WO2006040081A1 - Verfahren zur erzeugung von synthesegas für eine ammoniakanlage - Google Patents

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WO2006040081A1
WO2006040081A1 PCT/EP2005/010802 EP2005010802W WO2006040081A1 WO 2006040081 A1 WO2006040081 A1 WO 2006040081A1 EP 2005010802 W EP2005010802 W EP 2005010802W WO 2006040081 A1 WO2006040081 A1 WO 2006040081A1
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gas
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Hartmut Hederer
Joachim Johanning
Thorsten Brakhane
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Uhde Gmbh
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Definitions

  • the invention is directed to a process for the production of synthesis gas for an ammonia plant.
  • the invention proposes that in a membrane reactor from an air stream over an oxygen transport membrane, the oxygen is withdrawn, the recovered oxygen directly used for the partial oxidation of hydrocarbons, such as natural gas, in the presence of a steam reforming catalyst and the reformed synthesis gas in a secondary reformer after the par ⁇ tial oxidation, a further stream containing nitrogen N 2 is added to adjust the required for an ammonia synthesis gas composition ratio of nitrogen and hydrogen H 2 .
  • EP-A 370 485 also describes an under-stoichiometric H 2 / N 2 synthesis gas process
  • US Pat. No. 5,820,654 describing a process for synthesis gas production by partial oxidation with generation of an N 2 -rich stream.
  • DE-698 17 749-T2 for synthesis gas generation, reference should be made to DE-698 17 749-T2, EP-O 503 482-A1, DE-29 26 892-A1 or DE-697 21 072-T2 ,
  • the invention provides in an embodiment that after the membrane reactor, a nitrogen stream and 1 to 21% O 2 -containing gas stream is fed to a secondary reformer in order to obtain the ratio required for an ammonia synthesis gas composition [H 2 ] + [CO ]: [N 2 ] of about 3 at the outlet of the Se ⁇ kundärreformers set.
  • the recovered oxygen directly to the partial Oxida ⁇ tion of hydrocarbons, eg natural gas, used and the synthesis gas after the partial oxidation in one Secondary reformer is a nitrogen and 1 to 45% O 2 -containing gas stream, preferably 21% air, for adjustment the ratio of [H 2 ] + [CO]: [N 2 ] [2.5-3.5 (preferably 3.0)] required for an ammonia synthesis gas composition is supplied.
  • the invention can be u.a. to achieve the following advantages:
  • the secondary reformer does not have to be operated with O 2 depleted air, it can provide the possible or even even higher maximum heat output in pure air mode. This is economically advantageous because the secondary reformer is the least expensive apparatus compared to the membrane reactor.
  • the pressure of the oxygen-supplying gas (for example air) can be between 1 and 100 bar, as is also provided in the embodiment according to the invention.
  • the pressure of the oxygen-supplying gas may be at least 2 to 10 bar above the pressure of the synthesis gas. If the system supplies a stream of air which is not required for the process, then this can expediently be conducted via an expansion turbine which is coupled to the compressor. This is also provided in an embodiment according to the invention.
  • the heating of the air and / or natural gas is carried out directly or indirectly.
  • Characteristic of oxygen transport membranes is that the oxygen flow through the membrane above a minimum temperature takes technically usable values, but then increases strongly with the temperature. As a result of the direct coupling of the oxygen stream through the membrane with the heat released by the partial oxidation, this results in a self-boosting effect, ie a controlled system without compensation, which makes control of membrane reactors very difficult. It is therefore advantageous to regulate the air stream into the membrane reactor via a bypass around the apparatus, since this allows a faster control action on the oxygen stream via the transport membrane than via the inlet temperature of the air.
  • Fig. 1 shows a process diagram according to the invention and in the
  • an air stream 1 is first ei ⁇ nem air compressor 2 is supplied compressed to a moderate pressure level of for example 3 bar, then heated by a fired heating gas 3a heating burner 3 directly or indi ⁇ rectly to about 600 0 C and then fed to the designated 4 membrane separation within a generally denoted by 5 Neten membrane reactor, which also includes the process steps partial oxidation 6 and steam reforming 7 bein ⁇ , which is indicated by a dotted border.
