NL8402091A - Reduced energy consumption ammonia synthesis - where synthesis gas mixt. is produced by partial oxidn. followed by removal of carbon oxide(s) and water from gaseous effluent - Google Patents
Reduced energy consumption ammonia synthesis - where synthesis gas mixt. is produced by partial oxidn. followed by removal of carbon oxide(s) and water from gaseous effluent Download PDFInfo
- Publication number
- NL8402091A NL8402091A NL8402091A NL8402091A NL8402091A NL 8402091 A NL8402091 A NL 8402091A NL 8402091 A NL8402091 A NL 8402091A NL 8402091 A NL8402091 A NL 8402091A NL 8402091 A NL8402091 A NL 8402091A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- reaction zone
- oxygen
- ammonia
- hydrocarbon
- nitrogen
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
^ WdW/WP/mjh. 1 r STAMICARBON B-V· (licensing subsidiary of DSM)^ WdW / WP / mjh. 1 r STAMICARBON B-V (licensing subsidiary of DSM)
Uitvinder: Hans C. de Lathouder te Geleen.Inventor: Hans C. de Lathouder in Geleen.
-1- PN 3562-1- PN 3562
WERKWIJZE VOOR DB BEREIDING VAN AMMONIAKMETHOD FOR DB PREPARATION OF AMMONIA
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van ammoniak, waarbij wordt uitgegaan van een lagere koolwaterstof of een mengsel van lagere koolwaterstoffen, stikstof, zuurstof en stoom, waarbij de koolwaterof(fen) in aanwezigheid van een kataly-5 sator in een eerste reactiezone bij verhoogde temperatuur en druk althans gedeeltelijk worden omgezet in voornamelijk koolstofoxiden en * waterstof en waarbij het uit de eerste reactiezone afkomstige gasmengsel in een voor de ammoniak synthese geschikte samenstelling en op een daarvoor geschikte druk wordt gebracht en in een tweede reac-10 tiezone althans gedeeltelijk in ammoniak wordt omgezet.The invention relates to a process for the preparation of ammonia, starting from a lower hydrocarbon or a mixture of lower hydrocarbons, nitrogen, oxygen and steam, wherein the hydrocarbon (s) in the presence of a catalyst in a first reaction zone at elevated temperature and pressure are at least partially converted into mainly carbon oxides and hydrogen and wherein the gas mixture originating from the first reaction zone is brought into a composition suitable for the ammonia synthesis and at a suitable pressure and at least in a second reaction zone partially converted to ammonia.
Bij de bereiding van ammoniak is het op de eerste plaats noodzakelijk om op een efficiënte wijze waterstof op een technische schaal te bereiden. Een bekende werkwijze voor de bereiding van waterstof is het katalytisch reformen van een lagere koolwaterstof 15 zoals b.v. aardgas, of een soortgelijke lichte koolwaterstoffen, in aanwezigheid van stoom en een geschikte katalysator.In the preparation of ammonia, it is primarily necessary to efficiently prepare hydrogen on a technical scale. A known process for the preparation of hydrogen is catalytic reforming of a lower hydrocarbon, such as e.g. natural gas, or similar light hydrocarbons, in the presence of steam and a suitable catalyst.
Als de toegepaste katalysator gevoelig is voor verontreinigingen in de koolwaterstof dient deze eerst daarvan te worden ontdaan.If the catalyst used is sensitive to impurities in the hydrocarbon, it must first be removed.
Het gezuiverde uitgangsmateriaal wordt gemengd met 2-4 molen waterdamp 20 per mol koolstof in de koolwaterstof en daarna bij verhoogde druk en temperatuur over een katalysator geleid, waarbij een mengsel ontstaat dat in hoofdzaak waterstof, koolstofoxiden, resten van de koolwaterstof en onomgezette stoom bevat.The purified starting material is mixed with 2-4 moles of water vapor per mole of carbon in the hydrocarbon and then passed over a catalyst at elevated pressure and temperature to form a mixture containing mainly hydrogen, carbon oxides, residues of the hydrocarbon and unreacted steam.
Het is ook bekend om waterstof te bereiden door een koolwa-25 terstof met stoom en zuurstof (of lucht), te oxideren. Met de daarbij vrijkomende warmte kan het overgebleven deel van de koolwaterstof katalytisch in aanwezigheid van stoom omgezet worden in koolstofoxiden en waterstof. Bij voorkeur wordt zoveel lucht gebruikt als nodig is 84 0 2 0 ? ’ \ K ‘ -2- om de bij de ammoniak synthese benodigde hoeveelheid stikstof te leveren. Uit dien hoofde is het gewoonlijk noodzakelijk om ten minste een deel van de voor de oxidatie benodigde hoeveelheid zuurstof afzonderlijk toe te voeren. De extra benodigde zuurstof kan bijvoorbeeld in 5 een afzonderlijke installatie worden bereid door lucht te scheiden in zuurstof en stikstof.It is also known to prepare hydrogen by oxidizing a hydrocarbon with steam and oxygen (or air). With the heat released thereby, the remaining part of the hydrocarbon can be catalytically converted into carbon oxides and hydrogen in the presence of steam. Preferably as much air is used as necessary 84 0 2 0? "K" -2- to provide the amount of nitrogen needed in the ammonia synthesis. For this reason it is usually necessary to supply at least part of the amount of oxygen required for the oxidation separately. For example, the additional oxygen required can be prepared in a separate installation by separating air into oxygen and nitrogen.
