-
Gebiet der Anmeldung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Prozess zur Herstellung
von Synthesegas zur Gewinnung von Verbindungen wie Ammoniak und Methanol.
-
Die
Erfindung betrifft insbesondere einen Prozess nach Anspruch 1 zur
Herstellung von Synthesegas.
-
Überall in
dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen findet ein Gemisch aus
Methan, Erdgas, Schwerbenzin bzw. Naphtha, Flüssiggas (GPL = liquefied petroleum
gas) oder Raffineriegas Anwendung.
-
Wie
man weiß,
besteht auf dem Gebiet der Synthesegaserzeugung ein immer stärkerer Bedarf dahingehend,
Prozesse zu realisieren, die leicht auszuführen sind und mit denen sich
immer größere Produktionskapazitäten erzielen
lassen, und zwar mit geringen Betriebs- und Investitionskosten sowie niedrigem
Energieverbrauch.
-
Stand der
Technik
-
Um
solche Anforderungen zu erfüllen,
haben Prozesse zur Herstellung von Synthesegas eine breite Anwendung
gefunden, bei denen ein Strom, der Kohlenwasserstoffe enthält, und
ein Gasstrom, der Dampf enthält,
zuerst in einen primären
Reformierabschnitt und dann – zusammen
mit einem Gasstrom, der Sauerstoff und evtl. Stickstoff enthält – in einen sekundären Reformierabschnitt
befördert
werden. Dadurch erhält
man eine an CO, CO2, H2 und
evtl. N2 reiche Gasphase, die wiederum in
Behandlungsabschnitte wie z.B. bei hoher bzw. niedriger Temperatur arbeitende
Kohlenmonoxid-Umwandlungsabschnitte befördert werden. Je nach der Art
des herzustellenden Synthesegases können die Behandlungsabschnitte
variieren.
-
Um
die Umwandlungsausbeute von Kohlenwasserstoffen zu verbessern und
den Energieverbrauch zu verringern, werden zur Herstellung von Synthesegas
auf diesem Gebiet Prozesse eingesetzt, bei denen die Umwandlungsreaktion
im sekundären
Reformierabschnitt im Beisein eines Katalysators abläuft.
-
Die
zur Ausführung
solcher Prozesse gedachten Sekundärreformer werden im Allgemeinen als
autothermische Reformer bezeichnet, da es bei ihnen nicht erforderlich
ist, für
ihren Betrieb Wärme von
außen
zuzuführen.
-
Obwohl
sie unter gewissen Aspekten vorteilhaft sind, zeigen die oben beschriebenen
Prozesse eine Reihe von Nachteilen. An erster Stelle steht die Tatsache,
dass sie wenig flexibel und auch nicht in der Lage sind, sich effektiv
an Schwankungen bezüglich
der Betriebsbedingungen anzupassen, insbesondere wenn erhebliche
Steigerungen der Menge des zu erzeugenden Synthesegases gefordert
werden.
-
Tatsächlich sind
der primäre
und sekundäre Reformierabschnitt,
die für
die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen verantwortlich sind, nicht
dazu in der Lage, an einem von der auslegungsgemäßen Kapazität entfernten Betriebspunkt
entsprechend zu arbeiten.
-
Um
die Synthesegas erzeugenden Anlagen, die gemäß den zuvor beschriebenen Prozessen
arbeiten, an die auf diesem Gebiet mehr und mehr geforderten Kapazitätserhöhungen anzupassen,
sind daher einschneidende Eingriffe bezüglich des Nachrüstens und
nicht zuletzt auch bezüglich
des Ersetzens der Reformierabschnitte an sich durch Abschnitte mit
erhöhter
Kapazität
notwendig, was mit sehr hohen Investitionskosten einhergeht.
-
Darüber hinaus
ist es wichtig, festzustellen, dass das Vorhandensein eines primären Reformierabschnitts
eine von außen
kommende Zufuhr hoher Wärmemengen
erforderlich macht, was sich auf den zur Ausführung solcher Prozesse notwendigen
Gesamtenergieverbrauch negativ auswirkt.
-
Wegen
dieser Nachteile erfordert die Umsetzung von Synthesegas produzierenden
Prozessen gemäß der Stand
der Technik heutzutage hohe Investitionen und einen hohen Energieverbrauch,
was die Kosten für
Grundchemikalien wie Wasserstoff und Kohlenmonoxid merklich in die
Höhe treibt,
obwohl nach diesen Erzeugnissen ein immer größer werdender Bedarf besteht.
