PL240266B1 - Method for producing nitrogen compounds from organic waste and the system for producing nitrogen compounds from organic waste - Google Patents

Method for producing nitrogen compounds from organic waste and the system for producing nitrogen compounds from organic waste Download PDF

Info

Publication number
PL240266B1
PL240266B1 PL415312A PL41531215A PL240266B1 PL 240266 B1 PL240266 B1 PL 240266B1 PL 415312 A PL415312 A PL 415312A PL 41531215 A PL41531215 A PL 41531215A PL 240266 B1 PL240266 B1 PL 240266B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
nitrogen
hydrogen
carbon dioxide
ammonia
water
Prior art date
Application number
PL415312A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL415312A1 (en
Inventor
Tadeusz BĄK
Tadeusz Bąk
Rafał Chmielewski
Marek Gościcki
Original Assignee
Bak Tadeusz
Chmielewski Rafal
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 Bak Tadeusz, Chmielewski Rafal filed Critical Bak Tadeusz
Priority to PL415312A priority Critical patent/PL240266B1/en
Priority to PCT/EP2016/081544 priority patent/WO2017108629A2/en
Publication of PL415312A1 publication Critical patent/PL415312A1/en
Publication of PL240266B1 publication Critical patent/PL240266B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01CAMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C01C1/0488Processes integrated with preparations of other compounds, e.g. methanol, urea or with processes for power generation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01CAMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C273/00Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C273/02Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds
    • C07C273/04Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds from carbon dioxide and ammonia
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/133Renewable energy sources, e.g. sunlight
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania amoniaku oraz mocznika z odpadów organicznych oraz układu do realizacji tego sposobu.The present invention relates to a method for producing ammonia and urea from organic waste and to a system for carrying out the method.

Wśród zanieczyszczeń generowanych w procesach spalania paliw stałych, ciekłych czy gazowych wyróżnia się między innymi zanieczyszczenia gazami takimi jak CO2 czy tlenkami azotu na różnym stopniu utlenienia (N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5, NO3) ogólnie określanych jako NOx. Zasadniczo dąży się do ograniczenia emisji dwutlenku węgla (CO2) oraz tlenków azotu (NOx) za pomocą wprowadzanych norm emisyjnych, regulujących dopuszczalny poziom emisji tych związków do atmosfery, a także nakładaniem kar finansowych w przypadku nieprzestrzegania tych norm. Najbardziej powszechną metodą neutralizacji tlenków azotu jest ich redukcja mocznikiem z wydzieleniem dwutlenku węgla jako produktu ubocznego, co prowadzi wprawdzie do redukcji emisji tlenków azotu, ale zwiększa emisję CO2. Dodatkowo, także w znanych procesach syntezy amoniaku oraz związków amonowych emituje się do atmosfery znaczne ilości CO2, w których to procesach do wytworzenia wodoru cząsteczkowego (H2) stanowiącego oprócz azotu substrat do syntezy NH3, zużywa się znaczne ilości ciepła i/lub energii elektrycznej, które wytwarza się typowo poprzez spalanie paliw z emisją CO2 do atmosfery.Among the pollutants generated in the combustion processes of solid, liquid and gaseous fuels, there are pollutants with gases such as CO2 or nitrogen oxides at various degrees of oxidation (N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5, NO3), generally referred to as NOx. Basically, the aim is to reduce the emission of carbon dioxide (CO2) and nitrogen oxides (NOx) by introducing emission standards regulating the permissible level of emissions of these compounds into the atmosphere, as well as imposing financial penalties in the event of non-compliance with these standards. The most common method of neutralizing nitrogen oxides is their reduction with urea, with the release of carbon dioxide as a by-product, which leads to a reduction in nitrogen oxide emissions, but increases CO2 emissions. In addition, also in the known processes of the synthesis of ammonia and ammonium compounds, significant amounts of CO2 are emitted into the atmosphere, in which, in order to produce molecular hydrogen (H2), which, apart from nitrogen, is a substrate for the synthesis of NH3, considerable amounts of heat and / or electricity are consumed. is typically produced by burning fuels with CO2 emissions to the atmosphere.

Standardowo, wodór do syntezy amoniaku pozyskuje się z metanu lub z innych węglowodorów w procesach obejmujących reakcje wydzielania CO oraz CO2, a także z gazu syntezowego, zwanego także syngazem, stanowiącego produkt zgazowania surowców takich jak węgiel kamienny, węgiel brunatny czy koks.Typically, hydrogen for the synthesis of ammonia is obtained from methane or other hydrocarbons in processes involving the evolution of CO and CO2, as well as from synthesis gas, also known as syngas, which is a product of gasification of raw materials such as coal, brown coal or coke.

Znane są ponadto sposoby pozyskiwania wodoru do produkcji amoniaku z gazu syntezowego pochodzącego z procesu zgazowania materiałów odpadowych, takich jak biomasa czy odpady komunalne. W tym procesie wodór typowo pozyskuje się z gazu syntezowego zawierającego: H2, CO oraz CO2, na drodze konwersji CO do CO2 oraz następnego usuwania CO2 w procesie mycia potasowego, uzyskując końcowo oczyszczony wodór zawierający CO i CO2 w stężeniu poniżej 10 ppm. Czystość pozyskiwanego z syngazu wodoru, jest ważna ze względu na fakt, iż niektóre zanieczyszczenia mogą powodować dezaktywację katalizatorów stosowanych w syntezie amoniaku.There are also known methods of obtaining hydrogen for the production of ammonia from synthesis gas from the gasification of waste materials, such as biomass or municipal waste. In this process, hydrogen is typically obtained from synthesis gas containing: H 2, CO and CO 2 by converting CO to CO 2 and subsequent removal of CO 2 by a potassium washing process, yielding a final purified hydrogen containing CO and CO 2 at a concentration below 10 ppm. The purity of hydrogen obtained from syngas is important due to the fact that some pollutants can deactivate the catalysts used in the synthesis of ammonia.

Azot do syntezy amoniaku pozyskuje się natomiast z powietrza na drodze fizycznej: metodą skraplania i rektyfikacji.Nitrogen for the synthesis of ammonia is obtained from the air in a physical way: by condensation and rectification.

Z literatury patentowej znane są sposoby wytwarzania amoniaku z gazu syntezowego pochodzącego ze zgazowania biomasy oraz powietrza.The patent literature describes methods of producing ammonia from synthesis gas from biomass and air gasification.

Z amerykańskiego opisu patentowego US8679439 znany jest sposób wytwarzania amoniaku z biomasy, w którym biomasę poddaje się zgazowaniu w obecności tlenu, który dostarcza się do procesu zgazowania z separatora powietrza. Syngaz otrzymany w wyniku procesu zgazowania poddaje się kolejno reformowaniu katalitycznemu z uzyskaniem strumienia gazu bogatego w wodór (H2) oraz o niskiej zawartości węglowodorów. Otrzymany gaz wykorzystuje się jako źródło wodoru do produkcji amoniaku, przy czym jako surowiec azotowy wykorzystuje się azot pozyskiwany metodą skraplania i rektyfikacji z powietrza.From the US patent description US8679439 there is known a method of producing ammonia from biomass, in which the biomass is gasified in the presence of oxygen which is supplied to the gasification process from an air separator. Syngas obtained as a result of the gasification process is successively subjected to catalytic reforming to obtain a gas stream rich in hydrogen (H2) and with a low content of hydrocarbons. The gas obtained is used as a hydrogen source for the production of ammonia, while nitrogen obtained by condensation and rectification from air is used as the nitrogen feed.

Znane sposoby wytwarzania związków amonowych z syngazu pochodzącego ze zgazowania odpadów organicznych takich jak biomasa są zatem dwuetapowymi procesami obejmującymi wydzielenie wodoru z syngazu oraz dostarczenie azotu, pozyskanego z powietrza na drodze skraplania i rektyfikacji.The known methods of producing ammonium compounds from syngas from gasification of organic waste such as biomass are therefore two-stage processes involving the separation of hydrogen from the syngas and the supply of nitrogen obtained from the air by condensation and rectification.

Celowym byłoby zatem opracowanie sposobu syntezy amoniaku i mocznika, z syngazu pochodzącego z przerobu odpadów organicznych, w tym biomasy, odpadów komunalnych czy odpadowych tworzyw sztucznych, który zapewniłby ograniczenie emisji CO2 do atmosfery zarówno w procesie separacji wodoru jak i separacji azotu, umożliwiając tym samym poprawę efektywności energetycznej procesu.Therefore, it would be advisable to develop a method for the synthesis of ammonia and urea from syngas from the processing of organic waste, including biomass, municipal waste or waste plastics, which would ensure the reduction of CO2 emissions to the atmosphere both in the process of hydrogen separation and nitrogen separation, thus enabling improvement process energy efficiency.

