NO168700B - Fremgangsmaate for fremstilling av ammoniakk - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til ammoniakksyntese.

Skjønt det ifølge energiøkonomi-interesser er ønskelig å syntetisere ammoniakk ved forholdsvis lave trykk, for eksempel under 140 bar abs, kan ikke en slik økonomi realiseres fullstendig på grunn av at jo lavere trykket er, dess lavere er den temperatur som reagert syntesegass må avkjøles til for at ammoniakk skal fraskilles ved kondensasjon, og følgelig må det være større energiforbruk ved avkjølingen. I de første 10 år med industriell ammoniakksyntese viser det seg å ha vært vanlig praksis å fraskille ammoniakk ved absorpsjon i vann, men dette medfører utgifter ved tørking av resirkulert ureagert syntesegass som kommer ut fra absorpsjonsinnretningen, og energiforbruk ved gjenvinning av vannfri ammoniakk fra vandig oppløsning. I dette tidlige tidsrom ble det også foreslått å anvende den flytende ammoniakk som var fraskilt ved enkel avkjøling, som kilden til kulde ved kondensering av ammoniakk fra reagert syntesegass, og således å levere produkt-ammoniakken i gassform. Som en optimalisert utvikling av en slik fremgangsmåte ble .det foreslått i britisk ålment tilgjengelige patentsøknad nr.

272 929 å gjenvinne gassformig ammoniakk ved at man avkjølte den reagerte syntesegass til -60 - -70°C (slik at det nesten ikke blir tilbake noe ammoniakk i den ureagerte gass som resirkuleres til syntesereaktoren), fraskilte væskeformig ammoniakk, avdampet denne væskeformige ammoniakk under lavt trykk og ledet den slik at den møtte den reagerte syntesegass i motstrøms varmeveksling; hvis ønskelig skulle nye kvanta ammoniakk tilsettes til den reagerte syntesegass for å øke kjøleeffekten. Ved en slik fremgangsmåte gjenvinnes imidlertid en betydelig del av produktet ved kondensasjon i varmeveksling med kjølevann, og selv om anvendelsen av en lukket kjølekrets er unødvendig, kan ikke pumpingsmaskineri unngåes. Således anvendes det en vakuumpumpe for opprettholdelse av det reduserte trykk under hvilket den flytende ammoniakk fordampes, og en kompressor kan være nødvendig for å bringe vakuumpumpe-utløpsammoniakkgassen til et trykk som er bekvemt for brukeren. Dessuten, når de nevnte nye kvanta av ammoniakk tilsettes til den reagerte syntesegass for å øke kjøleeffekten, må vakuumpumpe-utløpsammoniakkgassen komprimeres

til trykket av reagert syntesegass; således er det faktisk til stede en kjølekrets (ennskjønt ikke en lukket).

Siden de første år med industriell ammoniakksyntese er

kuldeinnholdet i væskeformig produkt-ammoniakk blitt anvendt på mindre vesentlige måter, men ikke som hovedkilde til kjøling, i hovedsakelig likevekt med kondensasjon av ammoniakk fra reagert syntesegass. I betraktning av tendensen for tiden mot syntese ved lavere trykk, spesielt under 120 bar abs., slik at lite, hvis noe, produkt-ammoniakk kan kondenseres i veksling med kjølevann, vil det være ventet at utsiktene til unngåelse av kostbart kjølemaskineri ved et kondensasjon/fordampning-ammoniakkgjenvinningssystem ville reduseres enda ytterligere.

Vi er nå blitt klar over at mens slike lavere syntesetrykk gjør ammoniakk-kondensasjon vanskeligere, åpner de også veien til anvendelse av varmevekslere av en mye mer effektiv type enn det som kunne anvendes tidligere, i den grad at hovedsakelig all den tilgjengelige kulde, som svarer ikke bare til ordinær fri varme og latent fordampningsvarme, men også til mindre varme-effekter på grunn av trykksenkning for ammoniakk som en ikke-ideell gass, kan bringes til anvendelse under tilveiebringelse av et system som er nær opp til termisk likevekt.