-
In
EP-A-0522744 ist ein Prozess zur Ammoniaksynthese offenbart, bei
dem eine primäre
und sekundäre
Reformierung parallel zu einer Vorreformierung und einer autothermischen
Reformierung abläuft.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Das
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin,
einen Prozess zur Herstellung von Synthesegas bereitzustellen, der
bei niedrigen Betriebs- und Investitionskosten sowie mit geringem
Energieverbrauch einfach auszuführen
ist und die Erzielung hoher Produktionskapazitäten ermöglicht.
-
Das
oben genannte Problem wird gemäß der Erfindung
durch den Prozess nach Anspruch 1 gelöst.
-
Durch
diese Beschreibung und die beigefügten Ansprüche hindurch wird der Begriff „autothermischer
Reformierabschnitt" dazu
verwendet, einen Reformierabschnitt anzugeben, in dem Kohlenwasserstoffe,
Dampf und Sauerstoff vorzugsweise im Beisein eines Katalysators
zur Reaktion gebracht werden, ohne dass von außen Wärme zugeführt wird. Bei der Herstellung
von Synthesegas für
Ammoniak oder Methanol werden Abschnitte dieser Art allgemein als
sekundäre
Reformierabschnitte bezeichnet.
-
Vorteilhafterweise
ist es dank des Schrittes, bei dem ein zweiter Strom aus Kohlenwasserstoffen in
einem autothermischen Reformierabschnitt zur Reaktion gebracht wird,
möglich,
sogar mit beträchtlichen
Kapazitätsschwankungen
der Anlage, mit der der erfindungsgemäße Prozess ausgeführt wird, leicht
und effektiv fertig zu werden.
-
Und
zwar läuft
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Reformierreaktion von Kohlenwasserstoffen in zwei
Stufen ab, die parallel zueinander vorgesehen sind, wobei erstere
einen primären
Reformierabschnitt und einen sekundären Reformierabschnitt umfasst,
und letztere einen autothermischen Reformierabschnitt aufweist.
-
Auf
diese Weise ist es möglich,
die gewünschte
Gesamtproduktion von Synthesegas auf die beiden Reformierstufen
aufzuteilen, deren Leistungsvermögen
deshalb von Zeit zu Zeit und unabhängig entsprechend dem bestimmten
Bedarf jeweils variiert werden kann, ohne den übrigen Prozess negativ zu beeinflussen.
-
Insbesondere
gestattet es die Belastungsaufteilung auf die parallel zueinander
angeordneten Reformierabschnitte unter anderem, den Energieverbrauch
zu optimieren, die Erzeugung von Synthesegas im autothermischen
Reformierabschnitt zu maximieren und gleichzeitig die Einspeisemenge
in den primären
Reformer zu minimieren.
-
Anders
ausgedrückt
gestattet es der vorliegende Prozess bei gleicher Produktionskapazität von Synthesegas,
die Kohlenwasserstoffe und den Dampf auf die beiden parallel angeordneten
Reformierstufen in geeigneter Weise aufzuteilen. Deshalb ist der
Gesamtenergieverbrauch niedriger als im Stand der Technik.
-
Vorteilhafterweise
werden die Gasströme, die
CO, CO2, H2 und
evtl. N2 enthalten und im sekundären Reformierabschnitt
bzw. im autothermischen Reformierabschnitt gewonnen werden, in ein
und denselben Kohlenmonoxid-Umwandlungsabschnitt eingespeist, wobei
auf diese Weise nur eine Betriebsanlagenleitung genutzt wird, um
die nachfolgenden Schritte zur Herstellung des Synthesegases auszuführen.
-
Ein
weiterer Vorteil, der sich aus dem erfindungsgemäßen Prozess ergibt, besteht
darin, dass es – mit
der Möglichkeit,
separate Ströme
von Kohlenwasserstoffen unabhängig
voneinander in Reformierstufen einzuleiten – vorteilhafter Weise möglich ist,
zur Herstellung von Synthesegas in den verschiedenen Reformierstufen
verschieden geartete Kohlenwasserstoffe zu verwenden, womit der
Prozess an die bestehenden natürlichen
Ressourcen sowie an alle nur denkbaren Anforderungen angepasst wird.