Het nadeel van de bekende werkwijzen is het relatief hoge energieverbruik.The drawback of the known methods is the relatively high energy consumption.
De uitvinding heeft ten doel om een werkwijze voor de 10 bereiding van ammoniak te verschaffen waarbij minder energie wordt gebruikt dan bij de bekende werkwijzen, zonder dat daarvoor per ton geproduceerde ammoniak een hogere investering nodig is.The object of the invention is to provide a process for the preparation of ammonia which uses less energy than in the known processes, without requiring a higher investment per tonne of ammonia produced.
De werkwijze volgens de uitvinding wordt daardoor gekenmerkt, doordat de omzetting in de eerste reactiezone plaats vindt bij een druk van 35 15 tot 120 bar en een temperatuur van 850 tot 1250 °C*The process according to the invention is characterized in that the reaction takes place in the first reaction zone at a pressure of 15 to 120 bar and a temperature of 850 to 1250 ° C *
Doordat de koolwaterstoffen (partieel) worden geoxideerd bij een druk in de eerste reactiezone van 35-120 bar, wordt een belangrijke besparing aan compressiearbeid verkregen bij de compressie van de aan de tweede reactiezone (de ammoniak synthese) toegevoerde gassen.Because the hydrocarbons are (partially) oxidized at a pressure in the first reaction zone of 35-120 bar, an important saving in compression work is obtained in the compression of the gases fed to the second reaction zone (the ammonia synthesis).
20 Volgens de uitvinding is het energetisch voordeliger is om de aan de eerste reactiezone toegevoerde stoffen te comprimeren dan om dit te doen alvorens het verkregen reactiemengsel aan de reactor voor de ammoniak bereiding wordt toegevoerd. Dit is in de verderop gegeven uitvoeringsvoorbeelden nader geïllustreerd.According to the invention, it is energetically more advantageous to compress the substances fed to the first reaction zone than to do this before the resulting reaction mixture is fed to the ammonia preparation reactor. This is further illustrated in the exemplary embodiments given below.
25 Door de werkwijze volgens de uitvinding is tevens Tiet vooroordeel overwonnen dat katalytische partiele oxidatie van een koolwaterstof, in aanwezigheid van water, bij hogere drukken minder efficiënt zou zijn, omdat de ligging van het evenwicht van de reactie bij hogere drukken verschuift in de richting van een hogere koolwaterstof con-30 centratie.The method according to the invention has also not overcome the prejudice that catalytic partial oxidation of a hydrocarbon, in the presence of water, would be less efficient at higher pressures, because the equilibrium of the reaction at higher pressures shifts in the direction of a higher hydrocarbon concentration.
Bij de werkwijze volgens de uitvinding is het mogelijk om een compressie van het voor de ammoniakbereiding benodigde synthesegas eventueel geheel achterwege te laten mits men de reactie van stikstof en waterstof tot ammoniak laat verlopen in aanwezigheid van een voor 35 een relatief lage druk geschikte katalysator.In the process according to the invention it is possible to omit a compression of the synthesis gas required for the preparation of ammonia entirely if the reaction of nitrogen and hydrogen to ammonia is allowed to proceed in the presence of a catalyst suitable for a relatively low pressure.
8402091 * £ -3- «8402091 * £ -3- «
Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt daardoor gekenmerkt, door dat de partieële oxidatiereactor wordt bedreven bij een druk tussen 45 en 80 bar. Het oxideren bij deze druk omvat een compromis enerzijds tussen de constructieve eisen die aan de 5 installatie worden gesteld, waardoor mede het investeringsniveau wordt bepaald, en anderzijds de procesmatige effectiviteit van de in de eerste reactiezone optredende reacties.An embodiment of the method according to the invention is characterized in that the partial oxidation reactor is operated at a pressure between 45 and 80 bar. The oxidation at this pressure involves a compromise on the one hand between the constructional requirements imposed on the installation, which partly determines the investment level, and on the other hand the process-based effectiveness of the reactions occurring in the first reaction zone.
