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DE102023206108B4 - Ammonia production plant - Google Patents

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DE102023206108B4
DE102023206108B4 DE102023206108.2A DE102023206108A DE102023206108B4 DE 102023206108 B4 DE102023206108 B4 DE 102023206108B4 DE 102023206108 A DE102023206108 A DE 102023206108A DE 102023206108 B4 DE102023206108 B4 DE 102023206108B4
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ammonia
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carbon dioxide
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Lukas Biyikli
Suhel Ahmad
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Abstract

Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak, wobei in einem Schritt mittels Dampfreformierung ein aus Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und Stickstoff aufweisendes Mischgas entsteht, dass anschließend in ein Aminsystem (9) strömt, wobei im Aminsystem (9) das Kohlenstoffdioxid vom Mischgas getrennt wird, wobei das aus dem Aminsystem (9) entstandene Synthesegas aus Stickstoff und Wasserstoff zu einem Synthesegas-Verdichter (15) geführt wird, wobei nach dem Synthesegas-Verdichter (15) das Synthesegas zu einem Ammoniak-Reaktor (2) geführt wird, wo Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak chemisch reagiert, wobei die im Synthesegas-Verdichter (15) erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird in einem Synthesegas-Abhitzedampferzeuger (16) Dampf zu erzeugen, der dem Aminsystem (9) zugeführt wird.

Figure DE102023206108B4_0000
A process for producing ammonia, wherein in one step a mixed gas comprising carbon dioxide, hydrogen and nitrogen is produced by means of steam reforming, which mixed gas then flows into an amine system (9), wherein in the amine system (9) the carbon dioxide is separated from the mixed gas, wherein the synthesis gas consisting of nitrogen and hydrogen produced from the amine system (9) is fed to a synthesis gas compressor (15), wherein after the synthesis gas compressor (15) the synthesis gas is fed to an ammonia reactor (2) where nitrogen and hydrogen react chemically to form ammonia, wherein the thermal energy produced in the synthesis gas compressor (15) is used to produce steam in a synthesis gas waste heat steam generator (16), which steam is fed to the amine system (9).
Figure DE102023206108B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Ammoniak umfassend einen Ammoniak-Reaktor, der für die chemische Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff zu Ammoniak ausgebildet ist, eine Vorrichtung für eine Dampf-Methan-Reformierung für die Erzeugung von Wasserstoff, wobei die Vorrichtung eine Erdgas-Zuleitung für Erdgas und eine Luft-Zuleitung für Luft aufweist, wobei die Vorrichtung eine Ausgangsleitung aufweist, wobei in der Ausgangsleitung ein Mischgas aus Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff enthalten ist, ferner umfassend ein Aminsystem, das strömungstechnisch mit der Ausgangsleitung verbunden ist und zum Separieren des Kohlenstoffdioxids aus dem Mischgas ausgebildet ist, wobei das Aminsystem eine Dampfzugangsleitung für die Zuführung von Dampf aufweist, wobei das Aminsystem eine Synthesegas-Ausgangsleitung für Synthesegas umfasst, wobei das Synthesegas Wasserstoff und Stickstoff umfasst, wobei in der Synthesegas-Ausgangsleitung ein Synthesegas-Verdichter angeordnet ist, der zum Verdichten des Synthesegases ausgebildet ist.The invention relates to a plant for producing ammonia, comprising an ammonia reactor designed for the chemical reaction of hydrogen with nitrogen to form ammonia, a device for steam methane reforming for producing hydrogen, the device having a natural gas supply line for natural gas and an air supply line for air, the device having an outlet line, the outlet line containing a mixed gas of hydrogen, carbon dioxide and nitrogen, further comprising an amine system fluidically connected to the outlet line and designed to separate the carbon dioxide from the mixed gas, the amine system having a steam access line for supplying steam, the amine system comprising a synthesis gas outlet line for synthesis gas, the synthesis gas comprising hydrogen and nitrogen, a synthesis gas compressor being arranged in the synthesis gas outlet line and designed to compress the synthesis gas.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak, wobei in einem Schritt mittels Dampfreformierung ein aus Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und Stickstoff aufweisendes Mischgas entsteht, dass anschließend in ein Aminsystem strömt, wobei im Aminsystem das Kohlenstoffdioxid vom Mischgas getrennt wird, wobei das aus dem Aminsystem entstandene Synthesegas aus Stickstoff und Wasserstoff zu einem Synthesegas-Verdichter geführt wird, wobei nach dem Synthesegas-Verdichter das Synthesegas zu einem Ammoniak-Reaktor geführt wird, wo Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak chemisch reagiert.Furthermore, the invention relates to a process for producing ammonia, wherein in one step a mixed gas comprising carbon dioxide, hydrogen and nitrogen is produced by means of steam reforming, which mixed gas then flows into an amine system, wherein in the amine system the carbon dioxide is separated from the mixed gas, wherein the synthesis gas consisting of nitrogen and hydrogen produced from the amine system is fed to a synthesis gas compressor, wherein after the synthesis gas compressor the synthesis gas is fed to an ammonia reactor where nitrogen and hydrogen react chemically to form ammonia.

Die Erfindung geht von dem Aspekt aus, Wasserstoff über gröBere Entfernungen zu transportieren. Ammoniak wird dazu als eine stark wachsende Anwendung als Wasserstoff-Energieträger wahrgenommen, insbesondere wenn der Wasserstoff in flüssiger Form über große Entfernungen transportiert werden muss.The invention is based on the aspect of transporting hydrogen over long distances. Ammonia is perceived as a rapidly growing application as a hydrogen energy carrier, especially when hydrogen needs to be transported in liquid form over long distances.

