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LU103255B1 - Process and plant for producing a synthesis gas for the production of ammonia - Google Patents

Process and plant for producing a synthesis gas for the production of ammonia

Info

Publication number
LU103255B1
LU103255B1 LU103255A LU103255A LU103255B1 LU 103255 B1 LU103255 B1 LU 103255B1 LU 103255 A LU103255 A LU 103255A LU 103255 A LU103255 A LU 103255A LU 103255 B1 LU103255 B1 LU 103255B1
Authority
LU
Luxembourg
Prior art keywords
hydrogen
pressure swing
swing adsorption
exhaust gas
stream
Prior art date
Application number
LU103255A
Other languages
German (de)
Inventor
Katja Poschlad
Klaus Nölker
Original Assignee
Thyssenkrupp Ag
Thyssenkrupp Uhde Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Ag, Thyssenkrupp Uhde Gmbh filed Critical Thyssenkrupp Ag
Priority to LU103255A priority Critical patent/LU103255B1/en
Priority to PCT/EP2025/055377 priority patent/WO2025186101A1/en
Application granted granted Critical
Publication of LU103255B1 publication Critical patent/LU103255B1/en

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Synthesegases zur Herstellung von Ammoniak, wobei entschwefeltes Erdgas mit Dampf und sauerstoffangereicherter Luft oder mit Sauerstoff in einem Reformierungsschritt zu einem Synthesegas umfassend Wasserstoff, CO und CO2 umgewandelt wird, wobei CO2 aus dem Synthesegas in einem Abtrennungsschritt abgetrennt wird, wobei in einer Druckwechseladsorption (7) ein Wasserstoffstrom und ein wasserstoffreicher Abgasstrom gebildet werden, wobei die Druckwechseladsorption in einem Adsorptionszyklus, zur Bereitstellung des Wasserstoffstroms, und einem Regenerationszyklus, zur Bereitstellung des wasserstoffreichen Abgasstroms, betrieben wird, wobei Stickstoff dem Synthesegas in einem Anreicherungsschritt hinzugefügt wird. Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases zur Herstellung von Ammoniak, bei dem der CO2 Ausstoß verringert werden kann, ist vorgesehen, dass der Regenerationszyklus der Druckwechseladsorption (7) derart in der zeitlichen Dauer angepasst wird, dass der Wasserstoffanteil des Abgasstroms angepasst, vorzugsweise erhöht, wird und der Abgasstrom zumindest teilweise als Brenngas für einen Prozessschritt des Verfahrens bereitgestellt wird.The invention relates to a method for providing a synthesis gas for producing ammonia, wherein desulfurized natural gas is converted with steam and oxygen-enriched air or with oxygen in a reforming step to form a synthesis gas comprising hydrogen, CO, and CO2, wherein CO2 is separated from the synthesis gas in a separation step, wherein a hydrogen stream and a hydrogen-rich exhaust gas stream are formed in a pressure swing adsorption (7), wherein the pressure swing adsorption is operated in an adsorption cycle to provide the hydrogen stream and a regeneration cycle to provide the hydrogen-rich exhaust gas stream, wherein nitrogen is added to the synthesis gas in an enrichment step. In a method for producing a synthesis gas for producing ammonia, in which CO2 emissions can be reduced, it is provided that the regeneration cycle of the pressure swing adsorption (7) is adjusted in terms of its duration such that the hydrogen content of the exhaust gas stream is adjusted, preferably increased, and the exhaust gas stream is at least partially provided as fuel gas for a process step of the method.

Description

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Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Synthesegases zur Herstellung 1041053255 von AmmoniakProcess and plant for producing a synthesis gas for the production 1041053255 of ammonia

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Bereitstellen eines Synthesegases zur Herstellung vonThe invention relates to methods for providing a synthesis gas for the production of

Ammoniak, wobei entschwefeltes Erdgas mit Dampf und sauerstoffangereicherter Luft oder mit Sauerstoff in einem Reformierungsschritt zu einem Synthesegas umfassend Wasserstoff,Ammonia, wherein desulfurized natural gas is reformed with steam and oxygen-enriched air or with oxygen in a reforming step to form a synthesis gas comprising hydrogen,

CO und CO, umgewandelt wird, wobei CO, aus dem Synthesegas in einemCO and CO, whereby CO, from the synthesis gas in a

Abtrennungsschritt abgetrennt wird, wobei in einer Druckwechseladsorption einseparation step, whereby in a pressure swing adsorption a

Wasserstoffstrom und ein wasserstoffreicher Abgasstrom gebildet werden, wobei dieHydrogen stream and a hydrogen-rich exhaust stream are formed, whereby the

Druckwechseladsorption in einem Adsorptionszyklus, zur Bereitstellung desPressure swing adsorption in an adsorption cycle to provide the

Wasserstoffstroms, und einem Regenerationszyklus, zur Bereitstellung des wasserstoffreichen Abgasstroms, betrieben wird, wobei Stickstoff dem Synthesegas in einemhydrogen stream, and a regeneration cycle to provide the hydrogen-rich exhaust gas stream, with nitrogen being added to the synthesis gas in a

Anreicherungsschritt hinzugefügt wird.enrichment step is added.

Daneben betrifft die Erfindung eine Anlage zur Herstellung eines Synthesegases zurIn addition, the invention relates to a plant for producing a synthesis gas for

Herstellung von Ammoniak, mindestens umfassend: einen Reformer; einen Kohlenmonoxid (CO) — Konverter; eine Kohlendioxid (CO,)- Wäschereinheit mit Regeneration; eineProduction of ammonia, comprising at least: a reformer; a carbon monoxide (CO) converter; a carbon dioxide (CO) scrubber unit with regeneration; a

Druckwechseladsorption zum Bereitstellen von Wasserstoff und einem wasserstoffreichenPressure swing adsorption to provide hydrogen and a hydrogen-rich

Abgasstrom, wobei die Druckwechseladsorption in einem Adsorptionszyklus, zurExhaust gas stream, whereby the pressure swing adsorption in an adsorption cycle, for

Bereitstellung des Wasserstoffstroms, und einem Regenerationszyklus, zur Bereitstellung des wasserstoffreichen Abgasstroms, betreibbar ist.Provision of the hydrogen stream, and a regeneration cycle to provide the hydrogen-rich exhaust gas stream.

Ammoniak ist einer der wichtigsten Grundstoffe. Die Weltjahresproduktion beträgt derzeit etwa 170 Millionen Tonnen. Der größte Teil des Ammoniaks wird zur Herstellung von Düngemitteln genutzt. Mittlerweile wird Ammoniak aber auch verwendet, um Wasserstoff zu transportieren, da Ammoniak eine höhere volumetrische Energiedichte aufweist, als flüssiger Wasserstoff.Ammonia is one of the most important raw materials. Global annual production currently amounts to approximately 170 million tons. Most of this ammonia is used to produce fertilizers. However, ammonia is now also used to transport hydrogen, as it has a higher volumetric energy density than liquid hydrogen.

Dadurch kann über Ammoniak bei gleichem Volumen mehr Energie transportiert werden, als in Form von flüssigem Wasserstoff. Es ist daher abzusehen, dass Ammoniak weiter anThis means that more energy can be transported via ammonia in the same volume than in the form of liquid hydrogen. It is therefore foreseeable that ammonia will continue to

Bedeutung gewinnen wird.will gain importance.

Die Herstellung von Ammoniak erfolgt dabei im Wesentlichen aus den Elementen Wasserstoff und Stickstoff in Anwesenheit eines Eisenkatalysators. Die Temperaturen bewegen sich häufig im Bereich zwischen 400 °C und 500 °C und bei einem Druck über 100 bar. Der wesentlicheAmmonia is produced primarily from the elements hydrogen and nitrogen in the presence of an iron catalyst. Temperatures often range between 400 °C and 500 °C and pressures exceeding 100 bar.