Een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt daardoor gekenmerkt, doordat de temperatuur in de eerste 10 reactiezone wordt bereikt door ién of een combinatie van een aantal van de volgende maatregelen: - partieële oxidatie van althans een gedeelte van de toegevoerde koolwaterstof(fen) - verwarming van de toegevoerde koolwaterstof(fen), stikstof, 15 zuurstof en/of stoom - toevoer van warmte uit een externe bron.Another embodiment of the process according to the invention is characterized in that the temperature in the first reaction zone is achieved by one or a combination of some of the following measures: partial oxidation of at least a part of the supplied hydrocarbon (s) - heating of the supplied hydrocarbon (s), nitrogen, oxygen and / or steam - supply of heat from an external source.
Bij partiële oxidatie van de koolwaterstoffen worden de koolwaterstoffen in aanwezigheid van een beperkte hoeveelheid zuurstof geoxideerd. Hierbij ontstaan koolmonoxyde en kooldioxyde en komt een hoeveelheid 2 warmte vrij. Bij katalytische partiële oxidatie wordt de vrijgekomen warmte benut om de niet geoxideerde koolwaterstoffen katalytisch om te zetten, in aanwezigheid van water, in koolstofoxiden en waterstof. De bij deze laatste reactie benodigde warmte wordt dus in feite in situ opgewekt door de oxidatiereactie. Het voordeel daarvan is dat de 25 warmte niet door de wand van een reactorvat behoeft te worden geleid.In partial oxidation of the hydrocarbons, the hydrocarbons are oxidized in the presence of a limited amount of oxygen. This creates carbon monoxide and carbon dioxide and an amount of 2 heat is released. In catalytic partial oxidation, the released heat is utilized to catalytically convert the non-oxidized hydrocarbons in the presence of water, into carbon oxides and hydrogen. The heat required in the latter reaction is thus in fact generated in situ by the oxidation reaction. The advantage of this is that the heat does not have to be conducted through the wall of a reactor vessel.
Door de toegevoerde koolwaterstof(fen), stikstof, zuurstof en/of stoom te verwarmen voordat deze in de eerste reactiezone worden gebracht, wordt bereikt dat er minder koolwaterstoffen partieel geoxideerd behoeven te worden om de gewenste reactietemperatuur te bereikten en 30 dit houdt in dat er daarvoor minder zuurstof nodig is waardoor er minder compressie- en luchtschedings-arbeid behoeft te worden verricht.By heating the supplied hydrocarbon (s), nitrogen, oxygen and / or steam before they are introduced into the first reaction zone, it is achieved that less hydrocarbons need to be partially oxidized in order to achieve the desired reaction temperature and this means that this requires less oxygen, so that less compression and air-shearing work has to be performed.
Om de gewenste temperatuur in de eerste reactiezone te bereiken kan,To achieve the desired temperature in the first reaction zone,
«4 0 2 0 SI«4 0 2 0 SI
-4- eventueel als aanvullende maatregel, ook warmte vanuit een externe bron worden toegevoerd aan de eerste reactiezone. Hiermede wordt bedoeld dat het mogelijk is, volgens de uitvinding, om bijvoorbeeld een heet gas te genereren, bijvoorkeur bijvoorbeeld kooldioxide of 5 stikstof, hetgeen wordt toegevoerd aan de eerste reactiezone.-4- optionally as an additional measure, heat from an external source is also supplied to the first reaction zone. By this is meant that it is possible, according to the invention, to generate, for example, a hot gas, preferably, for example, carbon dioxide or nitrogen, which is supplied to the first reaction zone.
Ook is het mogelijk om de inrichting waarin de eerste reactiezone is belichaamd te voorzien van een warmtewisselaar met behulp waarvan aan de eerste reactiezone warmte wordt toegevoerd van voldoende hoge temperatuur.It is also possible to provide the device in which the first reaction zone is embodied with a heat exchanger by means of which heat of a sufficiently high temperature is supplied to the first reaction zone.
10 Bij partiële oxidatie wordt in de regel van lucht uitgegaan waarbij de hoeveelheid lucht wordt bepaald door de hoeveelheid stikstof welke nodig is bij de ammoniak synthese in de tweede reactiezone. Om de gewenste temperatuur in de eerste reactiezone te bereiken, is het volgens de bekende werkwijzen noodzakelijk om zuivere zuurstof aan de 15 lucht toe te voegen om zodoende meer koolwaterstoffen te kunnen oxideren en meer warmte vrij te maken. Door toevoer van warmte uit de externe bron, volgens de uitvinding, kan worden volstaan met de hoeveelheid zuurstof die in de toegevoerde lucht aanwezig is, uitgaande van ongeveer de hoeveelheid stikstof welke nodig is voor de 20 ammoniak synthese, welke het voordeel oplevert dat er geen luchtscheidings installatie nodig is.Partial oxidation usually starts from air, the amount of air being determined by the amount of nitrogen required in the ammonia synthesis in the second reaction zone. In order to achieve the desired temperature in the first reaction zone, it is necessary according to the known methods to add pure oxygen to the air in order to be able to oxidize more hydrocarbons and to release more heat. By supplying heat from the external source according to the invention, the amount of oxygen present in the supplied air can suffice, starting from about the amount of nitrogen required for the ammonia synthesis, which provides the advantage that no air separation installation is required.