Przedmiotem wynalazku jest układ do wytwarzania amoniaku i mocznika z odpadów organicznych zawierający mineralizator do zgazowania odpadów organicznych z wytworzeniem syngazu zawierającego w składzie: azot (N2), tlenek węgla (CO), dwutlenek węgla (CO2), wodór (H2) i parę wodną (H2O(g)), przy czym mineralizator zawiera doprowadzenie powietrza wzbogaconego tlenem jako czynnika zgazowującego do komory reakcyjnej mineralizatora. Układ charakteryzuje się tym, że zawiera ponadto: katalizator na wyjściu syngazu z mineralizatora do katalitycznego dopalania składników syngazu: tlenku węgla (CO) do dwutlenku węgla (CO2) oraz wodoru (H2) do wody (H2O) z wytworzeniem spalin zawierających: azot (N2), dwutlenek węgla oraz wodę; system wymrażania z doprowadzeniem spalin z katalizatora do wykraplania i/lub wymrażania ze spalin wody oraz dwutlenku węgla i separacji gazowego azotu (N2), połączony ze zbiornikami: azotu i dwutlenku węgla; elektrolizer do elektrolizyThe subject of the invention is a system for the production of ammonia and urea from organic waste, containing a mineralizer for gasification of organic waste to produce syngas containing: nitrogen (N2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), hydrogen (H2) and water vapor ( H2O (g)), the mineralizer comprising supplying oxygen-enriched air as a gasifying agent to the reaction chamber of the mineralizer. The system is characterized by the fact that it also includes: a catalyst at the output of syngas from the mineralizer for the catalytic combustion of the syngas components: carbon monoxide (CO) to carbon dioxide (CO2) and hydrogen (H2) to water (H2O) to produce exhaust gases containing: nitrogen (N2) ), carbon dioxide and water; a freezing system with flue gas supply from the catalyst for condensation and / or freezing of water and carbon dioxide from the flue gas and nitrogen gas (N2) separation, connected with nitrogen and carbon dioxide tanks; electrolyser for electrolysis

PL 240 266 B1 wody z wydzieleniem tlenu do wzbogacania powietrza do zgazowania odpadów organicznych w mineralizatorze oraz wydzieleniem wodoru do syntezy amoniaku do gromadzenia w zbiorniku wodoru; oraz reaktor do syntezy amoniaku z azotu odseparowanego ze spalin w systemie wymrażania i wodoru z elektrolizy wody w elektrolizerze z doprowadzeniem azotu ze zbiornika azotu oraz doprowadzeniem wodoru ze zbiornika wodoru, przy czym układ zawiera ponadto co najmniej jeden z następujących syntezatorów mocznika: syntezator mocznika do syntezy mocznika z amoniaku oraz dwutlenku węgla z doprowadzeniem amoniaku z reaktora do syntezy amoniaku oraz doprowadzeniem dwutlenku węgla ze zbiornika dwutlenku węgla; syntezator mocznika do syntezy mocznika z dwutlenku węgla, azotu oraz wodoru z doprowadzeniem dwutlenku węgla ze zbiornika dwutlenku węgla, doprowadzeniem azotu ze zbiornika azotu oraz doprowadzeniem wodoru ze zbiornika wodoru.Water with oxygen evolution for enrichment of air for gasification of organic waste in a mineralizer and hydrogen evolution for the synthesis of ammonia for collection in the hydrogen tank; and a reactor for the synthesis of ammonia from nitrogen separated from the flue gas in the freezing system and hydrogen from the electrolysis of water in the electrolyser with nitrogen supply from the nitrogen tank and hydrogen supply from the hydrogen tank, the system also includes at least one of the following urea synthesizers: urea synthesizer for synthesis urea from ammonia and carbon dioxide with an ammonia feed from the ammonia synthesis reactor and a carbon dioxide feed from the carbon dioxide reservoir; urea synthesizer for urea synthesis from carbon dioxide, nitrogen and hydrogen with supply of carbon dioxide from the carbon dioxide tank, supply of nitrogen from the nitrogen tank and supply of hydrogen from the hydrogen tank.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto sposób wytwarzania amoniaku i mocznika z odpadów organicznych charakteryzujący się tym, że w układzie zawierającym: mineralizator do zgazowania odpadów organicznych z wytworzeniem syngazu zawierającego w składzie: azot (N2), tlenek węgla (CO), dwutlenek węgla (CO2), wodór (H2) i parę wodną (H2O(g)), z doprowadzeniem powietrza wzbogaconego tlenem jako czynnika zgazowującego do komory reakcyjnej mineralizatora; katalizator na wyjściu syngazu z mineralizatora do katalitycznego dopalania składników syngazu: tlenku węgla (CO) do dwutlenku węgla (CO2) oraz wodoru (H2) do wody (H2O) z wytworzeniem spalin zawierających azot (N2), dwutlenek węgla oraz wodę; system wymrażania z doprowadzeniem spalin z katalizatora do wykraplania i/lub wymrażania ze spalin wody oraz dwutlenku węgla i separacji gazowego azotu (N2); elektrolizer do elektrolizy wody z wydzieleniem tlenu do wzbogacania powietrza do zgazowania odpadów organicznych w mineralizatorze oraz wydzieleniem wodoru do gromadzenia w zbiorniku wodoru do syntezy amoniaku; oraz reaktor do syntezy amoniaku z azotu odseparowanego ze spalin w systemie wymrażania i wodoru z elektrolizy wody w elektrolizerze z doprowadzeniem azotu ze zbiornika azotu oraz doprowadzeniem wodoru ze zbiornika wodoru; przy czym w sposobie tym prowadzi się proces zgazowania odpadów organicznych powietrzem wzbogaconym w tlen, przy czym azot (N2) z powietrza jest w procesie zgazowania gazem inertnym, przy czym w elektrolizerze prowadzi się elektrolizę wody na tlen (O2) i wodór (H2), przy czym tlenem z elektrolizy wzbogaca się powietrze do zgazowania, a wodór (H2) z elektrolizy wody gromadzi się w zbiorniku wodoru; i wytwarza się w mineralizatorze syngaz zawierający: azot (N2), tlenek węgla (CO), dwutlenek węgla, wodór (H2) i parę wodą (H2O(g)); następnie na katalizatorze katalitycznie dopala się syngaz z uzyskaniem spalin zawierających azot (N2), dwutlenek węgla oraz wodę; następnie w procesie wymrażania ze spalin wydziela się wodę oraz dwutlenek węgla i separuje się gazowy azot; przy czym rozdzielone składniki spalin gromadzi się w oddzielnych zbiornikach: azotu i dwutlenku węgla; i prowadzi się syntezę amoniaku w reaktorze do syntezy amoniaku z wykorzystaniem azotu zgromadzonego w zbiorniku azotu oraz wodoru z elektrolizy wody zgromadzonego w zbiorniku wodoru, przy czym ponadto prowadzi się syntezę mocznika w co najmniej jednym z następujących syntezatorów mocznika: w syntezatorze mocznika do syntezy mocznika z amoniaku oraz dwutlenku węgla z doprowadzeniem amoniaku z reaktora do syntezy amoniaku oraz doprowadzeniem dwutlenku węgla ze zbiornika dwutlenku węgla, w którym prowadzi się syntezę mocznika z wykorzystaniem amoniaku pozyskanego w procesie syntezy amoniaku w reaktorze oraz dwutlenku węgla zgromadzonego w zbiorniku dwutlenku węgla; w syntezatorze mocznika do syntezy mocznika z dwutlenku węgla, azotu oraz wodoru z doprowadzeniem dwutlenku węgla ze zbiornika dwutlenku węgla, doprowadzeniem azotu ze zbiornika azotu oraz doprowadzeniem wodoru ze zbiornika wodoru, w którym prowadzi się syntezę mocznika z wykorzystaniem azotu zgromadzonego w zbiorniku azotu, dwutlenku węgla zgormadzonego w zbiorniku dwutlenku węgla oraz wodoru zgromadzonego w zbiorniku wodoru.The subject of the invention is also a method of producing ammonia and urea from organic waste, characterized by the fact that in a system containing: a mineralizer for gasifying organic waste to produce syngas containing: nitrogen (N2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), hydrogen (H 2) and water vapor (H 2 O (g)), with oxygen-enriched air supplied as the gasifying agent to the reaction chamber of the mineralizer; a catalyst at the syngas outlet from a mineralizer to catalytically burn off the syngas components: carbon monoxide (CO) to carbon dioxide (CO2) and hydrogen (H2) to water (H2O) to produce flue gases containing nitrogen (N2), carbon dioxide and water; freezing system with flue gas supply from the catalyst for condensation and / or freezing of water and carbon dioxide from the flue gas and separation of gaseous nitrogen (N2); electrolyser for the electrolysis of water with oxygen evolution for enriching air for gasification of organic waste in the mineralizer and hydrogen separation for collection in the hydrogen tank for ammonia synthesis; and a reactor for the synthesis of ammonia from nitrogen separated from the flue gas in the freezing system and hydrogen from the electrolysis of water in the electrolyser with the supply of nitrogen from the nitrogen tank and the supply of hydrogen from the hydrogen tank; this process involves the gasification of organic waste with oxygen-enriched air, where nitrogen (N2) from the air is an inert gas in the gasification process, and the electrolysis of water into oxygen (O2) and hydrogen (H2) is carried out in the electrolyser, wherein oxygen from the electrolysis is enriched in the air for gasification, and hydrogen (H2) from the electrolysis of water is collected in the hydrogen tank; and producing syngas in the mineralizer containing: nitrogen (N2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide, hydrogen (H2) and steam with water (H2O (g)); then the syngas is catalytically burned on the catalyst to obtain exhaust gas containing nitrogen (N2), carbon dioxide and water; then, in the freezing process, water and carbon dioxide are separated from the flue gas and nitrogen gas is separated; wherein the separated components of the exhaust gas are collected in separate tanks: nitrogen and carbon dioxide; and ammonia synthesis is carried out in an ammonia synthesis reactor with the use of nitrogen stored in the nitrogen reservoir and hydrogen from the electrolysis of water collected in the hydrogen reservoir, furthermore, urea synthesis is carried out in at least one of the following urea synthesizers: in a urea synthesizer for urea synthesis from ammonia and carbon dioxide with the supply of ammonia from the ammonia synthesis reactor and the supply of carbon dioxide from the carbon dioxide tank, where urea synthesis is carried out with the use of ammonia obtained in the ammonia synthesis process in the reactor and carbon dioxide accumulated in the carbon dioxide tank; in urea synthesizer for urea synthesis from carbon dioxide, nitrogen and hydrogen with supply of carbon dioxide from the carbon dioxide tank, supply of nitrogen from the nitrogen tank and supply of hydrogen from the hydrogen tank, in which urea synthesis is carried out with the use of nitrogen stored in the nitrogen tank, carbon dioxide the carbon dioxide collected in the tank and the hydrogen stored in the hydrogen tank.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku na którym: Fig. 1 przedstawia schematycznie instalację do syntezy amoniaku i mocznika z odpadów organicznych; Fig. 2 przedstawia przykładowy schemat mineralizatora do mineralizacji (zgazowania) materiałów odpadowych: biomasy, odpadów komunalnych odpadów z tworzyw sztucznych.The subject of the invention is presented in an embodiment in the drawing in which: Fig. 1 schematically shows a plant for the synthesis of ammonia and urea from organic waste; Fig. 2 shows an exemplary diagram of a mineralizer for mineralization (gasification) of waste materials: biomass, municipal waste, plastic waste.