-
Um
ein Synthesegas zur Herstellung von Ammoniak mit einem hohen molaren
Verhältnis
von CO2/H2 zu gewinnen,
besteht der zweite, Sauerstoff enthaltende Gasstrom, der in den
autothermischen Reformierabschnitt eingeleitet wird, aus mit Sauerstoff
angereicherter Luft.
-
Überall in
dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird der Begriff „mit Sauerstoff angereicherte
Luft" dazu verwendet,
Luft mit einem molaren Sauerstoffgehalt anzugeben, der über 21% liegt,
beispielsweise zwischen 22% und 80%.
-
Dieses
Merkmal ist besonders vorteilhaft für eine sich anschließende Harnstoffsynthese,
da es die Erreichung – in
effektiver und kostengünstiger
Art und Weise – eines
stöchiometrischen
Verhältnisses von
CO2/NH3 ermöglicht,
und damit die Steigerung der Umwandlungsausbeute von eingespeistem
Kohlenstoff zu CO2 und somit zu Harnstoff.
-
Die
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden
Beschreibung einer Ausführungsform
davon, die mittels eines nicht einschränkenden Beispiels mit Bezug
auf die beigefügte
Zeichnung erfolgt.
-
Kurze Beschreibung
der Figur
-
1 zeigt
ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Prozesses zur Herstellung
von Synthesegas, wobei in diesem Falle Ammoniak und Harnstoff die
gewünschten
Produkte sind.
-
Ausführliche Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
-
In 1 ist
ein Blockdiagramm gezeigt, welches die Prozessschritte gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Herstellung von gasförmigen Reaktionspartnern darstellt,
wie etwa H2, N2 und
CO2, wobei: H2 und
N2 für
die Synthese von Ammoniak zu verwenden sind, und CO2 zusammen
mit dem so erzeugten Ammoniak für
die Synthese von Harnstoff verwendet wird.
-
Der
vorliegende Prozess ist insbesondere bei der Erzeugung von gasförmigen Reaktionspartnern,
und zwar nicht nur für
die Synthese von Ammoniak, sondern auch für die Synthese von Methanol angezeigt,
und auch bei verschiedenen organischen Reaktionen, die H2, CO und evtl. N2 und
CO2 benötigen.
-
Mit 10 ist
allgemein ein Blockdiagramm angegeben, in dem die Prozessschritte
zur Herstellung von Ammoniak und Harnstoff dargestellt sind, und
in denen der erfindungsgemäße Prozess
zur Herstellung von Synthesegas mit eingeschlossen ist.
-
Im
Diagramm 10 ist mit den Blöcken 11 bis 18 jeweils
angegeben: ein primärer
Reformierabschnitt (Block 11), ein sekundärer Reformierabschnitt (Block 12),
ein CO-Umwandlungsabschnitt, ein CO2-Separationsabschnitt
(Block 15), ein Reinigungsabschnitt für das Synthesegas (Block 16),
ein Ammoniak-Syntheseabschnitt (Block 17) und ein Harnstoff-Syntheseabschnitt
(Block 18).
-
Entsprechend
der Art des herzustellenden Synthesegases kann der CO-Umwandlungsabschnitt in
einen oder mehrere Teile geteilt sein. Im Beispiel von 1 umfasst
der CO-Umwandlungsabschnitt einen bei hoher Temperatur arbeitenden
CO-Umwandlungsabschnitt (Block 13) und einen bei niedriger
Temperatur arbeitenden CO-Umwandlungsabschnitt (Block 14).
-
Die
Blöcke 19 und 20 geben
vorteilhafter Weise einen (fakultativen) Vorreformierabschnitt (Block 19)
und einen autothermischen Reformierabschnitt (Block 20)
an. Die Blöcke 19 und 20 sind
parallel zu den Blöcken 11 und 12 vorgesehen.
Der Vorreformierabschnitt bildet keinen Teil der beanspruchten Erfindung.
-
Der
autothermische Reformierabschnitt (Block 20) arbeitet mit
geringem Energieverbrauch und kann ein Katalysatorbett enthalten,
um die Reformierreaktion der Kohlenwasserstoffe zu erleichtern.
-
Die
Blöcke 11 bis 18 werden
von einer Strömungsleitung 1 durchquert,
die einen Strom mit einer Zusammensetzung darstellt, die sich mit
Durchlaufen der verschiedenen Reaktionsabschnitte ändert.