  • the depleted air stream exits according to the arrow 8 on spielnem 850 0 C heated the membrane reactor 5, acted upon strike a device 9 for the waste heat, leaves die ⁇ se about cooled to ambient temperature according to the arrow 10 and then a split 11 is supplied.
  • the unused exhaust air leaves the system according to arrow 12 while the other part with the required nitrogen a residual compressor
  • a gaseous hydrocarbon mixture for example natural gas
  • a heating burner 17 at about 40 bar, the air coming from the air compressor 2 with, for example, 3 bar being supplied to another air compressor 2a, which also supplies this combustion air compressed to about 40 bar, so that they can act according to arrow 18 the Schu ⁇ burner.
  • steam is still supplied to the natural gas for a H 2 O / C ratio between 0.6 and 3.
  • the process gas te er55rm ⁇ to about 600 0 C / steam mixture of the partial oxidation 6 in the membrane reactor 5 is fed, wherein there and in the steam-reform also forming pressures prevail in the order of 40 bar.
  • the arrow 21 indicates the flow of oxygen obtained via the membrane separation 4 for partial oxidation 6 and for reforming 7 on the process gas side of the membrane reactor 5.
  • the heat flow through the membrane surfaces from the process gas to the air side is indicated by an arrow 22.
  • the gas leaving the membrane reactor 5 has, for example, a temperature of 955 ° C. in the section 23 and thus acts on the secondary reformer 15, where the outflow of the raw synthesis gas to the subsequent process is denoted by 24.
  • the compressor 2a is designed so that the required air flow for the secondary reformer 14a this can be removed. In this case, the split 11 and the residual compressor 13 are not required, so that corrosion problems in the split 11 and at the inlet of the residual compressor 13 are avoided.
  • the air 1 is compressed from the outset by an air compressor 2b to a pressure ⁇ 40 bar, so that it is possible to take the air flow 14a for the secondary reformer 15 from this compressor 2b and the air flow in the Membrane separation 4 O 2 -degraded air after cooling to about 400 0 C in the Abhitzeein ⁇ device 9 for waste heat recovery in a ter directly coupled to the air compressor exhaust air turbine 25 to relax and the mechanical power, represented by the dotted line or the arrow 26, to win.
  • this exhaust air turbine 25 can be assigned a combustion chamber 27, the heating gas flow is indicated by the arrow 31.
  • the O 2 content of the stream 14 a can be increased up to a content of about 45% O 2 before it is fed to the secondary reformer 15.
  • FIG. 4 shows a further, slightly modified exemplary embodiment.
  • the preheating of the air takes place in a heat exchanger 3b.
  • the heat flow 3 c can be provided by internal heat exchange from the process or by exter ⁇ ne heating.
  • the preheating of process gas 16 and steam 19 also takes place here in a heat exchanger.
  • the heat flow 18a can also be provided here both by internal heat exchange from the process and by external heating.
  • the secondary reformer 5 downstream of a device for Ab ⁇ heat utilization, in the cooled synthesis gas to approximately 350 0 C and a heat flow to the process internal Nut ⁇ wetting can be obtained can be achieve further optimizations.

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Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas für eine Ammoniakanlage zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Membranreaktor (5) aus einem Luftstrom (1) über eine Sauerstoff-Transportmembran (4) der Sauerstoff entzogen wird, der gewonnene Sauerstoff direkt zur partiellen Oxidation (6) von Kohlenwasserstoffen, z.B. Erdgas, in Gegenwart eines Steam-Reforming-Katalysators (7) herangezogen und dem reformierten Synthesegas in einem Sekundärreformer (15) nach der partiellen Oxidation ein weiterer Stickstoff enthaltender Strom (14) zugegeben wird, um das für eine Ammoniaksynthesegas-Zusammensetzung erforderliche Verhältnis von [H2] + [CO] : [N2] einzustellen.