I henhold til oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte til fremstilling av ammoniakk

(a) reaksjon av en nitrogen-hydrogen-ammoniakksyntesegass over an ammoniakksyntesekatalysator ved betingelser som bevirker delvis omdannelse til ammoniakk; (b) avkjøling av den reagerte syntesegass til under duggpunktet for ammoniakk ved indirekte varmeveksling med kaldere fluider innbefattende, i avtagende rekkefølge når det gjelder temperaturen, ureagert utgangs;-syntesegass, omgivelsesluf t eller -vann og kjølemiddel; (c) fraskillelse av flytende ammoniakk fra den avkjølte gass og resirkulering av ureagert gass til trinn (a); (d) fordampning av i det minste en del av den fraskilte flytende ammoniakk som- kjølemiddel i varmeveksling med delvis avkjølt reagert syntesegass og (e) levering av et gassformig ammoniakk-produkt.

Fremgangsmåten er karakterisert ved at

(i) man utfører trinn (a) til (c) ved et trykk i området 25-

120 bar abs;

(ii) man utfører nevnte indirekte varmeveksling i trinn (b) i minst 2 trinn, hvor det i det første dannes en delvis avkjølt gass som inneholder lite eller er fri for flytende ammoniakk, og i det siste dannes det flytende ammoniakk og en kald ureagert gass-strøm som inneholder minst 2 volum%

gassformig ammoniakk;

(iii) man utfører den indirekte varmeveksling i trinn (b) ved en ammoniakk-fraskillelsestemperatur i området fra pluss 2 5 til minus 33°C ved varmeveksling av den nevnte delvis avkjølte gass motstrøms med nevnte kalde ureagerte gass-strøm, med gassformig ammoniakk fremstilt ved nevnte fordampning i trinn (d) og idet nevnte flytende ammoniakk undergår fordampning, og det leveres et gassformig ammoniakkprodukt

ved et trykk på mer enn 1 bar abs; (iv) man utfører siste trinn i den indirekte varmeveksling i trinn (b) med en varmeveksler-overflate som er tilstrekkelig til at kald-ende-temperatur-tilnærmingen blir mindre enn 8°C og varm-ende-temperatur-tilnærmingen blir mindre enn 5°C.

Med "kald-ende-temperatur-tilnærming" menes forskjellen i temperatur mellom den avkjølte reagerte syntesegass som kommer fra varmevekslingen og den fordampende flytende ammoniakk som er i ferd med å gå inn i varmevekslingen. På samme måte er "varm-ende-temperatur-tilnærming" forskjellen i temperatur mellom den delvis avkjølte reagerte syntesegass som er i ferd med å gå inn i varmevekslingen og den ammoniakk-damp som går ut av den. Siden de aktuelle varmevekslere alle er motstrøms, er de strømnings-par hvis temperatur skal sammenlignes, alle i den samme ende av varmeveksler-innretningen. Mens flytende ammoniakk ved normal drift kan komme inn i den kalde ende av en varmeveksler, fordamper den som resultat av varmeveksling, og bare damp kommer ut fra den varme ende. Den spesifiserte kald-ende-temperatur-tilnærming gjelder den siste varmeveksling før ammoniakk-fraskillelse hvis det anvendes mer enn ett trinns varmeveksling. Den spesifiserte varm-ende-temperaturtilnærming gjelder den første varmeveksling mellom reagert syntesegass og den kalde ureagerte gass-strøm eller gassformig ammoniakk dannet ved fordampning eller fordampende flytende ammoniakk. Like nære temperatur-tilnærminger oppnåes fortrinnsvis ved mellomnivåer for varmeveksling.

Den angitte varmeveksler-overflate er den som kommer i kontakt med den reagerte syntesegass, men ikke den som kommer i kontakt med de andre fluider som deltar i varmevekslingen.

Den utstrekning i hvilken varmeeffekten av trykksenkningen er større for den ikke-ideelle gass-ammoniakk enn den ville være for en ideell gass, kan bedømmes ut fra tabell 1, som viser dannelsesvarmen for ammoniakk ved 25°C fra nitrogen og hydrogen ved forskjellige trykk.

