SE449740B - PROCEDURE FOR PREPARING A SYNTHESIC GAS FLOW FOR MANUFACTURING AMMONIA - Google Patents

PROCEDURE FOR PREPARING A SYNTHESIC GAS FLOW FOR MANUFACTURING AMMONIA

Info

Publication number
SE449740B
SE449740B SE8003073A SE8003073A SE449740B SE 449740 B SE449740 B SE 449740B SE 8003073 A SE8003073 A SE 8003073A SE 8003073 A SE8003073 A SE 8003073A SE 449740 B SE449740 B SE 449740B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
nitrogen
gas stream
stream
pressure
ammonia
Prior art date
Application number
SE8003073A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE8003073L (en
Inventor
G F Skinner
W M Kowal
Original Assignee
Foster Wheeler Ltd
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 Foster Wheeler Ltd filed Critical Foster Wheeler Ltd
Publication of SE8003073L publication Critical patent/SE8003073L/en
Publication of SE449740B publication Critical patent/SE449740B/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/025Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

449 740 2 -n Angreformeringsprocessen kan alternativt genomföras helt eller partiellt autotermiskt, genom insläpp av luft och/el- ler syre för att medge förbränning inne i den katalytiska reaktorn. 449 740 2 -n The attack reforming process can alternatively be carried out fully or partially autothermally, by the introduction of air and / or oxygen to allow combustion inside the catalytic reactor.

Specifikt vid framställningen av ammoniaksyntesgas från naturgas kompletteras den indirekta värmetillförseln till reaktanterna i den primära reformatorn genom inre förbränning av luft i den sekundära reformatorn, vilket tillför bl.a. kvävebehovet till ammoniaksyntesprocessen. I en annan ångreformeringsprocess sker all högtemperaturuppvärmning som erfordras genom autotermisk för- bränning av syre eller syreanrikad luft i katalysatorzonen och ingen indirekt upphettad reformator användes.Specifically in the production of ammonia synthesis gas from natural gas the indirect heat supply to the reactants in the primary reformer by internal combustion of air in it the secondary reformer, which adds i.a. the need for nitrogen to the ammonia synthesis process. In another steam reforming process takes place all high-temperature heating required by autothermal heating combustion of oxygen or oxygen-enriched air in the catalyst zone and no indirectly heated reformer was used.

Reformatorproduktgasen underkastas CO-omvandling, CO - 2 -avlägsnande och slutlig rening, t.ex. metanering allt efter behoven för olika användningar.The reformer product gas is subjected to CO conversion, CO - 2 removal and final purification, e.g. methanation depending on the needs of different uses.

B. Partiell oxidation De partiella oxidationsprocesserna baseras på förbrän- ningen av kolväteinmatningen med begränsad tillförsel av syre eller luft. Exempel på sådana processer är Texacos och Shells processer, som kan ta emot alla typer av kolväten från naturgas till kol och andra, såsom Koppers-Totzeks och Lurgis proces- ser, som är specifika för kol.B. Partial oxidation The partial oxidation processes are based on combustion the supply of hydrocarbon with a limited supply of oxygen or air. Examples of such processes are Texacos and Shells processes, which can receive all types of hydrocarbons from natural gas to coal and others, such as Koppers-Totzek's and Lurgis' see, which are specific to carbon.

Eftersom ingen katalysator användes i dessa processer är svavelinnehållet i det inmatade kolvätet icke kritiskt.Because no catalyst was used in these processes the sulfur content of the feed hydrocarbon is not critical.

Produktgaserna från de partiella oxidationsprocesserna innehåller väte, koloxider, restmetan och ånga i varierande pro- portioner, och med svavelföreningar, huvudsakligen vätesulfid, i den utsträckning svavel är närvarande i inmatningen samt andra spårföroreningar. Särskilt i fallet för Lurgis- och andra pro- cesser, där kol hålles i förgasaren vid relativt låga tempera- turer kan produktgaserna innehålla avsevärda mängder högmoleky- lärt organiskt material, såsom bensen och tjäror. önskemålet att befria produktgasen från spârförore- ningar, tillsammans med svårigheten att använda en lågtemperatur- -kolmonoxid-utbyteskatalysator i samband med svavelinnehållande gaser, dvs. vid temperaturer ca 200 - 250OC, har ofta lett till att en kvävetvätt användes för den slutliga gasreningen efter utbytesreaktionen och avlägsnandet av koldioxid och vätesulfid, jämför användningen av metanering i samband med ångreformering. 449 740 Det skall noteras, att vid användning av de partiella oxidationsprocesserna och de autotermiska ångreformeringsproces- serna som beskrivits ovan, användningen av luft som inre oxidant begränsas av den utsträckning i vilken det närvarande resulter- ande kvävet kan accepteras i produktgasen.The product gases from the partial oxidation processes contains hydrogen, carbon oxides, residual methane and steam in various portions, and with sulfur compounds, mainly hydrogen sulphide, to the extent that sulfur is present in the feed as well as others trace contaminants. Especially in the case of Lurgis and other processes, where carbon is kept in the carburettor at relatively low temperatures products, the product gases may contain significant amounts of high molecular weight learned organic material, such as benzene and tar. the desire to free the product gas from trace contaminants together with the difficulty of using a low-temperature carbon monoxide exchange catalyst associated with sulfur-containing gases, i.e. at temperatures about 200 - 250OC, has often led to that a nitrogen scrubber was used for the final gas purification after the exchange reaction and the removal of carbon dioxide and hydrogen sulphide, compare the use of methanation in connection with steam reforming. 449 740 It should be noted that when using the partial the oxidation processes and the autothermal vapor reforming processes as described above, the use of air as an internal oxidant limited by the extent to which the present result nitrogen can be accepted in the product gas.

