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DE102019214812A1 - Verfahren und Anlage zur Erzeugung von Synthesegas - Google Patents

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DE102019214812A1
DE102019214812A1 DE102019214812.3A DE102019214812A DE102019214812A1 DE 102019214812 A1 DE102019214812 A1 DE 102019214812A1 DE 102019214812 A DE102019214812 A DE 102019214812A DE 102019214812 A1 DE102019214812 A1 DE 102019214812A1
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oxygen
synthesis gas
hydrogen
reformer
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Tobias Birwe
Bernd Keil
Tarek El-Hawary
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas, insbesondere für die Ammoniakherstellung, bei dem in einem Primärreformer (1) ein kohlenwasserstoffhaltiger Speisestrom mit Wasserdampf reformiert wird zur Erzeugung eines Synthesegasstroms umfassend Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff, wobei weiterhin durch Wasserelektrolyse mittels einer Elektrolyseeinheit ein sauerstoffhaltiger Strom erzeugt wird, wobei erfindungsgemäß der durch Wasserelektrolyse (8) erzeugte sauerstoffhaltige Strom (P) mindestens teilweise der Verbrennungsluft für wenigstens einen Brenner (2) des Primärreformers (1) zugeführt wird. Vorzugsweise wird ein bei der Wasserelektrolyse (8) neben dem sauerstoffhaltigen Strom (P) erhaltener wasserstoffhaltiger Strom (M) zunächst in einem Wasserstoffverdichter (9) vorverdichtet und einem Deoxoreaktor (10) zugeleitet, in dem im Wasserstoff enthaltener restlicher Sauerstoff entfernt und ein sauerstofffreier Wasserstoffstrom (O) erhalten wird. Somit kann in dem Verfahren sowohl der elektrolytisch erzeugte Sauerstoff als auch der bei der Elektrolyse anfallende Wasserstoff verwendet werden, wobei unter anderem der spezifische CO-Ausstoß pro Tonne erzeugtes Ammoniak gesenkt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas, bei dem in einem Primärreformer ein kohlenwasserstoffhaltiger Einsatzstrom mit Wasserdampf reformiert wird zur Erzeugung eines Synthesegasstroms umfassend Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff, wobei weiterhin durch Wasserelektrolyse mittels einer Elektrolyseeinheit ein sauerstoffhaltiger Strom erzeugt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak, eine Anlage zur Erzeugung eines Synthesegasstroms, eine Anlage zur Herstellung von Ammoniak umfassend eine solche Anlage zur Erzeugung eines Synthesegasstroms sowie die Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten und gegebenenfalls aufbereiteten Synthesegasstroms oder der Anlage in einem Verfahren zur Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff nach dem Haber-Bosch-Verfahren.
  • Die spürbaren klimatischen Veränderungen durch den Treibhauseffekt erfordern eine deutliche Reduzierung der jährlichen CO2-Emissionen. Die weltweite Ammoniakproduktion verursacht etwa 1,8 % der weltweit emittierten CO2-Menge. Dies liegt daran, dass der für die Ammoniaksynthese benötigte Wasserstoff aus Erdgas durch endotherme Dampfreformierung erzeugt wird. Somit wird Erdgas sowohl als Einsatz für den Prozess als auch als Brenngas zur Befeuerung des Primärreformers, in dem die endotherme Spaltung von Methan mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid durchgeführt wird, verwendet. Hierbei werden erhebliche Mengen an Kohlenstoffdioxid im Rauchgas und bei der CO2-Wäsche an die Atmosphäre abgegeben. Bei einer nachgeschalteten Harnstoffanlage kann das aus dem Prozessgas abgetrennte CO2 als Einsatzstoff für die Harnstoffsynthese verwendet werden, es wird dabei sogar mehr CO2 benötigt bei der Umsetzung des produzierten Ammoniaks, als die Ammoniakanlage bereitstellen kann. Darüber hinaus wird eine große Menge Abwärme erzeugt, die nicht immer sinnvoll genutzt werden kann.
  • Gleichzeitig sind die Preise für elektrische Energie aus erneuerbaren, CO2-freien Energiequellen beständig gesunken, so dass vermehrt darüber nachgedacht wird, Strom als Energiequelle in chemischen Prozessen zu nutzen, etwa zum Heizen oder zur Deckung des Energiebedarfs endothermer chemischer Reaktionen.
  • Wasserstoff kann alternativ zum konventionellen Steam-Reforming unter Verwendung von elektrischem Strom durch Elektrolyse von demineralisiertem Wasser hergestellt werden. Neben Wasserstoff werden hierbei auch erhebliche Mengen an Sauerstoff bei geringem Überdruck erzeugt, der aber noch mit Wasserstoff verunreinigt und mit Wasserdampf gesättigt ist. Meist besteht nur Interesse an dem erzeugten Wasserstoff und keine Verwendungsmöglichkeit für den Sauerstoff (hierfür gibt es günstigere Trennprozesse). Häufig wird dieser Sauerstoff lediglich in die Atmosphäre abgegeben, obwohl Sauerstoff durchaus einen Wertstoff darstellt. In einer kryogenen Luftzerlegungsanlage sind zur Erzeugung einer Tonne reinen Sauerstoffs rund 650 kWh erforderlich.
  • Soll eine bestehende, konventionelle Ammoniakanlage erweitert werden, so geschieht dies in der Regel durch eine Erweiterung des Primärreformers. Dies ist jedoch eine umfangreiche bauliche Maßnahme und ist mit längeren Anlagenstillstandzeiten verbunden. Selbstverständlich ändert dies nichts am spezifischen CO2-Ausstoß der Anlage.