Som et resultat av forskjellen i dannelsesvarme gir ekspansjon av ammoniakk fra 10 til 1 bar abs. et temperaturfall på ca. 1,7°C. Dette vil være nesten umulig å utnytte når man anvender konvensjonell varmeveksler, men det nyttiggjøres ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Det kommer i tillegg til det temperaturfall som kan oppnås ved ekspansjon av gasser med utførelse av arbeid og gjør faktisk at prosessen går uten utførelse av arbeid.

I trinnene (a) til (c) er trykket fortrinnsvis i området 60-100 bar abs. hvis det: anvendes en jern-syntesekatalysator, eller 25-60 bar abs. hvis det anvendes en ruthenium-katalysator. De vide og foretrukkede trykkområder er typisk for den nye generasjon av lavenergi-ammoniakkprosesser så som slike som er beskrevet i US-patentskrifter nr. 4 298 588 og 4 383 982. Ved så lave trykk er det ikke praktisk gjennomførbart å kondensere betydelig kvanta - høyst 5 % av det kvantum som er til stede - av ammoniakk fra reagert syntesegass ved varmeveksling med kjøleluft eller -vann, men dette er uten betydning som et resultat av den effektive varmeveksling i den siste fase av trinn (ii). Den reagerte syntesegass inneholder typisk 10-

15 volum% ammoniakk før kondensasjon av ammoniakk.

I det siste trinn i trinn (b) er ammoniakkinnholdet i den kalde, ureagerte gass-strøm fortrinnsvis i området 4-8 volum%. Dette er høyere enn ved konvensjonelle prosesser som drives industrielt, hvor ca. 2 % er foretrukket, og mye høyere enn det som ble foreslått i britisk ålment tilgjengelige patentsøknad 272 929. Ved de lave ytter-tilfeller av de spesifiserte trinn når det gjelder trykk og ammoniakkinnhold hos kald, ureagert gass, kan det være ønskelig å anvende en liten lukket kjølekrets, som vil bli beskrevet.

I det siste trinn i trinn (b) er ammoniakk-fraskillelses-temperaturen fortrinnsvis i området fra pluss 10 til minus 15°C, og ammoniakkgassen leveres ved et trykk i området 2-7 bar abs. For større effektivitet av varmevekslingen omfatter fremgangsmåten oppdeling av den flytende ammoniakk i to deler, idet man senker trykket i den første del til 3-10, spesielt 4-7, bar abs., og senker trykket i den annen del til 1-5, spesielt 2-4, bar abs., og varmeveksling av den delvis avkjølte reagerte syntesegass suksessivt med fordampende flytende ammoniakk fra nevnte første og annen del, hvorved nevnte gass avkjøles til suksessivt lavere temperaturer svarende til de trykk ved hvilke fordampning finner sted. Den ammoniakkgass som er et resultat av fordampning varmeveksles fortrinnsvis ytterligere med reagert syntesegass og leveres til slutt ved en temperatur i området 25-4 0°C. Trykket i denne kan hvis ønskelig senkes i en maskin med utførelse av arbeid, for økning av den kjøleeffekt, og en slik maskin anbringes passende mellom en væske/gass-varmeveksler og en gass/gass-varmeveksler av typen med stor overflate.

I det siste trinn i trinn (b) er varmeveksler-overflaten fortrinnsvis minst 2,5 m<2> pr. kg mol pr. time av ammoniakk som skal kondenseres fra reagert syntesegass, kald-ende-temperatur-tilnærmingen er mindre enn 4°C og varm-ende-temperatur-tilnærmingen er mindre enn 3°C. Den øvre grense for varmeveksler-overf late er ikke avgjørende, men er typisk mindre enn 10 i de ovennevnte enheter for unngåelse av en altfor stor økning i trykkfall og omkostninger. Slike varmeoverførings-overflater oppnås fortrinnsvis under anvendelse av sekundære overflate-varmevekslere som beskrevet nedenfor. Så langt det er kjent har det ikke tidligere vært foreslått å anvende slike varmevekslere for syntesegass-avkjøling i en ammoniakk-synteseprosess.