Dies liegt daran, dass die Verflüssigung von Ammoniak mit einem deutlich geringeren Energiebedarf verbunden ist als die Verflüssigung von Wasserstoff. Ähnlich wie bei Wasserstoff kann kohlenstofffrei hergestelltes Ammoniak, das auch als sauberes Ammoniak bezeichnet werden kann, entweder grün oder blau hergestellt werden, was durch die Art und Weise der Wasserstofferzeugung bestimmt wird. Wenn der Wasserstoff durch Elektrolyse hergestellt wird, d.h. „grün“, ist das Ammoniak ebenfalls „grün“, während der Wasserstoff bei der Reformierung von Erdgas mit anschließender Kohlenstoffabscheidung „blau“ ist. Bei blauem Ammoniak wird typischerweise die Methandampfreformierung als Reformierungsprozess eingesetzt, da das dabei entstehende Synthesegas hauptsächlich aus Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff besteht. Nach der Sequestrierung des Kohlenstoffdioxids können Wasserstoff und Stickstoff direkt der Ammoniaksynthese zugeführt werden, ohne dass eine zusätzliche Stickstoffquelle erforderlich ist.This is because the liquefaction of ammonia requires significantly less energy than the liquefaction of hydrogen. Similar to hydrogen, carbon-free ammonia, which can also be referred to as clean ammonia, can be produced either green or blue, determined by the method of hydrogen production. If the hydrogen is produced by electrolysis, i.e. "green," the ammonia is also "green," whereas if natural gas is reformed with subsequent carbon capture, the hydrogen is "blue." For blue ammonia, steam methane reforming is typically used as the reforming process because the resulting syngas consists primarily of hydrogen, carbon dioxide, and nitrogen. After carbon dioxide sequestration, hydrogen and nitrogen can be fed directly into ammonia synthesis without the need for an additional nitrogen source.

Das bei der Dampfmethanreformierung entstehende Gas weist jedoch typischerweise eine eher geringe Kohlenstoffdioxid-Konzentration auf, weshalb ein Aminsystem erforderlich ist, um das Kohlenstoffdioxid von den anderen Komponenten zu binden. Ein Aminsystem benötigt vergleichsweise große Mengen an Niederdruck-Dampf, der eine zusätzliche Wärmequelle, z. B. einen erdgasbefeuerten Kessel, benötigt. Dies führt zu einem hohen Gasverbrauch und zusätzlichen Kohlenstoffdioxid-Emissionen. Auf der anderen Seite gibt es mehrere Verdichter oder Kompressoren, die in einer blauen Ammoniakanlage eingesetzt werden. Hinter der Kohlenstoffabscheidung befindet sich ein Kohlenstoffdioxid-Verdichter, ein Synthesegasverdichter zur Verdichtung des Wasserstoff- und Stickstoff-Synthesegases auf den erforderlichen Synthesedruck, ein Ammoniak-Kältemittelverdichter zur Verflüssigung des Ammoniaks, ein Luftverdichter zur Verdichtung der Prozessluft auf den erforderlichen Reformierdruck sowie ein Erdgasverdichter, der die gleiche Anforderung wie der Prozessluftverdichter erfüllt, nämlich das Erdgas auf den erforderlichen Reformierdruck zu bringen.However, the gas produced during steam methane reforming typically has a relatively low carbon dioxide concentration, which is why an amine system is required to capture the carbon dioxide from the other components. An amine system requires comparatively large amounts of low-pressure steam, which requires an additional heat source, such as a natural gas-fired boiler. This leads to high gas consumption and additional carbon dioxide emissions. On the other hand, there are several compressors used in a blue ammonia plant. Downstream of the carbon capture system, there is a carbon dioxide compressor, a syngas compressor for compressing the hydrogen and nitrogen syngas to the required synthesis pressure, an ammonia refrigerant compressor for liquefying the ammonia, an air compressor for compressing the process air to the required reforming pressure, and a natural gas compressor that fulfills the same requirement as the process air compressor, namely bringing the natural gas to the required reforming pressure.

Die Wärme, die für das Wiedersieden des Niederdruckdampfes für die Aminanlage benötigt wird, wird durch eine alternative Wärmequelle, z.B. die Erdgasverbrennung, bereitgestellt. Dies führt zu zusätzlichem Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch und zusätzlichem Ausstoß an Kohlenstoffdioxid, wenn ein fossiler Brennstoff verwendet wird.The heat required to reboil the low-pressure steam for the amine plant is provided by an alternative heat source, such as natural gas combustion. This results in additional fuel and energy consumption and carbon dioxide emissions when using a fossil fuel.

Weiterer Stand der Technik ist beispielsweise in den Druckschriften US 2017 / 0 283 371 A1 und EP 3 730 456 A1 offenbart.Further state of the art can be found, for example, in the publications US 2017 / 0 283 371 A1 and EP 3 730 456 A1 revealed.