Sålunda begränsas i den vanliga, naturgasbaserade ammo- niakprocessen, den mängd luft som inmatas i den sekundära re- formatorn till den kvävetillförsel som erfordras för ammoniak- syntessteget. Också i de partiella oxidations- och autotermiska reformeringsoperationerna är det vanligtvis nödvändigt att till- gripa åtminstone partiell tillförsel av oxidanten i form av väsentligen rent syre, med undantag av när processen endast skall användas för att producera en lågvärdig bränslegas. Nödvändigheten att tillföra väsentligen rent syre innebär att en luftseparations- anläggning måste installeras. Ytterligare kapital- och drifts- kostnader som detta medför, resulterar i att sådana processer blir mindre attraktiva som ett medel för att producera väterika gaser, med undantag av när kolväteinmatningen är mycket billig eller fullständig flexibilitet önskas med avseende på råmaterial- källan.Thus, in the ordinary, natural gas-based ammunition process, the amount of air fed into the secondary transformer to the nitrogen supply required for ammonia the synthesis step. Also in the partial oxidation and autothermal reform operations, it is usually necessary to seize at least a partial supply of the oxidant in the form of essentially pure oxygen, except when the process is only to be used to produce a low-grade fuel gas. The necessity to supply substantially pure oxygen means that an air separation facility must be installed. Additional capital and operating costs that this entails, results in such processes become less attractive as a means of producing hydrogen rich gases, except when hydrocarbon feed is very cheap or complete flexibility is desired with respect to the raw material the source.

Ett undantag från denna begränsning är Brauns “Purifier Process" för framställning av ammoniak som beskrives i US-PS- 3 442 613. I denna process erhålles en syntesgasström genom pri- mär reformering av metan eller ett annat kolväte med ånga följt av en sekundär reformering, där luft är närvarande i en mängd som ger ett stökiometriskt överskott av kväve på 2 - 150 mol- procent, baserat på den mängd som erfordras för syntesgasen. överskottskvävet kondenseras nedströms deformatorn.An exception to this limitation is the Brauns' Purifier Process "for the production of ammonia described in U.S. Pat. 3,442,613. In this process, a synthesis gas stream is obtained by pri- more reforming of methane or another hydrocarbon with steam followed of a secondary reform, where air is present in a quantity which gives a stoichiometric excess of nitrogen of 2 - 150 mol percent, based on the amount required for the synthesis gas. the excess nitrogen is condensed downstream of the deformer.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sätt att framställa en gasström som lämpar sig för ammoniak- syntesen.An object of the present invention is to achieve a method of producing a gas stream suitable for ammonia synthesis.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning åstadkommas en process för produktion av en gasström för ammoniak- syntesen, vilken process i huvudsak kännetecknas av att omsätt- ningen av kolvätena med luft innefattar partiell oxidering av en substans, vald från en grupp bestående av olja, kol, naturgas eller vilken som helst kombination därav, i närvaro av luft vid ett tryck av 15 till 150 bar och vid en temperatur av 300°C till 2000°C för att bilda en rågasström, innehållande väte och kväve 449 740 -1- med ett stökiometriskt överskott av kväve av minst 200 molprocent, baserat på den mängd som erfordras för ammoniaksyntes, varvid den torkade râgasströmmen införes i en kryogen separator vid ett tryck av 15-1000 bar, i vilken den uppdelas för att ge två strömmar som lämnar den kryogena separatorn, nämligen (1) syntesgasströmmen vid ett tryck av 15-100 bar och (2) en kväverik avfallsström vid ett tryck av 5-50 bar, vilken kväverika ström upphettas till en tempera- tur av 500°C-2000°C och expanderas i en turbin för att alstralkraft.According to an embodiment of the present invention a process is produced for the production of a gas stream for ammonia synthesis, which process is mainly characterized by The hydrocarbon reaction with air involves the partial oxidation of a substance, selected from a group consisting of oil, coal, natural gas or any combination thereof, in the presence of air at a pressure of 15 to 150 bar and at a temperature of 300 ° C to 2000 ° C to form a crude gas stream, containing hydrogen and nitrogen 449 740 -1- with a stoichiometric excess of nitrogen of at least 200 mole percent, based on the amount required for ammonia synthesis, wherein it dried crude gas stream is introduced into a cryogenic separator at a pressure of 15-1000 bar, in which it is divided to give two currents as leaves the cryogenic separator, namely (1) the synthesis gas stream at a pressure of 15-100 bar and (2) a nitrogen-rich waste stream at one pressure of 5-50 bar, which nitrogen-rich stream is heated to a temperature 500 ° C-2000 ° C and expanded in a turbine to generate power.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen âstadkommes ett sätt för produktion av en gasström, som lämpar sig för ammoniak- syntesen, omfattande alstrande av en gasström bestående väsentligen av kväve-och väte, där kvävet föreligger i ett överskott av 200 mol- procent räknat på den kvantitet som erfordras för ammoniaksyntesen vid ett tryck av åtminstone 15 bar, företrädesvis 30-100 bar, inmat- ning av gasströmmen till ett separationssteg där en del av kvävet kondenseras till att ge en väte-kvävegasström vid ett tryck, som vä- sentligen överensstämmer med trycket före separationssteget, i vil- ken vätezkväve-förhållandet lämpar sig för ammoniaksyntes och en kväveström vid ett tryck på upp till 50 bar, företrädesvis 5-10 bar, inmatning av väte-kvävegasströmmen i en reaktor för ammoniaksyntes och upphettning av kväveströmmen till en temperatur på upp till 2ooo°c, företrädesvis soo-1soo°c, och expansion ev denna i en tur- bin för kraftalstring.According to another embodiment of the invention a method of producing a gas stream suitable for ammonia synthesis, comprising generating a gas stream consisting essentially of nitrogen and hydrogen, where the nitrogen is present in an excess of 200 mol percent calculated on the quantity required for ammonia synthesis at a pressure of at least 15 bar, preferably 30-100 bar, feed converting the gas stream to a separation step where some of the nitrogen condensed to give a hydrogen-nitrogen gas stream at a pressure which substantially corresponds to the pressure before the separation step, in The hydrogen nitrogen ratio is suitable for ammonia synthesis and a nitrogen flow at a pressure of up to 50 bar, preferably 5-10 bar, feeding the hydrogen-nitrogen gas stream into an ammonia synthesis reactor and heating the nitrogen stream to a temperature of up to 200 ° C, preferably 50 ° C, and possibly expansion in a bees for power generation.