Som et resultat av kombinasjonen av prosessbetingelser og varmeveksler-prosedyren kan prosessen rives uten ekstern kjøling. Det foretrekkes imidlertid å ha en liten ekstern lukket kjølekrets som kan fjerne typisk opp til 10 % av den latente kondensasjonsvarme for produkt-ammoniakk, som et hjelpemiddel til oppstarting av prosessen og/eller for kompen-sasjon for svingninger i gass-strømmer og/eller for å muliggjøre levering av gassformig produkt-ammoniakk ved et høyere trykk enn det som ellers ville være mulig, dersom en ammoniakk-bruker skulle trenge det.

Anvendelse i siste trinn av trinn (b) av én eller flere sekundær-overflate-varmevekslere (spesielt platevarmevekslere med ribber) gjøres praktisk mulig ved drift i det spesifiserte trykkområde. For tiden er det maksimale bestemte trykk for slike varmevekslere, fremstilt i slagloddet aluminium, 83 bar. Utvikling mot motstand av høyere trykk er ventet og dette er i alle tilfeller allerede mulig hvis konstruksjonsmaterialet er rustfritt stål. Andre typer sekundær-overflate-varmevekslere så som rørtypen med ribber kan anvendes, men er mindre kompakte enn platevarmevekslere med ribber. De anvendte varmevekslere har typisk et ytre volum på mindre enn 0,05 m3 , for eksempel 0,02 m<3>, pr. metrisk tonn pr. dag av ammoniakkutbytte. Dette er mindre enn 25 % av det som ville trenges for å få litt høyere temperatur-tilnærminger under anvendelse av rørviklings-varmevekslere. Varmevekslerne i trinn (b) er mer detaljert typisk som følger: 1. med ekstern varmegjenvinning, for eksempel vanndamp-overoppvarming, vanndamp-dannelse eller kjelevannsoppvarming eller mer enn én av disse. Denne varmegjenvinning tilsvarer den eksoterme varme i syntesereaksjonen; 2. for-oppvarming av syntesegass til katalysator-innløps-temperatur; 3. for-oppvarming av syntesegass til temperaturen for bråkjølings-gass (hvis det anvendes en bråkjølingsreaktor) eller til rørinnløps-temperatur (hvis det anvendes en røravkjølt reaktor); 4. varmeavgivelse til omgivelsesluft eller -vann;

5. nedkjøling til under duggpunktet for ammoniakk.

Av disse varmevekslinger svarer 1-4 til det første trinn nevnt

i trinnet i trinn (b) ovenfor. Vekslinger 1-3 bevirker ingen kondensasjon av ammoniakk og veksling 4 bevirker kondensasjon av høyst én tiendedel, fortrinnsvis mindre enn én tyvendedel, av den ammoniakk som er til stede i den reagerte syntesegass. Veksling 5 er det siste trinn i trinn (b) og utføres som spesifisert i avsnittene (iii) og (iv). Mens veksling 5 fortrinnsvis utføres under anvendelse av en platevarmeveksler med ribber, er det foretrukket å anvende en slik varmeveksler også for vekslingene 4 eller 3 eller begge. I veksling 4 overstiger temperaturene vanligvis ikke 50°C, og en varmeveksler av slagloddet aluminium er foretrukket. I veksling 3 kan den høyeste temperatur være under 300°C, og da anvendes det fortrinnsvis en platevarmeveksler med ribber av rustfritt stål. Varmeveksler-områdene er fortrinnsvis som angitt for veksling 5. Ved anvendelse av slike platevarmevekslere med ribber kan temperatur-tilnærmingene i °C være på de følgende fall-nivåer:

Ved en foretrukket fremgangsmåte omfatter varmeveksleren 1 med ekstern varmegjenvinning en dampkjel som frembringer vanndamp ved et trykk passende i området 15-40 bar; vanndamp-utbyttet kan være tilstrekkelig, og anvendes fortrinnsvis til å drive minst én av syntesegass-sirkulatorene enhver syntesegass-kompressor og slike kjøle- eller ammoniakk-kondensasjonsmaskiner som kan trenges ved oppstartning av, eller til å mestre, gass-strømnings-svingninger eller ufullstendig kuldegjenvinning, som allerede beskrevet. Hvis syntesereaktoren innbefatter et ikke-avkjølt katalysator-sjikt ved sitt utløp, ledes den reagerte gass fortrinnsvis først gjennom en vanndamp-overoppheter før den kommer inn i dampkjelen. I et alternativt system er selve syntesereaktoren av vanndamp-produksjons-typen med vanndamp-spiralrør mellom adskilte sjikt hvori slik overoppvarming også er mulig. Ved et ytterligere alternativ inneholder syntesereaktoren katalysator-fylte rør omgitt av kokende vann eller et enkelt legeme av katalysator avkjølt ved dampkjelrør i meste-parten av, eller hele, sin lengde.