Vor diesem Hintergrund hat die Erfindung es sich zur Aufgabe gemacht, eine Anlage und ein Verfahren anzugeben, mit dem Ammoniak energieeffizienter erzeugt werden kann.Against this background, the invention aims to provide a plant and a process with which ammonia can be produced in a more energy-efficient manner.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anlage zur Erzeugung von Ammoniak umfassend einen Ammoniak-Reaktor, der für die chemische Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff zu Ammoniak ausgebildet ist, eine Vorrichtung für eine Dampf-Methan-Reformierung für die Erzeugung von Wasserstoff, wobei die Vorrichtung eine Erdgas-Zuleitung für Erdgas und eine Luft-Zuleitung für Luft aufweist, wobei die Vorrichtung eine Ausgangsleitung aufweist, wobei in der Ausgangsleitung ein Mischgas aus Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff enthalten ist, ferner umfassend ein Aminsystem, das strömungstechnisch mit der Ausgangsleitung verbunden ist und zum Separieren des Kohlenstoffdioxids aus dem Mischgas ausgebildet ist, wobei das Aminsystem eine Dampfzugangsleitung für die Zuführung von Dampf aufweist, wobei das Aminsystem eine Synthesegas-Ausgangsleitung für Synthesegas umfasst, wobei das Synthesegas Wasserstoff und Stickstoff umfasst, wobei in der Synthesegas-Ausgangsleitung ein Synthesegas-Verdichter angeordnet ist, der zum Verdichten des Synthesegases ausgebildet ist, mit einem Synthesegas-Abhitzedampferzeuger, der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des durch den Synthesegas-Verdichter erwärmten Synthesegases zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Synthesegas-Abhitzedampferzeuger erzeugte Dampf in die Dampfzugangsleitung in das Aminsystem strömt.This object is achieved by a plant for producing ammonia comprising an ammonia reactor which is designed for the chemical reaction of hydrogen with nitrogen to form ammonia, a device for steam methane reforming for the production of hydrogen, wherein the device has a natural gas supply line for natural gas and an air supply line for air, wherein the device has an outlet line, wherein the outlet line contains a mixed gas of hydrogen, carbon dioxide and nitrogen, further comprising an amine system which is fluidically connected to the outlet line and is designed to separate the carbon dioxide from the mixed gas, wherein the amine system has a steam access line for the supply of steam, wherein the amine system comprises a synthesis gas outlet line for synthesis gas, wherein the synthesis gas comprises hydrogen and nitrogen, wherein a synthesis gas compressor is arranged in the synthesis gas outlet line and is designed to compress the synthesis gas, with a synthesis gas heat recovery steam generator which is designed such that the thermal energy of the synthesis gas heated by the synthesis gas compressor is used to generate steam, wherein the steam generated in the synthesis gas heat recovery steam generator flows into the steam access line into the amine system.

Des Weiteren wird die Aufgabe auch gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak, wobei in einem Schritt mittels Dampfreformierung ein aus Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und Stickstoff aufweisendes Mischgas entsteht, das anschließend in ein Aminsystem strömt, wobei im Aminsystem das Kohlenstoffdioxid vom Mischgas getrennt wird, wobei das aus dem Aminsystem entstandene Synthesegas aus Stickstoff und Wasserstoff zu einem Synthesegas-Verdichter geführt wird, wobei nach dem Synthesegas-Verdichter das Synthesegas zu einem Ammoniak-Reaktor geführt wird, wo Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak chemisch reagiert, wobei die im Synthesegas-Verdichter erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird, in einem Synthesegas-Abhitzedampferzeuger Dampf zu erzeugen, der dem Aminsystem zugeführt wird.Furthermore, the object is also achieved by a process for producing ammonia, wherein in one step a mixed gas comprising carbon dioxide, hydrogen and nitrogen is produced by means of steam reforming, which mixed gas then flows into an amine system, wherein in the amine system the carbon dioxide is separated from the mixed gas, wherein the synthesis gas consisting of nitrogen and hydrogen produced from the amine system is fed to a synthesis gas compressor, wherein after the synthesis gas compressor the synthesis gas is fed to an ammonia reactor where nitrogen and hydrogen react chemically to form ammonia, wherein the thermal energy generated in the synthesis gas compressor is used to generate steam in a synthesis gas heat recovery steam generator, which steam is fed to the amine system.

Die Erfindung beschreibt somit ein Konzept, das die Verdichtungswärme nutzt, die innerhalb des Luftverdichters, des Synthesegasverdichters, des Kohlenstoffdioxid-Verdichters und des Kältemittelverdichters erzeugt wird.The invention thus describes a concept that utilizes the compression heat generated within the air compressor, the synthesis gas compressor, the carbon dioxide compressor and the refrigerant compressor.

Die Wärme des Synthesegas- und Luftverdichters wird zurückgewonnen, indem weniger Ladeluftkühler eingesetzt werden und so das Prozessgas auf das für die Niederdruck-Dampfaufbereitung nutzbare Temperaturniveau in den folgenden Lade- und Nachkühlern gebracht wird.The heat from the synthesis gas and air compressor is recovered by using fewer charge air coolers, thus bringing the process gas to the temperature level usable for low-pressure steam preparation in the following charge and aftercoolers.

Für die Rückgewinnung der Wärme aus dem Verflüssigungskreislauf wird ein neuer Weg eingeschlagen. Die Temperaturen, die am Kompressor- oder Verdichterauslass erreicht werden, sind in der Regel zu niedrig, um Dampf direkt auf dem erforderlichen Druck- und Temperaturniveau zu erzeugen. Der Dampf kann jedoch mit einem niedrigeren Druck erzeugt werden, als für den Aminprozess tatsächlich erforderlich ist, und dann anschließend in einem Dampfkompressor oder Dampfverdichter verstärkt werden, um seine Temperatur und seinen Druck zu erhöhen, um den Anforderungen des Aminsystems gerecht zu werden. Der erzeugte Dampf, der von den verschiedenen Kompressoren oder Verdichtern und einer zusätzlichen Dampfquelle (z. B. einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kessel) kommt, wird dann einem gemeinsamen Dampfsammler zugeführt, der in das Aminsystem eingespeist wird.A new approach is being taken to recover heat from the condensing cycle. The temperatures reached at the compressor outlet are typically too low to directly generate steam at the required pressure and temperature levels. However, steam can be generated at a lower pressure than actually required for the amine process and then subsequently boosted in a steam compressor to increase its temperature and pressure to meet the requirements of the amine system. The generated steam, which comes from the various compressors and an additional steam source (e.g., a fossil-fuel-fired boiler), is then fed into a common steam header, which is fed into the amine system.