Faktor für die Prozesskosten liegen dabei in der Bereitstellung von Wasserstoff aus der — Synthesegas Herstellung (Ullmann’s, Seite 139). 1The factor for the process costs lies in the provision of hydrogen from the synthesis gas production (Ullmann’s, page 139). 1

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Eine Erzeugung von Ammoniak erfolgt dementsprechend bevorzugt im Grundsatz wie LU103255 beispielsweise bei Holleman, Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102 Auflage, 2007, Seiten 662-665 (ISBN 978-3-11-017770-1) beschrieben, basierend auf dem „Haber-Accordingly, ammonia production is preferably carried out in principle as described in LU103255, for example in Holleman, Wiberg, Textbook of Inorganic Chemistry, 102nd edition, 2007, pages 662-665 (ISBN 978-3-11-017770-1), based on the “Haber-

Bosch-Verfahren“ aus den Elementen gemäß Gleichung [1]: 3 Hz + N; = 2 NH; + 92.28 kJ [1]Bosch method” from the elements according to equation [1]: 3 Hz + N; = 2 NH; + 92.28 kJ [1]

Das Edukt Stickstoff (Na) kann beispielsweise durch Tieftemperaturluftzerlegung gewonnen werden. Der Wasserstoff wird bevorzugt über den „Steam-Reforming-Prozess“ (z.B. wie inThe reactant nitrogen (Na) can be obtained, for example, by low-temperature air separation. Hydrogen is preferably produced via the steam reforming process (e.g. as in

Andreas Jess, Peter Wasserscheid, Chemical Technology, An Integrated Textbook, Wiley-Andreas Jess, Peter Wasserscheid, Chemical Technology, An Integrated Textbook, Wiley

VCH, 2013, Seite 536 bis 539, ISBN 978-3-527-30446-2 beschrieben) gemäß Gleichung [2] erhalten:VCH, 2013, pages 536 to 539, ISBN 978-3-527-30446-2) according to equation [2]:

CnHom + N'H,0 = (n+m) H, + n CO [2]CnHom + N'H,0 = (n+m) H, + n CO [2]

In der anschließenden ,Kohlenmonoxid-Konvertierung“ erfolgt eine weitere Umsetzung gemäßIn the subsequent “carbon monoxide conversion” a further conversion takes place according to

Gleichung (3):Equation (3):

CO + H;O = CO; + H, [3]CO + H;O = CO; + H, [3]

Durch den exothermen Charakter der Ammoniak-Bildungsreaktion entstehen imDue to the exothermic nature of the ammonia formation reaction,

Prozessverlauf verhältnismäßig große Warmemengen. Für einen guten spezifischenRelatively large amounts of heat are required during the process. For a good specific

Energieverbrauch des Gesamtprozesses müssen sie möglichst effizient genutzt werden.Energy consumption of the entire process must be used as efficiently as possible.

Generell ist die Abwärmenutzung mit thermodynamisch unvermeidbaren Verlusten verbunden. Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, Alternativen zum Haber-Bosch-In general, the use of waste heat is associated with thermodynamically unavoidable losses. Therefore, there has been no lack of attempts to develop alternatives to the Haber-Bosch

Verfahren zu entwickeln, die ohne die hohen Temperaturen und Drücke arbeiten. Im Haber-To develop processes that work without the high temperatures and pressures. In the Haber-

Bosch-Verfahren wird die fundamentale Schwierigkeit der Aktivierung des sehr reaktionsträgen Stickstoff-Moleküls durch den Einsatz spezifisch sehr aktiver Katalysatoren inBosch process, the fundamental difficulty of activating the very inert nitrogen molecule is overcome by the use of specifically very active catalysts in

Kombination mit verhältnismäßig hohen Temperaturen überwunden.combination with relatively high temperatures.

Dabei wird insbesondere bei der Bereitstellung von Wasserstoff, gemäß Gleichung [3] vergleichsweise viel Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Um den Carbon Footprint einerAccording to equation [3], a comparatively large amount of carbon dioxide is released, particularly during the production of hydrogen.

Ammoniakanlage zu verringern, gibt es verschiedene Ansätze, wie beispielsweise die vorgenannte Abwärmenutzung, um Heizquellen, insbesondere Brennstoffe, bei denenammonia plant, there are various approaches, such as the aforementioned waste heat recovery to reduce heating sources, especially fuels, where

Verbrennung CO, frei wird, zu vermeiden. 2To avoid CO emissions during combustion. 2

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Da diese aber thermodynamisch zu Verlusten führen, liegt der vorliegenden Erfindung die LU103255However, since these lead to thermodynamic losses, the present invention is based on the LU103255

Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren sowie eine Anlage zur Herstellung einesThe task is to develop an alternative process and a plant for the production of a

Synthesegases zur Herstellung von Ammoniak anzugeben, bei denen der CO, Ausstoß verringert werden kann.synthesis gas for the production of ammonia, where CO emissions can be reduced.

Diese Aufgabe ist zunächst durch den Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass bei dem Betrieb der Druckwechseladsorption eine Rückgewinnungsrate eingestellt wird, wobei dieThis object is firstly achieved by patent claim 1 in that during the operation of the pressure swing adsorption a recovery rate is set, wherein the

Rückgewinnungsrate aus dem Verhältnis zwischen der Menge an Wasserstoff desRecovery rate from the ratio between the amount of hydrogen in the

Wasserstoffstroms aus der Druckwechseladsorption und der Menge an Wasserstoff imHydrogen flow from pressure swing adsorption and the amount of hydrogen in the

Synthesegas, das in die Druckwechseladsorption eingeleitet wird, gebildet wird, wobei dieSynthesis gas is introduced into the pressure swing adsorption, whereby the

Rückgewinnungsrate durch die zeitliche Dauer des Regenerationszyklus beeinflusst wird und wobei die Rückgewinnungsrate derart eingestellt wird, dass der Energiegehalt des wasserstoffreichen Abgasstroms ausreicht, damit der wasserstoffreiche Abgasstrom alsThe recovery rate is influenced by the duration of the regeneration cycle and the recovery rate is adjusted such that the energy content of the hydrogen-rich exhaust gas stream is sufficient for the hydrogen-rich exhaust gas stream to be used as

Brenngas in einem Brenner, durch den Wärme in mindestens einen Prozessschritt desFuel gas in a burner, through which heat is transferred to at least one process step of the

Verfahrens eingebracht werden kann, eingesetzt werden kann. Dabei kann das Brenngas in verschiedenen Brennern und/oder Öfen verwendet werden, die zur Aufheizung verschiedenerThe fuel gas can be used in various burners and/or furnaces, which are used to heat various

Ströme beziehungsweise Stoffe innerhalb des Prozesses auftreten oder genutzt werden.Flows or substances occur or are used within the process.

Durch Verbrennen des wasserstoffreichen Abgasstroms aus der Druckwechseladsorption, wird der CO, Ausstoß deutlich reduziert, da beim Verbrennen von Wasserstoff kein CO, entsteht. Dabei ist auch denkbar, dass der Abgasstrom beispielsweise aufgeteilt wird, damit der wasserstoffreiche Abgasstrom an verschiedenen Abschnitten des Prozesses als Brenngas genutzt werden kann.By combusting the hydrogen-rich exhaust stream from pressure swing adsorption, CO emissions are significantly reduced, since no CO is produced when hydrogen is burned. It is also conceivable to split the exhaust stream, for example, so that the hydrogen-rich exhaust stream can be used as fuel gas at various stages of the process.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der Wasserstoffanteil im Abgasstrom derIt can be provided that the hydrogen content in the exhaust gas stream of the

Druckwechseladsorption vorsätzlich erhöht wird, relativ oder auch absolut, durchPressure swing adsorption is deliberately increased, relatively or absolutely, by

Verlängerung des Regenerationszyklus. Es ist nicht unbedingt notwendig, dieExtension of the regeneration cycle. It is not absolutely necessary to

Druckwechseladsorption in ihren Dimensionen zu verändern. Denkbar ist aber auch, dass diePressure swing adsorption to change its dimensions. However, it is also conceivable that the

Dimension der Druckwechseladsorption vorsätzlich geringer ausfällt, als sie bei einer effizienten Wasserstoffausbeute gewählt werden würde.The dimension of pressure swing adsorption is intentionally smaller than would be chosen for efficient hydrogen yield.

Die Druckwechseladsorption kann weitere Verfahrensschritte, wie beispielsweise eine LT-Pressure swing adsorption can include further process steps, such as LT

Shift-Konvertierung, eine die Methanisierung und sogar einen Sekundärreformer ersetzen.Shift conversion, one that replaces methanation and even a secondary reformer.

Dabei werden Molekularsiebe als Adsorbentien in einer Reihe von Behältern verwendet, die in einem gestaffelten zyklischen Modus betrieben werden und zwischen einerMolecular sieves are used as adsorbents in a series of containers operated in a staggered cyclic mode and switched between a

Adsorptionsphase und verschiedenen Regenerationsstufen wechseln. Die Regeneration des beladenen Adsorptionsmittels wird durch schrittweise Druckentlastung und durch und dieAdsorption phase and various regeneration stages. The regeneration of the loaded adsorbent is achieved by gradual pressure relief and by the

Nutzung des dabei entstehenden Gases zur Spülung anderer Adsorber auf einem anderen 3Use of the resulting gas to flush other adsorbers on another 3

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Druckniveau im Regenerationszyklus durchgeführt. Die Wasserstoffrückgewinnung beträgt im LU103255pressure level in the regeneration cycle. The hydrogen recovery in LU103255

Normalfall etwa 90 %, abhängig von der Anzahl der Adsorber in einer Linie. Es kann eine sehr hohe Reinheit erzielt werden, mit etwa 50 ppm Argon und weniger als 10 ppm an anderenNormally about 90%, depending on the number of adsorbers in a line. Very high purity can be achieved, with about 50 ppm argon and less than 10 ppm at other

Verunreinigungen.Contamination.