Uppfinningen baseras på det faktum, att väte- och kvävebland- ningar lätt kan separeras, beroende pâ de stora skillnaderna i deras egenskaper och att kväveinnehâllet i sådana blandningar därigenom kan kontrolleras noggrant. Det enklaste sättet att separera gaserna är genom kryoteknisk behandling, även om andra separationsmetoder, som bygger på skillnaden i gasernas molekylstorlek, t.ex. metoder som utnyttjar olika adsorption eller diffusivitet, också kan använ- das. Uppfinningen tillåter användning av varje gas, som till över- vägande delen innehåller väte och kväve, och gaskällan kan därför härledas från partiell oxidation av olja, kol eller gas i luft.The invention is based on the fact that hydrogen and nitrogen mixtures can easily be separated, due to the large differences in their properties and that the nitrogen content of such mixtures thereby can be checked carefully. The easiest way to separate the gases is by cryotechnical treatment, although other separation methods, which is based on the difference in the molecular size of the gases, e.g. methods which use different adsorption or diffusivity, can also be used das. The invention allows the use of any gas which, in addition to the major part contains hydrogen and nitrogen, and the gas source can therefore derived from partial oxidation of oil, coal or gas in air.

I en föredragen utföringsform avsepareras den önskade mängden kväve i en kryogen separator. Separatorn kan använda Joule Thom/son-kylning och regenerativ värmeväxling, lågtempe- raturbearbetande expansionsanordningar, ytterligare avkylning eller kombinationer därav. Dylika kryogena separatorer 5 449 740 -a är välkända och kommersiellt tillgängliga. Det avsepareradë' vätet, som innehåller den önskade kvantiteten kväve, lämnar normalt den kryogena separatorn vid ett något lägre tryck än inloppstrycket och matas in i ett system för ammoniaksyntes.In a preferred embodiment, the desired one is separated the amount of nitrogen in a cryogenic separator. The separator can use Joule Thom / son cooling and regenerative heat exchange, low temperature processing expanders, additional cooling or combinations thereof. Such cryogenic separators 5,449,740 -a are well known and commercially available. It avsepareradë ' the hydrogen, which contains the desired quantity of nitrogen, leaves normally the cryogenic separator at a slightly lower pressure than inlet pressure and fed into an ammonia synthesis system.

Kväveströmmen som normalt lämnar den kryogena sepa- ratorn vid ett något lägre tryck än inloppstrycket, men som fortfarande kan ge användbar kraft, när den upphettas och ma- tas genom en expansíonsturbin.The nitrogen stream which normally leaves the cryogenic at a slightly lower pressure than the inlet pressure, but as can still provide useful power, when heated and ma- taken through an expansion turbine.

Processen enligt uppfinningen har en rad fördelar gentemot den process som beskrivits i US-PS 5 442 615. Syn- tesgasen enligt uppfinningen kan erhållas genom partiell oxi- dation, dvs. förbränning, av ett stort antal kolväten inne- fattande kol, vilket är mindre komplext än den katalytiska àngreformeringsvägen och svavelinnehállet i det inmatade kol- vätet är icke kritiskt, eftersom ingen katalysator användes.The process according to the invention has a number of advantages against the process described in U.S. Pat. No. 5,442,615. The test gas according to the invention can be obtained by partial oxidation. dation, i.e. combustion, of a large number of hydrocarbons carbon, which is less complex than the catalytic the path of reforming and the sulfur content of the feed carbon the hydrogen is not critical because no catalyst was used.