  • Stand der Technik
  • In der WO 2019/020377 A1 wird ein Verfahren zur Erzeugung und Aufbereitung von Synthesegas für eine Ammoniakanlage beschrieben, welches eine Dampfreformierung in einem Primärreformer umfasst sowie die Verwendung eines Sekundärreformers, welcher mit einem sauerstoffhaltigen Gas betrieben wird, wobei eine zusätzliche Elektrolyseeinheit vorgesehen ist, in der durch Elektrolyse ein Wasserstoffstrom und ein dazu separater Sauerstoffstrom erzeugt wird, wobei der Wasserstoffstrom von der Elektrolyseeinheit einem Synthesegaskompressor oder einer Methanisierungseinheit zugeführt wird und wobei der Sauerstoffstrom aus der Elektrolyseeinheit einem Brenner des Sekundärreformers zugeführt wird. Durch diese Maßnahmen wird angestrebt, die Produktionskapazität der Anlage zu verbessern und/oder in dem Primärreformer Brennstoff einzusparen, da durch Umsetzung des Sauerstoffes aus der Wasserelektrolyse mit nichtkonvertiertem Methan aus dem Primärreformer Wärme für den Reformiervorgang in dem Sekundärreformer geliefert wird. Durch den geringeren Brennstoffverbrauch soll die Wandtemperatur der Reformerrohre reduziert und dadurch deren Lebensdauer erhöht werden. Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch der bei der Elektrolyse gewonnene Sauerstoff ausschließlich dem Sekundärreformer zugeführt.
  • In der WO 2019/020376 A1 wird ein weiteres Verfahren beschrieben, bei dem Luftsauerstoff durch Luftzerlegung in einen Sauerstoffstrom und einen dazu separaten Stickstoffstrom zerlegt wird und weiterhin durch eine Wasserelektrolyse ein Wasserstoffstrom und ein Sauerstoffstrom erzeugt werden, wobei die Anlage einen autothermen Reformer oder einen Sekundärreformer umfasst, dem zum einen der bei der Luftzerlegung gewonnene Sauerstoff und zusätzlich der durch Elektrolyse erhaltene Sauerstoff zugeführt wird, wobei das Verfahren außerdem eine Behandlung des Prozessgases aus dem autothermen Reformer oder dem Sekundärreformer mittels einer Wassergas-Shift-Reaktion und eine anschließende Entfernung des Kohlenstoffdioxids umfasst, wobei der Stickstoff aus der Luftzerlegung anschließend mit dem durch Aufbereitung des Synthesegases gewonnenen Wasserstoffstrom im geeigneten Verhältnis gemischt wird, um ein für die Ammoniaksynthese geeignetes Synthesegas bereitzustellen. Bei diesem bekannten Verfahren wird kein Primärreformer verwendet und für die Ammoniaksynthese wird nur der Wasserstoff verwendet, der durch den Reformiervorgang erzeugt wurde.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem man sowohl durch eine Wasserelektrolyse gewonnenen Wasserstoff vollständig als auch den ebenfalls bei der Elektrolyse entstehenden Sauerstoff mindestens teilweise nutzen kann, wobei man in dem Prozess ohne den Schritt einer Luftzerlegung auskommt.
  • Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert ein Verfahren zur Erzeugung und Aufbereitung von durch eine Reformierung gewonnenem Synthesegas der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der durch Wasserelektrolyse erzeugte sauerstoffhaltige Strom mindestens teilweise der Verbrennungsluft für wenigstens einen Brenner des Primärreformers zugeführt wird.
  • Bei der Dampfreformierung wird ein kohlenwasserstoffhaltiger Speisestrom einem Primärreformer zugeführt. Die Reaktion folgt der nachfolgend wiedergegebenen Gleichung (1): CH4 + H2O → CO + 3H2 (1)
  • In der Regel wird der Primärreformer durch Brenner beheizt, wobei in den mit Katalysator gefüllten Rohren des Primärreformers die Spaltung der als Einsatzstrom zugeführten Kohlenwasserstoffe (meistens Methan) mit Wasserdampf stattfindet. Den Brennern des Primärreformers wird einerseits Brenngas und vorzugsweise über ein separates Gebläse Verbrennungsluft zugeführt. Diese Verbrennungsluft kann nun erfindungsgemäß durch den bei der Wasserelektrolyse erzeugten sauerstoffhaltigen Strom mit Sauerstoff angereichert werden.
  • Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zunächst eine Dampfreformierung in einem Primärreformer und anschließend wird ein Teil der restlichen kohlenwasserstoffhaltigen Anteile im Prozessgas in einem Sekundärreformer verbrannt, welcher dem Primärreformer nachgeschaltet ist. Der Sekundärreformer dient dazu, die Ausbeute an Wasserstoff zu erhöhen. Da der Sekundärreformer mit Luft beschickt wird, wird dadurch auch der für eine nachfolgende Ammoniaksynthese benötigte Stickstoff in das Gasgemisch eingebracht.
  • Die Reaktion im Sekundärreformer folgt der nachfolgend wiedergegebenen Reaktionsgleichung (2): 2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2 (2)
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der durch Elektrolyse erzeugte sauerstoffhaltige Strom (P) in zwei Teilströme (R) und (Q) aufgeteilt, von denen ein erster Teilstrom (R) der Verbrennungsluft für wenigstens einen Brenner des Primärreformers zugeführt wird, während ein zweiter Teilstrom (Q) einem dem Primärreformer nachgeschalteten Sekundärreformer zugeleitet wird. Diese beiden Teilströme können unterschiedlich groß sein. Beispielsweise kann gemäß einer Variante der Erfindung der erste Teilstrom, der dem Brenner des Primärreformers zugeführt wird, zumindest den überwiegenden Teil des gesamten sauerstoffhaltigen Stroms (P) umfassen, welcher bei der Elektrolyse erzeugt wird. Dabei ist das Verhältnis der Aufteilung in die beiden Teilströme variabel und kann sehr unterschiedlich gewählt werden, je nach den Anforderungen der jeweiligen Anlage, abhängig von der Zusammensetzung und Verwendung des erzeugten Synthesegases, dem Aufbau und der Verschaltung der jeweiligen Anlage, der Zusammensetzung des jeweiligen kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzstroms (in der Regel Erdgas), welcher dem Primärreformer zugeführt wird sowie weiteren Faktoren.