Układ do syntezy związków amonowych z odpadów organicznych przedstawiony schematycznie na Fig. 1 może pracować w sposób ciągły lub okresowy w zależności od potrzeb, od aktualnych bilansów surowcowych, czyli ilości dostępnych surowców, a także możliwości gromadzenia wytwarzanych produktów: amoniaku oraz związków amonowych, takich jak na przykład mocznik.The system for the synthesis of ammonium compounds from organic waste, shown schematically in Fig. 1, can work continuously or periodically, depending on the needs, on the current raw material balances, i.e. the amount of available raw materials, as well as the possibility of collecting the manufactured products: ammonia and ammonium compounds, such as for example urea.

Układ do syntezy związków amonowych zawiera mineralizator 110 do wytwarzania gazu syntezowego (syngazu) w procesie zgazowania odpadów organicznych, takich jak odpady komunalne, odpady z tworzyw sztucznych czy biomasa - przykładowo biomasa pochodzenia rolniczego, w obecnościThe system for the synthesis of ammonium compounds includes a mineralizer 110 for the production of synthesis gas (syngas) in the gasification of organic waste, such as municipal waste, plastic waste or biomass - for example, biomass of agricultural origin, in the presence of

PL 240 266 B1 czynnika zgazowującego. Jak schematycznie przedstawiono na Fig. 1 organiczne odpady stanowiące wsad w procesie mineralizacji mogą zawierać: krzemionkę: (SO2), węglowodory: aromatyczne, alifatyczne, alicykliczne, rozgałęzione, nasycone bądź nienasycone (CnHm), biomasę: przykładowo materiały celulozowe n(C6Hi2Oe) oraz wodę. W układzie wykorzystuje się mineralizator 110 do mineralizacji paliwa węglowego o konstrukcji takiej jak mineralizator opisany w polskim zgłoszeniu patentowym P.405601, przy czym budowę komory takiego mineralizatora przedstawiono schematycznie na Fig. 2. Mineralizator 110 do produkcji gazu syntezowego z odpadów organicznych ma postać zasadniczo poziomej obrotowej rury stanowiącej komorę mineralizatora 210 z rozmieszczonymi wewnątrz stałymi i/lub regulowanymi elementami 212, 213, 214 do przesypywania materiału wsadowego w trakcie obrotu rury 210. W mineralizatorze 110 prowadzi się ciągły proces mineralizacji (zgazowania) wsadu (odpadów organicznych) dostarczanego do komory mineralizatora 210 z wytworzeniem gazowych produktów spalania - syngazu - zgodnie z procesem opisanym w zgłoszeniu P.405601. Mineralizator 110 zawiera dysze doprowadzające do wnętrza komory 210 czynnik zgazowujący, przykładowo w postaci jednego lub więcej króćców wlotowych z regulacją przepływu. Jako czynnik zgazowujący według wynalazku stosuje się powietrze lub powietrze wzbogacane tlenem, przy czym według wynalazku zawartość azotu w czynniku zagazowującym dobiera się korzystnie do przewidywanego udziału procentowego wodoru wytwarzanego w procesie mineralizacji - produkcji gazu syntezowego.Gasification agent. As schematically shown in Fig. 1, organic waste constituting the input in the mineralization process may contain: silica: (SO2), hydrocarbons: aromatic, aliphatic, alicyclic, branched, saturated or unsaturated (CnHm), biomass: for example n (C6Hi2Oe) cellulosic materials and water. The system uses a mineralizer 110 for the mineralization of coal fuel with a structure similar to the mineralizer described in the Polish patent application P.405601, while the construction of the chamber of such a mineralizer is shown schematically in Fig. 2. The mineralizer 110 for the production of synthesis gas from organic waste has a substantially horizontal form rotating pipe constituting the mineralizer chamber 210 with arranged inside fixed and / or adjustable elements 212, 213, 214 for pouring the batch material during the rotation of the pipe 210. The mineralizer 110 conducts a continuous process of mineralization (gasification) of the charge (organic waste) supplied to the mineralizer chamber 210 to produce gaseous combustion products - syngas - according to the process described in the application P.405601. The mineralizer 110 comprises nozzles for supplying a gasifying agent into the chamber 210, for example in the form of one or more flow-regulated inlet ports. According to the invention, air or oxygen-enriched air is used as the gasifying agent.

Dostarczanie azotu z czynnikiem zgazowującym do mineralizatora 110 nie wymaga dodatkowych operacji technologicznych oraz nakładu energetycznego, ponieważ azot pobiera się wraz z powietrzem, przy czym udział azotu w czynniku zgazowującym reguluje się ilością tlenu wzbogacającego powietrze.The supply of nitrogen with the gasifying agent to the mineralizer 110 does not require additional technological operations and energy expenditure, because nitrogen is taken together with the air, and the share of nitrogen in the gasifying agent is regulated by the amount of oxygen enriching the air.

W celu zwiększenia wydajności reakcji obejmujących proces mineralizacji (zgazowania) przebiegających w trakcie mineralizacji, powietrze wprowadzane jako czynnik zgazowujący można wzbogacać tlenem, przy czym im większy jest udział tlenu w czynniku zgazowującym tym większa jest wydajność zgazowania.In order to increase the efficiency of the reactions involving the mineralization process (gasification) taking place during the mineralization, the air introduced as the gasifying agent can be enriched with oxygen, the higher the proportion of oxygen in the gasifying agent, the higher the gasification efficiency.

Tlen do wzbogacania powietrza pozyskuje się z procesu elektrolizy wody na wodór i tlen, który prowadzi się za pomocą elektrolizera 140 współpracującego z układem do syntezy związków azotowych.Oxygen enriching the air is obtained from the electrolysis of water into hydrogen and oxygen, which is carried out by means of an electrolyser 140 cooperating with a system for the synthesis of nitrogen compounds.