Förbränning kan genomföras i ett enda steg, varigenom pri- mära och sekundära reformatorer ej behöver användas. Under det att den använda luftmängden i förbränningssteget ger kvä- ve i en mängd av àtminstone 200 molprocent i överskott i för- hållande till syntesgasbehoven, kan denna stora mängd över- skottskväve utnyttjas för att generera användbar kraft efter separationssteget, eftersom den befinner sig vid ett högre tryck jämfört med den tidigare kända processen, varigenom den bidrar till det totala systemets ekonomi.Combustion can be carried out in a single step, whereby pri- mare and secondary reformers do not need to be used. During that the amount of air used in the combustion stage gives in an amount of at least 200 mole percent in excess in to synthesis gas needs, this large amount can be Gunpowder is used to generate useful power after the separation step, since it is at a higher pressure compared to the previously known process, whereby it contributes to the economy of the overall system.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare nedan i anslutning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 visar ett flödesschema av en process i enlighet med uppfinningen, fig. 2 visar ett flödesschema av en alternativ process i en- lighet med uppfinningen och fig. 5 visar en schematisk bild av en gasturbin som arbetar vid hög temperatur i en öppen cykel, som lämpar sig för användning i processen enligt upp- finningen.The invention will now be described in more detail below in connection to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a flow chart of a process in accordance with the invention, Fig. 2 shows a flow chart of an alternative process in one similarity to the invention and Fig. 5 shows a schematic view of a gas turbine operating at high temperature in an open cycle, which is suitable for use in the process according to the finding.

Hed hänvisning till fig. 1 oxideras naturgas, olja eller kol eller en kombination därav partiellt med luft eller syreanrikad luft, vilken vanligen förvärmes och komprimeras.Referring to Fig. 1, natural gas, oil is oxidized or carbon or a combination thereof partially with air or oxygen-enriched air, which is usually preheated and compressed.

Den resulterande gasströmmen innehåller väte, kväve, koloxi- der, metan och vätesulfid, om svayel är närvarande, varvid kväve föreligger i ett överskott av åtminstone 200 molprocent över det som erfordras för ammoniaksyntesen. Den partiella oxidationsprocessen genomföres vid ett tryck pâ upp till 150 449 740 e bar, normalt 15 - 150 bar, företrädesvis 5o - 1oo bar, -ocn ff vid en temperatur på 500 - 2 O00°C, normalt upp till 1 00000.The resulting gas stream contains hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, methane and hydrogen sulphide, if svayel is present, wherein nitrogen is present in an excess of at least 200 mole percent over what is required for ammonia synthesis. The partial the oxidation process is carried out at a pressure of up to 150 449 740 e bar, normally 15 - 150 bar, preferably 5o - 1oo bar, -ocn ff at a temperature of 500 - 2 O00 ° C, normally up to 1 00000.

Oxidationen kan genomföras vid atmosfärstryck, i vilket fall gasströmmen kan komprimeras vid ett senare stadium i behand- lingsprocessen. “ Den resulterande gasströmmen passeras över en utby- teskatalysator, t.ex. järnoxid eller koboltmolybdat, normalt vid en temperatur i området 200 - 50000 för konvertering av närvarande koloxid till koldioxid och väte. Gasströmmen be- handlas sedan för avlägsnande av koldioxid- och vätesulfid- föroreningar. Det finns många olika processtyper för sådan gasborttagning, omfattande skrubbning med het kaliumkarbonat, t.ex. vid 70 - 11000, och Rectisol-processen. Svavelinnehàl- let i gasen kan avlägsnas vid något föregående steg. Eventuel- la kvarvarande koloxider kan avlägsnas genom metanering, van- ligen vid 250 - 45000. Den resulterande gasen omfattar en blandning av väte och kväve, med metan, inertgaser såsom ar- gon och vattenånga som huvudföroreningarna. Denna gas torkas sedan genom kylning initiellt och efterföljande kontakt med ett torkmedium, t.ex. en molekylsiladsorbent, som också skul- le avlägsna eventuellt kvarvarande spår av koldioxid. Den tor- kade gasen matas sedan till en kryogen kväve/väte-separator, vilken t.ex. använder kylning enligt Joule Thomson och regene- rativ värmeväxling. Gasen bringas i kontakt med värmeväxlar- element, som kyler gasen till ca 100 K. I den kryogena kon- densorn reduceras vätets kväveinnehàll till den nivå som er- fordras för ammoniaksyntesgasen, typiskt 25 % N2 för ammoniak- syntes. Den kryogena kvävekondensationen resulterar i partíell utarmning av metan- och argoninnehállet i inloppsgasen, var- vid de avlägsnade föroreningarna uppträder i avfallskväve- strömmen. Väte-kväveströmmen, som lämnar kondensorn vid ett något lägre tryck än gasströmmens inloppstryck, sprutas in i ett ammoniaksyntessystem.The oxidation can be carried out at atmospheric pressure, in which case the gas stream can be compressed at a later stage in the treatment. processes. “ The resulting gas stream is passed over an exchange tea catalyst, e.g. iron oxide or cobalt molybdate, normally at a temperature in the range 200 - 50,000 for conversion of present carbon monoxide to carbon dioxide and hydrogen. The gas flow is then traded for the removal of carbon dioxide and hydrogen sulphide pollutants. There are many different types of processes for such gas removal, including scrubbing with hot potassium carbonate, for example at 70 - 11000, and the Rectisol process. Sulfur content the gas can be removed at any previous step. Possibly- residual carbon oxides can be removed by methanation, at 250 - 45000. The resulting gas comprises a mixture of hydrogen and nitrogen, with methane, inert gases such as gon and water vapor as the main pollutants. This gas is dried then by cooling initial and subsequent contact with a drying medium, e.g. a molecular silad sorbent, which is also le remove any remaining traces of carbon dioxide. The tor- the gas is then fed to a cryogenic nitrogen / hydrogen separator, which e.g. uses cooling according to Joule Thomson and regen- rative heat exchange. The gas is brought into contact with the heat exchanger element, which cools the gas to about 100 K. In the cryogenic con- the nitrogen content of the hydrogen is reduced to the level required for the ammonia synthesis gas, typically 25% N2 for the ammonia showed. The cryogenic nitrogen condensation results in partial depletion of the methane and argon content in the inlet gas, at the removed contaminants appear in waste nitrogen the current. The hydrogen-nitrogen stream, which leaves the condenser at one slightly lower pressure than the inlet pressure of the gas stream, is injected into an ammonia synthesis system.