-
Insbesondere
enthält
am Einlass des primären
Reformierabschnitts, der durch Block 11 angegeben ist,
die Strömungsleitung 1 einen
ersten, Kohlenwasserstoffe enthaltenden Strom, und einen ersten, Dampf
enthaltenden Gasstrom, der mittels der Strömungsleitung 2 in
die Strömungsleitung 1 eingespeist
wird.
-
Kohlenwasserstoffe,
die in den primären
Reformierabschnitt (Block 11) eintreten, sind vorzugsweise
gasförmig
und liegen z.B. in Form von Erdgas vor.
-
Die
Strömungsleitung 3 gibt
einen ersten, Sauerstoff enthaltenden Gasstrom an, der in den sekundären Reformierabschnitt
(Block 12) eingespeist wird.
-
Mit
Durchlaufen des primären
Reformierabschnitts und des sekundären Reformierabschnitts (Blöcke 11 und 12),
die hintereinander angeordnet sind, kommen die Kohlenwasserstoffe
und der Dampf, der in der Strömungsleitung 1 enthalten
ist – zusammen
mit dem im Strom 3 enthaltenem Sauerstoff- zur Reaktion,
womit eine erste Gasphase gewonnen wird, die CO, CO2 und
H2 enthält.
-
Die
den sekundären
Reformierabschnitt durch die Strömungsleitung 1 verlassende
Gasphase enthält
darüber
hinaus eine entsprechende Menge an Stickstoff (N2),
die für
die nachfolgende Synthese von Ammoniak im Block 17 notwendig
ist.
-
Zu
diesem Zweck enthält
der Gasstrom, der Sauerstoff umfasst und durch die Strömungsleitung 3 in
den Block 12 eingespeist wird, außerdem Stickstoff. Die Strömungsleitung 3 stellt
vorzugsweise einen Luftstrom dar.
-
Entsprechend
der Art der gewünschten
Endsynthese kann die Strömungsleitung 3 zur
Einspeisung von Substanzen unterschiedlicher Art verwendet werden.
-
Das
in der den Block 12 verlassenden Gasphase enthaltene Kohlenmonoxid
wird also durch die bei hoher bzw. niedriger Temperatur arbeitenden Umwandlungsabschnitte
(Blöcke 13 und 14)
in Kohlendioxid umgewandelt, danach im CO2-Separationsabschnitt
(Block 15) getrennt und schließlich als Reaktionspartner
für die
Harnstoffsynthese durch die Strömungsleitung 4 in
den Block 18 eingespeist.
-
Aus
dem Block 15 läuft
die Gasphase, die im Wesentlichen frei von CO und CO2 ist,
durch den Synthesegas-Reinigungsabschnitt (Block 16) und wird
dann – in
Form eines Gasstroms, der im Wesentlichen Wasserstoff und Stickstoff
enthält – in den
Ammoniak-Syntheseabschnitt eingespeist, der mit Block 17 angegeben
ist.
-
Das
den Block 17 verlassende, erzeugte Ammoniak wird dann – immer
durch die Strömungsleitung 1 – in den
Harnstoff-Syntheseabschnitt (Block 18) befördert, wo
es mit dem Kohlendioxid reagiert, das aus dem CO2-Separationsabschnitt
(Block 15) stammt.
-
Daher
enthält
der Strom, der Block 18 verlässt (Strömungsleitung 1), in
erster Linie Harnstoff.
-
Vorteilhafterweise
durchquert eine zweite Strömungsleitung,
die in 1 mit 5 angegeben ist, die Blöcke 19 und 20 des
Diagramms 10.
-
Am
Einlass zum Vorreformierabschnitt (Block 19) enthält die Strömungsleitung 5 einen
zweiten Strom, der Kohlenwasserstoffe enthält, und einen zweiten Gasstrom,
der Dampf enthält,
der mittels der Strömungsleitung 6 in
die Strömungsleitung 5 eingespeist
wird.
-
In
diesen Abschnitt eingespeiste Kohlenwasserstoffe können von
derselben Art sein wie diejenigen, die in die Reformierabschnitte
eingespeist werden, welche mit den Blöcken 11 und 12 angegeben sind,
oder sie können
von anderer Art sein, wie z.B. Schwerbenzin bzw. Naphtha.