Die Rückgewinnungsrate (recovery rate) ist definiert durch die Menge an Wasserstoff imThe recovery rate is defined by the amount of hydrogen in the

Produktstrom der Druckwechseladsorption, das heißt dem Wasserstoffstrom, im Verhältnis zurProduct flow of pressure swing adsorption, i.e. the hydrogen flow, in relation to the

Menge an Wasserstoff im Eintrittsstrom in die Druckwechseladsorption, das heißt, demAmount of hydrogen in the inlet stream into the pressure swing adsorption, that is, the

Synthesegas, das in die Druckwechseladsorption eingeleitet wird.Synthesis gas fed into the pressure swing adsorption.

Je niedriger die Rückgewinnungsrate ist, desto weniger Produkt (Wasserstoff) ist imThe lower the recovery rate, the less product (hydrogen) is in the

Produktstrom. Dadurch erhöht sich die Menge an Wasserstoff im wasserstoffreichenproduct stream. This increases the amount of hydrogen in the hydrogen-rich

Abgasstrom, wodurch dieser eine größere Wärmeleistung bereitstellen kann.Exhaust gas flow, which allows it to provide greater heat output.

Der wasserstoffreiche Abgasstrom, bei hoher Rückgewinnungsrate, liefert zu wenigThe hydrogen-rich exhaust stream, at a high recovery rate, delivers too little

Wärmeleistung um ein konventionelles Frontend befeuern zu können. Konventionell wird dies durch Beimischung von Erdgas ausgeglichen. Das Verbrennen von Erdgas in derHeat output to fire a conventional front end. Conventionally, this is compensated by the addition of natural gas. The burning of natural gas in the

Brenngasmischung mit dem wasserstoffreichen Abgasstrom sorgt für weitere CO,-Combustion gas mixture with the hydrogen-rich exhaust stream provides further CO,-

Emissionen. Um diese zu reduzieren, wird das Erdgas durch Wasserstoff ersetzt, indem dieEmissions. To reduce these, natural gas is replaced by hydrogen by

Ruckgewinnungsrate im Vergleich zum konventionellen Prozess reduziert wird.Recovery rate is reduced compared to the conventional process.

Die Rückgewinnungsrate der PSA wird reduziert, indem der Regenerationszyklus verlängert wird, das heißt die Zeit des Rückspülens verlängert wird. Dadurch erhöht sich nicht nur dieThe PSA recovery rate is reduced by extending the regeneration cycle, i.e., extending the backwash time. This not only increases the

Wasserstoffmenge im wasserstoffreichen Abgasstrom, sondern auch die Reinheit anamount of hydrogen in the hydrogen-rich exhaust stream, but also the purity of

Wasserstoff. Mit dem Verbrennen des wasserstoffreichen Abgasstroms im befeuerten Brenner beziehungsweise Ofen, werden Edukte vorgewärmt und fehlende Leistung für dieHydrogen. By burning the hydrogen-rich exhaust gas stream in the fired burner or furnace, reactants are preheated and missing power for the

Dampferzeugung ersetzt. Der Begriff Ofen wird im Rahmen der Anmeldung synonym zuSteam generation is replaced. The term oven is used in the application as a synonym for

Brenner verwendet. Der so erzeugte Dampf wird in der Anlage vielfältig verwendet. Einburner. The steam generated in this way is used in a variety of ways in the plant.

Großteil wird zum Antrieb der Kompressoren verwendet. Werden diese Kompressoren mitThe majority is used to drive the compressors. If these compressors are

Strom angetrieben, kann der Dampfbedarf der Anlage reduziert werden und damit auch diePowered by electricity, the steam requirement of the plant can be reduced and thus the

Rückgewinnungsrate höher bleiben. Die Frage an dieser Stelle ist die CO,-Bewertung desThe question at this point is the CO,-assessment of the

Stroms: Wird dieser als CO,-neutral betrachtet (z.B. Strom aus Windkraft) oder muss hier ebenfalls ein CO,-Aquivalent berücksichtigt werden (fossil erzeugter Strom).Electricity: Is this considered CO2-neutral (e.g. electricity from wind power) or does a CO2 equivalent also have to be taken into account here (electricity generated from fossil fuels).

Werden alle Antriebe der Kompressoren (und Pumpen) dampfbetrieben, ergibt sich die niedrigste, sinnvolle Rückgewinnungsrate. Diese liegt in einem Bereich von etwa 70 % bis 80 %, bevorzugt um die 75 %. 4If all compressor (and pump) drives are steam-powered, the lowest practical recovery rate is achieved. This ranges from approximately 70% to 80%, preferably around 75%. 4

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Die Druckwechseladsorption arbeitet effektiv, wenn die Druckdifferent zwischen Feed, also dem Synthesegas und dem wasserstoffreichen Abgasstrom groß ist. In Produktstromrichtung hinter der Druckwechseladsorption ist im konventionellen ein Synthesegasverdichter angeordnet. Auch für diesen ist ein hoher Druck energiesparend. Daher sollte diePressure swing adsorption works effectively when the pressure difference between the feed, i.e., the synthesis gas, and the hydrogen-rich exhaust stream is large. In the product flow direction, a synthesis gas compressor is located downstream of the pressure swing adsorption. High pressure also saves energy for this. Therefore, the

Druckwechseladsorption mit dem höchsten Druck, den der Prozess hergibt, betrieben werden.Pressure swing adsorption can be operated at the highest pressure the process can provide.

Der hohe Druck der Druckwechseladsorption ergibt sich aus dem Prozess. Der niedrige Druck muss etwas höher liegen als bei einer „Standard-Druckwechseladsorption“, das heißt einerThe high pressure of pressure swing adsorption results from the process. The low pressure must be somewhat higher than in a “standard pressure swing adsorption”, i.e.

Druckwechseladsorption mit optimaler Rückgewinnungsrate, ohne Berücksichtigung der CO,-Pressure swing adsorption with optimal recovery rate, without taking into account the CO,-

Emissionen im Prozess ergibt, der entsprechend durch einen höheren Druck ausgeglichen wird.Emissions in the process, which are compensated accordingly by higher pressure.

Bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eineIn a first embodiment of the method according to the invention, it is provided that a

Rückgewinnungsrate im Bereich zwischen 70% und 85% eingestellt wird, vorzugsweise zwischen 76% und 82%, besonders bevorzugt zwischen 79,0% und 80,5% eingestellt wird.Recovery rate is set in the range between 70% and 85%, preferably between 76% and 82%, particularly preferably between 79.0% and 80.5%.

Bei einer Rückgewinnungsrate in diesem Bereich reicht der Energiegehalt des wasserstoffreichen Abgasstroms aus, um das Front-End einer Ammoniakanlage zu befeuern, ohne dass Beimischen von Erdgas zusätzlich notwendig wäre.With a recovery rate in this range, the energy content of the hydrogen-rich exhaust stream is sufficient to fuel the front-end of an ammonia plant without the need for additional natural gas blending.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Menge des Gases im Synthesegasstrom, der im Reformierungsschritt erhalten wird, in Abhängigkeit der Rückgewinnungsrate verändert wird, insbesondere, dass die Menge des Gases im Synthesegasstrom, der im Reformierungsschritt erhalten wird, vergrößert wird, wenn die Rückgewinnungsrate reduziert wird. Eine derartige Änderung wird bevorzugt dadurch erreicht, indem die Kapazität beziehungsweise die Dimensionen des Front-In a further preferred embodiment of the process according to the invention, it is provided that the amount of gas in the synthesis gas stream obtained in the reforming step is changed as a function of the recovery rate, in particular that the amount of gas in the synthesis gas stream obtained in the reforming step is increased when the recovery rate is reduced. Such a change is preferably achieved by changing the capacity or the dimensions of the front

Ends verändert werden. Wird das Front-End vergrößert, kann dieselbe Menge an Produkt erhalten werden, die eine Anlage mit einer für den Prozess optimalen Rückgewinnungsrate ohne Blick auf CO;-Emissionen erreichen kann. Ansonsten ist die Produktmenge anEnds can be changed. If the front end is enlarged, the same amount of product can be obtained that a plant with an optimal recovery rate for the process can achieve without considering CO; emissions. Otherwise, the amount of product at