I den utföringsform som visas i fig. 2 innefattar kvä- vekondensorn en typ av flytande kvävetvätt för avlägsnande av Ä kvarvarande koloxid till en nivå som kan accepteras för ammoniak- syntes. Denna lösning möjliggör att metanering kan uteslutas och tillåter den fördelaktiga användningen av en högre CO-nivå för utbyteskonverteringen och resulterar i en slutlig syntes- gaS SOTD V-â-.Sêntligen fri från CHQ och ingrtgaser, Det rena 449 740 7 kvävet, som erfordras för tvättningen kan lämpligen erhållas från det kondenserade kvävet i den kryogena separatorn,vari- genom inget beroende uppkommer av en yttre källa för flytande kväve, såsom i de klassiska kvävetvättanläggningarna.In the embodiment shown in Fig. 2, the nitrogen comprises the condenser a type of liquid nitrogen wash to remove Ä residual carbon monoxide to a level acceptable for ammonia showed. This solution allows methanation to be ruled out and allows the beneficial use of a higher CO level for the exchange conversion and results in a final synthesis GAS SOTD V-â-.Sently free of CHQ and ingrtgaser, The pure 449 740 7 the nitrogen required for the washing can be conveniently obtained from the condensed nitrogen in the cryogenic separator, var- by no dependence arises from an external source of liquid nitrogen, as in the classic nitrogen washing plants.

Det är också möjligt att placera den kryogena kväve- kondensationen uppströms metaneríngen i fig. 1.It is also possible to place the cryogenic nitrogen the condensation upstream of the methane ring in Fig. 1.

I alla tillämpningar är det fördelaktigt om avfalls- kvävet matas ut från den kryogena kondensorn nära omgiv- ningens temperatur och vid ett förhöjt tryck på upp till 50 bar, vanligen 5 - 10 bar, eftersom det sedan kan upphettas till en lämplig inloppstemperatur för en högtemperaturturbin och expanderas däri till nära atmosfärstryck, för att sålunda alstra en stor del av den kraft som erfordras för komprime- ring av gasströmmen, t.ex. för att komprimera processluften för de partiella oxidations- eller àngreformeringsstegen.In all applications, it is advantageous if the waste the nitrogen is discharged from the cryogenic condenser near the environment. temperature and at an elevated pressure of up to 50 bar, usually 5 - 10 bar, as it can then be heated to a suitable inlet temperature for a high temperature turbine and expanded therein to near atmospheric pressure, so as to generate a large part of the force required for compression ring of the gas stream, e.g. to compress the process air for the partial oxidation or steam reforming steps.

Avfallskvävet kan upphettas till turbininloppstempe- raturen, t.ex. 500 - 2 OOOOC, normalt 500 - 1 OOOOC, genom indirekt värmeväxling och/eller genom direkt förbränning av dess brännbara innehåll, dvs. spår av metan, väte, kolmonoxid med tillsatsluft och ytterligare bränsle, om så erfordras, uppströms turbinen.The waste nitrogen can be heated to the turbine inlet temperature. raturen, e.g. 500 - 2 000C, normally 500 - 1 000C, by indirect heat exchange and / or by direct combustion of its combustible content, i.e. traces of methane, hydrogen, carbon monoxide with added air and additional fuel, if required, upstream of the turbine.

I det arrangemang av expansionsturbinen, som visas i fig. 5, är hetgas-expansionsturbinen turbinelementet hos en öppencyklisk gasturbin. Kvävet blandas med tillsatsbränsle och matas till förbränningskammaren på gasturbinen som bränsle.In the arrangement of the expansion turbine, shown in Fig. 5, the hot gas expansion turbine is the turbine element of a open-cycle gas turbine. Nitrogen is mixed with additive fuel and fed to the combustion chamber of the gas turbine as fuel.