Som angitt har fremgangsmåten fordelen med autonomi når det gjelder kraft-tilførsel og er således meget egnet for drift i kombinasjon med et dannelses-system for friskt syntesegass av den type som ikke frembringer høytrykks-vanndamp, for eksempel en vanndamp-luft-hydrokarbon-omformer med indre varmegjenvinning.

Den gassformige ammoniakk som leveres i trinnet i trinn (b) kan anvendes som den er, for eksempel ved omdannelse til ammoniumnitrat eller -fosfat eller oksydasjon til salpetersyre eller ammoksydasjon eller tilførsel til en urea-synteseprosess som mottar gassformig ammoniakk-utgangsmateriale.

Alternativt kan i det minste en del av den kondensere ved komprimering og avkjøling; dette er vanligvis mer bekvemt og økonomisk enn dannelse av en lik mengde flytende ammoniakk ved kondensasjon fra reagert syntesegass ville være.

Bortsett fra de varmeveksler-trinn som karakteriserer oppfinnelsen er syntese-prosessen generelt av den kjente type. Når man således anvender en jernkatalysator, er katalysator-utløpstemperaturen i trinn (a) typisk opp til 500°C, spesielt i området 250-480, for eksempel 350-460°C, så som det som foretrekkes ved syntese ved de spesifiserte lave trykk på grunn av gunstigere likevekt.

Den syntesegass som kommer inn i katalysatoren, består fortrinnsvis i en utstrekning på minst 70 %, spesielt minst 90 %, av blandingen N2 + 3H2.

Katalysatoren i trinn (a) er typisk metallisk jern, som eventuelt inneholder 1-20 % metallisk kobolt og som i alle tilfeller inneholder opp til 10 % aktivator-oksyder, spesielt oksyder av kalium og aluminium og eventuelt også av ett eller flere av kalsium, magnesium, sjeldne jordartsmetaller og metaller fra gruppene IVA-VTIA i det periodiske system. Disse prosentandeler er i vekt, basert på den oksyd-forløper som katalysatoren er laget ut fra ved reduksjon og hvor jernoksydet er beregnet som Fe304 og eventuelt kobolt-oksyd som Co304.

Andre katalysatorer, for eksempel understøttede edelmetaller så som ruthenium på en bærer, kan anvendes; i sistnevnte tilfelle er syntesen fortrinnsvis av den type hvor man har katalysatoren i rør omgitt av kokende vann.

Det henvises nå til tegningene.

Fig. 1 er prosess-skjemaet for en ammoniakk-syntese-fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen; og Fig. 2 er et diagram over temperaturen mot entalpi for den reagerte syntesegass og produkt-ammoniakk ved en slik fremgangsmåte.

Under referanse til fig. 1 forenes frisk ammoniakksyntesegass 10 som inneholder hydrogen og nitrogen (H2/N2 i et forhold på minst 1,5, fortrinnsvis 1,8-2,5 eller opp til 3,1) ved 12 med en resirkuleringsstrøm som vil bli beskrevet, og blandingen ledes ved et trykk i området 60-100 bar abs. til innløpet til sirkulasjonspumpe 14 hvori dens trykk økes med 5-10 %. Den blandede gass, oppvarmet noen få grader ved komprimering, oppvarmes til for eksempel 220-280°C i tilførselsstrøm/- utløpsstrømvarmeveksler 16 (sekundær-overflate-type) og bringes deretter opp til innløpstemperaturen for jern-syntesekatalysa-toren (typisk 300-350°C) i den indre varmeveksler 18 i reaktor 20. Den kommer inn i katalysatorsjikt 22, reagerer eksotermt under dannelse av ammoniakk og, nå typisk ved en temperatur som er 40-80°C høyere, går gjennom den varme side av varmeveksleren 18 og annet katalysatorsjikt 23, og derfra ut til ekstern varmegjenvinning i dampkjel-overheter 24. (Reaktor 20 er for enkelhets skyld vist med to katalysatorsjikt og én varmeveksler. I praksis anvendes det ofte mer enn ett sjikt, varmeveksler 18 kan være tilveiebrakt ved rør inne i katalysator-sjiktet eller den kan være supplert ved inter-sjikts-bråkjøling-injeksjon av gass som går utenom 18 eller annen indirekte inter-sjikts-varmeveksler.