Description

"Verfahren zur Erzeugung von Svnthesegas für eine Ammoniakanlaαe"
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas für eine Ammoniakanlage.
Zur Herstellung von Synthesegas für unterschiedliche Ver¬ wendungszwecke gibt es eine Reihe von Lösungsmöglichkeiten, etwa für Methanol oder die Fischer-Tropsch-Synthese, wobei dabei auch bekannt ist, den benötigten Sauerstoff mittels einer Sauerstofftransportmembran in einem Membranreaktor einem Luftstrom zu entziehen, wobei es sich dabei um eine gemischt sauerstoffionen- und elektronenleitende Membran¬ einheit handelt.
Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe darin besteht, einen derartigen Membranreaktor für die Erzeugung von Syn¬ thesegas für eine Ammoniakanlage zu nutzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt daher die Erfindung vor, daß in einem Membranreaktor aus einem Luftstrom über eine Sauerstoff-Transportmembran der Sauerstoff entzogen wird, der gewonnene Sauerstoff direkt zur partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffen, z.B. Erdgas, in Gegenwart eines Steam-Reforming-Katalysators herangezogen und dem refor¬ mierten Synthesegas in einem Sekundärreformer nach der par¬ tiellen Oxidation ein weiterer Stickstoff N2 enthaltender Strom zugegeben wird, um das für eine Ammoniaksynthesegas- Zusammensetzung erforderliche Verhältnis von Stickstoff und Wasserstoff H2 einzustellen.
Grundsätzlich ist für sich gesehen die Entnahme von Sauer¬ stoff in einer derartigen Membran z.B. in der EP-I 007 473 beschrieben, wobei dort der Sauerstoff O2 von einem Sweep- Gas (= Trägergas für das übertragene O2) ausgetragen wird und die für die Funktion der Sauerstoff-Transportmembran erforderliche Aufheizung durch direkte Verbrennung von Heizmittel in Luft vorgenommen wird. Dabei ist dort eine anschließende Partialoxidation in einem autothermen Refor¬ mer (ATR) vorgesehen.
Hier beschreitet die vorliegende Erfindung einen oben ange¬ gebenen, anderen Weg. In der EP-I 370 485 ist noch ein un- terstöchiometrisches H2/N2-Synthesegasverfahren beschrie¬ ben, wobei die US-5,820,654 ein Verfahren zur Synthesegas¬ erzeugung durch partielle Oxidation unter Erzeugung eines N2-reichen Stromes beschreibt. Zum weiteren Stand der Tech¬ nik, insbesondere zur Synthesegaserzeugung sei noch auf die DE-698 17 749-T2, die EP-O 503 482-A1, die DE-29 26 892-A1 oder die DE-697 21 072-T2 verwiesen.
Grundsätzlich ist es nach der Erfindung möglich, über den Membranreaktor eine praktisch 100 %-ige Trennung von O2 und N2 vorzunehmen. Dies ist aber nicht zwingend notwendig. So sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, daß nach dem Mem¬ branreaktor ein Stickstoff- und 1 bis 21 % O2-enthaltender Gasstrom einem Sekundärreformer zugeführt wird, um das für eine Ammoniaksynthesegas-Zusammensetzung erforderliche Ver- hältniss [H2] + [CO] : [N2] von etwa 3 am Austritt des Se¬ kundärreformers einzustellen.
In einer alternativen Ausgestaltung ist nach der Erfindung vorgesehen, daß in einem Membranreaktor einem Luftstrom über eine Sauerstoff-Transportmembran Sauerstoff entzogen wird, der gewonnene Sauerstoff direkt zur partiellen Oxida¬ tion von Kohlenwasserstoffen, z.B. Erdgas, herangezogen und dem Synthesegas nach der partiellen Oxidation in einem Se¬ kundärreformer ein Stickstoff- und 1 bis 45 % O2-enthalten- der Gasstrom, vorzugsweise Luft mit 21 %, zur Einstellung des für eine Ammoniaksynthesegas-Zusammensetzung erforder¬ lichen Verhältnisses von [H2] + [CO] : [N2] [2,5-3,5 (vor¬ zugsweise 3,0)] zugeführt wird.