Samtidigt avdrages processluftbehovet för de partiella oxida- tions- eller reformeringsprocesserna från gasturbin-kompres- sorutmatningen. Genom detta arrangemang upprätthàlles approxi- mativ paritet mellan massflödena i kompressor- och expansions- sektionerna i gasturbinen och en effektiv anordning för kompression och expansion åstadkommas med hjälp av välutveck- lad industriutrustning.At the same time, the process air requirement for the partial oxidation the gas turbine compression or reforming processes sorutmatningen. Through this arrangement, approximate relative parity between the mass flows in the compressor and expansion sections of the gas turbine and an efficient device for compression and expansion are achieved by means of well-developed load industrial equipment.

Alternativt kan avfallskväve expanderas vid en låg tem- peratur, t.ex. omgivningens temperatur, för alstrande av kraft och användas för nedkylning av önskade delar av ammoniaksyn- tesanläggpíngen.Alternatively, waste nitrogen can be expanded at a low temperature. peratur, e.g. ambient temperature, to generate power and used to cool desired parts of ammonia synthesis tesanläggpíngen.

Om avfallskoldioxíden från syra-gas-borttagningsan- läggningen skulle avges till atmosfären i oren form, är det lämpligt att använda avfallskvävet under tryck från den kryo- gena separatorn för att avlägsna en väsentlig del av koldi- 449 740 8 - v oxiden från tvättlösningen och sedan mata den kombinerade "- kväve- och koldioxidströmmen, fortfarande vid ett högt tryck, för uppvärmning och arbetsexpansion.If the waste carbon dioxide from the acid-gas removal plant the disposition would be emitted to the atmosphere in impure form, it is appropriate to use the waste nitrogen under pressure from the the separator to remove a significant portion of the carbon 449 740 8 - v the oxide from the washing solution and then feed the combined "- nitrogen and carbon dioxide flow, still at high pressure, for heating and work expansion.

Sammanfattningsvis erbjudes följande fördelar för luft- oxidation/kvävekondensation/kväveexpansion-systemet som be- skrivits jämfört med normal praxis, innefattande oxidation av ett råmaterial: 1. Eliminering av luftseparationsanläggning, syrgas- kompressorer, rörledningar etc. 2. Reduktion av den totalt installerade kraften i anläggningskompressorer kan åstadkommas i många fall. 5. Med hänsyn till den höga potentiella effektivi- teten för expansionen av den avfallskväve innehållande gasen och konventionell, därmed förbunden värmeàtervinning, kan en avsevärd reduktion av hela anläggningens totala energibehov erhållas. vIn summary, the following benefits are offered for oxidation / nitrogen condensation / nitrogen expansion system as written compared to normal practice, including oxidation of a raw material: Elimination of air separation system, oxygen compressors, pipelines, etc. 2. Reduction of the total installed force in plant compressors can be achieved in many cases. 5. In view of the high potential efficiency for the expansion of the waste nitrogen containing the gas and conventional, associated heat recovery, a significant reduction of the entire plant's total energy needs obtained. v

Claims (9)