Wasserstoff reduziert. Um diesen Verlust auszugleichen, muss das Frontend (der Teil derhydrogen is reduced. To compensate for this loss, the front end (the part of the

Anlage, der den Wasserstoff liefert) vergrößert werden. Dies führt zu zusätzlichenplant that supplies the hydrogen). This will lead to additional

Apparatekosten. Durch diese Investition kann jedoch der CO;-AusstoB der gesamten Anlage reduziert werden.Equipment costs. However, this investment can reduce the CO2 emissions of the entire plant.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Kamintemperatur und/oder eine Temperatur der aufgeheizten Medien gemessen wird und dass eine Anpassung der Rückgewinnungsrate erfolgt, wenn dieIn a further advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that a chimney temperature and/or a temperature of the heated media is measured and that an adjustment of the recovery rate takes place when the

Temperatur eine vorgegebene Temperatur überschreitet oder unterschreitet. Aus den 5Temperature exceeds or falls below a specified temperature. From the 5

221671P00LU221671P00LU

Messgrößen wird dann auf fehlendes oder überdimensioniertes H, im wasserstoffreichen LU103255Measured variables are then checked for missing or oversized H, in the hydrogen-rich LU103255

Abgasstrom geschlussfolgert. Dies kann dann zu einer Anpassung des Regenerationszyklus führen. Im Optimalfall wird der Regenerationszyklus zu Beginn der Betriebszeit eingestellt und bleibt während eines (einigermaßen) stationären Betriebs konstant.Exhaust gas flow is inferred. This can then lead to an adjustment of the regeneration cycle. Ideally, the regeneration cycle is set at the beginning of the operating period and remains constant during (somewhat) steady-state operation.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in demIn a further embodiment of the invention it is provided that in the

Reformierungsschritt ein Reformer umfassend einen Dampfreformer mit oder ohneReforming step a reformer comprising a steam reformer with or without

Sekundärreformer und/oder ein autothermer Reformer verwendet werden und dass der wasserstoffreiche Abgasstrom zumindest teilweise als Brenngas für die Bereitstellung dersecondary reformer and/or an autothermal reformer are used and that the hydrogen-rich exhaust gas stream is used at least partly as fuel gas for the provision of the

Wärme für den Reformierungsschritt verwendet wird. Der Reformer bzw. die Edukte desHeat is used for the reforming step. The reformer or the reactants of the

Reformers kann/können mittels Verbrennung des wasserstoffreichen Abgasstroms geheizt/erhitzt werden. Auf diese Weise kann die CO,-Abgabe, die bei der Reformierung, durch externe Warmezufuhr mittels Erdgasfeuerung, üblicherweise hervorgerufen wird, deutlich reduziert werden.Reformers can be heated by combusting the hydrogen-rich exhaust stream. This significantly reduces the CO emissions typically generated during reforming by external heat input from natural gas combustion.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dassIn a further embodiment of the method according to the invention, it is provided that

Wasserstoff aus einer externen Quelle dem wasserstoffreichen Abgasstrom derHydrogen from an external source to the hydrogen-rich exhaust stream of the

Druckwechseladsorption zugemischt wird. Unter einer externen Quelle kann bereitgestellterPressure swing adsorption is added. An external source can provide

Wasserstoff gemeint sein, der sich nicht unmittelbar durch den vorgenannten Prozess bereits im Prozess befindet, beispielsweise mittels Elektrolyse hergestellter Wasserstoff. Der zusätzliche Wasserstoff kann aber auch aus einem wasserstoffreichen Strom, der sich bereits durch die Reformierung im Prozess befindet, genutzt werden. Auf diese Weise kann dieThis refers to hydrogen that is not directly present in the process as a result of the aforementioned process, for example, hydrogen produced by electrolysis. However, the additional hydrogen can also be used from a hydrogen-rich stream that is already present in the process as a result of reforming. In this way, the

Dimensionierung der Druckwechseladsorption an die vorliegenden Gegebenheiten angepasst werden, sodass das Brenngas vollständig aus Abgasen der Druckwechseladsorption und beigemischten wasserstoffreichen Strömen besteht.The dimensioning of the pressure swing adsorption must be adapted to the existing conditions so that the fuel gas consists entirely of exhaust gases from the pressure swing adsorption and admixed hydrogen-rich streams.

Alternativ kann bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass der Mischstrom in einem Verhältnis von 1 zu 0,2 des Abgasstroms derAlternatively, in a further embodiment of the method according to the invention, it can be provided that the mixed flow is fed into the exhaust gas stream in a ratio of 1 to 0.2 of the

Druckwechseladsorption und dem Wasserstoff aus der externen Quelle eingestellt wird. Sollte die Brennleistung des Abgasstroms der Druckwechseladsorption nicht ausreichen, um einepressure swing adsorption and the hydrogen from the external source. If the combustion power of the exhaust stream of the pressure swing adsorption is not sufficient to

Befeuerung in einem weiteren Abschnitt des Prozesses zu realisieren, wird gerade so viel externer Wasserstoff hinzugemischt, dass eine vollständige Verbrennung des Wasserstoffs in dem wasserstoffreichen Abgasstrom ermöglicht wird.To realize firing in a further stage of the process, just enough external hydrogen is added to enable complete combustion of the hydrogen in the hydrogen-rich exhaust gas stream.

Die vorgenannte Aufgabe wird außerdem gelöst von einer Anlage zur Herstellung einesThe above-mentioned object is also achieved by a plant for producing a

Synthesegases zur Herstellung von Ammoniak, mindestens umfassend: einen Reformer; einen Kohlenmonoxid (CO) — Konverter; eine Kohlendioxid (CO,)- Wäschereinheit mit 6Synthesis gas for the production of ammonia, comprising at least: a reformer; a carbon monoxide (CO) converter; a carbon dioxide (CO) scrubber unit with 6

221671P00LU221671P00LU

Regeneration; eine Druckwechseladsorption zum Bereitstellen von Wasserstoff und einem LU103255 wasserstoffreichen Abgasstrom, wobei die Druckwechseladsorption in einemRegeneration; a pressure swing adsorption for providing hydrogen and a LU103255 hydrogen-rich exhaust gas stream, wherein the pressure swing adsorption is carried out in a

Adsorptionszyklus, zur Bereitstellung des Wasserstoffstroms, und einemAdsorption cycle, to provide the hydrogen stream, and a

Regenerationszyklus, zur Bereitstellung des wasserstoffreichen Abgasstroms, betreibbar ist.Regeneration cycle to provide the hydrogen-rich exhaust gas stream.

Es ist mindestens eine Leitung vorgesehen, durch die der wasserstoffreiche Abgasstrom derAt least one line is provided through which the hydrogen-rich exhaust gas stream of the

Druckwechseladsorption als Brenngas für einen Brenner beziehungsweise Ofen in einenPressure swing adsorption as fuel gas for a burner or furnace in a

Abschnitt der Anlage leitbar ist. Ferner ist vorgesehen, dass bei dem Betrieb dersection of the plant. Furthermore, it is planned that during operation of the

Druckwechseladsorption eine —Rückgewinnungsrate einstellbar ist, wobei diePressure swing adsorption has an adjustable recovery rate, whereby the

Rückgewinnungsrate aus dem Verhältnis zwischen der Menge an Wasserstoff desRecovery rate from the ratio between the amount of hydrogen in the

Wasserstoffstroms aus der Druckwechseladsorption und der Menge an Wasserstoff imHydrogen flow from pressure swing adsorption and the amount of hydrogen in the

Synthesegas, das in die Druckwechseladsorption eingeleitet wird, gebildet ist, wobei dieSynthesis gas, which is introduced into the pressure swing adsorption, is formed, whereby the

Rückgewinnungsrate durch die zeitliche Dauer des Regenerationszyklus beeinflussbar ist und wobei die Rückgewinnungsrate derart einstellbar ist, dass der Energiegehalt des wasserstoffreichen Abgasstroms einstellbar ist, vorzugsweise erhöht werden kann.The recovery rate can be influenced by the duration of the regeneration cycle, and the recovery rate can be adjusted such that the energy content of the hydrogen-rich exhaust gas stream can be adjusted, preferably increased.