I dampkjel/overheter 24 avkjøles den reagerte syntesegass til 240-300°C og vann fordampes i dampkjel 26 under dannelse av vanndamp ved 15-40 eller opp til 80 bar abs. med 50-120°C overoppvarming i varmeveksler 28. Vanndampen ledes ut til en turbin (ikke vist) som direkte eller elektrisk driver kompressor 14 og andre maskiner. I et annet avkjølingstrinn ledes gassen til tilførselsstrøm/utløpsstrømvarmeveksler 16 og avkjøles der til 30-50°C. Veksler 16 er av platevarmeveksler-typen med ribber fremstilt i rustfritt stål, med en varmevekslingsoverflate i området 0,24-0,96 m<2> pr. kg mol pr. time av gasspumpingskapasi-teten hos sirkulasjonspumpe 14. Kald-ende-temperatur-tilnærmingen i 16 under 8°C, for eksempel 3°C; på samme tid oppvarmes den ureagerte gass meget effektivt, hvilket gir en varm-ende-temperatur-tilnærming i området 3-20°C. I et tredje avkjølingstrinn avkjøles den reagerte syntesegass i platevarmeveksleren med ribber og av slagloddet aluminium 3 0 med avgivelse av varme til kjølevann som ledes inn ved 32 og ut ved 34. I 30 er kald-ende-temperatur-tilnærmingen under 8°C, for eksempel 2°C; på samme tid er varm-ende-temperatur-tilnærmingen i området 2-10°C. Den reagerte syntesegass er fremdeles fri for kondensert ammoniakk.

For ammoniakk-avkjølings-fraskillelsesfasen ledes gassen inn i en første nedkjølingsinnretning 36 hvori den avgir varme til de følgende kalde strømmer: A' : delvis oppvarmet ureagert ammoniakksyntesegass,

forberedt for resirkulering;

B : fordampende flytende ammoniakk med mellomtrykk;

C : ammoniakkgass: med lavt trykk.

Kald-ende-temperatur-tilnærmingen er under 4°C, faktisk reelt null, og varm-ende-temperatur-tilnærmingen er under 3°C som et resultat av det store varmevekslings-overflateareal (2,8 m<2> pr. kg mol h-<1> av ammoniakk som skal kondenseres) og som et resultat av aluminiums høye termiske ledningsevne. Den resulterende delvis nedkjølte gass ledes inn i en andre nedkjølingsinnretning 38 som har samme oppbygning som 36, hvori den varmeveksles med de følgende kalde strømmer:

A : kald ureagert ammoniakksyntesegass; og

C : fordampende flytende ammoniakk med lavt trykk. Nedkjølingsinnretningene 36 og 38 er innesluttet i isolert kald-boks 39. Kald-ende-temperatur-tilnærmingen er null mellom gass-strømmene og ca. 5°C mellom den delvis nedkjølte gass og den fordampende flytende ammoniakk C. Varm-ende-temperatur-tilnærmingen er reelt 0°C. Den nedkjølte gass, som nå inneholder suspendert flytende ammoniakk, ledes inn i separator 40, fra hvilken kald ureagert gass-strøm A, som inneholder 4-8 volum% ammoniakk, passerer oventil. Flytende ammoniakk går fra 40 inn i den første trykksenkningsbeholder 42 via ventil 44. En strøm av flytende ammoniakk uttas som strøm B og får fordampe ved et trykk på 4-20 bar i første trinns nedkjølingsinnretningen 36 for å gi en ammoniakk-produktgass-strøm 50. Resten av den flytende ammoniakk som kommer inn i 42, ledes inn i den annen trykksenkningsbeholder 46 via ventil 48; fra beholder 46 får en strøm av flytende ammoniakk fordampe ved et trykk på 1-4 bar som strøm C i annet trinns-nedkjølingsinnretning 38. Den ammoniakkgass som er et resultat av fordampningen av strøm C, kan hvis ønskelig ekspanderes i en maskin med utførelse av arbeid før den ledes til den kalde side av den første nedkjølingsinnretning 36. Gass-strømmen som resulterer fra fordamping av strøm C forlater kjøleinnretningen 36 som en ammoniakk-produktgass-strøm