  • In welchem Verhältnis man beispielsweise den durch Elektrolyse erzeugten sauerstoffhaltigen Strom (P) sinnvoll in die beiden Teilströme (R) und (Q) aufteilen kann, soll nachfolgend anhand von Überlegungen und konkreten beispielhaften Berechnungen näher erläutert werden.
  • Zum Vergleich wird eine 2200 tato (Tagestonnen) NH3-Anlage herangezogen mit einem extern befeuerten Primärreformer und einem Sekundärreformer, dem normale Prozessluft hinzugeführt wird. Es werden im Frontend insgesamt 8734 kmol/h H2 erzeugt. Die Verbrennungsluftmenge sind 3951 kmol/h Umgebungsluft und die Prozessluftmenge sind 3950 kmol/h. Wenn man die Verbrennungsluft vollständig durch reinen Sauerstoff der Elektrolyse ersetzen würde, wären hierzu 828 kmol/h O2 notwendig.
  • Interne Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass eine Anreicherung der Prozessluft mit Sauerstoff nur bis zu etwa 24 Vol.-% Sauerstoff sinnvoll ist. Danach steigen dann die Betriebskosten für den Gesamtprozess wieder an. Eine weitere Grenze wäre eine Anreicherung der Prozessluft mit 27.5 Vol.-% - hier würde im Frontend soviel prozessseitiges (d.h. im Rohsynthesegas enthalten) CO2 entstehen, dass es gerade noch mit dem hergestellten Ammoniak in einer Harnstoffanlage vollständig umgesetzt werden könnte. Für die Sauerstoffanreicherung ist also ein Bereich von Umgebungsluftzusammensetzung bis etwa 27.5 Prozent von Interesse. Strebt man eine Minimierung der Betriebskosten an, so können maximal etwa 158 kmol/h Elektrolysesauerstoff der Prozessluft zugesetzt werden.
  • Möchte man das Elektrolysefrontend parallel zum bestehenden, erdgasbetriebenen Frontend so betreiben, dass der entstandene Sauerstoff verwendet werden kann, könnten zusätzlich 1972 kmol/h H2 erzeugt werden, dies entspräche 22.5 Prozent der mit Erdgas produzierten Wasserstoffmenge. Bis zu dieser Grenzkapazität ist es zielführend, zunächst den Sauerstoff dazu zu verwenden, die Prozessluft für den Sekundärreformer auf 24 Vol.-% O2 mit Elektrolysesauerstoff anzureichern. Erst wenn diese Grenze erreicht ist (etwa bei vier Prozent Kapazität des konventionellen Frontends mit Primär- und Sekundärreformer), ist es sinnvoll, die Verbrennungsluft des Primärreformers mit Sauerstoff anzureichern. Der Anteil des Elektrolysesauerstoffes, der zum Sekundärreformer gegeben wird, in Bezug auf den gesamten in der Elektrolyse erzeugten Sauerstoff ist für verschiedene Elektrolysekapazitäten (erzeugter Wasserstoff in der Elektrolyse im Verhältnis zum im konventionellen Frontend erzeugten Wasserstoff) in folgender Tabelle aufgelistet:
    H2 aus Elektroylse % Anteil Sauerstoff zum Sek. Reformer
    1 1
    2 1
    3 1
    4 0,904557
    5 0,723646
    6 0,603038
    7 0,51689
    8 0,452279
    9 0,402025
    10 0,361823
    11 0,32893
    12 0,301519
    13 0,278325
    14 0,258445
    15 0,241215
    16 0,226139
    17 0,212837
    18 0,201013
    19 0,190433
    20 0,180911
    21 0,172297
    22 0,164465
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es daher bevorzugt so, dass je höher der Anteil des elektrolytisch erzeugten Wasserstoffs im Verhältnis zu dem durch Reformieren des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzstroms erzeugten Wasserstoffs ist, der dem Sekundärreformer zugeleitete Teilstrom (Q) des sauerstoffhaltigen Stroms immer weiter abnimmt, während der dem Primärreformer zugeführte Teilstrom (R) immer stärker zunimmt.