Eine Darstellung zur Funktionsweise eines Reformers findet sich in Ullmann’s, Kapitel 6.1.1A description of the functioning of a reformer can be found in Ullmann’s, Chapter 6.1.1

Seiten 174 bis 179. Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Anlage einenPages 174 to 179. Furthermore, the system according to the invention comprises a

Kohlenmonoxid (CO) — Konverter. Eine Beschreibung zur Funktionsweise und Aufbau von möglichen Kohlenmonoxid (CO) — Konvertern („Carbon Monoxide Shift Conversion) findet sich unter Ullmann’s, Kapitel 6.1.2, Seiten 179 bis 182. An den Kohlenmonoxid (CO) — Konverter schließt sich eine Kohlendioxid (COz)- Wäschereinheit mit Regeneration an. Der Ausdruck ,- einheit“ umfasst im Sinne der Erfindung dem Fachmann für den genannten Zweck bekannteCarbon monoxide (CO) converter. A description of the function and design of possible carbon monoxide (CO) converters (“Carbon Monoxide Shift Conversion”) can be found in Ullmann’s, Chapter 6.1.2, pages 179 to 182. The carbon monoxide (CO) converter is followed by a carbon dioxide (CO2) scrubber unit with regeneration. The term “unit” in the sense of the invention includes units known to the person skilled in the art for the stated purpose.

Vorrichtungen und Apparate, in diesem Fall typischerweise/beispielsweise einen Absorber, einen Desorber, eine oder mehrere Zirkulationspumpen sowie Wärmeübertrager zumDevices and apparatus, in this case typically/for example an absorber, a desorber, one or more circulation pumps and heat exchangers for

Aufwärmen/Abkühlen des Lösungsmittels. Eine Kohlendioxid (CO,)- Wäschereinheit mitHeating/cooling of the solvent. A carbon dioxide (CO,) scrubber unit with

Regeneration kann beispielsweise als bekannte Vorrichtung/Anordnung ausgeführt sein, bei der Kohlendioxid in einem Absorber unter Druck in einem geeigneten Lösungsmittel — beispielsweise Kaliumkarbonat oder Amine - gelöst wird und anschließend getrennt vom übrigen Synthesegas (das in der Kohlendioxid (CO,)- Wäschereinheit mit Regeneration anRegeneration can, for example, be carried out as a known device/arrangement in which carbon dioxide is dissolved in an absorber under pressure in a suitable solvent - for example potassium carbonate or amines - and then separated from the remaining synthesis gas (which is in the carbon dioxide (CO,) scrubber unit with regeneration on

Kohlendioxid abgereicherte bzw. von Kohlendioxid befreite Synthesegas) entspannt („flash“) wird. Das Lösungsmittel kann anschließend wieder erwärmt und in einer Stripping Säule (Desorber) regeneriert werden. Eine detaillierte Beschreibung findet sich beispielsweise unterThe solvent can then be reheated and regenerated in a stripping column (desorber). A detailed description can be found, for example, at

Ullmann’s, Kapitel 6.1.3, Seiten 182 bis 184.Ullmann’s, Chapter 6.1.3, pages 182 to 184.

Bei einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist vorgesehen, dass eineIn a first embodiment of the system according to the invention, it is provided that a

Rückgewinnungsrate im Bereich zwischen 75% und 85% eingestellt wird, vorzugsweise zwischen 78% und 82%, besonders bevorzugt zwischen 79,5% und 80,5% eingestellt ist. Bei 7Recovery rate is set in the range between 75% and 85%, preferably between 78% and 82%, particularly preferably between 79.5% and 80.5%. At 7

221671P00LU einer Rückgewinnungsrate in diesem Bereich reicht der Energiegehalt des wasserstoffreichen LU103255221671P00LU a recovery rate in this range, the energy content of the hydrogen-rich LU103255

Abgasstroms aus, um das Front-End einer Ammoniakanlage zu befeuern, ohne, dassexhaust gas flow to fire the front end of an ammonia plant without

Beimischen von Erdgas zusätzlich notwendig wäre.Adding natural gas would also be necessary.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist vorgesehen, dass derIn a further embodiment of the system according to the invention, it is provided that the

Reformer einen Dampfreformer mit oder ohne Sekundärreformer und/oder einen autothermerReformer a steam reformer with or without secondary reformer and/or an autothermal

Reformer umfasst. Insbesondere bei einer hohen Ammoniaktagesproduktion kann derReformer. Especially with a high daily ammonia production, the

Reformer auch nur aus einem oder mehreren autothermen Reformern bestehen.Reformers can also consist of one or more autothermal reformers.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist vorgesehen, dass der Reformer größer dimensioniert ist, als bei einer Rückgewinnungsrate im Bereich von 85% bis 95% notwendig ist, um eine vorgegebene Produktionsmenge von Ammoniak herzustellen, vorzugsweise etwa 10% größer dimensioniert. Wird das Front-End, also derIn a further advantageous embodiment of the plant according to the invention, it is provided that the reformer is dimensioned larger than is necessary for a recovery rate in the range of 85% to 95% in order to produce a given production quantity of ammonia, preferably about 10% larger. If the front end, i.e. the

Reformer, vergrößert, kann dieselbe Menge an Produkt erhalten werden, die eine Anlage mit einer für den Prozess optimalen Rückgewinnungsrate ohne Blick auf CO,-Emissionen erreichen kann. Ansonsten ist die Produktmenge an Wasserstoff reduziert. Um diesen Verlust auszugleichen, muss das Front-End (der Teil der Anlage, der den Wasserstoff liefert) vergrößert werden. Dies führt zu zusätzlichen Apparatekosten. Durch diese Investition kann jedoch der CO;-AusstofB der gesamten Anlage reduziert werden.If the reformer is enlarged, the same amount of product can be obtained that a plant with an optimal recovery rate for the process can achieve without considering CO2 emissions. Otherwise, the amount of hydrogen produced is reduced. To compensate for this loss, the front end (the part of the plant that supplies the hydrogen) must be enlarged. This results in additional equipment costs. However, this investment can reduce the CO2 emissions of the entire plant.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eineIn a further preferred embodiment of the invention it is provided that a

Temperaturmessvorrichtung zur Messung einer Kamintemperatur und/oder einer Temperatur der aufgeheizten Medien vorgesehen ist. Aus den Messgrößen kann dann auf fehlendes oder überdimensioniertes H, im wasserstoffreichen Abgasstrom geschlussfolgert werden. Dies kann dann zu einer Anpassung des Regenerationszyklus führen. Im Optimalfall wird derA temperature measuring device is provided for measuring the stack temperature and/or the temperature of the heated media. From the measured values, it can then be concluded that there is a lack of or excessive H in the hydrogen-rich exhaust gas stream. This can then lead to an adjustment of the regeneration cycle. In the optimal case, the

Regenerationszykslus zu Beginn der Betriebszeit eingestellt und bleibt während eines (einigermaßen) stationärem Betrieb konstant.Regeneration cycle is set at the beginning of the operating time and remains constant during (somewhat) stationary operation.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist vorgesehen, dass eine externe Wasserstoffquelle umfasst ist und dass eine Leitung vorgesehen ist, kann es sich bei externem Wasserstoff der externen Wasserstoffquelle um bereitgestelltenIn a further advantageous embodiment of the system according to the invention, it is provided that an external hydrogen source is included and that a line is provided, the external hydrogen of the external hydrogen source can be provided

Wasserstoff handeln, der sich nicht unmittelbar durch den vorgenannten Prozess bereits imHydrogen that is not directly produced by the aforementioned process in the

Prozess befindet, beispielsweise mittels Elektrolyse hergestellter Wasserstoff. Der zusätzlicheprocess, for example hydrogen produced by electrolysis. The additional

Wasserstoff kann aber auch aus einem wasserstoffreichen Strom bestehen, der sich bereits durch die Reformierung im Prozess befindet. Auf diese Weise kann die Dimensionierung derHydrogen can also be obtained from a hydrogen-rich stream that is already in the process through reforming. In this way, the dimensioning of the

Druckwechseladsorption an die vorliegenden Gegebenheiten angepasst werden, sodass der 8Pressure swing adsorption can be adapted to the existing conditions so that the 8

221671P00LU221671P00LU

Abgasstrom vollständig als Brenngas genutzt werden kann, ohne dass die LU103255Exhaust gas stream can be used entirely as fuel gas without the LU103255

Druckwechseladsorption in ihren Dimensionen angepasst werden muss.Pressure swing adsorption must be adapted in its dimensions.

Ferner kann bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage eineFurthermore, in a further embodiment of the system according to the invention, a

Mischvorrichtung vorgesehen sein, durch die ein molares Verhältnis von1 zu 0,2 desA mixing device must be provided to achieve a molar ratio of 1 to 0.2 of the

Abgasstroms der Druckwechseladsorption und dem Wasserstoff aus der externen Quelle einstellbar ist.exhaust gas flow of the pressure swing adsorption and the hydrogen from the external source.

Darüber hinaus ist bei einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass durch die Anlage ein erfindungsgemäBes Verfahren durchführbar ist. Die obigen Ausführungen betreffend das erfindungsgemäße Verfahren gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Anlage.Furthermore, a further embodiment provides that the system can be used to implement a method according to the invention. The above statements regarding the method according to the invention also apply accordingly to the system according to the invention.

Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüche, als auch auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigenIn detail, there are numerous possibilities for designing and developing the method and system according to the invention. Reference is made to the claims subordinate to claims 1 and 10, as well as to the following description of preferred embodiments in conjunction with the drawings. The drawings show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens beziehungsweise einerFig. 1 is a schematic representation of a method or a

Anlage zur Herstellung von Synthesegas zur Ammoniaksynthese,Plant for the production of synthesis gas for ammonia synthesis,

Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung eines Verfahrens beziehungsweise einer Anlage zur Herstellung von Synthesegas mit einer zusätzlichen externenFig. 2 shows a further schematic representation of a process or a plant for the production of synthesis gas with an additional external

Wasserstoffquelle undHydrogen source and

Fig. 3 einen Vergleich der CO,-Emissionen zwischen einer konventionellenFig. 3 shows a comparison of CO2 emissions between a conventional

Ammoniakanlage und einer erfindungsgemäßen Anlage.Ammonia plant and a plant according to the invention.

Figur 1 zeigt ein schematisches FlieBbild einer Anlage 1 zur Herstellung von wasserstoffhaltigem Synthesegas. Zur Bereitstellung von Wasserstoff dient ein Reformer 2, bevorzugt ein Primär- und ein Sekundärreformer und/oder ein autothermer Reformer. Der für den Reformer 2 notwendige Wärmeeintrag erfolgt über Reformer Brenner. Des Weiteren umfasst die Anlage einen Kohlenmonoxid (CO) — Konverter 3. In diesem wird das gebildete und in der eigentlichen Ammoniaksynthese nicht benötigte Kohlenmonoxid (CO) unter weitererFigure 1 shows a schematic flow diagram of a plant 1 for the production of hydrogen-containing synthesis gas. A reformer 2, preferably a primary and a secondary reformer and/or an autothermal reformer, serves to provide hydrogen. The heat required for the reformer 2 is supplied via reformer burners. The plant also includes a carbon monoxide (CO) converter 3. In this converter, the carbon monoxide (CO) formed and not required in the actual ammonia synthesis is further

Wasserstoffbildung in Kohlendioxid umgesetzt. 9Hydrogen formation is converted into carbon dioxide. 9

221671P00LU221671P00LU

Daran schließt sich eine Kohlendioxid (CO,)- Wäschereinheit 4 mit Regeneration an. Die LU103255This is followed by a carbon dioxide (CO2) scrubber unit 4 with regeneration. The LU103255

Kohlendioxid (COz)- Waschereinheit 4 kann beispielsweise als bekannte Vorrichtung beziehungsweise Anordnung ausgeführt sein, bei der Kohlendioxid in einem Absorber unterCarbon dioxide (CO2) scrubber unit 4 can be designed, for example, as a known device or arrangement in which carbon dioxide is absorbed in an absorber under

Druck in einem geeigneten Lösungsmittel — beispielsweise Kaliumkarbonat oder Amine - gelöst und anschließend wieder getrennt vom Synthesegas entspannt („flash“) wird. Daspressure in a suitable solvent, such as potassium carbonate or amines, and then released again separately from the synthesis gas (“flash”).

Lösungsmittel kann anschließend wieder erwärmt und in einer Stripping Säule (Desorber) regeneriert werden. Das Synthesegas wird im Anschluss in einer Ammoniaksyntheseeinheit 6 zu Ammoniak umgesetzt.The solvent can then be reheated and regenerated in a stripping column (desorber). The synthesis gas is then converted to ammonia in an ammonia synthesis unit 6.

Weiter ist eine Druckwechseladsorption 7 vorgesehen, durch die ein Wasserstoffstrom und ein wasserstoffreicher Abgasstrom bereitgestellt wird. Dabei ist vorteilhafterweise Leitung 8 vorgesehen, durch die der wasserstoffreiche Abgasstrom der Druckwechseladsorption 7 alsFurthermore, a pressure swing adsorption 7 is provided, through which a hydrogen stream and a hydrogen-rich exhaust gas stream are provided. Advantageously, line 8 is provided, through which the hydrogen-rich exhaust gas stream of the pressure swing adsorption 7 is fed as

Brenngas in einen Abschnitt der Anlage 1 leitbar ist. Es ist vorgesehen, dass der wasserstoffreiche Abgasstrom als Brenngas für Reformer 2 verwendet wird. Der Reformer 2 kann mittels Verbrennung des wasserstoffreichen Abgasstroms geheizt werden. Auf dieseFuel gas can be fed into a section of plant 1. It is intended that the hydrogen-rich exhaust gas stream is used as fuel gas for reformer 2. Reformer 2 can be heated by combustion of the hydrogen-rich exhaust gas stream.

Weise kann die CO,-Abgabe, die bei der Reformierung üblicherweise hervorgerufen wird, deutlich reduziert werden. Ferner ist es nicht notwendig, Erdgas als zusätzliches HeizmediumIn this way, the CO emissions typically caused by reforming can be significantly reduced. Furthermore, it is not necessary to use natural gas as an additional heating medium.

Zu nutzen.To use.

Figur 2 zeigt eine Anlage gemäß Figur 1, wobei zusätzlich bei diesem Ausführungsbeispiel eine externe Wasserstoffquelle 9 vorgesehen ist. Der Wasserstoff aus der externenFigure 2 shows a system according to Figure 1, wherein in this embodiment an external hydrogen source 9 is additionally provided. The hydrogen from the external

Wasserstoffquelle 9 wird dem wasserstoffreichen Abgasstrom der Druckwechseladsorption 7 zugemischt. Bei der externen Wasserstoffquelle 9 handelt es sich in diesemHydrogen source 9 is added to the hydrogen-rich exhaust gas stream of pressure swing adsorption 7. The external hydrogen source 9 in this case is

Ausführungsbeispiel um mittels Elektrolyse hergestellten Wasserstoff. Auf diese Weise kann die Dimensionierung der Druckwechseladsorption 7 an die vorliegenden Gegebenheiten angepasst werden, sodass der Abgasstrom vollständig als Brenngas genutzt werden kann, ohne, dass die Druckwechseladsorption größer dimensioniert werden muss.This embodiment involves hydrogen produced by electrolysis. In this way, the dimensions of pressure swing adsorption 7 can be adapted to the existing conditions, so that the exhaust gas stream can be used entirely as fuel gas without the pressure swing adsorption having to be dimensioned larger.

Dazu ist eine weitere Leitung 10 vorgesehen durch die Uber eine Mischvorrichtung 11, einFor this purpose, a further line 10 is provided through which a mixing device 11, a

Mischstrom eingestellt werden kann, bei dem ein Verhältnis von 1 zu 0.2 des Abgasstroms derMixed flow can be set, in which a ratio of 1 to 0.2 of the exhaust gas flow of the

Druckwechseladsorption 7 und dem Wasserstoff aus der externen Quelle vorliegt. Sollte diePressure swing adsorption 7 and the hydrogen from the external source. If the

Brennleistung des Abgasstroms der Druckwechseladsorption 7 nicht ausreichen, um eineCombustion power of the exhaust gas stream of pressure swing adsorption 7 is not sufficient to

Befeuerung in einem weiteren Abschnitt des Prozesses zu realisieren, wird gerade so viel externer Wasserstoff hinzugemischt, dass eine vollstandige Verbrennung des Wasserstoffs in dem wasserstoffreichen Abgasstrom ermöglicht wird. 10To realize firing in a further stage of the process, just enough external hydrogen is added to enable complete combustion of the hydrogen in the hydrogen-rich exhaust stream. 10

221671P00LU221671P00LU

Figur 3 zeigt im oberen Bereich eine Anlage zur Herstellung vom Ammoniak. Dabei ist ein LU103255Figure 3 shows the upper section of a plant for the production of ammonia. A LU103255

Front-End 12 zur Herstellung von Synthesegas vorgesehen. Ferner wird das Synthesegas in eine Druckwechseladsorption 7 und anschließend in eine Ammoniaksyntheseeinheit 6. Um die schematische Darstellung ist ein Bilanzraum 13 angeordnet. Für das Betreiben der Anlage wird Wärme benötigt, um beispielsweise Dampf als Heizmedium herzustellen und um genügend Reaktionswärme aufzubringen. Diese Wärme wird unter anderem durch dieFront-end 12 is provided for the production of synthesis gas. Furthermore, the synthesis gas is fed into a pressure swing adsorption unit 7 and then into an ammonia synthesis unit 6. A balance chamber 13 is arranged around the schematic diagram. Heat is required to operate the plant, for example, to produce steam as a heating medium and to generate sufficient reaction heat. This heat is provided, among other things, by the

Nutzung von Brennstoffen erhalten, deren Verbrennung aber häufig auch zu CO,-Emissionen führt.Use of fuels, the combustion of which often also leads to CO2 emissions.