52. De følgende strømmer uttas fra den varme side av ned-kjølingsinnretning 36: oppvarmet A', til innløpet til kompressor 14 via rensepunkt 41 og blandepunkt 12;

oppvarmet B og C, til brukere av gassformig ammoniakk eller til et kondensasjonsanlegg.

Gassen fra rensepunkt 41 kan behandles under gjenvinning av ammoniakk og deretter under fraskillelse av en hydrogenanriket strøm for resirkulering til innløpet til kompressor 14 eller et annet sted og en metanholdig strøm som kan anvendes som brennstoff.

Ved en alternativ fremgangsmåte kan strøm C ledes direkte til en ammoniakk-bruker, uten at den passerer gjennom varmeveksler 36. I dette tilfelle er det et lite underskudd på kulde som ville kompenseres for ved en liten mekanisk kjølekrets (ikke vist). Enda andre anordninger for varmevekslere er mulig; for eksempel kan 3 adskilte varmevekslere, som hver har som kaldt fluid én av strømmene A, B og C, anvendes.

Typiske temperaturer i de angitte områder er vist i tabell 2, sammenlignet (ved temperaturer på over 33°C) med temperaturer som fordres ved anvendelse av konvensjonelle rørviklings-varmevekslere.

Typiske trykk, temperaturer og ammoniakk-konsentrasjoner ved fremgangsmåten ér vist i tabell 3.

I temperatur-entalpi-diagrammet ifølge fig. 2 er avkjølings-kurver representert for varmevekslere 36 og 38: Reagert syntesegass : her minker entalpien langsomt, siden bare den frie varme hos gass minker. Imidlertid forandres helningen straks ammoniakk-duggpunktstemperaturen er

nådd;

Reagert syntesegass

inneholdende flytende

ammoniakk : her minker entalpien hurtig siden den latente fordampningsvarme for ammoniakk, i tillegg til tap av fri varme, tapes ettersom dens damptrykk minker og væske

fraskilles;

LT-ammoniakk-for-

dampning (strøm C) : her fordampes ammoniakk i nedkjølings-innretning 38, idet den opptar latent fordampningsvarme men uten at temperaturen økes;

LT-ammqniakkgass : her opptar ammoniakk i nedkjølings-innretning 38 fri varme, dens temperatur stiger og dens entalpi øker langsomt. Denne linje representerer også

temperaturen hos den ureagerte syntesegass fraskilt fra flytende

ammoniakk og som nå resirkuleres; MT-ammoniakkfordampning

(strøm B) : her fordamper ammoniakk i nedkjølings-innretning 36, idet den opptar latent , fordampningsvarme men uten at dens temperatur økes;

MT-ammoniakkgass : her opptar ammoniakkdampen i nedkjølingsinnretning 36 fri varme, dens temperatur stiger og dens entalpi øker langsomt. Denne linje representerer også temperaturen hos den

ureagerte syntesegass som nå resirkuleres ;

Avsnøringer 1, 2, 3 : ettersom fluidene går gjennom varmevekslerne motstrøms, minker temperatur-, W^.'-/. fr--^'' forskjellene mellom varm-side- og kald-side-fluidene. I en konvensjonell rørviklingsvarmeveksler er det ikke praktisk gjennomførbart å tilveiebringe en så stor varmeveksler-overflate at det kan oppnås en temperatur-tilnærming på mindre enn ca. 20°C, og følgelig finner det ikke sted noen høyst

effektiv gjenvinning av kulde; således kan man gjenkjenne en "avsnøring" ved typisk en temperaturforskjell på 2 0°C. Under anvendelse av en høy overflate-varmeveksler gjenkjenner man imidlertid en avsnøring bare ved en forskjell på 5°C eller til og med mindre, og et lite område med en forskjell på null er ikke uøkonomisk. Følgelig kan hovedsakelig