Die Erfindung ermöglicht somit einen energieeffizienteren Betrieb, da in einem Verdichtungsprozess entstandene Wärme genutzt wird.The invention thus enables more energy-efficient operation, as heat generated in a compression process is utilized.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass diese Wärme für die Erzeugung von Dampf für den Dampfreformierungsprozess eingesetzt werden kann. Dadurch muss weniger, im Idealfall sogar gar kein fossiler Brennstoff eingesetzt werden, um Dampf zu erzeugen.The invention is based on the idea that this heat can be used to generate steam for the steam reforming process. This means that less, and ideally no, fossil fuel needs to be used to generate steam.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments are specified in the subclaims.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, dass Kühlwasser für die Kompressoren oder Verdichter eingespart werden kann, da meist Speisewasser zur Kühlung bzw. Zwischenkühlung der Gase verwendet wird.An advantage of the system according to the invention is that cooling water for the compressors can be saved, since feed water is usually used for cooling or intermediate cooling of the gases.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.The above-described properties, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which are explained in more detail in connection with the drawings.

Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Identical components or components with the same function are marked with the same reference symbols.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.Embodiments of the invention are described below with reference to the drawings. These are not intended to represent the embodiments to scale; rather, where useful for explanation, the drawings are presented in a schematic and/or slightly distorted form. For supplements to the teachings immediately apparent in the drawings, reference is made to the relevant prior art.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung
  • 2 eine schematische Darstellung
They show:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention
  • 2 a schematic representation

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.The 1 shows a schematic representation of an embodiment of the invention.

Insbesondere zeigt die 1 eine Anlage 1 zur Erzeugung von Ammoniak. Dazu weist die Anlage 1 einen Ammoniak-Reaktor 2 auf, der für die chemische Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff zu Ammoniak ausgebildet ist.In particular, the 1 a plant 1 for the production of ammonia. Plant 1 has an ammonia reactor 2, which is designed for the chemical reaction of hydrogen with nitrogen to produce ammonia.

Zunächst wird ein Erdgas oder ein ähnlich wirkendes brennbares Gas in einen Erdgas-Verdichter 3 über eine Zuleitung 4 zugeführt. Im Erdgas-Verdichter 3 wird das Erdgas für die Dampfreformierung auf den erforderlichen Druck gebracht. In der Dampf-Methan-Reformierung 5 wird Wasserstoff erzeugt. Dazu weist die Dampf-Methan-Reformierung 5 eine Luft-Zuleitung 6 auf. In der Luft-Zuleitung 6 ist ein Luft-Verdichter 7 angeordnet, der den Druck der Luft erhöht. In den Luft-Verdichter 7 strömt über eine Leitung 8 Luft.First, natural gas or a similarly combustible gas is fed into a natural gas compressor 3 via a supply line 4. In the natural gas compressor 3, the natural gas is brought to the required pressure for steam reforming. Hydrogen is generated in the steam methane reformer 5. For this purpose, the steam methane reformer 5 has an air supply line 6. An air compressor 7 is arranged in the air supply line 6, which increases the air pressure. Air flows into the air compressor 7 via a line 8.

Die Dampf-Methan-Reformierung 5 ist für die Erzeugung von Wasserstoff ausgebildet, wobei eine Ausgangsleitung 10 angeordnet ist. In der Ausgangsleitung 10 ist ein Mischgas aus Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff enthalten. Das Mischgas wird im Anschluss über die Ausgangsleitung 10 an ein Aminsystem 9 weitergeleitet. Das Aminsystem 9 ist hierbei zum Separieren des Kohlenstoffdioxids aus dem Mischgas ausgebildet.The steam methane reformer 5 is designed for the production of hydrogen, with an outlet line 10 provided. The outlet line 10 contains a mixed gas consisting of hydrogen, carbon dioxide, and nitrogen. The mixed gas is then passed via the outlet line 10 to an amine system 9. The amine system 9 is designed to separate the carbon dioxide from the mixed gas.

Dafür weist das Aminsystem 9 eine Dampfzugangsleitung 11 für die Zuführung von Dampf auf. Für die Funktionsweise des Aminsystems 9 wird vergleichsweise viel Dampf benötigt. Das aus dem Mischgas separierte Kohlenstoffdioxid strömt über eine Kohlenstoffdioxid-Ausgangsleitung 12 in einen Kohlenstoffdioxid-Verdichter 13, der zum Verdichten des Kohlenstoffdioxids ausgebildet ist.For this purpose, the amine system 9 has a steam inlet line 11 for supplying steam. A comparatively large amount of steam is required for the operation of the amine system 9. The carbon dioxide separated from the mixed gas flows via a carbon dioxide outlet line 12 into a carbon dioxide compressor 13, which is designed to compress the carbon dioxide.

Das Aminsystem 9 weist eine Synthesegas-Ausgangsleitung 14 für Synthesegas auf, wobei das Synthesegas Wasserstoff und Stickstoff umfasst. In der Synthesegas-Ausgangsleitung 14 ist ein Synthesegas-Verdichter 15 angeordnet, der zum Verdichten des Synthesegases ausgebildet ist.The amine system 9 has a synthesis gas outlet line 14 for synthesis gas, wherein the synthesis gas comprises hydrogen and nitrogen. A synthesis gas compressor 15 is arranged in the synthesis gas outlet line 14 and is designed to compress the synthesis gas.

