waarbij de gasturbine is gekoppeld 15 met een generator voor het opwekken van elektriciteit.
17. Inrichting volgens een van de conclusies 14 tot 16, waarbij de uitlaat voor verbrandingsgassen van de expansieturbine via leidingmiddelen is gekoppeld met een warmtewisselaar geschikt voor warmtewisseling tussen het verbrandingsgas en ten min- 20 ste de procesluchtstroom en de koolwaterstofstroom.
18. Inrichting volgens een van de conclusies 14 tot 17, welke tevens een compressor omvat, voorzien van een toevoer voor proceslucht via leidingmiddelen gekoppeld met de afVoer voor gecomprimeerde lucht van de gasturbine en voorzien van een afVoer 25 voor gecomprimeerde proceslucht via leidingmiddelen gekoppeld met de reformsectie.
19. Inrichting, bij voorkeur volgens een van de conclusies 12 tot 18, waarbij de reformsectie a) omvat: ai) een primaire reformer voorzien van een toevoer voor koolwaterstofstroom 30 en voorzien van een afvoer voor omgezette koolwaterstofstroom; ^* 6 8 4! aii) een secundaire reformer voorzien van een toevoer voor koolwaterstof-stroom via leidingmiddelen gekoppeld met de afvoer van de primaire reformer, een toevoer voor procesluchtstroom en een afVoer voor omgezette koolwaterstofstroom.
20. Inrichting volgens conclusie 19 eveneens voorzien van aiii) een prereformer voorzien van een toevoer voor de koolwaterstofstroom, en voorzien van een afVoer voor omgezette koolwaterstofstroom via leidingmiddelen gekoppeld met de toevoer van de primaire reformer;
21. Inrichting volgens conclusie 19 of 20, waarbij de primaire reformer is in gericht voor warmte-uitwisseling tussen de afvoerstroom uit de secundaire reformer en de koolwaterstofstroom.
22. Inrichting, bij voorkeur volgens een van de conclusies 14 tot 21, waarbij 15 de CO conversiesectie omvat: bi) een eerste omzettingsreactor werkend bij hoge temperatuur, voorzien van een toevoer via leidingmiddelen gekoppeld met de afVoer voor omgezette koolwaterstof van de reformersectie, en van een afvoer; bii) een tweede omzettingsreactor werkend bij middeltemperatuur, voorzien 20 van een toevoer via leidingmiddelen gekoppeld met de afVoer van de eerste omzettingsreactor en van een afVoer; biii) een derde omzettingsreactor werkend bij lage temperatuur, voorzien van een toevoer via leidingmiddelen gekoppeld met de afVoer van de tweede omzettingsreactor en van een afVoer. 25
23. Inrichting volgens conclusie 22, tevens voorzien van een inrichting voor het verzadigen van de koolwaterstofstroom met water, voorzien van een toevoer voor de koolwaterstofstroom, een afVoer voor de koolwaterstofstroom verzadigd met waterdamp, welke afvoer via leidingmiddelen is gekoppeld met de toevoer naar de reformersectie, 30 een toe- en afVoer voor circulatiewater, waarbij de toe- en afVoer voor circulatiewater via leidingmiddelen een kringloop vormen, 1016848 waarbij tenminste een warmtewisselaar is opgenomen in de kringloop ingericht voor warmtewisseling tussen de afvoerleidingen van een of meer van de omzettings-reactoren en de watercirculatiekringloop. 1016848
NL1016848A 2000-12-11 2000-12-11 Werkwijze en inrichting voor de bereiding van ammoniak. NL1016848C2 (nl)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1016848A NL1016848C2 (nl) 2000-12-11 2000-12-11 Werkwijze en inrichting voor de bereiding van ammoniak.
AU2002219713A AU2002219713A1 (en) 2000-12-11 2001-12-11 Process and apparatus for the production of ammonia
PCT/NL2001/000898 WO2002048027A1 (en) 2000-12-11 2001-12-11 Process and apparatus for the production of ammonia

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1016848A NL1016848C2 (nl) 2000-12-11 2000-12-11 Werkwijze en inrichting voor de bereiding van ammoniak.
NL1016848 2000-12-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1016848C2 true NL1016848C2 (nl) 2002-06-13

Family

ID=19772563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1016848A NL1016848C2 (nl) 2000-12-11 2000-12-11 Werkwijze en inrichting voor de bereiding van ammoniak.