  • Weiterhin ist es bevorzugt so, dass man die Prozessluft für den Sekundärreformer soweit mit elektrolytisch gewonnenem Sauerstoff anreichert, dass der Sauerstoffgehalt der Prozessluft insgesamt maximal etwa 27,5 % beträgt, vorzugsweise maximal etwa 24 %.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zweite Teilstrom (Q) der Saugseite eines einem Sekundärreformer im Strömungsweg vorgeschalteten Prozessluftverdichters zugeführt. Durch den Prozessluftverdichter wird die Prozessluft von Umgebungsdruck auf den Prozessdruck verdichtet. Die dabei freiwerdende Wärme kann dazu genutzt werden, um den verbliebenen Methanrest weiter zu spalten.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein bei der Wasserelektrolyse neben dem sauerstoffhaltigen Strom (P) erhaltener wasserstoffhaltiger Strom (M) zunächst in einem Wasserstoffverdichter vorverdichtet und einem Deoxoreaktor zugeleitet, in dem im Wasserstoff enthaltener restlicher Sauerstoff entfernt und ein sauerstofffreier Wasserstoffstrom (O) erhalten wird. Die vorliegende Erfindung nutzt die Tatsache, dass bei der Elektrolyse von Wasser sowohl Sauerstoff als auch Wasserstoff entstehen und beide Gase in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung und Aufbereitung von Synthesegas verwendet werden können. Der Elektrolyseur spaltet vorzugsweise demineralisiertes Wasser in Wasserstoff, welcher noch Spuren von Sauerstoff enthält und Sauerstoff mit Spuren von Wasserstoff. Daher sieht die Erfindung vor, den Wasserstoff nach einer Vorverdichtung in einem Deoxoreaktor von Sauerstoff zu befreien, da der im Wasserstoff verbliebene Sauerstoff in diesem Reaktor vollständig zu Wasser umgesetzt wird. Der so erzeugte sauerstofffreie Wasserstoff kann dem restlichen Synthesegas auf der Saugseite des Synthesegaskompressors zugemischt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit der sauerstofffreie Wasserstoffstrom (O) dem im Primärreformer und im nachgeschalteten Sekundärreformer erzeugten Synthesegasstrom (H, I) zugemischt.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dem Sekundärreformer wenigstens eine Einrichtung zur Aufbereitung des Synthesegases nachgeschaltet, umfassend eine CO-Konvertierung und/oder eine Einrichtung zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus dem Synthesegas, wobei der sauerstofffreie Wasserstoffstrom (O) dem aufbereiteten Synthesegasstrom (I) stromabwärts dieser Einrichtung zugemischt wird. Die CO-Konvertierung dient dazu, das Rohsynthesegas aufzubereiten, wobei zunächst das Kohlenstoffmonoxid gemäß der nachfolgenden Reaktionsgleichung (3) zu Kohlenstoffdioxid oxidiert wird: CO + H2O → CO2 + H2 (3)
  • Diese Reaktion (3) wird auch als Wassergas-Shift-Reaktion bezeichnet. Das bei dieser Reaktion erzeugte Kohlenstoffdioxid wird anschließend durch geeignete bekannte Methoden aus dem Gasgemisch abgetrennt.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der sauerstofffreie Wasserstoffstrom (O) dem Synthesegasstrom (I) an der Saugseite eines Synthesegaskompressors zugeführt. Wenn das Synthesegas für eine anschließende Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren vorgesehen ist, wird dieses nach der CO-Konvertierung und Entfernung des Kohlenstoffdioxids über einen Synthesegaskompressor auf den notwendigen hohen Reaktionsdruck gebracht. Daher ist es im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, den sauerstofffreien Wasserstoff dem aufbereiteten Synthesegas vor dem Synthesegaskompressor zuzuführen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens einem Brenner des Primärreformers über ein separates Gebläse ein Strom (C) von Verbrennungsluft zugeführt und stromaufwärts dieses Gebläses wird der Verbrennungsluft wenigstens ein Teilstrom (R) des durch die Wasserelektrolyse erzeugten sauerstoffhaltigen Stroms (P) zugeführt. Die Verbrennungsluft wird somit zunächst durch den elektrolytisch gewonnenen Sauerstoff angereichert und dann wird dieses Gasgemisch verdichtet und dem Brenner des Primärreformers zugeführt.
  • Durch die bevorzugte Aufteilung des bei der Elektrolyse generierten Sauerstoffs in zwei Teilströme (R) und (Q) erhält man einen zweiten Teilstrom (Q), den man zur Saugseite des Prozessluftverdichters führen kann, um die Prozessluft mit Sauerstoff anzureichern und diese mit Sauerstoff angereicherte Prozessluft nach der Verdichtung dem Sekundärreformer zuzuführen.
  • Vorzugsweise wird das gemäß der obigen Beschreibung erzeugte und aufbereitete Synthesegas für die Herstellung von Ammoniak verwendet. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff nach dem Haber-Bosch-Verfahren, bei dem einem Ammoniakreaktor ein gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erzeugter und gegebenenfalls aufbereiteter Synthesegasstrom (J) zugeführt und dieser im Ammoniakreaktor zu Ammoniak umgesetzt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen, die sich daraus ergeben, dass man anstelle einer Erweiterung der Kapazität eines in der Anlage vorhandenen Primärreformers zusätzlichen Wasserstoff durch eine Elektrolyse generiert. Der Elektrolyseur kann beispielsweise bei laufender Anlage parallel zum Primärreformer aufgebaut werden. Im Gegensatz zu einem Primärreformer muss der Elektrolyseur nicht auf der Baustelle errichtet werden. Die Stillstandzeiten der Anlage während deren Kapazitätserhöhung werden so deutlich reduziert.
  • Dadurch, dass ein Teil des Wasserstoffes frei von Erdgas produziert wird, wird der spezifische CO2-Ausstoß der Anlage pro Tonnen erzeugtes Ammoniak gesenkt.
  • Zur Einstellung des für die Ammoniaksynthese stöchiometrischen Verhältnisses von Wasserstoff zu Stickstoff muss eine größere Prozessluftmenge in den Sekundärreformer gegeben werden. Die Spaltleistung des Sekundärreformers wird dadurch vergrößert. Dadurch kann mehr Prozesserdgas durch den konventionellen Prozess gespalten werden. Die spezifische Brenngasmenge pro Tonne erzeugtes Ammoniak für die Befeuerung des Primärreformers kann dadurch gesenkt werden.
  • Gibt man einen Teil des Sauerstoffes aus der Elektrolyse in die Prozessluft, so kann die Spaltleistung des Sekundärreformers weiter erhöht und die spezifische Brenngasmenge pro Tonne erzeugtes Ammoniak für die Befeuerung des Primärreformers weiter gesenkt werden.