Nach dem Synthesegas-Verdichter 15 wird das verdichtete Synthesegas dem Ammoniak-Reaktor 2 zugeführt, wo durch eine chemische Reaktion Ammoniak entsteht.After the synthesis gas compressor 15, the compressed synthesis gas is fed to the ammonia reactor 2, where ammonia is produced by a chemical reaction.

Bei der Verdichtung des Synthesegases entsteht Wärme. Diese Wärme wird ausgenutzt, um Dampf für das Aminsystem 9 zu erzeugen.Heat is generated during the compression of the synthesis gas. This heat is used to generate steam for the amine system 9.

Dazu wird ein Synthesegas-Abhitzedampferzeuger 16 angeordnet, der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des durch den Synthesegas-Verdichter 15 erwärmten Synthesegases zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Synthesegas-Abhitzedampferzeuger 16 erzeugte Dampf in die Dampfzugangsleitung 11 in das Aminsystem 9 strömt.For this purpose, a synthesis gas heat recovery steam generator 16 is arranged, which is designed such that the thermal energy of the synthesis gas heated by the synthesis gas compressor 15 is used to generate steam, wherein the steam generated in the synthesis gas heat recovery steam generator 16 flows into the steam access line 11 into the amine system 9.

Bei der Erzeugung von Ammoniak ist es prozessbedingt nicht möglich stöchiometrisch eine vollständige chemische Reaktion zu erzeugen. Daher wird über eine Recycle-Leitung 17 noch nicht reagierendes Synthesegas dem Synthesegas-Verdichter 15 wieder zugeführt und von dort wieder zum Ammoniak-Reaktor 2 zugeführt.When producing ammonia, it is not possible to achieve a complete chemical reaction stoichiometrically due to the process. Therefore, unreacted synthesis gas is fed back to the synthesis gas compressor 15 via a recycle line 17 and from there back to the ammonia reactor 2.

Die bei der Verdichtung der Luft erzeugt Wärme wird ebenfalls dazu ausgenutzt, um Dampf für das Aminsystem 9 zu erzeugen.The heat generated during air compression is also used to generate steam for the amine system 9.

Dazu wird in der Luft-Zuleitung 6 der Luft-Verdichter 7 angeordnet ist, der zum Verdichten der Luft ausgebildet ist, wobei ein Luft-Abhitzedampferzeuger 18 angeordnet ist, der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie, der durch den Luft-Verdichter 7 erwärmten Luft zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird.For this purpose, the air compressor 7, which is designed to compress the air, is arranged in the air supply line 6, wherein an air waste heat steam generator 18 is arranged, which is designed such that the thermal energy of the air heated by the air compressor 7 is used to generate steam.

Der im Luft-Abhitzedampferzeuger 18 erzeugte Dampf strömt in die Dampfzugangsleitung 11 in das Aminsystem 9.The steam generated in the air heat recovery steam generator 18 flows into the steam access line 11 into the amine system 9.

Die bei der Verdichtung des Kohlenstoffdioxids entstandene Wärme wird ebenfalls ausgenutzt, um Dampf für das Aminsystem 9 zu erzeugen.The heat generated during the compression of carbon dioxide is also used to generate steam for the amine system 9.

Dazu weist das Aminsystem 9 die Kohlenstoffdioxid-Ausgangsleitung 12 auf, in der der Kohlenstoffdioxid-Verdichter 13 angeordnet ist, der zum Verdichten des Kohlenstoffdioxids ausgebildet ist. Ein Kohlenstoffdioxid-Abhitzedampferzeuger 19 wird derart angeordnet, dass die thermische Energie des durch den Kohlenstoffdioxid-Verdichter 13 erwärmten Kohlenstoffdioxids zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird. Der im Kohlenstoffdioxid-Abhitzedampferzeuger 19 erzeugte Dampf strömt in die Dampfzugangsleitung 11 in das Aminsystem.For this purpose, the amine system 9 has the carbon dioxide outlet line 12, in which the carbon dioxide compressor 13 is arranged, which is designed to compress the carbon dioxide. A carbon dioxide heat recovery steam generator 19 is arranged such that the thermal energy of the carbon dioxide heated by the carbon dioxide compressor 13 is used to generate steam. The steam generated in the carbon dioxide heat recovery steam generator 19 flows into the steam inlet line 11 in the amine system.

Über eine Ammoniak-Ausgangsleitung 20 gelangt nach dem Ammoniak-Reaktor 2 gasförmiges Ammoniak in eine Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21. Die Ammoniak-Ausgangsleitung 20 ist somit mit der Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 strömungstechnisch verbunden. Die Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 ist zum Verflüssigen des gasförmigen Ammoniaks ausgebildet ist.After the ammonia reactor 2, gaseous ammonia flows into an ammonia liquefaction plant 21 via an ammonia outlet line 20. The ammonia outlet line 20 is thus fluidly connected to the ammonia liquefaction plant 21. The ammonia liquefaction plant 21 is designed to liquefy the gaseous ammonia.

Bei der Verflüssigung des Ammoniaks entsteht thermische Energie, die ebenfalls dazu ausgenutzt wird, um Dampf für das Aminsystem 9 zu erzeugen.When ammonia is liquefied, thermal energy is generated, which is also used to generate steam for the amine system 9.

Die Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 ist daher derart ausgebildet, dass bei der Verflüssigung des Ammoniaks thermische Energie erzeugt wird.The ammonia liquefaction plant 21 is therefore designed in such a way that thermal energy is generated during the liquefaction of the ammonia.