Durch die Erfindung lassen sich u.a. die nachfolgend aufge¬ listeten Vorteile erzielen:
Da der Sekundärreformer nicht mit O2 abgereicherter Luft betrieben werden muß, kann er die bei reinem Luftbetrieb mögliche oder sogar eine noch höhere maximale Wärmeleistung erbringen. Dies ist wirtschaftlich vorteilhaft, weil der Sekundärreformer im Vergleich zum Membranreaktor der ko¬ stengünstigere Apparat ist.
Über der O2-Transportmembran liegt eine verminderte Druck¬ differenz vor, was die thermisch hoch belastete Membran mechanisch weniger stark beansprucht.
Durch den verhältnismäßig erhöhten Druck verringert sich der Volumenstrom für die Luft, was bei trotzdem ausreichen¬ der Verweilzeit das Bauvolumen des Membranreaktors verrin¬ gert.
Da die direkte Beheizung der Prozeßluft entfällt oder mini¬ miert wird, erhöht sich der O2-Gehalt am Eintritt des Mem¬ branreaktors, wodurch ebenfalls die erforderliche Membran¬ fläche verringert werden kann.
So kann zusätzlich verhindert werden, daß durch den Brenn¬ stoff Schwefel in die Luft eingetragen wird, was die Gefahr der Bildung von saurem Kondensat mit dem Risiko von Korro¬ sionsangriffen, beispielsweise im Split und vor dem Rest- luftverdichter, erheblich vermindert.
Aufgrund der infolge des höheren Druckniveaus Verhältnis- mäßig größeren Wärmeübergangszahlen wird in der Einheit zur Abwärmenutzung eine kleinere Fläche für den Wärmeaustausch benötigt, was den Bauaufwand bei diesem Apparat ebenfalls verringert.
Es kann vorteilhaft sein, dem Luftstrom einen weiteren O2- haltigen Strom zuzuführen, um damit dessen O2-Gehalt bis auf eine Höhe von 45 % O2 anzureichen. Die oben beschriebe¬ nen Vorteile lassen sich auf diese Weise noch verstärken.
Je nach zu treibendem Aufwand und einzusetzenden Anlagen¬ elementen kann der Druck des Sauerstoff liefernden Gases (z.B. Luft) zwischen 1 bis 100 bar liegen, wie dies in Aus¬ gestaltung nach der Erfindung ebenfalls vorgesehen ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann dabei der Druck des Sauerstoff liefernden Gases mindestens 2 bis 10 bar über dem Druck des Synthesegases liegen. Liefert die Anlage einen nicht für den Prozeß benötigten Luftstrom, so kann dieser zweckmäßig über eine Entspannungsturbine, die mit dem Verdichter gekoppelt ist, geleitet werden. Auch dies ist in Ausgestaltung nach der Erfindung vorgesehen.
Vorteilhaft zur Erzielung höherer Temperaturen im Synthese¬ gas ist es auch, wenn die Sauerstoff abgereicherte Abluft zur partiellen Oxidation und zur Spaltung der restlichen Kohlenwasserstoffe zu CO und H2 im Sekundärreformer heran¬ gezogen wird, wobei es zweckmäßig sein kann, wenn der Rest- sauerstoffanteil im Luftstrom hinter dem Membranreaktor mit der Transportmembran 1 bis 10 % O2 beträgt.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Erwärmung der Luft und/oder Erdgases auf direktem oder indirektem Wege vorgenommen wird. Kennzeichnend für Sauerstoff-Transportmembranen ist, daß der Sauerstoffstrom über die Membran erst oberhalb einer Mindesttemperatur technisch nutzbare Werte annimmt, dann aber mit der Temperatur stark anwächst. Infolge der hier¬ durch gegebenen direkten Kopplung des SauerstoffStromes über die Membran mit der durch die partielle Oixidation freigesetzten Wärme ergibt sich ein Selbstverstärkungsef¬ fekt, d.h. regelungstechnisch eine Regelstrecke ohne Aus¬ gleich, was die Regelung von Membranreaktoren sehr er¬ schwert. Vorteilhaft ist deshalb eine Regelung des Luft¬ stroms in den Membranreaktor über einen Bypaß um den Appa¬ rat herum, da hierdurch ein schnellerer Regeleingriff auf den Sauerstoffström über die Tansportmembran möglich ist als über die Eintrittstemperatur der Luft.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung, die in
Fig. 1 ein Prozeßschaubild nach der Erfindung zeigt sowie in den
Fig. 2 bis 4 abgewandelte Ausführungsbeispiele.