  • Es wird also die Verbrennung von Brenngas substituiert durch die Verbrennung von Prozesserdgas im Sekundärreformer, so dass mehr CO2 im Prozessgas verbleibt und beispielsweise für eine anschließende Harnstoffsynthese verwendet werden kann. Die Herstellung von Harnstoff erfolgt durch Umsetzung von Ammoniak mit Kohlenstoffdioxid.
  • Wird Sauerstoff aus der Elektrolyse der Verbrennungsluft für die Brenner des Primärreformers verwendet, so kann zusätzliches Brenngas eingespart werden, weil der in der Luft enthaltene Stickstoff nicht mit aufgeheizt werden muss. Würde ausschließlich Sauerstoff als Oxidator verwendet, würden keine Stickoxide gebildet. Das Verbrennungsluftgebläse wird hierdurch entlastet oder kann bei einer Neuprojektierung kleiner ausgeführt werden.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Erzeugung eines Svntheseaasstroms umfassend einen Primärreformer und eine Elektrolyseeinheit, in der eine Wasserelektrolyse durchführbar ist, welche erfindungsgemäß wenigstens eine Leitung für einen in der Elektrolyseeinheit erzeugten sauerstoffhaltigen Strom (P, R) von der Elektrolyseeinheit zur Verbrennungsluftzufuhr wenigstens eines Brenners des Primärreformers umfasst. Über diese Leitung wird der sauerstoffhaltige Strom der Verbrennungsluftzufuhr für die Brenner des Primärreformers zugeführt, vorzugsweise an der Saugseite des Verbrennungsluftgebläses, so dass die mit Sauerstoff angereicherte Luft verdichtet wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst die Anlage wenigstens einen Deoxoreaktor, wenigstens eine Leitung für einen in der Elektrolyseeinheit erzeugten wasserstoffhaltigen Strom (N) zu diesem Deoxoreaktor sowie wenigstens eine von dem Deoxoreaktor ausgehende Leitung für einen im Wesentlichen sauerstofffreien Wasserstoffstrom (O) aus dem Deoxoreaktor, die stromabwärts des Primärreformers in eine Leitung für einen Synthesegasstrom (I) einmündet. Der elektrolytisch erzeugte Wasserstoff wird in dem Deoxoreaktor zunächst von restlichem Sauerstoff befreit und danach über die genannte Leitung vorzugsweise dem bereits für eine Ammoniaksynthese aufbereiteten Synthesegas vorzugsweise an der Saugseite des Synthesegaskompressors zugeführt, bevor es einem Ammoniakreaktor zugeleitet wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst die Anlage weiterhin eine dem Primärreformer nachgeschalteten Sekundärreformer, einen Prozessluftverdichter für den Sekundärreformer, eine Leitung für die Zufuhr von Prozessluft (E) zu dem Sekundärreformer sowie wenigstens eine Leitung für wenigstens einen Teilstrom (Q) eines in der Elektrolyseeinheit erzeugten sauerstoffhaltigen Stroms (P, R), die von der Elektrolyseeinheit ausgeht und in die Leitung (F) für die Zufuhr von Prozessluft vorzugsweise stromaufwärts des Prozessluftverdichters einmündet. Die mit Sauerstoff angereicherte Prozessluft wird somit zunächst durch den Prozessluftverdichter auf den Prozessdruck verdichtet und danach dem Sekundärreformer zugeleitet.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst die Anlage weiterhin wenigstens eine Einrichtung zur Aufbereitung des Synthesegases, welche dem Primärreformer oder dem Primärreformer und dem Sekundärreformer im Strömungsweg nachgeschaltet ist, umfassend eine CO-Konvertierung und/oder eine Einrichtung zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus dem Synthesegas, wobei die von dem Deoxoreaktor ausgehende Leitung für einen im Wesentlichen sauerstofffreien Wasserstoffstrom (O) aus dem Deoxoreaktor stromabwärts dieser Einrichtung in eine Leitung für einen aufbereiteten Synthesegasstrom (I) einmündet. Die Zumischung des zusätzlichen Wasserstoffs, welcher elektrolytisch durch Wasserelektrolyse erzeugt wurde, erfolgt somit vorzugsweise nach der Aufbereitung des Rohsynthesegases, bei der das Kohlenstoffmonoxid zunächst zu Kohlenstoffdioxid oxidiert und letzteres dann aus dem Gasgemisch entfernt wurde. Somit kann ein aufbereitetes Synthesegas mit elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff derart angereichert werden, dass sich die für eine anschließende Haber-Bosch-Synthese benötigten stöchiometrischen Verhältnisse von Stickstoff zu Wasserstoff einstellen, bevor das Synthesegas verdichtet und dem Ammoniaksynthesereaktor zugeführt wird.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit weiterhin eine Anlage zur Herstellung von Ammoniak umfassend eine Anlage zur Erzeugung eines Synthesegasstroms der zuvor beschriebenen Art, welche erfindungsgemäß weiterhin einen Ammoniakreaktor stromabwärts des Primärreformers oder stromabwärts des Primärreformers und des diesem nachgeschalteten Sekundärreformers und gegebenenfalls stromabwärts wenigstens einer Einrichtung zur Aufbereitung des Synthesegases umfasst sowie wenigstens einen dem Ammoniakreaktor im Strömungsweg vorgeschalteten Synthesegaskompressor.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist schließlich die Verwendung eines nach dem oben beschriebenen Verfahren erzeugten und gegebenenfalls aufbereiteten Synthesegasstroms oder einer Anlage zur Erzeugung und gegebenenfalls Aufbereitung eines Synthesegasstroms, wie sie zuvor beschrieben wurde, in einem Verfahren zur Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff nach dem Haber-Bosch-Verfahren.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigt:
    • 1 ein vereinfachtes Anlagenschema einer beispielhaften erfindungsgemäßen Anlage.