-
Mit
Durchlaufen des autothermischen Reformierabschnitts (Block 20)
reagieren die Kohlenwasserstoffe und der Dampf, die in der Strömungsleitung 5 enthalten
sind, wobei eine zweite Gasphase gewonnen wird, die CO, CO2, H2 und N2 enthält,
die sich mit der ersten Gasphase (Strömungsleitung 1) unmittelbar
stromaufwärts
des CO-Umwandlungsabschnitts vereinigt und zusammen mit ihr die
verbleibenden Blöcke
des Diagramms 10 durchläuft,
wie zuvor beschrieben wurde.
-
In
dem in 1 gezeigten Beispiel tritt die Strömungsleitung 5 stromaufwärts des
Hochtemperatur-Umwandlungsabschnitts, der durch Block 13 angegeben
ist, in die Strömungsleitung 1 ein.
Wenn auch nicht dargestellt, ist die Möglichkeit nicht ausgeschlossen,
wenigstens einen Teil der zweiten Gasphase, die aus dem autothermischen
Reformierabschnitt (Block 20) kommt, an eine Stelle stromaufwärts des
Niedertemperatur-CO-Umwandlungsabschnitts
zu befördern,
und zwar zwischen die Blöcke 13 und 14.
-
In
den Block 20 wird durch die Strömungsleitung 7 mit
Sauerstoff angereicherte Luft eingespeist.
-
Dadurch
ist die Menge an CO2, die in der zweiten
Gasphase enthalten ist und daher in den Harnstoff-Syntheseabschnitt
(Block 18) eingespeist werden kann, vorteilhafter Weise
erhöht,
wodurch sich die Umwandlungsausbeute verbessert. Die Steuerung der
Konzentration und der Einspeisemenge des Stroms, der mit Sauerstoff
angereicherte Luft enthält
und in den autothermischen Reformierabschnitt eingespeist wird,
macht es möglich,
CO2 in einer ausreichenden Menge zu gewinnen,
um das gesamte erzeugte Ammoniak zu Harnstoff umzuwandeln, wobei
dies unabhängig
von der Art der Kohlenwasserstoffe geschieht, die in die Blöcke 1 und 5 eingespeist
werden.
-
Darüber hinaus
gestattet es die Verwendung von mit Sauerstoff angereicherter Luft
im vorliegenden Prozess, die Menge an Inertgasen zu reduzieren,
die in den Ammoniak-Syntheseabschnitt (Block 17) befördert wird,
wodurch sich vorteilhafter Weise die Umwandlungsausbeute in diesem
Abschnitt erhöht.
-
Gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, einen Teil des Stroms, der
Einspeisekohlenwasserstoffe enthält,
von der Strömungsleitung 1 zur
Strömungsleitung 5 abzuzweigen,
um in den autothermischen Reformierabschnitt (Block 20)
befördert
zu werden, wie durch die in unterbrochener Linie dargestellte Strömungsleitung 8 angegeben
ist.
-
Auf
diese Weise ist es möglich,
wann immer die maximale Betriebskapazität der den vorliegenden Prozess
ausführenden
Anlage nicht erforderlich ist, den Gesamtenergieverbrauch weiter
zu reduzieren, weil die Belastung am autothermischen Reformierabschnitt
(Block 20) maximiert und die externe Energiezufuhr zum
primären
Reformierabschnitt (Block 11) verringert werden kann.
-
Vorzugsweise
liegt der Anteil des ersten Stroms aus Kohlenwasserstoffen, der
in die Strömungsleitung 5 abgezweigt
wird, insgesamt zwischen 5% und 60%.
-
Alternativ
zweigt gemäß einer
nicht dargestellten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Strömungsleitung 8 von
der Strömungsleitung 1 an
einer Stelle stromabwärts
des Einlasses in die Leitung 1 von der Strömungsleitung 2 ab.
In diesem Fall wird in die Strömungsleitung 5 zusammen
mit einem Teil des ersten, Kohlenwasserstoffe enthaltenden Stroms
auch ein Teil des ersten, Dampf enthaltenden Gasstroms eingespeist.
-
Allgemein
gesprochen gestattet es die sehr hohe Flexibilität des erfindungsgemäßen Prozesses je
nach den Strömungsraten
und der zu erzeugenden Menge an Synthesegas, die Belastung am primären Reformierabschnitt
zu verringern, mit einem entsprechenden Vorteil bezüglich des
Energieverbrauchs.