Die Umwandlung der in der Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 entstandenen thermischen Energie wird mit Hilfe der 2 beschrieben.The conversion of the thermal energy generated in the ammonia liquefaction plant 21 is carried out with the help of the 2 described.

In der Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 ist einen Schnelldampferzeuger 22 angeordnet, der derart ausgebildet ist, dass die durch die Verflüssigung des Ammoniaks erzeugte thermische Energie zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird.In the ammonia liquefaction plant 21, a rapid steam generator 22 is arranged, which is designed such that the thermal energy generated by the liquefaction of the ammonia is used to generate steam.

Der im Schnelldampferzeuger 22 erzeugte Dampf strömt in die Dampfzugangsleitung 11 in das Aminsystem 9.The steam generated in the flash steam generator 22 flows into the steam access line 11 into the amine system 9.

Die 2 zeigt im Wesentlichen einen Wärmepumpenkreislauf. Als Kältemittel wird hier Ammoniak verwendet. Es sind allerdings auch andere Kältemittel einsetzbar.The 2 essentially shows a heat pump cycle. Ammonia is used as the refrigerant. However, other refrigerants can also be used.

Mit Hilfe eines Kältemittelverdichters 23 wird die Temperatur des Kältemittels erhöht. Die dabei gewonnene thermische Energie wird wie oben beschrieben, in einem Schnelldampferzeuger 22 dazu eingesetzt, um aus Speisewasser 24 Dampf 25 zu erzeugen. Nach dem Schnelldampferzeuger 22 wird in einer Kühleinheit 26 das Kältemittel weiter abgekühlt. Mit einem Expansionsventil 27 kühlt das Kältemittel weiter ab. In einem Wärmetauscher 28 wird dann schließlich das warme gasförmige Ammoniak 29 in flüssiges Ammoniak 30 umgewandelt.The temperature of the refrigerant is increased with the help of a refrigerant compressor 23. The thermal energy gained in this process is used, as described above, in a flash steam generator 22 to generate steam 25 from feedwater 24. After the flash steam generator 22, the refrigerant is further cooled in a cooling unit 26. The refrigerant is further cooled by an expansion valve 27. Finally, in a heat exchanger 28, the warm gaseous ammonia 29 is converted into liquid ammonia 30.

Für den Fall, dass der aus der Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 auskommende Dampf keinen geeigneten Druck aufweist, wird ein Dampf-Verdichter 31 eingesetzt. Der durch die Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 erzeugte Dampf strömt hierbei durch den Dampf-Verdichter 31, wobei der Dampf-Verdichter 31 zur Erhöhung des Drucks des Dampfes ausgebildet ist.In the event that the steam emerging from the ammonia liquefaction plant 21 does not have a suitable pressure, a steam compressor 31 is used. The steam generated by the ammonia liquefaction plant 21 flows through the steam compressor 31, wherein the steam compressor 31 is designed to increase the pressure of the steam.

Der Dampf strömt dann anschließend zu der Dampfzugangsleitung 11 in das Aminsystem 9.The steam then flows to the steam access line 11 into the amine system 9.

Die Dampfzugangsleitung 11 ist mit einem mit einem Dampfsammler 33 strömungstechnisch verbunden. Der Dampfsammler 33 ist zum Sammeln von Dampf ausgebildet, wobei der Dampfsammler 33 ausgangsseitig die Dampfzugangsleitung 11 aufweist.The steam access line 11 is fluidly connected to a steam collector 33. The steam collector 33 is designed to collect steam, with the steam access line 11 being provided on the outlet side of the steam collector 33.

Die nach den Abhitzedampferzeugern 18, 19 und 16 sowie der nach der Ammoniak-Verflüssigungsanlage 21 über den Dampf-Verdichter 31 kommende Dampf wird im Dampfsammler 33 gesammelt und dem Aminsystem 9 zugeführt. Sollte der im Dampfsammler 33 gesammelte Dampf für den Betrieb des Aminsystems 9 nicht ausreichen, wird noch eine externe Dampfquelle 34 an den Dampfsammler 33 angeschlossen.The steam coming from the heat recovery steam generators 18, 19, and 16, as well as the steam coming from the ammonia liquefaction plant 21 via the steam compressor 31, is collected in the steam collector 33 and fed to the amine system 9. If the steam collected in the steam collector 33 is insufficient for the operation of the amine system 9, an external steam source 34 is connected to the steam collector 33.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Varianten können vom Fachmann heraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited to the disclosed examples and other variants can be derived by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (14)