  • Nachfolgend wird auf die 1 Bezug genommen und anhand dieser wird eine beispielhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Die Darstellung gemäß 1 ist schematisch stark vereinfacht und es sind nur diejenigen Anlagenkomponenten dargestellt, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sind. Die Anlage umfasst einen Primärreformer 1 und eine Elektrolyseeinheit 8, in der eine Wasserelektrolyse durchgeführt wird, wobei erfindungsgemäß wenigstens eine Leitung 8 a für einen in der Elektrolyseeinheit erzeugten sauerstoffhaltigen Strom (P, R) von der Elektrolyseeinheit 8 zur Verbrennungsluftzufuhr wenigstens eines Brenners 2 des Primärreformers 1 führt. Den Brennern des Primärreformers 1 wird zum einen ein Brenngas B und außerdem über ein separates Gebläse 11 Verbrennungsluft C zugeführt. Gespeist wird der Primärreformer 1 über einen kohlenwasserstoffhaltigen Speisegasstrom A. Im Primärreformer erfolgt eine Dampfreformierung des kohlenwasserstoffhaltigen Speisegases, wobei dieses mit Wasserdampf zu einem Synthesegasgemisch umfassend Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid umgesetzt wird.
  • Der Elektrolyseeinheit 8 wird demineralisiertes Wasser L zugeführt, welches in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, wobei ein Wasserstoffstrom M, welcher noch Spuren von Sauerstoff enthält, einem Wasserstoffverdichter 9 zugeführt wird, in dem der Wasserstoff vorverdichtet wird. Der vorverdichtete Wasserstoffstrom N wird über eine Leitung 9 a einem Deoxoreaktor 10 zugeführt und der darin erzeugte, im Wesentlichen sauerstofffreie Wasserstoffstrom O wird über eine von dem Deoxoreaktor 10 ausgehende Leitung 10 a weitergeleitet, die stromabwärts des Primärreformers 1 und weiterer Anlagenteile, die nachfolgend noch näher erläutert werden, in eine Leitung 6 für einen aufbereiteten Synthesegasstrom (I) einmündet.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst die Anlage weiterhin einen dem Primärreformer 1 nachgeschalteten Sekundärreformer 3, einen Prozessluftverdichter 4 für den Sekundärreformer 3, eine Leitung F für die Zufuhr von Prozessluft E zu dem Prozessluftverdichter 4 und zum Sekundärreformer 3 sowie wenigstens eine Leitung für wenigstens einen Teilstrom Q eines in der Elektrolyseeinheit erzeugten sauerstoffhaltigen Stroms (P, R), die von der Elektrolyseeinheit 8 ausgeht und in die Leitung F für die Zufuhr von Prozessluft vorzugsweise stromaufwärts des Prozessluftverdichters 4 einmündet. In dem Sekundärreformer 3 wird der Methanrest D, der in dem den Primärreformer 1 verlassenden Synthesegas noch enthalten ist, mit dem über die Leitung G zugeführten Luftsauerstoff weiter umgesetzt. Das Rohsynthesegas H wird dann in der Einrichtung 5, die hier nicht differenziert dargestellt ist, aufbereitet, wobei das Kohlenstoffmonoxid zunächst durch die Wassergas-Shift-Reaktion zu Kohlenstoffdioxid konvertiert wird und danach das Kohlenstoffdioxid entfernt wird, so dass ein aufbereitetes Synthesegas I die Einrichtung 5 über die Leitung 6 verlässt.
  • Wie man in 1 erkennt, mündet die von dem Deoxoreaktor 10 ausgehende Leitung 10 a für einen im Wesentlichen sauerstofffreien Wasserstoffstrom (O) aus dem Deoxoreaktor 10 stromabwärts der Einrichtung 5 für die Aufbereitung des Synthesegases in die Leitung 6 für den aufbereiteten Synthesegasstrom (I) ein. Das mit dem Wasserstoffstrom O angereicherte Synthesegas wird in dem Synthesegaskompressor 12 verdichtet und danach über die Leitung J einem Ammoniakreaktor 7 zugeführt, in dem die Umsetzung des Wasserstoffs mit dem im Synthesegas enthaltenen Stickstoff zu Ammoniak erfolgt, welches als Produktgas K aus dem Ammoniaksynthesereaktor 7 abgeführt wird.