Jako elektrolizer 140 można stosować różne konwencjonalne układy umożliwiające elektrolizę wody. Tlen pozyskiwany w trakcie elektrolizy stanowiący czynnik zgazowujący w procesie mineralizacji, można dostarczać bezpośrednio do układu doprowadzającego tlen do komory mineralizatora 110, gdzie tlen miesza się z powietrzem w odpowiednich proporcjach, lub też nadmiarowy tlen można gromadzić w zbiorniku na tlen i wykorzystywać w zależności od potrzeb procesowych. Wodór z procesu elektrolizy wody można natomiast gromadzić w zbiorniku na wodór 134.Various conventional systems for electrolysis of water may be used as the electrolyser 140. Oxygen obtained during electrolysis, which is a gasifying agent in the mineralization process, can be supplied directly to the oxygen supply system to the mineralizer chamber 110, where oxygen is mixed with air in appropriate proportions, or the excess oxygen can be collected in the oxygen tank and used depending on the needs process. Hydrogen from the water electrolysis process, on the other hand, can be stored in the hydrogen tank 134.

Elektrolizer 140 jest zasilany prądem, korzystnie prądem ze źródeł odnawialnych, przykładowo wytwarzanym za pomocą baterii słonecznych czy elektrowni wiatrowych, lub w elektrociepłowniach zasilanych biomasą. Zaznaczyć należy, że przedmiotowa instalacja może korzystać też z prądu własnej produkcji, wytwarzanego w obiegu parowym ogrzewanym ciepłem pochodzącym z procesu katalitycznego utleniania 112 syngazu wytwarzanego w mineralizatorze 110. Ponadto, jeśli istotne jest spełnienie określonych prawnych wymagań związanych z ekologią, to podczas elektrolizy zasilanej własnym prądem mineralizator może być zasilany biomasą. Najkorzystniej, elektrolizer 140 zasila się prądem w warunkach produkcji nadwyżek prądu przez instalacje solarne czy wiatrowe, które to nadwyżki nie mogą być spożytkowane w inny typowy sensowny gospodarczo sposób. Takie rozwiązanie umożliwia optymalne ze względów środowiskowych wykorzystywanie nadwyżek prądu pochodzącego ze źródeł odnawialnych do produkcji amoniaku oraz związków amonowych.The electrolyser 140 is powered by electricity, preferably electricity from renewable sources, for example produced by solar cells or wind farms, or in biomass-fired CHP plants. It should be noted that the installation in question can also use electricity of its own production, produced in the steam cycle heated with heat from the catalytic oxidation of 112 syngas produced in the mineralizer 110. Moreover, if it is important to meet certain legal requirements related to ecology, then during electrolysis powered by its own The mineralizer can be powered with electricity from biomass. Most preferably, the electrolyser 140 is powered under conditions of excess electricity production by solar or wind installations, which surpluses cannot be utilized in any other conventional economically viable manner. Such a solution enables the optimal use of surplus electricity from renewable sources for the production of ammonia and ammonium compounds for environmental reasons.

W procesie według wynalazku czynnikiem zgazowującym w procesie mineralizacji odpadów organicznych jest zatem tlen, który wprowadza się do komory mineralizatora 110 w postaci mieszaniny z powietrzem. Azot zawarty w mieszaninie gazowej stanowi natomiast inert: balast, który nie bierze udziału w reakcjach zachodzących w trakcie zgazowania w mineralizatorze oraz w niezmienionej postaci opuszcza mineralizator 110 wylotem jako dodatek do gazu syntezowego. Gaz syntezowy stanowiący produkt zgazowania odpadów organicznych otrzymywany w procesie zawiera: dwutlenek węgla (CO2), azot (N2), parę wodną (H2O(g)) oraz może zawierać wodór (H2) czy tlenek węgla (CO) - w zależności od doboru parametrów procesu zgazowania.Thus, in the process according to the invention, the gasifying agent in the organic waste mineralization process is oxygen, which is introduced into the mineralizer chamber 110 as a mixture with air. Nitrogen contained in the gas mixture is inert: ballast, which does not participate in the reactions taking place during gasification in the mineralizer and leaves the mineralizer 110 unchanged through the outlet as an addition to the synthesis gas. Synthesis gas, which is a product of gasification of organic waste, obtained in the process contains: carbon dioxide (CO2), nitrogen (N2), water vapor (H2O (g)) and may contain hydrogen (H2) or carbon monoxide (CO) - depending on the selection of parameters gasification process.

Wytwarzany gaz syntezowy jest kolejno dopalany, przykładowo za pomocą konwencjonalnego katalizatora dopalającego 112, korzystnie zainstalowanego na wylocie gazu syntezowego z mineralizatora 110. Katalizator 112 dopala CO do CO2 oraz H2 do H2O. Do dopalania syngazu można wykorzystywać różne konwencjonalne katalizatory dopalające 112, przykładowo katalizatory w których warstwę aktywną stanowią metale szlachetne, takie jak platyna, pallad lub ich mieszaniny z innymi pierwiastkami.The synthesis gas produced is subsequently burned up, for example with a conventional burn-up catalyst 112, preferably installed at the syngas outlet of the mineralizer 110. The catalyst 112 burns CO to CO2 and H2 to H2O. Various conventional post-combustion catalysts 112 may be used to post-burn the syngas, for example catalysts in which the active layer is noble metals such as platinum, palladium or mixtures thereof with other elements.

PL 240 266 B1PL 240 266 B1

W wyniku dopalania na wyjściu z katalizatora 112 uzyskuje się spaliny zawierające N2, CO2 oraz H2O. Gaz syntezowy na wyjściu z mineralizatora 110 nie zawiera ponadto cząsteczkowego tlenu, który w procesie zgazowania został związany z węglem z utworzeniem tlenku lub dwutlenku węgla. Udziały poszczególnych składników syngazu zależą od składu surowców wprowadzanych do mineralizatora 110 czy ilości doprowadzonego tlenu. Natomiast ilość azotu w syngazie a także w spalinach, będących produktem dopalania 112 syngazu, jest równa ilości azotu wprowadzonego do komory mineralizatora.Afterburning at the outlet of the catalyst 112 produces exhaust gas containing N2, CO2 and H2O. The synthesis gas exiting the mineralizer 110 also does not contain molecular oxygen which has been bound to the carbon in the gasification process to form carbon monoxide or dioxide. The shares of the individual syngas components depend on the composition of the raw materials introduced into the mineralizer 110 or the amount of oxygen supplied. On the other hand, the amount of nitrogen in the syngas as well as in the exhaust gases, which are a product of the syngas afterburning, is equal to the amount of nitrogen introduced into the mineralizer chamber.

Spaliny po dopaleniu syngazu na katalizatorze 112 wprowadza się kolejno do współpracującego z mineralizatorem 110 systemu wykraplania i wymrażania 121 w celu wymrożenia i/lub wykroplenia wyżej krzepnących składników spalin - to jest wykroplenia lub wymrożenia pary wodnej H2O(g) oraz wymrożenia lub wykroplenia dwutlenku węgla. Przykładowo, system wymrażania 121 może być wyposażony w konwencjonalny wymiennik ciepła lub też układ wymienników ciepła przystosowanych do wymrażania i/lub wykraplania kolejno wody oraz dwutlenku węgla. Wodę wymraża się w temperaturze wynoszącej co najwyżej 0°C lub też wodę wykrapla się w temperaturze poniżej 100°C i separuje się lód lub krople z mieszaniny gazowej, natomiast dwutlenek węgla wydziela się - poprzez wymrożenie lub wykroplenie (w zależności od zastosowanej temperatury) z mieszaniny gazowej w temperaturze wynoszącej co najwyżej -56,56°C, a korzystnie wynoszącej -80°C, a wydzielony dwutlenek węgla gromadzi się w zbiorniku dwutlenku węgla 133. Po procesie wymrażania otrzymuje się schłodzony czysty azot, który gromadzi się w zbiorniku azotu 132.After burning the syngas on the catalyst 112, the flue gas is successively fed to the condensation and freezing system 121 cooperating with the mineralizer 110 in order to freeze and / or condense the higher solidifying components of the exhaust gas - i.e. condensation or freezing of water vapor H2O (g) and the freezing or condensation of carbon dioxide. For example, the freezing system 121 may be equipped with a conventional heat exchanger or a system of heat exchangers adapted to freeze and / or condense water and carbon dioxide sequentially. Water is frozen at a temperature of at most 0 ° C or water is condensed at a temperature below 100 ° C and ice or drops are separated from the gas mixture, while carbon dioxide is released - by freezing or condensation (depending on the temperature used) from gas mixture at a temperature of at most -56.56 ° C, and preferably -80 ° C, and the evolved carbon dioxide is collected in the carbon dioxide tank 133. After the freezing process, cooled pure nitrogen is obtained, which is collected in the nitrogen tank 132 .