-
In
dieser Hinsicht wurden unter Minimierung der in den primären Reformierabschnitt
eingespeisten Menge an Kohlenwasserstoffen besonders zufriedenstellende
Ergebnisse erzielt, wobei gleichzeitig die Menge von Kohlenwasserstoffen
maximiert ist, die in den autothermischen Reformierabschnitt zu befördern ist.
-
Die
Betriebsbedingungen der durch die Blöcke 11 bis 20 angegebenen
Abschnitte, sowie das Wesen der darin auftretenden chemischen Reaktionen
sind von herkömmlicher
Art und werden von daher nicht weiter beschrieben, da sie dem Fachmann bekannt
sind.
-
Gemäß dem der
vorliegenden Erfindung entsprechend ausgelegten Prozess zur Herstellung
von Synthesegas werden ein erster, Kohlenwasserstoffe enthaltender
Strom, und ein erster, Dampf enthaltender Gasstrom (Strömungsleitung 1 und 2)
in einen primären
Reformierabschnitt (Block 11) eingespeist, während ein
erster Gasstrom, der Sauerstoff und evtl. Stickstoff (Strömungsleitung 3)
enthält,
in einen sekundären
Reformierabschnitt (Block 12) eingespeist wird. Die Kohlenwasserstoffe
und der Dampf werden im primären
Reformierabschnitt zur Reaktion gebracht und dann – zusammen
mit Sauerstoff – im sekundären Reformierabschnitt,
wobei eine erste Gasphase gewonnen wird, die CO, CO2,
H2 und evtl. N2 enthält. Die
so gewonnene Gasphase wird dann in einen Kohlenmonoxid-Umwandlungsabschnitt
eingespeist.
-
Vorteilhafterweise
werden gemäß den weiteren
Schritten des vorliegenden Prozesses ein zweiter, Kohlenwasserstoffe
enthaltender Strom, ein zwei ter, Dampf enthaltender Gasstrom, und
ein zweiter Gasstrom, der aus mit Sauerstoff angereicherter Luft
besteht (Strömungsleitungen 5 bis 7)
in einen autothermischen Reformierabschnitt (Block 20)
eingespeist, der zu dem primären
und sekundären
Reformierabschnitt parallel angeordnet ist. Die Kohlenwasserstoffe,
der Dampf und der Sauerstoff werden im autothermischen Reformierabschnitt
zur Reaktion gebracht, wobei eine zweite Gasphase gewonnen wird,
die CO, CO2, H2 und
N2 enthält,
die wiederum (Strömungsleitung 5)
in den Kohlenmonoxid-Umwandlungsabschnitt befördert wird.
-
Gemäß einer
weiteren alternaiven Ausführungsform
sieht der vorliegende Prozess darüber hinaus den Schritt vor,
einen Teil des ersten, Kohlenwasserstoffe enthaltenden Stroms in
den autothermischen Reformierabschnitt einzuspeisen (Strömungsleitung 8).
-
Die
gemäß der vorliegenden
Erfindung konzipierte Anlage zur Herstellung von Synthesegas umfasst
die Abschnitte, die durch die Blöcke 11 bis 20 von 1 angegeben
sind.
-
Am
Einlass und zwischen den einzelnen Abschnitten, aus denen sich die
zuvor erwähnte
Anlage zusammensetzt, sind jeweils geeignete Einspeise- und Verbindungseinrichtungen
vorgesehen. Diese Einrichtungen sind von bekannter Art und liegen
z.B. in Form von Rohren, Leitungen oder dgl. vor, wie sie schematisch
durch die Strömungsleitungen 1 bis 8 von 1 dargestellt
sind. Herkömmliche
Wärmetauscher – in 1 nicht
dargestellt – können in
der Anlage auch vorgesehen sein.
-
Nun
wird das Nachrüsten
von bereits bestehenden Anlagen zur Herstellung von Synthesegas beschrieben.