Im oberen Teil der Figur 3 ist eine konventionelle Anlage zur Herstellung von Ammoniak dargestellt. Erdgas 14 wird dem Front-End 12 zugeführt und konvertiert, um ein Synthesegas zu erhalten. Das Synthesegas wird in die Druckwechseladsorption 7 geleitet, wobei einThe upper part of Figure 3 shows a conventional plant for the production of ammonia. Natural gas 14 is fed to the front-end 12 and converted to obtain a synthesis gas. The synthesis gas is fed into the pressure swing adsorption 7, where a

Wasserstoffstrom 15 erhalten wird, der für die Synthese von Ammoniak in derHydrogen stream 15 is obtained, which is used for the synthesis of ammonia in the

Ammoniaksyntheseeinheit 6 verwendet wird. Daneben wird ein wasserstoffreicherAmmonia synthesis unit 6. In addition, a hydrogen-rich

Abgasstrom 16 erhalten, der für die Nutzung als Brenngas im Front-End 12 in Frage kommt.Exhaust gas stream 16 is obtained, which is suitable for use as fuel gas in the front-end 12.

Da der Energiegehalt des wasserstoffreichen Abgasstroms 16 nicht ausreicht, um das Front-Since the energy content of the hydrogen-rich exhaust gas flow 16 is not sufficient to

End zu betreiben beziehungsweise mit ausreichend Wärme zu versorgen, wird zusätzlichEnd or to provide sufficient heat, additionally

Erdgas verfeuert. Bei der Verbrennung von Erdgas entsteht CO,, das über den Bilanzraum an die Umgebung abgegeben wird. In Figur 3 ist lediglich der Teil des CO, eingezeichnet, der tatsächlich über die Bilanzgrenze an die Umgebung abgegeben wird. Insgesamt entsteht mehrNatural gas is burned. The combustion of natural gas produces CO,, which is released into the environment via the balance space. Figure 3 shows only the part of the CO, that is actually released into the environment via the balance boundary. Overall, more

CO,, als emittiert wird. Das CO», das in der CO,-Wäsche abgetrennt beziehungsweise ausgewaschen wird, kann verpresst werden. Es ist dann nicht Teil der Emission.CO2 than is emitted. The CO2 that is separated or scrubbed in the CO2 scrubbing process can be compressed. It is then not part of the emissions.

Im unteren Teil von Figur 3 ist eine Anlage mit einem erfindungsgemäfBen Konzept zurIn the lower part of Figure 3, a system with a concept according to the invention for

Bereitstellung von Synthesegas dargestellt. Die Druckwechseladsorption 7 wird mit zielgerichtet mit einer geringeren Rückgewinnungsrate betrieben, als in der konventionellenThe pressure swing adsorption 7 is operated with a lower recovery rate than in the conventional

Anlage zur Herstellung von Ammoniak. Auf diese Weise erhöht sich der Energiegehalt des wasserstoffreichen Abgasstroms 16, da mehr VVasserstoff im wasserstoffreichen Abgasstrom 16 enthalten ist. Der Energiegehalt reicht in diesem Ausführungsbeispiel aus, um das Front-Plant for the production of ammonia. In this way, the energy content of the hydrogen-rich exhaust stream 16 increases, since more hydrogen is contained in the hydrogen-rich exhaust stream 16. The energy content is sufficient in this embodiment to

End 12 zu betreiben, beziehungsweise um das Front-End 12 mit Wärme zu versorgen. Es ist nicht notwendig, dass zusätzlich Erdgas verbrannt wird. Auf diese Weise, da in erster LinieEnd 12, or to supply heat to Front-End 12. It is not necessary to burn additional natural gas. In this way, since primarily

Wasserstoff verbrannt wird, sinken die CO,-Emissionen stark.When hydrogen is burned, CO2 emissions drop sharply.

Um die geringere Rückgewinnungsrate der Druckwechseladsorption 7 auszugleichen, ist dasTo compensate for the lower recovery rate of pressure swing adsorption 7, the

Front-End in diesem Ausführungsbeispiel etwa 10% größer dimensioniert. Auf diese Weise kann die gleiche Menge an Produkt, also Ammoniak, erhalten werden, wie bei der konventionellen Anlage, wobei gleichzeitig die CO,-Emissionen deutlich reduziert werden. 11In this example, the front end is approximately 10% larger. This allows the same amount of product, i.e., ammonia, to be obtained as in the conventional plant, while simultaneously significantly reducing CO2 emissions. 11

221671P00LU221671P00LU

LU103255LU103255

Bezugszeichenliste 1. Anlage 2 Reformer 3. Kohlenmonoxid (CO) — Konverter 4. Kohlendioxid (CO,)- Wäschereinheit 6. Ammoniaksyntheseeinheit 7. Druckwechseladsorption 8. Leitung 9. Externe Wasserstoffquelle 10. Weitere Leitung 11. Mischvorrichtung 12. Front-End 13. Bilanzraum 14. Erdgas 15. Wasserstoffstrom 16. Wasserstoffreicher Abgasstrom 12List of reference symbols 1. Plant 2 reformer 3. Carbon monoxide (CO) converter 4. Carbon dioxide (CO) scrubber unit 6. Ammonia synthesis unit 7. Pressure swing adsorption 8. Line 9. External hydrogen source 10. Additional line 11. Mixing device 12. Front-end 13. Balance chamber 14. Natural gas 15. Hydrogen stream 16. Hydrogen-rich exhaust stream 12

Claims (16)