449 740 Patentkrav449,740 Claims 1. Förfarande för framställning av en syntesgasström för till- verkning av ammoniak, innefattande omsättning av kolväten med luft i en mängd som är tillräcklig för att väsentligt minska mängden av kolvätena och för att ge ett stökiometriskt överskott av kväve utöver vad som erfordras för ammoniaksyntes, behandling av den resulterande rågasströmmen för avlägsnande av koloxider, torkning av rågasströmmen och kylning av gasströmmen så att resterande kolväten och kväve kondenseras därifrån för erhåll- ande av syntesgasströmmen för ammoniaktillverkning, k ä n n e - t e c k n a t av att omsättningen av kolvätena med luft inne- fattar partiell oxidering av en substans, vald från en grupp bestående av olja, kol, naturgas eller vilken som helst kombina- tion därav, i närvaro av luft vid ett tryck av 15 till 150 bar teh vid en temperatur av~3oo°c till 2ooo°c för att bilda an tagas- ström, innehållande väte och kväve med ett stökiometriskt överskott av kväve av minst 200 molprocent, baserat på den mängd som er- fordras för ammoniaksyntes, varvid den torkade râgasströmmen in- föres i en kryogen separator vid ett tryck av 15 till 1000 bar, i vilken den uppdelas för att ge tvâ strömmar som lämnar den kryo- gena separatorn, nämligen (1) syntesgasströmmen vid ett tryck av 15 till 100 bar och (2) en kväverik avfallsström vid ett tryck av 5 till 50 bar, vilken kväverika ström upphettas till en tempera- tur av 500OC till 2000°C och expanderas i en turbin för att alstra kraft.A process for producing a synthesis gas stream for the production of ammonia, comprising reacting hydrocarbons with air in an amount sufficient to substantially reduce the amount of hydrocarbons and to provide a stoichiometric excess of nitrogen beyond that required for ammonia synthesis, treatment of the resulting crude gas stream to remove carbon oxides, drying the crude gas stream and cooling the gas stream so that residual hydrocarbons and nitrogen are condensed therefrom to obtain the synthesis gas stream for ammonia production, characterized in that the reaction of the hydrocarbons with air involves partial oxidation of a substance selected from a group consisting of oil, coal, natural gas or any combination thereof, in the presence of air at a pressure of 15 to 150 bar teh at a temperature of ~ 30 ° C to 2000 ° C to form an intake stream, containing hydrogen and nitrogen with a stoichiometric excess of nitrogen of at least 200 mole percent, based on the an amount required for ammonia synthesis, the dried crude gas stream being introduced into a cryogenic separator at a pressure of 15 to 1000 bar, in which it is divided to give two streams leaving the cryogenic separator, namely (1) the synthesis gas stream at a pressure of 15 to 100 bar and (2) a nitrogen-rich waste stream at a pressure of 5 to 50 bar, which nitrogen-rich stream is heated to a temperature of 50 ° C to 2000 ° C and expanded in a turbine to generate power. 2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den från den partiella oxidationen resulterande rágasströmmen matas över en utbyteskatalysator och omsättes med ånga vid förhöjd temperatur för konvertering av kolmonoxiden, som är närvarande i rågasströmmen, till koldioxid och väte.2. A process according to claim 1, characterized in that the crude gas stream resulting from the partial oxidation is fed over a replacement catalyst and reacted with steam at elevated temperature to convert the carbon monoxide present in the crude gas stream to carbon dioxide and hydrogen. 3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att rågasströmmen efter passage över utbyteskatalysatorn under- kastas skrubbning med het kaliumkarbonat vid en temperatur av 70 - 11000 för att avlägsna syragasinnehållet före separa- tionssteget.3. A process according to claim 2, characterized in that the crude gas stream after passage over the exchange catalyst is subjected to scrubbing with hot potassium carbonate at a temperature of 70 - 11000 to remove the acid gas content before the separation step. 4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att 449 74-0 10 ràgasströmmen efter skrubbning med het kaliumkarbonat under- kastas tvättning med flytande kväve för att avlägsna kolmon- oxid i râgasströmmen före separationssteget.4. A method according to claim 3, characterized in that the raw gas stream after scrubbing with hot potassium carbonate is subjected to washing with liquid nitrogen to remove carbon monoxide in the raw gas stream before the separation step. 5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att separationssteget genomföres i en kryogen separator och att det flytande kvävet i tvättsteget erhålles från det i den kryogena separatorn kondenserade kvävet.5. A method according to claim 4, characterized in that the separation step is carried out in a cryogenic separator and that the liquid nitrogen in the washing step is obtained from the nitrogen condensed in the cryogenic separator. 6. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att râgasströmmen efter skrubbning med het kaliumkarbonat under- kastas metanering för att avlägsna eventuella koloxider före separationssteget.Process according to Claim 3, characterized in that the crude gas stream, after scrubbing with hot potassium carbonate, is subjected to methanation in order to remove any carbon oxides before the separation step. 7. Förfaranaa enligt krav 1', k ä n n a t a c k n a t av att den kväverika strömmen blandas med tillsatsbränsle och inmatas som bränsle till förbränningskammaren i en gasturbin.7. The process according to claim 1 ', characterized in that the nitrogen-rich stream is mixed with additive fuel and fed as fuel to the combustion chamber of a gas turbine. 8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att processluftbehovet för den partiella oxidationen avdrages från gasturbin-kompressorutmatningen.8. A method according to claim 7, characterized in that the process air requirement for the partial oxidation is deducted from the gas turbine compressor output. 9. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det stökiometriska överskottet av kväve är 230 - 270 molpro- cent, baserat på den mängd som erfordras för ammoniaksyntes.9. A process according to claim 1, characterized in that the stoichiometric excess of nitrogen is 230 - 270 mol%, based on the amount required for ammonia synthesis.
SE8003073A 1979-04-24 1980-04-23 PROCEDURE FOR PREPARING A SYNTHESIC GAS FLOW FOR MANUFACTURING AMMONIA SE449740B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB7914200 1979-04-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE8003073L SE8003073L (en) 1980-10-25
SE449740B true SE449740B (en) 1987-05-18

Family

ID=10504734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE8003073A SE449740B (en) 1979-04-24 1980-04-23 PROCEDURE FOR PREPARING A SYNTHESIC GAS FLOW FOR MANUFACTURING AMMONIA

Country Status (14)

Country Link
JP (1) JPS5938161B2 (en)
AU (1) AU543957B2 (en)
BE (1) BE882949A (en)
CA (1) CA1160844A (en)
DE (1) DE3015640A1 (en)
DK (1) DK156638C (en)
FR (1) FR2454998A1 (en)
GB (1) GB2048840B (en)
IN (1) IN154518B (en)
IT (1) IT1141316B (en)
NL (1) NL8002358A (en)
NO (1) NO156603C (en)
SE (1) SE449740B (en)
ZA (1) ZA802258B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992012927A1 (en) * 1991-01-23 1992-08-06 Norsk Hydro A.S Method for purification of synthesis gas