System wymrażania 121 może współpracować z jedną lub kilkoma instalacjami realizującymi procesy w których „zimno” stanowi produkt odpadowy, co dodatkowo zapewnia obniżenie nakładów energetycznych procesu wytwarzania związków azotowych oraz obniżenie emisji CO2 do atmosfery, ze względu na brak konieczności lub ograniczoną konieczność wykorzystywania prądu lub ciepła do wydzielenia składników spalin. Korzystnie, system wymrażania 121 może współpracować z instalacją regazyfikacji LNG (regazyfikacji skroplonego gazu ziemnego), gdzie „zimno” jest generowane w trakcie wrzenia i parowania ciekłego metanu do postaci gazowej. Dodatkowo „zimno” stanowiące produkt odpadowy regazyfikacji LNG charakteryzuje się odpowiednio niską temperaturą, korzystną do wydzielenia niżej zestalających się składników spalin z syngazu ( do CO2 oraz H2O) w procesie wymrażania.The freezing system 121 can cooperate with one or more installations implementing processes in which "cold" is a waste product, which additionally reduces the energy expenditure of the process of producing nitrogen compounds and reduces CO2 emissions to the atmosphere, due to the lack of need or a limited need to use electricity or heat. for the separation of exhaust gas components. Advantageously, the freezing system 121 can cooperate with an LNG regasification plant, where "cold" is generated during the boiling and evaporation of the liquid methane to gaseous form. In addition, "cold", which is a waste product of LNG regasification, is characterized by an appropriately low temperature, favorable for the separation of the lower-solidifying components of the exhaust gas from the syngas (to CO2 and H2O) in the freezing process.

Korzystnie współpracujące systemy: wymrażania 121 składników spalin syngazu oraz regazyfikacji LNG 120 powinny znajdować się w odległości, która zapewni ograniczenie strat w trakcie przesyłu „zimna” - wykorzystywanego jako czynnik chłodzący w procesie wymrażania. „Zimno” może być dostarczane do systemu wymrażania 121 przykładowo za pomocą systemu wymienników ciepła i krążącego pomiędzy nimi płynu niskozamarzającego.Preferably cooperating systems: freezing 121 components of the syngas exhaust gas and regasification of LNG 120 should be located at a distance that will ensure the reduction of losses during the "cold" transmission - used as a cooling factor in the freezing process. "Cold" can be delivered to the freezing system 121, for example, by a system of heat exchangers and antifreeze circulating therebetween.

Spaliny (składniki syngazu) przed wprowadzeniem do systemu wymrażania 121 mogą być dodatkowo wzbogacane innymi spalinami, przykładowo pochodzącymi z regazyfikatorów SCV (z ang. Submerged Combustion Vaporizer), to jest urządzeń do regazyfikacji LNG opalanych gazem, co zapewnia dodatkowe ograniczenie emisji spalin generowanych przez te urządzenia w trackie regazyfikacji LNG. Spaliny zawierające dwutlenek węgla mogą być zbierane i za pomocą kanału 111 doprowadzane do układu transportowego spalin.The flue gas (syngas components) before being introduced into the freezing system 121 can be additionally enriched with other fumes, for example from SCV regasifiers (Submerged Combustion Vaporizers), i.e. gas-fired LNG regasification devices, which provides an additional reduction of exhaust emissions generated by these equipment during LNG regasification. The exhaust gas containing carbon dioxide may be collected and supplied via the conduit 111 to the exhaust gas transport system.

Spaliny powstałe poprzez katalityczne utlenianie syngazu 112 lub też spaliny wzbogacone innymi spalinami - pochodzącymi z regazyfikacji LNG, w systemie wymrażania 121 rozdziela się poprzez wydzielenie to jest wykroplenie i/lub wymrożenie wyżej krzepnących składników spalin - to jest CO2 oraz H2O, przy czym wydzieloną wodę można wykorzystywać do zasilania elektrolizera 140, natomiast dwutlenek węgla gromadzi się w zbiorniku 133. Pozostałe składniki spalin które w wyniku obniżenia temperatury nie uległy wymrożeniu, to jest azot - gromadzi się w zbiorniku azotu 132.The exhaust gases produced by catalytic oxidation of syngas 112 or exhaust gases enriched with other exhaust gases - coming from LNG regasification, are separated in the freezing system 121 by separation, i.e. condensation and / or freezing of higher solidifying exhaust gas components - i.e. CO2 and H2O, while the separated water can be used to power the electrolyser 140, while the carbon dioxide is collected in the tank 133. The remaining components of the exhaust gas that have not been frozen as a result of the temperature reduction, i.e. nitrogen, are collected in the nitrogen tank 132.

Zastosowany zatem proces umożliwia wydzielenie azotu, w procesie wydzielania H2O oraz CO2 nie wymagającym przeprowadzania energochłonnej rektyfikacji zarówno powietrza - w celu wydzielenia azotu jak i w celu wydzielenia wodoru - jak stosowano w znanych dotychczas procesach obejmujących produkcję związków amonowych z syngazu otrzymywanego z odpadów organicznych, co zapewnia ograniczenie zużycia energii niezbędnej na przeprowadzenie tych operacji, a zatem ograniczenie emisji CO2 do atmosfery.Thus, the applied process enables nitrogen separation in the process of H2O and CO2 separation that does not require energy-consuming rectification of both air - to separate nitrogen and to separate hydrogen - as used in the so far known processes involving the production of ammonium compounds from syngas obtained from organic waste, which ensures reducing the energy consumption necessary to carry out these operations, and therefore reducing CO2 emissions to the atmosphere.

Zatem, rozwiązanie według wynalazku zapewnia ograniczenie zużycia energii niezbędnej do wydzielenia poszczególnych składników mieszaniny gazów (spalin), ponieważ pozyskiwanie azotu prowadzi się w jednym procesie wydzielenia (wykraplania i/lub wymrażania) wyżej krzepnących składników ze spalin (wody oraz dwutlenku węgla). Dodatkowo rozwiązanie według wynalazku zapewnia ograniczenie kosztów aparaturowych oraz utrzymania maszyn ze względu na zastosowanie pojedynczej instalacji wymrażania 121.Thus, the solution according to the invention reduces the energy consumption necessary for the separation of individual components of the gas mixture (exhaust gas), since nitrogen extraction is carried out in a single separation process (condensation and / or freezing) of higher solidifying components from the exhaust gas (water and carbon dioxide). In addition, the solution according to the invention provides a reduction in equipment and machine maintenance costs due to the use of a single freezing system 121.

PL 240 266 B1PL 240 266 B1

Rozwiązanie obejmuje wydzielanie azotu ze spalin (to jest syngazu poddanego procesowi katalitycznego dopalania) w jednym procesie, który jest prowadzony w przypadku wydzielania azotu z powietrza. Spaliny wytwarzane według wynalazku nie zawierają tlenu cząsteczkowego ani tlenku węgla, a separowane w procesie skraplania i/lub wymrażania składniki spalin mogą być w całości wykorzystane do produkcji związków azotowych, bez konieczności ponoszenia dodatkowych nakładów energetycznych związanych z koniecznością separacji tlenu.The solution involves the release of nitrogen from the flue gas (i.e. syngas subjected to a catalytic afterburning process) in a single process, which is carried out in the case of nitrogen removal from the air. The exhaust gases produced according to the invention do not contain molecular oxygen or carbon monoxide, and the components of the exhaust gases separated in the condensation and / or freezing process can be fully used for the production of nitrogen compounds, without the need to incur additional energy costs related to the need to separate oxygen.

Ponadto, ze względu na obecność w układzie elektrolizera 140 wodór do produkcji amoniaku pozyskuje się z elektrolizy wody, który jest gromadzony w zbiorniku wodoru 134.Furthermore, due to the presence of the electrolyser 140 in the system 140, the hydrogen for the production of ammonia is obtained from the electrolysis of water, which is stored in the hydrogen tank 134.