221671P00LU Patentansprüche LU103255221671P00LU Patent claims LU103255 1. Verfahren zum Bereitstellen eines Synthesegases zur Herstellung von Ammoniak, wobei entschwefeltes Erdgas mit Dampf und sauerstoffangereicherter Luft oder mit Sauerstoff in einem Reformierungsschritt zu einem Synthesegas umfassend Wasserstoff, CO und CO2 umgewandelt wird, wobei CO2 aus dem Synthesegas in einem Abtrennungsschritt abgetrennt wird, wobei in einer Druckwechseladsorption (7) ein Wasserstoffstrom und ein wasserstoffreicher Abgasstrom gebildet werden, wobei die Druckwechseladsorption in einem Adsorptionszyklus, zur Bereitstellung des Wasserstoffstroms, und einem Regenerationszyklus, zur Bereitstellung des wasserstoffreichen Abgasstroms, betrieben wird, wobei Stickstoff dem Synthesegas in einem Anreicherungsschritt hinzugefügt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Betrieb der Druckwechseladsorption (7) eine Rückgewinnungsrate eingestellt wird, wobei die Rückgewinnungsrate aus dem Verhältnis zwischen der Menge an Wasserstoff des Wasserstoffstroms aus der Druckwechseladsorption (7) und der Menge an Wasserstoff im Synthesegas, das in die Druckwechseladsorption (7) eingeleitet wird, gebildet wird, wobei die Rückgewinnungsrate durch die zeitliche Dauer des Regenerationszyklus beeinflusst wird und wobei die Rückgewinnungsrate derart eingestellt wird, dass der Energiegehalt des wasserstoffreichen Abgasstroms ausreicht, damit der wasserstoffreiche Abgasstrom als Brenngas in einem Brenner, durch den Wärme in einen Prozessschritt des Verfahrens eingebracht werden kann, eingesetzt werden kann.1. A process for providing a synthesis gas for producing ammonia, wherein desulfurized natural gas is converted with steam and oxygen-enriched air or with oxygen in a reforming step to a synthesis gas comprising hydrogen, CO and CO2, wherein CO2 is separated from the synthesis gas in a separation step, wherein a hydrogen stream and a hydrogen-rich exhaust gas stream are formed in a pressure swing adsorption (7), wherein the pressure swing adsorption is operated in an adsorption cycle for providing the hydrogen stream and a regeneration cycle for providing the hydrogen-rich exhaust gas stream, wherein nitrogen is added to the synthesis gas in an enrichment step, characterized in that during the operation of the pressure swing adsorption (7) a recovery rate is set, wherein the recovery rate is formed from the ratio between the amount of hydrogen in the hydrogen stream from the pressure swing adsorption (7) and the amount of hydrogen in the synthesis gas that is introduced into the pressure swing adsorption (7), wherein the recovery rate is determined by the duration of the Regeneration cycle is influenced and wherein the recovery rate is adjusted such that the energy content of the hydrogen-rich exhaust gas stream is sufficient for the hydrogen-rich exhaust gas stream to be used as fuel gas in a burner through which heat can be introduced into a process step of the process. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückgewinnungsrate im Bereich zwischen 75% und 85% eingestellt ist, vorzugsweise zwischen 78% und 82%, besonders bevorzugt zwischen 79,5% und 80,5% eingestellt ist.2. The method according to claim 1, characterized in that a recovery rate is set in the range between 75% and 85%, preferably between 78% and 82%, particularly preferably between 79.5% and 80.5%. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Gases im Synthesegasstrom, der im Reformierungsschritt erhalten wird, in Abhängigkeit der Rückgewinnungsrate verändert wird, insbesondere, dass die Menge des Gases im Synthesegasstrom, der im Reformierungsschritt erhalten wird, vergrößert wird, wenn die Rückgewinnungsrate reduziert wird.3. A process according to claim 1 or 2, characterized in that the amount of gas in the synthesis gas stream obtained in the reforming step is varied as a function of the recovery rate, in particular that the amount of gas in the synthesis gas stream obtained in the reforming step is increased when the recovery rate is reduced. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine eine Kamintemperatur und/oder eine Temperatur der aufgeheizten Medien gemessen wird und 14. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that a chimney temperature and/or a temperature of the heated media is measured and 1 221671P00LU dass eine Anpassung der Rückgewinnungsrate erfolgt, wenn die Temperatur eine LU103255 vorgegebene Temperatur überschreitet oder unterschreitet.221671P00LU that the recovery rate is adjusted when the temperature exceeds or falls below a LU103255 specified temperature. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reformierungsschritt ein Reformer (2) umfassend einen Dampfreformer mit oder ohne Sekundärreformer und/oder ein autothermer Reformer verwendet werden und dass der wasserstoffreiche Abgasstrom zumindest teilweise als Brenngas für den Reformierungsschritt verwendet wird.5. Process according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the reforming step a reformer (2) comprising a steam reformer with or without a secondary reformer and/or an autothermal reformer is used and that the hydrogen-rich exhaust gas stream is used at least partially as fuel gas for the reforming step. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserstoff aus einer externen Wasserstoffquelle (9) dem wasserstoffreichen Abgasstrom der Druckwechseladsorption (7) zugemischt wird.6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that hydrogen from an external hydrogen source (9) is added to the hydrogen-rich exhaust gas stream of the pressure swing adsorption (7). 7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischstrom in einem Verhältnis von 1 zu 0.2 des Abgasstroms der Druckwechseladsorption (7) und dem Wasserstoff aus der externen Wasserstoffquelle (9) eingestellt wird.7. The method according to claim 3, characterized in that the mixed stream is set in a ratio of 1 to 0.2 of the exhaust gas stream of the pressure swing adsorption (7) and the hydrogen from the external hydrogen source (9). 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserstoffreiche Abgasstrom der Druckwechseladsorption (7) vollständig als Brenngas für einen Prozessschritt des Verfahrens bereitgestellt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the hydrogen-rich exhaust gas stream of the pressure swing adsorption (7) is provided entirely as fuel gas for a process step of the method. 9. Anlage (1) zur Herstellung eines Synthesegases zur Herstellung von Ammoniak, mindestens umfassend:9. Plant (1) for the production of a synthesis gas for the production of ammonia, comprising at least: a.) einen Reformer (2);a.) a reformer (2); b.) einen Kohlenmonoxid (CO) — Konverter (3);b.) a carbon monoxide (CO) converter (3); c.) eine Kohlendioxid (CO,)- Wäschereinheit (4) mit Regeneration;c.) a carbon dioxide (CO,) scrubber unit (4) with regeneration; d.) eine Druckwechseladsorption (7) zum Bereitstellen von Wasserstoff und einem wasserstoffreichen Abgasstrom, wobei die Druckwechseladsorption in einem Adsorptionszyklus, zur Bereitstellung des Wasserstoffstroms, und einem Regenerationszyklus, zur Bereitstellung des wasserstoffreichen Abgasstroms, betreibbar ist wobei mindestens eine Leitung (8) vorgesehen ist, durch die der wasserstoffreiche Abgasstrom der Druckwechseladsorption (7) als Brenngas für einen Brenner in einen Abschnitt der Anlage leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Betrieb der Druckwechseladsorption eine Rückgewinnungsrate einstellbar ist, wobei die Rückgewinnungsrate aus dem Verhältnis zwischen der Menge an Wasserstoff des Wasserstoffstroms aus der Druckwechseladsorption (7) und der Menge 2d.) a pressure swing adsorption (7) for providing hydrogen and a hydrogen-rich exhaust gas stream, wherein the pressure swing adsorption is operable in an adsorption cycle for providing the hydrogen stream and a regeneration cycle for providing the hydrogen-rich exhaust gas stream, wherein at least one line (8) is provided through which the hydrogen-rich exhaust gas stream of the pressure swing adsorption (7) can be conducted as fuel gas for a burner into a section of the plant, characterized in that during operation of the pressure swing adsorption a recovery rate is adjustable, wherein the recovery rate is determined from the ratio between the amount of hydrogen in the hydrogen stream from the pressure swing adsorption (7) and the amount 2 221671P00LU an Wasserstoff im Synthesegas, das in die Druckwechseladsorption (7) eingeleitet wird, LU103255 gebildet ist, wobei die Rückgewinnungsrate durch die zeitliche Dauer des Regenerationszyklus beeinflussbar ist und wobei die Rückgewinnungsrate derart einstellbar ist, dass der Energiegehalt des wasserstoffreichen Abgasstroms einstellbar ist, vorzugsweise erhöht werden kann.221671P00LU of hydrogen in the synthesis gas which is introduced into the pressure swing adsorption (7), LU103255, wherein the recovery rate can be influenced by the duration of the regeneration cycle and wherein the recovery rate is adjustable such that the energy content of the hydrogen-rich exhaust gas stream can be adjusted, preferably increased. 10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückgewinnungsrate im Bereich zwischen 75% und 85% eingestellt wird, vorzugsweise zwischen 78% und 82%, besonders bevorzugt zwischen 79,5% und 80,5% eingestellt ist.10. Plant according to claim 9, characterized in that a recovery rate is set in the range between 75% and 85%, preferably between 78% and 82%, particularly preferably between 79.5% and 80.5%. 11. Anlage (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer (2) einen Dampfreformer mit oder ohne Sekundärreformer und/oder einen autothermer Reformer umfasst.11. Plant (1) according to claim 9 or 10, characterized in that the reformer (2) comprises a steam reformer with or without a secondary reformer and/or an autothermal reformer. 12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer größer dimensioniert ist, als bei einer Rückgewinnungsrate im Bereich von 85% bis 95% notwendig ist, um eine vorgegebene Produktionsmenge von Ammoniak herzustellen, vorzugsweise etwa 10% größer dimensioniert.12. Plant according to claim 11, characterized in that the reformer is dimensioned larger than is necessary for a recovery rate in the range of 85% to 95% in order to produce a given production quantity of ammonia, preferably dimensioned about 10% larger. 13. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturmessvorrichtung zur Messung einer Kamintemperatur und/oder einer Temperatur der aufgeheizten Medien vorgesehen ist.13. System according to one of claims 9 to 12, characterized in that a temperature measuring device is provided for measuring a chimney temperature and/or a temperature of the heated media. 14. Anlage (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine externe Wasserstoffquelle (9) umfasst ist und dass eine weitere Leitung (10) vorgesehen ist, durch die externer Wasserstoff der externen Wasserstoffquelle (9) mit dem Abgasstrom der Druckwechseladsorption (7) mischbar ist.14. Plant (1) according to one of claims 9 to 13, characterized in that an external hydrogen source (9) is included and that a further line (10) is provided through which external hydrogen of the external hydrogen source (9) can be mixed with the exhaust gas stream of the pressure swing adsorption (7). 15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischvorrichtung (11) vorgesehen ist, durch die ein Verhältnis von 1 zu 0.2 des Abgasstroms der Druckwechseladsorption (7) und dem Wasserstoff aus der externen Wasserstoffquelle (9) einstellbar ist.15. Plant according to claim 14, characterized in that a mixing device (11) is provided by which a ratio of 1 to 0.2 of the exhaust gas flow of the pressure swing adsorption (7) and the hydrogen from the external hydrogen source (9) can be set. 16. Anlage (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anlage (1) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführbar ist. 316. Plant (1) according to one of claims 9 to 15, characterized in that a method according to one of claims 1 to 6 can be carried out by the plant (1). 3
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ANDREAS JESSPETER WASSERSCHEID: "Chemical Technology, An Integrated Textbook", 2013, WILEY-VCH, pages: 536 - 539

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