  • Durch die von der Elektrolyseeinheit 8 ausgehende Leitung 8 a strömt der sauerstoffhaltige Strom P, welcher anschließend in zwei Teilströme aufgeteilt wird, wobei der eine Teilstrom R der Saugseite des Verbrennungsluftgebläses 11 zugeleitet und danach mit der Verbrennungsluft C den Brennern 2 des Primärreformers 1 zugeführt wird. Der zweite Teilstrom Q wird über die Leitung 8 b dem Prozessluftstrom E zugemischt, welcher dem Prozessluftverdichter 4 zugeführt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Primärreformer
    2
    Brenner
    3
    Sekundärreformer
    4
    Prozessluftverdichter
    5
    Einrichtung zur Aufbereitung des Rohsynthesegases
    6
    Leitung
    7
    Ammoniaksynthesereaktor
    8
    Elektrolyseeinheit
    8 a
    Leitung
    8 b
    Leitung
    9
    Wasserstoffverdichter
    9 a
    Leitung
    10
    Deoxoreaktor
    10 a
    Leitung
    11
    Verbrennungsluftgebläse
    12
    Synthesegaskompressor
    A
    kohlenwasserstoffhaltiger Speisestrom
    B
    Brenngasstrom
    C
    Verbrennungsluftstrom
    D
    Methanreste enthaltendes Prozessgas
    E
    Prozessluft
    F
    mit Sauerstoff angereicherte Prozessluft
    G
    Luftsauerstoff
    H
    Rohsynthesegasstrom
    I
    aufbereitetes Synthesegas
    J
    verdichtetes Synthesegas
    K
    Produktgas
    L
    demineralisiertes Wasser
    M
    Wasserstoffstrom
    N
    verdichteter Wasserstoffstrom
    O
    sauerstofffreier Wasserstoffstrom
    P
    Sauerstoffstrom
    R
    erster Teilstrom des Sauerstoffs
    Q
    zweiter Teilstrom des Sauerstoffs
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2019/020377 A1 [0006]
    • WO 2019/020376 A1 [0007]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas, bei dem in einem Primärreformer (1) ein kohlenwasserstoffhaltiger Einsatzstrom mit Wasserdampf reformiert wird zur Erzeugung eines Synthesegasstroms umfassend Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff, wobei weiterhin durch Wasserelektrolyse mittels einer Elektrolyseeinheit ein sauerstoffhaltiger Strom erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Wasserelektrolyse (8) erzeugte sauerstoffhaltige Strom (P) mindestens teilweise der Verbrennungsluft für wenigstens einen Brenner (2) des Primärreformers (1) zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Elektrolyse (8) erzeugte sauerstoffhaltige Strom (P) in zwei Teilströme (R, Q) aufgeteilt wird, von denen ein erster Teilstrom (R) der Verbrennungsluft für wenigstens einen Brenner (2) des Primärreformers (1) zugeführt wird, während ein zweiter Teilstrom (Q) einem dem Primärreformer (1) nachgeschalteten Sekundärreformer (3) zugeleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilstrom (Q) der Saugseite eines dem Sekundärreformer (3) im Strömungsweg vorgeschalteten Prozessluftverdichter (4) zugeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Wasserelektrolyse (8) neben dem sauerstoffhaltigen Strom (P) erhaltener wasserstoffhaltiger Strom (M) zunächst in einem Wasserstoffverdichter (9) vorverdichtet und einem Deoxoreaktor (10) zugeleitet wird, in dem im Wasserstoff enthaltener restlicher Sauerstoff entfernt und ein sauerstofffreier Wasserstoffstrom (O) erhalten wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sauerstofffreie Wasserstoffstrom (O) dem im Primärreformer (1) und im Sekundärreformer (3) erzeugten Synthesegasstrom (H, I) zugemischt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sekundärreformer (3) wenigstens eine Einrichtung (5) zur Aufbereitung des Synthesegases nachgeschaltet ist, umfassend eine CO-Konvertierung und/oder eine Einrichtung zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus dem Synthesegas, wobei der sauerstofffreie Wasserstoffstrom (O) dem aufbereiteten Synthesegasstrom (I) stromabwärts dieser Einrichtung (5) zugemischt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der sauerstofffreie Wasserstoffstrom (O) dem Synthesegasstrom (I) stromaufwärts eines Synthesegaskompressors (12) zugeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einem Brenner (2) des Primärreformers (1) über ein separates Gebläse (11) ein Strom (C) von Verbrennungsluft zugeführt wird und stromaufwärts dieses Gebläses (11) der Verbrennungsluft wenigstens ein Teilstrom (R) des durch Wasserelektrolyse (8) erzeugten sauerstoffhaltigen Stroms (P) zugeführt wird.
  9. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff nach dem Haber-Bosch-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass einem Ammoniakreaktor (7) ein gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erzeugter und gegebenenfalls aufbereiteter Synthesegasstrom (J) zugeführt und dieser im Ammoniakreaktor (7) zu Ammoniak umgesetzt wird.
  10. Anlage zur Erzeugung eines Synthesegasstroms umfassend einen Primärreformer (1) und eine Elektrolyseeinheit (8), in der eine Wasserelektrolyse durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage wenigstens eine Leitung für einen in der Elektrolyseeinheit erzeugten sauerstoffhaltigen Strom (P, R) von der Elektrolyseeinheit (8) zur Verbrennungsluftzufuhr wenigstens eines Brenners (2) des Primärreformers (1) umfasst.
  11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage wenigstens einen Deoxoreaktor (10) umfasst, wenigstens eine Leitung für einen in der Elektrolyseeinheit (8) erzeugten wasserstoffhaltigen Strom (N) zu diesem Deoxoreaktor (10) sowie wenigstens eine von dem Deoxoreaktor ausgehende Leitung für einen im Wesentlichen sauerstofffreien Wasserstoffstrom (O) aus dem Deoxoreaktor (10), die stromabwärts des Primärreformers (1) in eine Leitung für einen Synthesegasstrom (I) einmündet.
  12. Anlage nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese weiterhin einen dem Primärreformer (1) nachgeschalteten Sekundärreformer (3) umfasst, einen Prozessluftverdichter (4) für den Sekundärreformer (3), eine Leitung für die Zufuhr von Prozessluft (E) zu dem Sekundärreformer (3) sowie wenigstens eine Leitung für wenigstens einen Teilstrom (Q) eines in der Elektrolyseeinheit erzeugten sauerstoffhaltigen Stroms (P, R), die von der Elektrolyseeinheit (8) ausgeht und in die Leitung (F) für die Zufuhr von Prozessluft vorzugsweise stromaufwärts des Prozessluftverdichters (4) einmündet.