-
In
dieser Hinsicht ist ein Verfahren zur Nachrüstung einer Anlage zur Herstellung
von Synthesegas der Bauart bereitgestellt, die einen primären Reformierabschnitt,
einen sekundären
Reformierabschnitt und einen Kohlenmonoxid-Umwandlungsabschnitt
(Blöcke 11 bis 14)
aufweist, die hintereinander geschaltet sind, wobei das Verfahren
vorteilhafter Weise die Schritte umfasst, einen autothermischen Reformierabschnitt
(Block 20) parallel zu den bestehenden Reformierabschnitten
vorzusehen, und geeignete Einrichtungen vorzusehen, um einen zweiten,
Kohlenwasserstoffe enthaltenden Strom, einen zweiten, Dampf enthaltenden
Gasstrom, und einen zweiten Gasstrom, der Sauerstoff und evtl. Stickstoff enthält, jeweils
in den autothermischen Reformierabschnitt einzuspeisen, sowie auch
Verbindungseinrichtungen zwischen dem autothermischen Reformierabschnitt
und dem Kohlenmonoxid-Umwandlungsabschnitt (Strömungsleitungen 5 bis 7)
vorzusehen.
-
Dank
des vorliegenden Verfahrens zum Nachrüsten ist es möglich, die
Produktionskapazität einer
bestehenden Anlage deutlich anzuheben, z.B. um 20% bis 70%, ohne
die Reformierabschnitte zu überlasten
und vor allem unter Beibehaltung eines niedrigen Energieverbrauchs
und geringer Betriebskosten, wenn diese nicht sogar reduziert werden
können.
-
Darüber hinaus
erhält
die Anlage, sobald sie einmal nachgerüstet ist, eine höhere Flexibilität, und ist
in der Lage, mit jeder Art von Kohlenwasserstoff und unter wie auch
immer gearteten Betriebsbedingungen entsprechend arbeiten zu können.
-
Insbesondere
ist es möglich,
die Belastungen auf die parallel angeordneten Reformierstufen aufzuteilen,
wobei man auf diesem Weg die primäre Reformierumwandlung minimiert
und dementsprechend den Energieverbrauch optimiert.
-
Es
ist wichtig, festzustellen, dass es – vorteilhafter Weise – bei dem
Verfahren zum Nachrüsten nicht
erforderlich ist, die bestehenden Reformierabschnitte zu erweitern
oder zu ersetzen.
-
Darüber hinaus
sind auch die stromabwärts befindlichen
Abschnitte zur Behandlung des erzeugten Synthesegases keinen besonderen Überlastungen
unterworfen, und benötigen,
wenn überhaupt, nur
marginale und kostengünstige
Eingriffe. Es wäre festzuhalten,
dass ein eventueller Austausch oder eine umfassende Modifikation
solcher Abschnitte in jedem Fall viel geringere Kosten mit sich
bringen als die Modifikation eines oder sogar zweier Reformierabschnitte.
-
Der
zweite Gasstrom, der Sauerstoff enthält (Strömungsleitung 7) und
in den autothermischen Reformierabschnitt (Block 20) eingespeist
wird, besteht aus mit Sauerstoff angereicherter Luft. Wenn man so
verfährt,
ist es in vorteilhafter Weise möglich, die
erzeugte Menge an CO2 zu erhöhen, z.B.
bis das stöchiometrische
Verhältnis
von CO2/NH3 für die Harnstoffsynthese
erreicht ist, und zwar unabhängig von
der Art von eingespeistem Kohlenwasserstoff.
-
Um
den Energieverbrauch noch weiter zu reduzieren, ist bei dem gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgelegten Verfahren zum Nachrüsten vorteilhafter Weise der
Schritt vorgesehen, Einrichtungen bereitzustellen, um einen Teil
des ersten, Kohlenwasserstoffe enthaltenden Stroms in den autothermischen
Reformierabschnitt (Strömungsleitung 8)
einzuspeisen.
-
Alternativ
wird zusammen mit dem Teil des Stroms, der Kohlenwasserstoffe enthält, auch
ein Teil des Gasstroms, der Dampf enthält, in die Strömungsleitung 5 befördert. In
diesem Fall werden die Kohlenwasserstoffe und der Dampf, die in
den autothermischen Reformierabschnitt zu befördern sind, aus der Strömungsleitung 1 vorzugsweise
in einem Zustand entnommen, in dem sie bereits in geeigneter Weise vermischt
und auch vorgewärmt
sind. Dabei ist es möglich,
die jeweiligen Gerätschaften
zum Mischen und Vorheizen der Reaktionspartner, die in den autothermischen
Reformierabschnitt zu befördern
sind, zu verkleinern, wenn nicht gar zu eliminieren, woraus sich
Einsparungen hinsichtlich Energie- und Investitionskosten ergeben.
-
Referenzbeispiel
-
Im
folgenden Beispiel werden die Vorteile aufgezeigt, die sich aus
dem Verfahren zum Nachrüsten
ergeben.