Proces produkcji amoniaku oraz innych związków azotowych może być prowadzony z wykorzystaniem rożnych technik. Przykładowo proces produkcji amoniaku może odbywać się w reaktorze do syntezy amoniaku 151 z doprowadzeniem azotu oraz wodoru odpowiednio ze zbiorników 132 oraz 134. Wodór wytworzony w procesie elektrolizy wody, dostarcza się do reaktora syntezy amoniaku 151 ze zbiornika wodoru 134, korzystnie w ilości niezbędnej do prowadzenia syntezy amoniaku z azotu i wodoru. Wodór doprowadza się ze zbiornika 134 do reaktora 151 w ilości zapewniającej uzyskanie składu stechiometrycznego gazów: N2 i H2 w komorze reaktora 151 to jest korzystnie stosunku molowego N2 : H2 wynoszącego 1 : 3.The production process of ammonia and other nitrogen compounds can be carried out with the use of various techniques. For example, the ammonia production process may be run in an ammonia synthesis reactor 151 with nitrogen and hydrogen supplied from vessels 132 and 134, respectively. The hydrogen produced by the electrolysis of water is supplied to the ammonia synthesis reactor 151 from the hydrogen vessel 134, preferably in the amount necessary to run the process. ammonia synthesis from nitrogen and hydrogen. The hydrogen is fed from the vessel 134 to the reactor 151 in an amount sufficient to obtain a stoichiometric composition of the N2 and H2 gases in the reactor chamber 151, i.e. preferably a N2: H2 molar ratio of 1: 3.

Azot zgromadzony w zbiorniku azotu 132, charakteryzuje się wysoką czystością, dlatego też proces syntezy amoniaku z azotu oraz wodoru pozyskanego z procesu elektrolizy może być prowadzony konwencjonalnym sposobem z zastosowaniem katalizatorów, nawet katalizatorów czułych na zanieczyszczenia, takich jak przykładowo żelazo (Fe) zawierające promotory: tlenek glinu (AI2O3), tlenek potasu (K2O) i tlenek wapnia (CaO), w temperaturze w zakresie: 380-550°C.The nitrogen accumulated in the nitrogen tank 132 is characterized by high purity, therefore the process of synthesizing ammonia from nitrogen and hydrogen obtained from the electrolysis process can be carried out in a conventional way with the use of catalysts, even catalysts sensitive to contamination, such as, for example, iron (Fe) containing promoters: aluminum oxide (Al2O3), potassium oxide (K2O) and calcium oxide (CaO), at a temperature range: 380-550 ° C.

Wytworzony amoniak może być kolejno schładzany za pomocą wymiennika ciepła 161 do odpowiedniej temperatury i przechowywany lub dostarczany bezpośrednio do odbiorców. Ponadto wytworzony amoniak może być wykorzystywany do syntezy innych związków amonowych na przykład mocznika. Ciepło oddane w procesie schładzania amoniaku może być natomiast dostarczane do innych procesów technologicznych.The ammonia produced can be successively cooled down to a suitable temperature by means of a heat exchanger 161 and stored or delivered directly to consumers. In addition, the ammonia produced can be used for the synthesis of other ammonium compounds, for example urea. The heat given off in the ammonia cooling process, on the other hand, can be supplied to other technological processes.

W celu syntezy mocznika część lub całość wytwarzanego amoniaku może być z reaktora 151 kierowana do syntezatora mocznika 153 w postaci konwencjonalnego reaktora z doprowadzeniem amoniaku oraz dwutlenku węgla (CO2). Proces syntezy mocznika może być prowadzony na drodze konwencjonalnej przy nadmiarze amoniaku: NH3 : CO2 wynoszącym korzystnie 5 : 1, pod ciśnieniem od 14 do 42 MPa, w temperaturze w zakresie: 160-210°C. Wytworzony mocznik może być przechowywany w odpowiednich zbiornikach lub kierowany do odbiorców. Woda stanowiąca produkt uboczny procesu syntezy mocznika może być natomiast kierowana do elektrolizera i wykorzystywana jako źródło tlenu oraz wodoru.For urea synthesis, some or all of the ammonia produced may be routed from reactor 151 to urea synthesizer 153 in the form of a conventional reactor fed with ammonia and carbon dioxide (CO2). The urea synthesis process can be carried out in a conventional way with an excess of ammonia: NH3: CO2 preferably 5: 1, under a pressure of 14 to 42 MPa, in a temperature range: 160-210 ° C. The produced urea can be stored in appropriate tanks or directed to recipients. Water, which is a by-product of the urea synthesis process, can be directed to the electrolyser and used as a source of oxygen and hydrogen.

Jeżeli warunki rynkowe nie pozwalają na efektywną finansowo sprzedaż amoniaku, to przedmiotowa instalacja może produkować tylko mocznik, na drodze bezpośredniej jego syntezy z azotu, wodoru i dwutlenku węgla, przykładowo zgodnie ze sposobem przedstawionym w opisie patentowym PL200856. W tym celu posiada ona reaktor (syntezator mocznika) 152 do którego doprowadzane są wymienione gazy, a odprowadzany jest mocznik i woda.If market conditions do not allow for a financially effective sale of ammonia, the plant in question can only produce urea by direct synthesis from nitrogen, hydrogen and carbon dioxide, for example according to the method described in the patent description PL200856. For this purpose, it has a reactor (urea synthesizer) 152 to which the said gases are fed and urea and water are discharged.

Ponadto amoniak wytwarzany z gazu syntezowego pochodzącego z utylizacji odpadów organicznych może być także wykorzystywany do syntezy innych związków amonowych takich jak kwas azotowy, saletra amonowa, siarczan amonu czy melamina.In addition, ammonia produced from the synthesis gas from the treatment of organic waste can also be used for the synthesis of other ammonium compounds such as nitric acid, ammonium nitrate, ammonium sulphate or melamine.

Niewątpliwym atutem układu syntezy według wynalazku jest ograniczenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery, co osiągnięto poprzez wytworzenie gazu syntezowego zawierającego azot, a niezawierającego tlenu - poprzez wprowadzenie do komory mineralizatora azotu jako gazu inertnego zapewniając eliminację procesów niskotemperaturowej rektyfikacji - według wynalazku z mieszaniny gazów azot wydziela się poprzez wykroplenie i/lub wymrożenie wody oraz dwutlenku węgla.An unquestionable advantage of the synthesis system according to the invention is the reduction of carbon dioxide emissions to the atmosphere, which was achieved by producing a synthesis gas containing nitrogen, and oxygen-free - by introducing nitrogen into the mineralizer chamber as an inert gas ensuring the elimination of low-temperature rectification processes - according to the invention, nitrogen is released from the gas mixture by condensation and / or freezing of water and carbon dioxide.

Także wykorzystanie „zimna” pochodzącego z regazyfikacji LNG jako czynnika zasilającego system skraplania i wymrażania umożliwiło dodatkowe obniżenie nakładów energetycznych związanych z procesem wymrażania, zapewniając jednocześnie utylizację „zimna” stanowiącego produkt uboczny regazyfikacji LNG.Also, the use of "cold" from LNG regasification as a power supply to the liquefaction and freezing system made it possible to additionally reduce energy expenditure related to the freezing process, while ensuring the utilization of "cold", which is a by-product of LNG regasification.

Ponadto, zastosowanie w układzie kanału do doprowadzania spalin z procesu regazyfikacji ciekłego gazu ziemnego (LNG) do systemu wymrażania zapewniło zagospodarowanie spalin z procesu regazyfikacji LNG, ograniczając emisję dwutlenku węgla do atmosfery.In addition, the use of the flue gas from the regasification process of liquefied natural gas (LNG) to the freezing system in the duct system ensured the management of fumes from the LNG regasification process, reducing the emission of carbon dioxide to the atmosphere.

PL 240 266 B1PL 240 266 B1

Układ według wynalazku zapewnia także separację i gromadzenie CO2, który jest magazynowany i może być wykorzystany do produkcji mocznika, lub też może być wykorzystywany jako substrat także w innych procesach technologicznych.The system according to the invention also provides for the separation and collection of CO2, which is stored and can be used for the production of urea, or can also be used as a substrate in other technological processes.

Układ według wynalazku umożliwia ponadto wykorzystanie energii pochodzącej z OZE (Odnawialne Źródła Energii) a także zimna odpadowego - stanowiącego produkt uboczny innych procesów technologicznych, takich jak regazyfikacja LNG.The system according to the invention also allows the use of energy from renewable energy sources (Renewable Energy Sources) as well as waste cold - a by-product of other technological processes, such as LNG regasification.