  13. Anlage nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese weiterhin wenigstens eine Einrichtung (5) zur Aufbereitung des Synthesegases umfasst, welche dem Primärreformer (1) oder dem Primärreformer und dem Sekundärreformer (3) im Strömungsweg nachgeschaltet ist, umfassend eine CO-Konvertierung und/oder eine Einrichtung zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus dem Synthesegas, wobei die von dem Deoxoreaktor (10) ausgehende Leitung für einen im Wesentlichen sauerstofffreien Wasserstoffstrom (O) aus dem Deoxoreaktor (10) stromabwärts dieser Einrichtung (5) in eine Leitung für einen aufbereiteten Synthesegasstrom (I) einmündet.
  14. Anlage zur Herstellung von Ammoniak umfassend eine Anlage zur Erzeugung eines Synthesegasstroms gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese weiterhin einen Ammoniakreaktor (7) stromabwärts des Primärreformers (1) oder stromabwärts des Primärreformers (1) und des diesem nachgeschalteten Sekundärreformers (3) und gegebenenfalls stromabwärts wenigstens einer Einrichtung (5) zur Aufbereitung des Synthesegases umfasst sowie wenigstens einen dem Ammoniakreaktor (7) im Strömungsweg vorgeschalteten Synthesegaskompressor (12).
  15. Verwendung eines nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 erzeugten und gegebenenfalls aufbereiteten Synthesegasstroms oder einer Anlage zur Erzeugung und gegebenenfalls Aufbereitung eines Synthesegasstroms gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13 in einem Verfahren zur Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff nach dem Haber-Bosch-Verfahren.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3967654A1 (de) * 2020-09-11 2022-03-16 L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude Verfahren und anlage zur herstellung von wasserstoff durch dampfreformierung und hochtemperaturelektrolyse
WO2022157223A1 (en) 2021-01-21 2022-07-28 Casale Sa Method for preparing a synthesis gas
WO2023139175A1 (de) * 2022-01-19 2023-07-27 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag AMMONIAKSYNTHESE UND HARNSTOFFSYNTHESE MIT REDUZIERTEM CO2-FUßABDRUCK
WO2023139179A1 (de) * 2022-01-19 2023-07-27 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag AMMONIAKSYNTHESE UND HARNSTOFFSYNTHESE MIT REDUZIERTEM CO2-FUßABDRUCK
BE1030199B1 (de) * 2022-01-19 2023-08-21 Thyssenkrupp Ag Ammoniaksynthese und Harnstoffsynthese mit reduziertem CO2-Fußabdruck
BE1030201B1 (de) * 2022-01-19 2023-08-21 Thyssenkrupp Ind Solutions Ag Ammoniaksynthese und Harnstoffsynthese mit reduziertem CO2-Fußabdruck
CN116997526A (zh) * 2021-03-30 2023-11-03 卡萨尔公司 使用绿色氢气的氨合成工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4681745A (en) * 1982-04-14 1987-07-21 Imperial Chemical Industries Plc Ammonia production process
US5252609A (en) * 1991-07-09 1993-10-12 Imperial Chemical Industries Plc Synthesis gas production
WO2019020377A1 (en) 2017-07-25 2019-01-31 Haldor Topsøe A/S METHOD FOR ENHANCING THE EFFICIENCY OF AN AMMONIA SYNTHESIS GAS INSTALLATION
WO2019020376A1 (en) 2017-07-25 2019-01-31 Haldor Topsøe A/S METHOD FOR THE PREPARATION OF AN AMMONIA SYNTHESIS GAS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4681745A (en) * 1982-04-14 1987-07-21 Imperial Chemical Industries Plc Ammonia production process
US5252609A (en) * 1991-07-09 1993-10-12 Imperial Chemical Industries Plc Synthesis gas production
WO2019020377A1 (en) 2017-07-25 2019-01-31 Haldor Topsøe A/S METHOD FOR ENHANCING THE EFFICIENCY OF AN AMMONIA SYNTHESIS GAS INSTALLATION
WO2019020376A1 (en) 2017-07-25 2019-01-31 Haldor Topsøe A/S METHOD FOR THE PREPARATION OF AN AMMONIA SYNTHESIS GAS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 2011-132103 A (Maschinenübersetzung), EPO [online] [abgerufen am 23.04.2020] *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3967654A1 (de) * 2020-09-11 2022-03-16 L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude Verfahren und anlage zur herstellung von wasserstoff durch dampfreformierung und hochtemperaturelektrolyse
US12180073B2 (en) 2020-09-11 2024-12-31 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and plant for producing hydrogen by steam reforming and high-temperature electrolysis
WO2022157223A1 (en) 2021-01-21 2022-07-28 Casale Sa Method for preparing a synthesis gas
CN116997526A (zh) * 2021-03-30 2023-11-03 卡萨尔公司 使用绿色氢气的氨合成工艺
WO2023139175A1 (de) * 2022-01-19 2023-07-27 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag AMMONIAKSYNTHESE UND HARNSTOFFSYNTHESE MIT REDUZIERTEM CO2-FUßABDRUCK
WO2023139179A1 (de) * 2022-01-19 2023-07-27 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag AMMONIAKSYNTHESE UND HARNSTOFFSYNTHESE MIT REDUZIERTEM CO2-FUßABDRUCK
BE1030199B1 (de) * 2022-01-19 2023-08-21 Thyssenkrupp Ag Ammoniaksynthese und Harnstoffsynthese mit reduziertem CO2-Fußabdruck
BE1030201B1 (de) * 2022-01-19 2023-08-21 Thyssenkrupp Ind Solutions Ag Ammoniaksynthese und Harnstoffsynthese mit reduziertem CO2-Fußabdruck

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