all kulde gjenvinnes. Faktisk skyldes temperaturforskjellen i området "avsnøring 1" i stor grad at ammoniakk ikke er ideell, men platevarmeveksleren

med ribber, av slagloddet aluminium, gjør at dette kan utnyttes fullstendig, med en endelig varm-ende-temperatur-tilnærming som spesifisert.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av ammoniakk som omfatter a) reaksjon av en nitrogen-hydrogen-ammoniakksyntesegass over en ammoniakksyntese-katalysator ved betingelser som bevirker delvis omdannelse til ammoniakk; b) avkjøling av den reagerte syntesegass til under duggpunktet for ammoniakk ved indirekte varmeveksling med kaldere fluida som i fallende temperatur-rekkefølge omfatter ureagert ut-gangs-syntesegass, omgivelsesluft eller -vann og kjølemid-del ;

c) fraskillelse av flytende ammoniakk fra den avkjølte gass og resirkulering av ureagert gass til trinn a); d) fordampning av i det minste en del av den fraskilte flytende ammoniakkstrøm som kjølemiddel i varmeveksling med delvis avkjølt reagert syntesegass; og e) levering av et gassformig ammoniakk-produkt; karakterisert ved at i) trinnene a) - c) utføres ved et trykk i området 25 - 120 bar abs.; ii) nevnte indirekte varmeveksling i trinn b) utføres i minst to trinn, hvor det i det første dannes en delvis avkjølt gass som inneholder lite, eller som er fri for, flytende ammoniakk, og i det siste dannes det flytende ammoniakk og en kald ureagert gass som inneholder minst 2 volum% gassformig ammoniakk; iii) trinn for indirekte varmeveksling i trinn b) utføres ved en ammoniakkfraskillelsestemperatur i området pluss 25 til minus 33°C ved at nevnte delvis avkjølte gass varmeveksles motstrøms med nevnte kalde ureagerte gass-strøm, med gassformig ammoniakk fremstilt ved nevnte fordampning i trinn d) og idet nevnte flytende ammoniakk undergår fordampning, og et gassformig ammoniakkprodukt leveres ved et trykk på mer enn 1 bar abs.; og iv) siste trinn i den indirekte varmeveksling i trinn b) utføres med en varmevekslingsoverflate som er tilstrekkelig til at kald-ende-temperatur-tilnærmingen blir mindre enn 8°C og varm-ende-temperatur-tilnærmingen blir mindre enn 5°C.

2:. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trykket i trinnene a) - c) holdes i området 60-100 bar abs. når det anvendes en jern-ammoniakksyntese-katalysator, eller i området 2 5-60 bar abs. når det anvendes en ruthenium-ammoniakksyntese-katalysator.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at ammoniakkinnholdet i den ureagerte gass-strøm i det siste trinn i den indirekte varmeveksling i trinn b) er i området 4-8 volum%.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at ammoniakk-fraskillelses-temperaturen holdes i området pluss 10 til minus 15°C og ammoniakkgass-leveringstrykket holdes i området 2-7 bar abs.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at man deler den flytende ammoniakk i to deler, idet trykket i den første del senkes til området 4-7 bar abs., og trykket i den annen del senkes til området 2-4 bar abs., og den delvis avkjølte reagerte syntesegass-strøm varmeveksles suksessivt med fordampende flytende ammoniakk fra nevnte første og annen del, hvorved nevnte gass avkjøles til suksessivt lavere temperaturer svarende til de trykk ved hvilke fordampning finner sted.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at varmevekslingsover-flaten som anvendes i det siste i den indirekte varmeveksling i trinn b) er minst 2,5 m<2> pr. kmol pr. time av ammoniakk som kondenseres fra reagert syntesegass, kald-ende-temperaturtil-nærmingen er mindre enn 4°C, og varm-ende-temperatur-tilnærmingen er mindre enn 3°C.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den første avkjølings-fase i trinn b) innbefatter for-oppvarming av syntesegass og varmeavgivelse til vann eller luft, og minst én av slike varmevekslinger utføres i en varmeveksler med plateribber.