Wykaz oznaczeń:List of markings:

110 - mineralizator110 - mineralizer

111 - kanał111 - channel

112 - katalizator112 - catalyst

120 - system regazyfikacji120 - regasification system

121 - system wymrażania121 - freezing system

132 - zbiornik azotu132 - nitrogen tank

133 - zbiornik dwutlenku węgla133 - carbon dioxide tank

134 - zbiornik wodoru134 - hydrogen tank

140 - elektrolizer140 - electrolyser

151 - reaktor do syntezy amoniaku151 - a reactor for the synthesis of ammonia

152 , 153 - syntezatory mocznika152, 153 - urea synthesizers

161 - wymiennika ciepła161 - heat exchanger

210 - komora mineralizatora210 - mineralizer chamber

212 , 213, 214 - elementy do przesypywania materiału wsadowego mineralizatora212, 213, 214 - elements for pouring the mineralizer charge material

Claims (2)

1. Układ do wytwarzania amoniaku i mocznika z odpadów organicznych zawierający mineralizator do zgazowania odpadów organicznych z wytworzeniem syngazu zawierającego w składzie: azot (N2), tlenek węgla (CO), dwutlenek węgla (CO2), wodór (H2) i parę wodą (H2O(g)), przy czym mineralizator zawiera doprowadzenie powietrza wzbogaconego tlenem jako czynnika zgazowującego do komory reakcyjnej mineralizatora, znamienny tym, że układ zawiera ponadto: - katalizator (112) na wyjściu syngazu z mineralizatora (110) do katalitycznego dopalania składników syngazu: tlenku węgla (CO) do dwutlenku węgla (CO2) oraz wodoru (H2) do wody (H2O) z wytworzeniem spalin zawierających: azot (N2), dwutlenek węgla (CO2) oraz wodę (H2O);1. System for the production of ammonia and urea from organic waste, containing a mineralizer for gasification of organic waste to produce syngas containing: nitrogen (N2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), hydrogen (H2) and water vapor (H2O) (g)), wherein the mineralizer comprises supplying oxygen-enriched air as a gasifying agent to the reaction chamber of the mineralizer, characterized in that the system further comprises: - a catalyst (112) at the output of syngas from the mineralizer (110) for catalytic combustion of the syngas components: carbon monoxide (CO) to carbon dioxide (CO2) and hydrogen (H2) to water (H2O) to produce exhaust gases containing: nitrogen (N2), carbon dioxide (CO2), and water (H2O); - system wymrażania (121) z doprowadzeniem spalin z katalizatora (112) do wykraplania i/lub wymrażania ze spalin wody (H2O) oraz dwutlenku węgla (CO2) i separacji gazowego azotu (N2), połączony ze zbiornikami: azotu (132) i dwutlenku węgla (133);- a freezing system (121) with exhaust gas supply from the catalyst (112) for condensation and / or freezing of water (H2O) and carbon dioxide (CO2) from the exhaust gas and nitrogen gas (N2) separation, connected with nitrogen (132) and dioxide tanks carbon (133); - elektrolizer (140) do elektrolizy wody z wydzieleniem tlenu do wzbogacania powietrza do zgazowania odpadów organicznych w mineralizatorze (110) oraz wydzieleniem wodoru do gromadzenia w zbiorniku wodoru (134) do syntezy amoniaku; oraz- an electrolyser (140) for electrolysis of water with oxygen evolution for enriching air for gasification of organic waste in a mineralizer (110) and separation of hydrogen for collection in a hydrogen tank (134) for ammonia synthesis; and - reaktor (151) do syntezy amoniaku z azotu odseparowanego ze spalin w systemie wymrażania (121) i wodoru z elektrolizy wody w elektrolizerze (140), z doprowadzeniem azotu ze zbiornika azotu (132) oraz doprowadzeniem wodoru ze zbiornika wodoru (134) przy czym układ zawiera ponadto co najmniej jeden z następujących syntezatorów mocznika (152, 153):- a reactor (151) for the synthesis of ammonia from nitrogen separated from the flue gas in the freezing system (121) and hydrogen from the electrolysis of water in the electrolyser (140), with nitrogen supply from the nitrogen tank (132) and hydrogen supply from the hydrogen tank (134), where the system further comprises at least one of the following urea synthesizers (152, 153): - syntezator mocznika (153) do syntezy mocznika z amoniaku oraz dwutlenku węgla z doprowadzeniem amoniaku z reaktora do syntezy amoniaku (151) oraz doprowadzeniem dwutlenku węgla ze zbiornika dwutlenku węgla (133);- a urea synthesizer (153) for the synthesis of urea from ammonia and carbon dioxide with an ammonia feed from an ammonia synthesis reactor (151) and a carbon dioxide feed from a carbon dioxide reservoir (133); - syntezator mocznika (152) do syntezy mocznika z dwutlenku węgla, azotu oraz wodoru z doprowadzeniem dwutlenku węgla ze zbiornika dwutlenku węgla (133), doprowadzeniem azotu ze zbiornika azotu (132) oraz doprowadzeniem wodoru ze zbiornika wodoru (134).- a urea synthesizer (152) for synthesizing urea from carbon dioxide, nitrogen and hydrogen with a carbon dioxide supply from a carbon dioxide reservoir (133), a nitrogen supply from a nitrogen reservoir (132), and a hydrogen supply from a hydrogen reservoir (134). 2. Sposób wytwarzania amoniaku i mocznika z odpadów organicznych znamienny tym, że2. A method for producing ammonia and urea from organic waste, characterized in that - w układzie zawierającym:- in a system containing: PL 240 266 B1PL 240 266 B1 - mineralizator (110) do zgazowania odpadów organicznych z wytworzeniem syngazu zawierającego w składzie: azot (N2), tlenek węgla (CO), dwutlenek węgla (CO2), wodór (H2) i parę wodną (H2O(g)), z doprowadzeniem powietrza wzbogaconego tlenem jako czynnika zgazowującego do komory reakcyjnej (210) mineralizatora (110);- mineralizer (110) for gasification of organic waste to produce syngas containing: nitrogen (N2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), hydrogen (H2) and water vapor (H2O (g)), with air supply an oxygen-enriched gasification agent to the reaction chamber (210) of the mineralizer (110); - katalizator (112) na wyjściu syngazu z mineralizatora (110) do katalitycznego dopalania składników syngazu: tlenku węgla (CO) do dwutlenku węgla (CO2) oraz wodoru (H2) do wody (H2O) z wytworzeniem spalin zawierających azot (N2), dwutlenek węgla (CO2) oraz wodę (H2O);- catalyst (112) at the output of syngas from the mineralizer (110) for catalytic combustion of the syngas components: carbon monoxide (CO) to carbon dioxide (CO2) and hydrogen (H2) to water (H2O) to produce flue gases containing nitrogen (N2), dioxide carbon (CO2) and water (H2O); - system wymrażania (121) z doprowadzeniem spalin z katalizatora (112) do wykraplania i/lub wymrażania ze spalin wody (H2O) oraz dwutlenku węgla (CO2) i separacji gazowego azotu (N2);- a freezing system (121) with exhaust gas supply from the catalyst (112) for the condensation and / or freezing of water (H2O) and carbon dioxide (CO2) from the exhaust gas and nitrogen gas (N2) separation; - elektrolizer (140) do elektrolizy wody z wydzieleniem tlenu do wzbogacania powietrza do zgazowania odpadów organicznych w mineralizatorze (110) oraz wydzieleniem wodoru do gromadzenia w zbiorniku wodoru (134) do syntezy amoniaku; oraz- an electrolyser (140) for electrolysis of water with oxygen evolution for enriching air for gasification of organic waste in a mineralizer (110) and separation of hydrogen for collection in a hydrogen tank (134) for ammonia synthesis; and - reaktor (151) do syntezy amoniaku z azotu odseparowanego ze spalin w systemie wymrażania (121) i wodoru z elektrolizy wody w elektrolizerze (140) z doprowadzeniem azotu ze zbiornika azotu (132) oraz doprowadzeniem wodoru ze zbiornika wodoru (134);- a reactor (151) for the synthesis of ammonia from nitrogen separated from the flue gas in a freezing system (121) and hydrogen from electrolysis of water in an electrolyser (140) with a nitrogen supply from a nitrogen reservoir (132) and a hydrogen supply from a hydrogen reservoir (134); przy czym w sposobie tym:where in this method: - w mineralizatorze (110) prowadzi się proces zgazowania odpadów organicznych powietrzem wzbogaconym w tlen, przy czym azot (N2) z powietrza jest w procesie zgazowania gazem inertnym,- in the mineralizer (110), the organic waste gasification process is carried out with oxygen-enriched air, with nitrogen (N2) from the air being an inert gas in the gasification process, - przy czym w elektrolizerze prowadzi się elektrolizę wody na tlen (O2) i wodór (H2), przy czym tlenem (O2) z elektrolizy wzbogaca się powietrze do zgazowania, a wodór (H2) z elektrolizy wody gromadzi się w zbiorniku wodoru (134);- where the electrolysis of water into oxygen (O2) and hydrogen (H2) is carried out in the electrolysis, where the oxygen (O2) from the electrolysis enriches the air for gasification, and the hydrogen (H2) from the electrolysis of water is collected in the hydrogen tank (134) ; - i wytwarza się w mineralizatorze (110) syngaz zawierający: azot (N2), tlenek węgla (CO), dwutlenek węgla (CO2), wodór (H2) i parę wodą (H2O(g));- and producing in the mineralizer (110) syngas containing: nitrogen (N2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), hydrogen (H2) and steam with water (H2O (g)); - następnie na katalizatorze (112) katalitycznie dopala się syngaz z uzyskaniem spalin zawierających azot (N2), dwutlenek węgla (CO2) oraz wodę (H2O);the syngas is then catalytically burned on a catalyst (112) to obtain exhaust gas containing nitrogen (N2), carbon dioxide (CO2) and water (H2O); - następnie w procesie wymrażania ze spalin wydziela się wodę oraz dwutlenek węgla i separuje się gazowy azot (N2);- then, in the freezing process, water and carbon dioxide are separated from the flue gas and nitrogen gas (N2) is separated; - przy czym rozdzielone składniki spalin gromadzi się w oddzielnych zbiornikach: azotu (132) i dwutlenku węgla (133);- wherein the separated exhaust gas components are collected in separate tanks: nitrogen (132) and carbon dioxide (133); - i prowadzi się syntezę amoniaku w reaktorze do syntezy amoniaku (151) z wykorzystaniem azotu odseparowanego ze spalin i zgromadzonego w zbiorniku azotu (132) oraz wodoru z elektrolizy wody zgromadzonego w zbiorniku wodoru (134),- ammonia synthesis is carried out in the ammonia synthesis reactor (151) with the use of nitrogen separated from the flue gas and accumulated in the nitrogen tank (132) and hydrogen from the electrolysis of water collected in the hydrogen tank (134), - przy czym ponadto prowadzi się syntezę mocznika w co najmniej jednym z następujących syntezatorów mocznika (152, 153):- furthermore, urea synthesis is carried out in at least one of the following urea synthesizers (152, 153): - w syntezatorze mocznika (153) do syntezy mocznika z amoniaku oraz dwutlenku węgla z doprowadzeniem amoniaku z reaktora do syntezy amoniaku (151) oraz doprowadzeniem dwutlenku węgla ze zbiornika dwutlenku węgla (133), w którym prowadzi się syntezę mocznika z wykorzystaniem amoniaku pozyskanego w procesie syntezy amoniaku w reaktorze (151) oraz dwutlenku węgla zgromadzonego w zbiorniku dwutlenku węgla (133);- in the urea synthesizer (153) for urea synthesis from ammonia and carbon dioxide with ammonia supply from the ammonia synthesis reactor (151) and carbon dioxide supply from the carbon dioxide tank (133), in which urea synthesis is carried out with the use of ammonia obtained in the process synthesizing ammonia in the reactor (151) and carbon dioxide stored in the carbon dioxide reservoir (133); - w syntezatorze mocznika (152) do syntezy mocznika z dwutlenku węgla, azotu oraz wodoru z doprowadzeniem dwutlenku węgla ze zbiornika dwutlenku węgla (133), doprowadzeniem azotu ze zbiornika azotu (132) oraz doprowadzeniem wodoru ze zbiornika wodoru (134), w którym prowadzi się syntezę mocznika z wykorzystaniem azotu zgromadzonego w zbiorniku azotu (132), dwutlenku węgla zgormadzonego w zbiorniku dwutlenku węgla (133) oraz wodoru zgromadzonego w zbiorniku wodoru (134).- in a urea synthesizer (152) for the synthesis of urea from carbon dioxide, nitrogen and hydrogen with the supply of carbon dioxide from the carbon dioxide reservoir (133), the supply of nitrogen from the nitrogen reservoir (132) and the supply of hydrogen from the hydrogen reservoir (134) in which it is conducted urea is synthesized with the use of nitrogen stored in the nitrogen tank (132), carbon dioxide collected in the carbon dioxide tank (133) and hydrogen stored in the hydrogen tank (134).
PL415312A 2015-12-21 2015-12-21 Method for producing nitrogen compounds from organic waste and the system for producing nitrogen compounds from organic waste PL240266B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL415312A PL240266B1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Method for producing nitrogen compounds from organic waste and the system for producing nitrogen compounds from organic waste
PCT/EP2016/081544 WO2017108629A2 (en) 2015-12-21 2016-12-16 A method for synthesizing nitrogenous compounds from organic waste and a system for synthesizing nitrogenous compounds from organic waste