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4524056A (en) * 1983-07-05 1985-06-18 Foster Wheeler Energy Corporation Process for the production of ammonia
US4624841A (en) * 1984-01-23 1986-11-25 Toyo Engineering Corporation Process for refining an ammonia synthesis gas
US4592860A (en) * 1984-02-07 1986-06-03 Union Carbide Corporation Process and apparatus for ammonia synthesis gas production
EP0214991A1 (en) * 1984-06-30 1987-03-25 Stamicarbon B.V. Process for preparing ammonia
JP4013007B2 (en) * 1998-08-28 2007-11-28 大阪瓦斯株式会社 Method and apparatus for producing hydrogen-nitrogen mixed gas
DE10055818A1 (en) * 2000-11-10 2002-05-23 Ammonia Casale Sa Catalytic production of ammonia, especially for direct conversion into urea, using nitrogen-hydrogen starting gas mixture obtained from natural gas by autothermal reforming and catalytic conversion
CN101102965B (en) * 2004-07-29 2012-05-30 弗劳尔科技公司 Improved ammonia plant
DE102004049774B4 (en) * 2004-10-12 2007-04-26 Lurgi Ag Process for the production of urea from natural gas
DE102011008931B4 (en) * 2011-01-20 2016-08-18 Hans Walter Kirchner Water vapor-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation
CN103641069B (en) * 2013-11-25 2015-07-01 张周卫 Low-temperature flash evaporation gas-liquid separator for waste nitrogen
CN109516445B (en) * 2018-12-05 2021-07-23 四川大学 Closed circulation process for preparing nitric acid by combining electrolysis water and air separation

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2795559A (en) * 1954-04-01 1957-06-11 Texas Co Production of hydrogen-nitrogen mixtures
US2866321A (en) * 1954-08-06 1958-12-30 Chemical Construction Corp Purification of gases by partial condensation
DE1135020B (en) * 1960-04-14 1962-08-23 Linde Eismasch Ag Process and device for the low-temperature decomposition of a hydrogen-rich gas mixture
GB1134621A (en) * 1965-01-20 1968-11-27 Humphreys & Glasgow Ltd Improvements in or relating to the manufacture of ammonia
US3442613A (en) * 1965-10-22 1969-05-06 Braun & Co C F Hydrocarbon reforming for production of a synthesis gas from which ammonia can be prepared
US3572046A (en) * 1965-10-22 1971-03-23 Braun & Co C F Apparatus for purification of raw ammonia synthesis gas
CH482916A (en) * 1967-09-12 1969-12-15 Prvni Brnenska Strojirna Zd Y Control device of a combined gas and steam turbine system
FR2118300A6 (en) * 1970-12-16 1972-07-28 Cem Comp Electro Mec Hydrocarbon conversion - to produce ammonia synthesis gases with waste gases driving a gas turbine
DE2235323B2 (en) * 1972-07-19 1974-11-28 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Process for the production of synthesis gas for ammonia synthesis by pressure gasification of coal with water vapor and air
JPS5137078A (en) * 1974-09-24 1976-03-29 Taiyo Kaken Co Tadanko kisosetsushokusochi
US3929429A (en) * 1974-09-26 1975-12-30 Texaco Inc Fuel gas from solid carbonaceous fuels

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992012927A1 (en) * 1991-01-23 1992-08-06 Norsk Hydro A.S Method for purification of synthesis gas

Also Published As

Publication number Publication date
FR2454998A1 (en) 1980-11-21
DK156638B (en) 1989-09-18
FR2454998B1 (en) 1983-11-18
SE8003073L (en) 1980-10-25
NO156603C (en) 1987-10-21
GB2048840B (en) 1983-12-21
NO801174L (en) 1980-10-27
AU543957B2 (en) 1985-05-09
AU5756280A (en) 1980-10-30
IN154518B (en) 1984-11-03
JPS5938161B2 (en) 1984-09-14
NO156603B (en) 1987-07-13
IT1141316B (en) 1986-10-01
GB2048840A (en) 1980-12-17
DK173280A (en) 1980-10-25
DK156638C (en) 1990-01-29
BE882949A (en) 1980-10-24
JPS55144401A (en) 1980-11-11
CA1160844A (en) 1984-01-24
ZA802258B (en) 1981-04-29
DE3015640A1 (en) 1980-11-06
NL8002358A (en) 1980-10-28
IT8021606A0 (en) 1980-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4409196A (en) Synthesis gas for ammonia production
SU1215617A3 (en) Method of producing methane-containing gas
US11891950B2 (en) Systems and methods for power production with integrated production of hydrogen
US3904389A (en) Process for the production of high BTU methane-containing gas
US5175061A (en) High-temperature fuel cells with oxygen-enriched gas
EP0283171B1 (en) Production of fuel gas
AU2010202465B2 (en) Methods of recycling carbon dioxide to the gasification system
JPH10297901A (en) Production of oxidation product and generation of power using solid electrolyte membrane integrated with gas turbine
EP0130846A2 (en) Process for the production of ammonia
US20240084721A1 (en) Power production with cogeneration of further products
SE449740B (en) PROCEDURE FOR PREPARING A SYNTHESIC GAS FLOW FOR MANUFACTURING AMMONIA
US6152984A (en) Integrated direct reduction iron system
EP0236037B1 (en) Ammonia synthesis
JP4065413B2 (en) Method for recovering krypton and xenon from air
JPS6389402A (en) Method of simultaneously manufacturing carbon dioxide and hydrogen
US9458014B2 (en) Sytems and method for CO2 capture and H2 separation with three water-gas shift reactions and warm desulfurization
EA007305B1 (en) Plant for shift conversion and process for operating same
WO1999041188A1 (en) Process for producing electrical power and steam
WO1996019642A1 (en) Igcc/refinery utilities unit
GB2121775A (en) Synthesis gas for ammonia production
JPS58190821A (en) Ammonia production
Sales Production of heavy water

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed

Ref document number: 8003073-7

Effective date: 19931110

Format of ref document f/p: F