Bezug nehmend auf Fig. 1 wird ein Luftström 1 zunächst ei¬ nem Luftverdichter 2 zugeführt, auf ein mäßiges Druckniveau von beispielsweise 3 bar verdichtet, anschließend von einem mit Heizgas 3a befeuerten Heizbrenner 3 direkt oder indi¬ rekt auf ca. 6000C erhitzt und dann der mit 4 bezeichneten Membranseparation innerhalb eines allgemein mit 5 bezeich¬ neten Membranreaktors zugeführt, der auch die Verfahrens- schritte partielle Oxidation 6 und Steam-Reforming 7 bein¬ haltet, was durch eine punktierte Umrandung angedeutet ist. Der abgereicherte Luftström verläßt gemäß Pfeil 8 auf bei¬ spielsweise 8500C aufgeheizt den Membranreaktor 5, beauf¬ schlagt eine Einrichtung 9 zur Abhitzenutzung, verläßt die¬ se etwa auf Umgebungstemperatur abgekühlt gemäß Pfeil 10 und wird dann einem Split 11 zugeführt. Die nicht benötigte Abluft verläßt gemäß Pfeil 12 das System während der andere Teil mit dem erforderlichen Stickstoff einem Restverdichter
13 zugeführt wird, der das Gas auf Synthesegasdruck ver¬ dichtet und anschließend in diesem Zustand über den Pfeil
14 dem Sekundärreformer 15 zuführt.
Gemäß Pfeil 16 wird ein gasförmiges Kohlenwasserstoffge¬ misch, z.B. Erdgas, mit ca. 40 bar einem Heizbrenner 17 zu¬ geführt, wobei die aus dem Luftverdichter 2 mit beispiels¬ weise 3 bar kommende Luft einem weiteren Luftverdichter 2a zugeführt wird, der diese Verbrennungsluft ebenfalls auf etwa 40 bar verdichtet, damit sie gemäß Pfeil 18 den Heiz¬ brenner beaufschlagen kann. Über eine Leitung 19 wird dem Erdgas noch Dampf für ein H2O/C-Verhältnis zwischen 0,6 und 3 zugeführt. Über den Weg 20 wird das auf ca. 6000C erwärm¬ te Prozeßgas/Dampf-Gemisch der partiellen Oxidation 6 im Membranreaktor 5 zugeführt, wobei dort und beim Steam-Re- forming ebenfalls Drücke in der Größenordnung von 40 bar herrschen.