Anlage (1) zur Erzeugung von Ammoniak umfassend einen Ammoniak-Reaktor (2), der für die chemische Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff zu Ammoniak ausgebildet ist, eine Vorrichtung für eine Dampf-Methan-Reformierung (5) für die Erzeugung von Wasserstoff, wobei die Vorrichtung eine Erdgas-Zuleitung (4) für Erdgas und eine Luft-Zuleitung (8) für Luft aufweist, wobei die Vorrichtung eine Ausgangsleitung (10) aufweist, wobei in der Ausgangsleitung (10) ein Mischgas aus Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff enthalten ist, ferner umfassend ein Aminsystem (9), das strömungstechnisch mit der Ausgangsleitung (10) verbunden ist und zum Separieren des Kohlenstoffdioxids aus dem Mischgas ausgebildet ist, wobei das Aminsystem (9) eine Dampfzugangsleitung (11) für die Zuführung von Dampf aufweist, wobei das Aminsystem (9) eine Synthesegas-Ausgangsleitung (14) für Synthesegas umfasst, wobei das Synthesegas Wasserstoff und Stickstoff umfasst, wobei in der Synthesegas-Ausgangsleitung (14) ein Synthesegas-Verdichter (15) angeordnet ist, der zum Verdichten des Synthesegases ausgebildet ist, gekennzeichnet durch einen Synthesegas-Abhitzedampferzeuger (16), der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des durch den Synthesegas-Verdichter (15) erwärmten Synthesegases zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Synthesegas-Abhitzedampferzeuger (16) erzeugte Dampf in die Dampfzugangsleitung (11) in das Aminsystem (9) strömt.Plant (1) for producing ammonia, comprising an ammonia reactor (2) designed for the chemical reaction of hydrogen with nitrogen to form ammonia, a device for steam methane reforming (5) for producing hydrogen, wherein the device has a natural gas supply line (4) for natural gas and an air supply line (8) for air, wherein the device has an outlet line (10), wherein the outlet line (10) contains a mixed gas of hydrogen, carbon dioxide and nitrogen, further comprising an amine system (9) which is fluidically connected to the outlet line (10) and is designed to separate the carbon dioxide from the mixed gas, wherein the amine system (9) has a steam access line (11) for supplying steam, wherein the amine system (9) comprises a synthesis gas outlet line (14) for synthesis gas, wherein the synthesis gas comprises hydrogen and nitrogen, wherein in the synthesis gas outlet line (14) a A synthesis gas compressor (15) is arranged, which is designed to compress the synthesis gas, characterized by a synthesis gas waste heat steam generator (16) which is designed such that the thermal energy of the synthesis gas heated by the synthesis gas compressor (15) is used to generate steam, wherein the steam generated in the synthesis gas waste heat steam generator (16) flows into the steam access line (11) into the amine system (9). Anlage (1) nach Anspruch 1, wobei in der Luft-Zuleitung (8) ein Luft-Verdichter (7) angeordnet ist, der zum Verdichten der Luft ausgebildet ist, wobei ein Luft-Abhitzedampferzeuger (18) angeordnet ist, der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie der durch den Luft-Verdichter (7) erwärmten Luft zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Luft-Abhitzedampferzeuger (18) erzeugte Dampf in die Dampfzugangsleitung (11) in das Aminsystem (9) strömt.Annex (1) to Claim 1 , wherein an air compressor (7) is arranged in the air supply line (8), which is designed to compress the air, wherein an air heat recovery steam generator (18) is arranged, which is designed such that the thermal energy of the air heated by the air compressor (7) is used to generate steam, wherein the steam generated in the air heat recovery steam generator (18) flows into the steam access line (11) into the amine system (9). Anlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Aminsystem (9) eine Kohlenstoffdioxid-Ausgangsleitung (12) aufweist und in der Kohlenstoffdioxid-Ausgangsleitung (12) ein Kohlenstoffdioxid-Verdichter (13) angeordnet ist, der zum Verdichten des Kohlenstoffdioxids ausgebildet ist, wobei ein Kohlenstoffdioxid-Abhitzedampferzeuger (19) angeordnet ist, der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des durch den Kohlenstoffdioxid-Verdichter (13) erwärmten Kohlenstoffdioxids zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Kohlenstoffdioxid-Abhitzedampferzeuger (19 erzeugte Dampf in die Dampfzugangsleitung (11) in das Aminsystem (9) strömt.Annex (1) to Claim 1 or 2 , wherein the amine system (9) has a carbon dioxide outlet line (12) and a carbon dioxide compressor (13) is arranged in the carbon dioxide outlet line (12), which is designed to compress the carbon dioxide, wherein a carbon dioxide heat recovery steam generator (19) is arranged, which is designed such that the thermal energy of the carbon dioxide heated by the carbon dioxide compressor (13) is used to generate steam, wherein the steam generated in the carbon dioxide heat recovery steam generator (19) flows into the steam access line (11) in the amine system (9). Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ammoniak-Reaktor (2) eine Ammoniak-Ausgangsleitung (20) für gasförmiges Ammoniak aufweist, wobei die Ammoniak-Ausgangsleitung (20) mit einer Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) strömungstechnisch verbunden ist, wobei die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) zum Verflüssigen des gasförmigen Ammoniaks ausgebildet ist, wobei die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) derart ausgebildet ist, dass bei der Verflüssigung des Ammoniaks thermische Energie erzeugt wird, wobei die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) einen Schnelldampferzeuger (22) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass die durch die Verflüssigung des Ammoniaks erzeugte thermische Energie zur Erzeugung von Dampf eingesetzt wird, wobei der im Schnelldampferzeuger (22) erzeugte Dampf in die Dampfzugangsleitung (11) in das Aminsystem (9) strömt.Plant (1) according to one of the preceding claims, wherein the ammonia reactor (2) has an ammonia outlet line (20) for gaseous ammonia, wherein the ammonia outlet line (20) is fluidly connected to an ammonia liquefaction plant (21), wherein the ammonia liquefaction plant (21) is designed to liquefy the gaseous ammonia, wherein the ammonia liquefaction plant (21) is designed such that thermal energy is generated during the liquefaction of the ammonia, wherein the ammonia liquefaction plant (21) has a flash steam generator (22) designed such that the thermal energy generated by the liquefaction of the ammonia is used to generate steam, wherein the steam generated in the flash steam generator (22) is fed into the steam access line (11) in the amine system (9). flows. Anlage (1) nach Anspruch 4, wobei der durch die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) erzeugte Dampf durch einen Dampf-Verdichter (31) strömt, wobei der Dampf-Verdichter (31) zur Erhöhung des Drucks des Dampfes ausgebildet ist.Annex (1) to Claim 4 , wherein the steam generated by the ammonia liquefaction plant (21) flows through a steam compressor (31), wherein the steam compressor (31) is designed to increase the pressure of the steam. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Dampfsammler (33), der zum Sammeln von Dampf ausgebildet ist, wobei der Dampfsammler (33) ausgangsseitig die Dampfzugangsleitung (11) aufweist.Plant (1) according to one of the preceding claims, with a steam collector (33) which is designed to collect steam, wherein the steam collector (33) has the steam access line (11) on the outlet side. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) als Kältemittelkreislauf ausgebildet ist, wobei das Kältemittel mittels eines Kältemittels-Verdichters (23) erwärmt wird, wobei die durch den Kältemittel-Verdichter (23) erzeugte thermische Energie zur Erzeugung von Dampf im Schnelldampferzeuger (22) eingesetzt wird.Plant (1) according to one of the preceding claims, wherein the ammonia liquefaction plant (21) is designed as a refrigerant circuit, wherein the refrigerant is heated by means of a refrigerant compressor (23), wherein the thermal energy generated by the refrigerant compressor (23) is used to generate steam in the flash steam generator (22). Anlage (1) nach Anspruch 7, wobei als Kältemittel Ammoniak eingesetzt ist.Annex (1) to Claim 7 , with ammonia being used as the refrigerant. Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak, wobei in einem Schritt mittels Dampfreformierung ein aus Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und Stickstoff aufweisendes Mischgas entsteht, dass anschließend in ein Aminsystem (9) strömt, wobei im Aminsystem (9) das Kohlenstoffdioxid vom Mischgas getrennt wird, wobei das aus dem Aminsystem (9) entstandene Synthesegas aus Stickstoff und Wasserstoff zu einem Synthesegas-Verdichter (15) geführt wird, wobei nach dem Synthesegas-Verdichter (15) das Synthesegas zu einem Ammoniak-Reaktor (2) geführt wird, wo Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak chemisch reagiert, wobei die im Synthesegas-Verdichter (15) erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird in einem Synthesegas-Abhitzedampferzeuger (16) Dampf zu erzeugen, der dem Aminsystem (9) zugeführt wird.A process for producing ammonia, wherein, in one step, a mixed gas comprising carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen is produced by steam reforming, which then flows into an amine system (9), wherein the carbon dioxide is separated from the mixed gas in the amine system (9), wherein the synthesis gas consisting of nitrogen and hydrogen produced from the amine system (9) is fed to a synthesis gas compressor (15), wherein, after the synthesis gas compressor (15), the synthesis gas is fed to an ammonia reactor (2), where nitrogen and hydrogen chemically react to form ammonia, wherein the thermal energy generated in the synthesis gas compressor (15) is used to generate steam in a synthesis gas heat recovery steam generator (16), which is fed to the amine system (9). Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Dampfreformierung mit einer Luft-Zuleitung (8) verbunden wird, in der ein Luft-Verdichter (7) angeordnet wird, wobei die im Luft-Verdichter (7) erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird, in einem Luft-Abhitzedampferzeuger (18) Dampf zu erzeugen, der dem Aminsystem (9) zugeführt wird.Procedure according to Claim 9 , wherein the steam reforming is connected to an air supply line (8) in which an air compressor (7) is arranged, wherein the thermal energy generated in the air compressor (7) is used to generate steam in an air heat recovery steam generator (18), which steam is fed to the amine system (9). Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Aminsystem (9) eine Kohlenstoffdioxid-Ausgangsleitung (12) aufweist, in der ein Kohlenstoffdioxid-Verdichter (13) angeordnet wird, wobei die im Kohlenstoffdioxid-Verdichter (13) erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird, in einem Kohlenstoffdioxid-Abhitzedampferzeuger (19) Dampf zu erzeugen, der dem Aminsystem (9) zugeführt wird.Procedure according to Claim 9 or 10 , wherein the amine system (9) has a carbon dioxide outlet line (12) in which a carbon dioxide compressor (13) is arranged, wherein the thermal energy generated in the carbon dioxide compressor (13) is used to generate steam in a carbon dioxide waste heat steam generator (19), which steam is fed to the amine system (9). Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das aus dem Ammoniak-Reaktor (2) strömende gasförmige Ammoniak in einer Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) verflüssigt wird und der in der Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) erzeugte thermische Energie dazu verwendet wird, Dampf für das Aminsystem (9) zu erzeugen.Method according to one of the Claims 9 until 11 , wherein the gaseous ammonia flowing from the ammonia reactor (2) is liquefied in an ammonia liquefaction plant (21) and the thermal energy generated in the ammonia liquefaction plant (21) is used to generate steam for the amine system (9). Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Ammoniak-Verflüssigungsanlage (21) einen Kältemittel-Kreislauf aufweist, der einen Schnelldampferzeuger (22) aufweist, durch den das mit einem Verdichter (23) erhitzte Kältemittel strömt, wobei die thermische Energie des Kältemittels verwendet wird, um im Schnelldampferzeuger (22) Dampf für das Aminsystem (9) zu erzeugen.Procedure according to Claim 12 , wherein the ammonia liquefaction plant (21) has a refrigerant circuit which has a flash steam generator (22) through which the refrigerant heated by a compressor (23) flows, the thermal energy of the refrigerant being used to generate steam for the amine system (9) in the flash steam generator (22). Verfahren nach Anspruch 13, wobei als Kältemittel Ammoniak verwendet wird.Procedure according to Claim 13 , using ammonia as the refrigerant.
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