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2002219713A1 (nl)
NL (1) NL1016848C2 (nl)
WO (1) WO2002048027A1 (nl)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8273139B2 (en) * 2003-03-16 2012-09-25 Kellogg Brown & Root Llc Catalytic partial oxidation reforming
AT412780B (de) * 2004-02-20 2005-07-25 Gehmair Herbert Ing Verfahren zum herstellen von synthesegas für eine ammoniaksynthese durch ein dampfreformieren von erdgas
EP1698588A1 (en) * 2005-03-04 2006-09-06 Ammonia Casale S.A. Ammonia synthesis process
GB0922410D0 (en) 2009-12-22 2010-02-03 Johnson Matthey Plc Conversion of hydrocarbons to carbon dioxide and electrical power
GB0922411D0 (en) * 2009-12-22 2010-02-03 Johnson Matthey Plc Conversion of hydrocarbons to carbon dioxide and electrical power
EP2404869A1 (en) 2010-07-06 2012-01-11 Ammonia Casale S.A. Process for producing ammonia synthesis gas
EP2910523A1 (en) * 2014-02-21 2015-08-26 Haldor Topsoe A/S Methanation process with a passive heat exchange medium
EP3623343A1 (en) * 2018-09-11 2020-03-18 Casale Sa Process for the synthesis of ammonia
EP4214152A1 (en) * 2020-09-16 2023-07-26 ExxonMobil Technology and Engineering Company Ammonia and urea production in reverse flow reactors

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1325172A (en) * 1969-11-10 1973-08-01 Exxon Research Engineering Co Water gas shift process
US4161393A (en) * 1977-03-07 1979-07-17 Metallgesellschaft Aktiengesellschaft Shift conversion of raw gas from gasification of coal
US4479925A (en) * 1982-09-13 1984-10-30 The M. W. Kellogg Company Preparation of ammonia synthesis gas
US4778670A (en) * 1984-03-02 1988-10-18 Imperial Chemical Industries Plc Technical hydrogen
DE19719997A1 (de) * 1997-05-13 1998-05-28 Daimler Benz Ag Reformierungsreaktoranlage und Betriebsverfahren hierfür
NL1013478C2 (nl) * 1999-05-27 2000-11-28 Plug Power Inc Brandstofprocessor voor het produceren van waterstof en inrichting geschikt voor gebruik in een dergelijke processor voor het uit een eerste en tweede gasstroom genereren van een derde en vierde gasstroom.

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1325172A (en) * 1969-11-10 1973-08-01 Exxon Research Engineering Co Water gas shift process
US4161393A (en) * 1977-03-07 1979-07-17 Metallgesellschaft Aktiengesellschaft Shift conversion of raw gas from gasification of coal
US4479925A (en) * 1982-09-13 1984-10-30 The M. W. Kellogg Company Preparation of ammonia synthesis gas
US4778670A (en) * 1984-03-02 1988-10-18 Imperial Chemical Industries Plc Technical hydrogen
DE19719997A1 (de) * 1997-05-13 1998-05-28 Daimler Benz Ag Reformierungsreaktoranlage und Betriebsverfahren hierfür
NL1013478C2 (nl) * 1999-05-27 2000-11-28 Plug Power Inc Brandstofprocessor voor het produceren van waterstof en inrichting geschikt voor gebruik in een dergelijke processor voor het uit een eerste en tweede gasstroom genereren van een derde en vierde gasstroom.

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EVANS T: "LEAST COST APPROACHES TO AMMONIA PLANT EFFICIENCY", N&M. NITROGEN AND METHANOL,BRITISH SULPHUR PUBLISHING, LONDON,GB, no. 232, 1 March 1998 (1998-03-01), pages 41 - 42,44-52, XP000740078, ISSN: 1462-2378 *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2002219713A1 (en) 2002-06-24
WO2002048027A1 (en) 2002-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220194789A1 (en) Atr-based hydrogen process and plant
EP2516327B1 (en) Conversion of hydrocarbons to carbon dioxide and electrical power
US11840448B2 (en) Method for the preparation of ammonia synthesis gas
JP3787364B2 (ja) メタノール製造方法およびプラント
RU2284296C2 (ru) Способ синтеза аммиака из смеси азота и водорода, полученной из природного газа
RU2343109C2 (ru) Способ получения потока, обогащенного водородом, способ генерирования электрического тока, способ гидроочистки, устройство для получения потока, обогащенного водородом
US20230271829A1 (en) ATR-Based Hydrogen Process and Plant
RU2519940C2 (ru) Способ синтеза метанола
US20230174378A1 (en) Process for producing hydrogen
CA2782493A1 (en) Conversion of hydrocarbons to carbon dioxide and electrical power
US20230174377A1 (en) Process for the production of hydrogen
US5068058A (en) Production of ammonia synthesis gas
NL1016848C2 (nl) Werkwijze en inrichting voor de bereiding van ammoniak.
US20240059563A1 (en) Atr-based hydrogen process and plant
WO2023170389A1 (en) Process for producing hydrogen and method of retrofitting a hydrogen production unit
Christensen Design and operation of large capacity ammonia plants
WO2023217804A1 (en) Process and plant for producing synthesis gas
AU2023215807A1 (en) Low-carbon hydrogen process
WO2024056870A1 (en) Atr-reforming
WO2024104905A1 (en) Plant and process for producing hydrogen with improved operation of a low temperature co2 removal unit
EA041183B1 (ru) Рециркуляция углерода в процессе парового риформинга
JPS5939837A (ja) 脂肪族一価アルコ−ルの製法

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20050701