Mit dem Pfeil 21 ist der Strom des über die Membransepara¬ tion 4 gewonnenen Sauerstoffes zur partiellen Oxidation 6 und zur Reformierung 7 auf der Prozeßgasseite des Membran¬ reaktors 5 bezeichnet. Der Wärmestrom über die Membranflä¬ chen von der Prozeßgas- zur Luftseite ist über einen Pfeil 22 angedeutet. Das den Membranreaktor 5 verlassende Gas weist in der Strecke 23 beispielsweise eine Temperatur von 955°C auf und beaufschlagt so den Sekundärreformer 15, wo¬ bei der Abfluß des Rohsynthesegases zum anschließenden Pro¬ zeß mit 24 bezeichnet ist. In einer Ausgestaltung dieser Variante wird, wie in Fig. 2 dargestellt, der Verdichter 2a so ausgelegt, daß der für den Sekundärreformer erforderliche Luftstrom 14a diesem entnommen werden kann. In diesem Fall werden der Split 11 und der Restverdichter 13 nicht benötigt, so daß Korro¬ sionsprobleme im Split 11 sowie am Eintritt des Restver¬ dichters 13 vermieden werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird die Luft 1 über einen Luftverdichter 2b von vornherein auf einen Druck ≥ 40 bar verdichtet, so daß es möglich ist, aus diesem Ver¬ dichter 2b den Luftstrom 14a für den Sekundärreformer 15 zu entnehmen sowie die in der Membranseparation 4 O2-abgerei- cherte Luft nach Abkühlung auf ca. 4000C in der Abhitzeein¬ richtung 9 zur Abwärmenutzung in einer mit dem Luftverdich¬ ter direkt gekoppelten Abluftturbine 25 zu entspannen und die mechanische Leistung, dargestellt durch die gestrichel¬ te Linie bzw. den Pfeil 26, zu gewinnen. Zur Anhebung der Leistung dieser Ablufturbine 25 und um den Luftverdichter 2b weitestgehend durch die Abluftturbine 25 antreiben zu lassen, kann dieser Abluftturbine 25 eine Brennkammer 27 zugeordnet sein, der Heizgasstrom ist mit Pfeil 31 angedeu¬ tet.
Durch die Zufuhr eines weiteren O2-haltigen Stromes 32 kann der O2-Gehalt des Stromes 14a bis zu einem Gehalt von ca. 45 % O2 erhöht werden, bevor dieser dem Sekundärreformer 15 zugeführt wird.
Die Aufheizung der Luft für den Membranreaktor 5 erfolgt in diesem Beispiel auf indirekte Weise mit der in der Einheit 9 gewonnen Wärme (Pfeil 28) , die Vorwärmung des Prozeßgas/ Luft-Gemisches im Heizbrenner 17 bedient sich in dieser Ausgestaltung der in der Einheit 29 gewonnenen Wärme, wobei in Fig. 3 dieser Wärmestrom mit einem gestrichelten Pfeil 30 angedeutet ist.
In Fig. 4 ist ein weiteres, gerinfügig abgewandeltes Aus¬ führungsbeispiel dargestellt. Hier erfolgt die Vorwärmung der Luft in einem Wärmetauscher 3b. Der Wärmestrom 3c kann durch internen Wärmetausch aus dem Prozeß oder durch exter¬ ne Beheizung bereitgestellt werden. Die Vorwärmung von Pro¬ zeßgas 16 und Dampf 19 erfolgt hier ebenfalls in einem Wär¬ metauscher. Der Wärmestrom 18a kann auch hier sowohl über internen Wärmetausch aus dem Prozeß als auch mittels exter¬ ner Beheizung bereitgestellt werden.
Wird beispielsweise, was in den Figuren nicht näher darge¬ stellt ist, dem Sekundärreformer 5 eine Einrichtung zur Ab¬ wärmenutzung nachgeschaltet, in der das Synthesegas auf ca. 3500C abgekühlt und ein Wärmestrom zur prozeßinternen Nut¬ zung gewonnen werden kann, lassen sich weitere Optimierun¬ gen erreichen.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas für eine Ammoniak- anlage, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Membranreaktor (5) aus einem Luftström (1) über eine Sauerstoff-Transportmembran der Sauerstoff (21) entzogen wird, der gewonnene Sauerstoff direkt zur partiel¬ len Oxidation (6) von Kohlenwasserstoffen, z.B. Erdgas (16) , in Gegenwart eines Steam-Reforming-Katalysators (7) herangezogen und dem reformierten Synthesegas (23) in einem Sekundärreformer (15) nach der partiellen Oxidation ein weiterer Stickstoff enthaltender Strom (14,14a) zugegeben wird, um das für eine Ammoniaksynthesegas-Zusammensetzung erforderliche Verhältnis einzustellen.
2. Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas (24) für eine Ammoniakanlage, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Membranreaktor (5) einem Luftström (1) über eine Sauerstoff-Transportmembran (4) Sauerstoff (21) entzo¬ gen wird, der gewonnene Sauerstoff direkt zur partiellen Oxidation (6) von Kohlenwasserstoffen, z.B. Erdgas (16), herangezogen und dem Synthesegas (23) nach der partiellen Oxidation in einem Sekundärreformer (15) ein Stickstoff- und 1 bis 45 % O2-enthaltender Gasstrom (14;14a), vorzugs¬ weise Luft mit 21 %, zur Einstellung des für eine Ammoniak¬ synthesegas-Zusammensetzung erforderlichen Verhältnisses von [H2] + [CO] : [N2] [2,5-3,5 (vorzugsweise 3,0)] zuge¬ führt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Sauerstoff liefernden Gases (z.B. Luft) zwischen 1 bis 100 bar liegt, wobei der Druck über dem des Synthesegases eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht für den Prozeß benötigte Luftstrom über eine mit dem Verdichter (26) gekoppelte Entspannungsturbine (25) geleitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Restluftsauerstoffanteil im Luftstrom hinter dem Membranreaktor mit der Transportmembran 1 bis 10 % O2 be¬ trägt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Luft und/oder des Erdgases auf direk¬ tem oder indirektem Wege vorgenommen wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9416019B2 (en) 2010-08-27 2016-08-16 University Of Newcastle Upon Tyne Ammonia production by integrated intensified processes

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2147896A1 (de) 2008-07-22 2010-01-27 Uhde GmbH Niedrigenergie-Verfahren zur Herstellung von Ammoniak oder Methanol

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0604554B1 (de) * 1991-09-19 1998-07-29 STARCHEM, Inc. Verfahren zur herstellung und anwendung eines mit sauerstoff angereicherten gases
US6155039A (en) * 1996-06-21 2000-12-05 Syntroleum Corporation Synthesis gas production system and method
EP1007473B1 (de) * 1997-06-06 2003-04-16 Norsk Hydro Asa Verfahren zur durchführung von katalytische oder nichtkatalytische verfahren, mit einem mit sauerstoff angereichertem reaktant

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2027737B (en) * 1978-07-07 1983-02-09 Ici Ltd Producing hydrogen
US5122299A (en) * 1989-12-11 1992-06-16 The M. W. Kellogg Company Autothermal steam reforming process
CA2256801C (en) * 1997-12-23 2002-05-28 Air Products And Chemicals, Inc. Utilization of synthesis gas produced by mixed conducting membranes
NO317382B1 (no) * 2001-02-16 2004-10-18 Norsk Hydro As Metode for a utfore en katalytisk eller ikke-katalytisk prosess

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0604554B1 (de) * 1991-09-19 1998-07-29 STARCHEM, Inc. Verfahren zur herstellung und anwendung eines mit sauerstoff angereicherten gases
US6155039A (en) * 1996-06-21 2000-12-05 Syntroleum Corporation Synthesis gas production system and method
EP1007473B1 (de) * 1997-06-06 2003-04-16 Norsk Hydro Asa Verfahren zur durchführung von katalytische oder nichtkatalytische verfahren, mit einem mit sauerstoff angereichertem reaktant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HÄUSSINGER P. ; LOHMÜLLER R. ; WATSON A. M.: "Hydrogen - Section 8: Conventional uses", ULLMANN'S ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY, 15 June 2000 (2000-06-15), XP002362391, Retrieved from the Internet <URL:http://www.mrw.interscience.wiley.com/ueic/articles/a13_297/sect8-fs.html> [retrieved on 20060112] *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9416019B2 (en) 2010-08-27 2016-08-16 University Of Newcastle Upon Tyne Ammonia production by integrated intensified processes

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