-
Insbesondere
wird der Energieverbrauch erörtert,
der sich auf eine Kapazitätssteigerung
von 50% einer bestehenden Anlage zur Herstellung von Synthesegas
zur Gewinnung von Ammoniak ergibt.
-
Die
Ergebnisse des vorliegenden Beispiels wurden mittels üblicherweise
verfügbarer
Berechnungsalgorithmen erhalten.
-
Die
bestehende Anlage ist von der Bauart, die mit Bezug auf 1,
Blöcke 11-17,
gezeigt und beschrieben wurde und war dazu ausgelegt, bei einer mittleren
Produktionskapazität
von 1000 MTD Ammoniak zu arbeiten. Der Gesamtenergieverbrauch liegt
normalerweise bei 8300 kcal/MT Ammoniak.
-
Als
Ausgangsstoff für
Kohlenwasserstoffe wird Erdgas verwendet, und der Gasstrom, der
Sauerstoff enthält
und in den sekundären
Reformierabschnitten eingespeist wird, besteht aus Luft.
-
Der
primäre
und sekundäre
Reformierabschnitt der bestehenden Anlage waren nicht für eine Kapazitätssteigerung
von 50% ausgelegt, sondern können
im Gegenteil höchstens
mit Produktionsspitzen fertig werden, die den Mittelwert um nicht
mehr als 10 bis 15% übersteigen.
-
Nach
dem gemäß der vorliegenden
Erfindung konzipierten Verfahren zum Nachrüsten wird die Kapazitätssteigerung
einer solchen Anlage um 50% für
eine Gesamtproduktion von 1500 MTD Ammoniak erhalten, indem ein
geeignet dimensionierter autothermischer Reformierabschnitt parallel
angesetzt wird, der mit Luft, Dampf, Naphtha und einem Teil des
Erdgasstroms gespeist wird, die aus der bestehenden Anlage stammen
(siehe 1, Bezugszahlen 5 bis 8, 20).
-
Die
Belastung wird vorteilhafter Weise so aufgeteilt, dass 60% der Gesamtproduktion
im bestehenden Reformierschritt ablaufen (900 MTD) und die restlichen
40% im autothermischen Reformierabschnitt (600 MTD).
-
Dank
des vorliegenden Verfahrens zum Nachrüsten wurde überraschender Weise festgestellt,
dass – trotz
einer Kapazitätssteigerung
von 50% – der
Gesamtenergieverbrauch sogar um 2 bis 3% mit Bezug auf die bestehende
Anlage gesunken ist und etwa 8100 kcal/MT Ammoniak entspricht.
-
Im
Vergleich zu einer Nachrüstung,
die gemäß dem Stand
der Technik ausgeführt
wird, bei der das Ersetzen des bestehenden primären und sekundären Reformierabschnitts
durch neue Reformierabschnitte mit einer um 50% gesteigerten Kapazität vorgesehen
ist, ist das gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgelegte Verfahren zum Nachrüsten sowohl bezüglich des
geringeren Energieverbrauchs als auch insbesondere bezüglich der
niedrigeren Investitionskosten extrem vorteilhaft.
-
Schließlich ist
es betonenswert, dass angesichts der Tatsache, dass der autothermische
Reformierabschnitt parallel zu den bestehenden Abschnitten aufgebaut
werden kann, zur Ausführung
des vorliegenden Verfahrens keine langen Stillstandzeiten der bestehenden
Anlage erforderlich sind. So kann die bestehende Anlage arbeiten,
bis die Verbindung zwischen dem zusätzlichen Abschnitt und dem
Kohlenmonoxid-Umwandlungsabschnitt hergestellt wird.
-
Dagegen
muss gemäß dem Stand
der Technik die Anlage für
einen längeren
Zeitraum abgeschaltet werden, um das Nachrüsten oder Austauschen der Reformierabschnitte
zu gestatten, woraus sich beträchtliche
Produktionseinbußen
ergeben.
-
Aus
dem oben Gesagten ergeben sich deutlich die zahlreichen Vorteile,
die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden; insbesondere
kann ein extrem flexibler Prozess zur Herstellung von Synthesegas
erzielt werden, der leicht auszuführen ist und die Erzielung
von hohen Produktionskapazitäten
bei geringen Betriebs- und Investitionskosten und auch niedrigen
Energieverbrauch ermöglicht.