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL415312A PL240266B1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Method for producing nitrogen compounds from organic waste and the system for producing nitrogen compounds from organic waste

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL415312A1 PL415312A1 (en) 2017-07-03
PL240266B1 true PL240266B1 (en) 2022-03-07

Family

ID=58054084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL415312A PL240266B1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Method for producing nitrogen compounds from organic waste and the system for producing nitrogen compounds from organic waste

Country Status (2)

Country Link
PL (1) PL240266B1 (en)
WO (1) WO2017108629A2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108977841B (en) * 2018-08-30 2021-07-23 中国科学院长春应用化学研究所 Method for synthesizing urea by synchronous electrochemical reduction of nitrogen and carbon dioxide
CN113860329A (en) * 2021-10-29 2021-12-31 西安热工研究院有限公司 Chemical energy storage system and method based on synthetic ammonia
LU103016B1 (en) * 2022-09-23 2024-03-25 Thyssenkrupp Ind Solutions Ag Process for producing green urea

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4813980A (en) 1987-10-16 1989-03-21 Air Products And Chemicals, Inc. Recovery of nitrogen, hydrogen and carbon dioxide from hydrocarbon reformate
US5523483A (en) 1995-06-16 1996-06-04 The M. W. Kellogg Company Integrated urea/ammonia process
US7786327B2 (en) * 2006-08-21 2010-08-31 Albert Calderon Method for co-producing electric power and urea from carbonaceous material
US8679439B2 (en) 2008-08-18 2014-03-25 Syngest, Inc. Process for producing ammonia from biomass
NZ597135A (en) * 2009-06-05 2013-10-25 Ind Ecosystems Pty Ltd Method and integrated system for producing electric power and fertiliser
EP2860450B1 (en) 2013-10-09 2016-12-14 Tadeusz Bak Method for thermal processing of organic waste

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017108629A2 (en) 2017-06-29
PL415312A1 (en) 2017-07-03
WO2017108629A3 (en) 2017-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meylan et al. CO2 utilization in the perspective of industrial ecology, an overview
US8187568B2 (en) Method and plant for the production of synthesis gas from biogas
US10228131B2 (en) Polygeneration production of power and fertilizer through emissions capture
RU2272782C2 (en) Production of hydrogen out of carbon-containing material
US20120232173A1 (en) High Energy Power Plant Fuel, and CO or CO2 Sequestering Process
EP2637991B1 (en) Method and apparatus for the carbon dioxide based methanol synthesis
US10766770B2 (en) Systems and methods of production of hydrogen containing compounds using products of fuel cells
CN103242134A (en) Pyrolysis gasification and purification method of household garbage
WO2009104820A1 (en) Solar thermal energy storage method
Skorek-Osikowska Thermodynamic and environmental study on synthetic natural gas production in power to gas approaches involving biomass gasification and anaerobic digestion
CN104773708A (en) Hydrogen raw material production equipment and process for ammonia synthesis
PL240266B1 (en) Method for producing nitrogen compounds from organic waste and the system for producing nitrogen compounds from organic waste
US20190024002A1 (en) A combined system for producing fuel and thermal energy and a method for poduction of fuel and thermal energy
Gai et al. Process simulation of a near-zero-carbon-emission power plant using CO2 as the renewable energy storage medium
US20080216478A1 (en) Integration of a water-splitting process with production of fertilizer precursors
CA2931223C (en) Sulphur-assisted carbon capture and utilization (ccu) methods and systems
CN106672902A (en) Method for producing chemical fertilizers and intermediate chemical products by aid of underground gasification product gas of coal
AU2021286875B2 (en) Method for the production of hydrogen
GB2456169A (en) A method and associated apparatus for the production of hydrogen and/or electric energy
CN109609221B (en) Semi-coke furnace tail gas fine desulfurization and isothermal methanation process
US20110165056A1 (en) Method and system for processing gaseous effluents for independently producing h2 and co
JPH0611106A (en) Combustion method in heating furnace
JP2021536427A (en) Manufacture of sodium bicarbonate
RU183172U1 (en) LOW-TAPPING PLANT FOR PRODUCING METHANOL
Ahmad et al. Clean Hydrogen Energy and Electric Power Production with CO2 Capturing by Using Coal Gasification