Nog een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt daardoor gekenmerkt, doordat de toegevoerde koolwaterstof(fen), stikstof en/of zuurstof wordt c.q. worden verwarmd 25 door afkoeling van uit de eerste reactiezone afkomstig gasmengsel en condensatie van zich daarin bevindende stoom. Deze werkwijze levert een belangrijke energiebesparing op.Another embodiment of the process according to the invention is characterized in that the supplied hydrocarbon (s), nitrogen and / or oxygen is heated or heated by cooling the gas mixture coming from the first reaction zone and condensation of steam contained therein. This working method provides significant energy savings.
Door aanvraagster, is vastgesteld dat ondanks het betrekkelijk lage temperatuur niveau waarbij condensatie van water uit het van de eerste 30 reactiezone afkomstige gasmengsel plaatsvindt, de warmte goed kan worden benut om in de toegevoerde koolwaterstoffen, stikstof en/of zuurstof een deel van het benodigde water in dampvorm te brengen. Bijvoorkeur wordt het verkregen condensaat althans gedeeltelijk benut om naar de toegevoerde koolwaterstoffen en eventueel ook naar de toege-35 voerde stikstof en/of zuurstof althans gedeeltelijk te recirculeren.It has been determined by the applicant that, despite the relatively low temperature level at which condensation of water takes place from the gas mixture originating from the first reaction zone, the heat can be utilized well to convert part of the required water into the supplied hydrocarbons, nitrogen and / or oxygen. vaporize. Preferably, the obtained condensate is used at least partly to recirculate at least partly to the supplied hydrocarbons and optionally also to the supplied nitrogen and / or oxygen.
5402091 -5-5402091 -5-
Enerzijds is het dus zo dat deze toegevoerde stoffen worden verwarmd en anderzijds is het zo dat de voor de verzadiging met waterdamp van deze stoffen benodigde warmte wordt geleverd door condensatie van uit de waterdamp uit het uit de le reactiezone afkomstige gasmengsel. Het 5 gebruik van procescondensaat als verzadigingsmiddel heeft tevens het voordeel dat afvalprodukten die bij de oxidatie van een koolwaterstof kunnen zijn ontstaan, in het proces wordt gerecirculeerd en niet behoeven te worden gespuid.On the one hand, it is thus the case that these supplied substances are heated and, on the other hand, it is the case that the heat required for saturation with water vapor of these substances is supplied by condensation of gas mixture from the water vapor from the reaction zone. The use of process condensate as a saturating agent also has the advantage that waste products which may have arisen during the oxidation of a hydrocarbon are recycled in the process and do not have to be discharged.
Teneinde met behulp van genoemde condensatie warmte, een zo groot 10 mogelijke hoeveelheid water, in dampvorm, aan de eerste reactiezone toe te kunnen voeren verdient het de voorkeur om zowel de toegevoerde koolwaterstoffen als de toegevoerde stikstof en/of zuurstof zoveel mogelijk te verzadigen.In order to be able to supply heat, the largest possible amount of water, in vapor form, to the first reaction zone by means of said condensation, it is preferred to saturate both the supplied hydrocarbons and the supplied nitrogen and / or oxygen as much as possible.
Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding 15 wordt daardoor gekenmerkt, doordat de toegevoerde koolwaterstof(fen), stikstof en/of zuurstof worden verwarmd tot een temperatuur tussen 450-650 °C.An embodiment of the method according to the invention is characterized in that the supplied hydrocarbon (s), nitrogen and / or oxygen are heated to a temperature between 450-650 ° C.
De aangegeven temperatuur range verdient de voorkeur omdat dan de benodigde inrichtingen met normale middelen te realiseren zijn. Het is 20 overigens mogelijk om de stikstof en/of zuurstof tot een hogere temperatuur te verwarmen, bijvoorbeeld tot 800 °C. Bij deze hogere temperatuur dienen echter bijzondere en dus dure inrichtingen te worden toegepast. Omdat hierdoor minder zuurstof aan de le reactiezone behoeft te worden toegevoerd en dus ook minder compressiearbeid 25 behoeft te worden verricht, kan dit toch van voordeel zijn.The indicated temperature range is preferred because the necessary devices can then be realized with normal means. Incidentally, it is possible to heat the nitrogen and / or oxygen to a higher temperature, for example up to 800 ° C. However, at this higher temperature, special and thus expensive devices must be used. Since this means that less oxygen has to be supplied to the 1st reaction zone and therefore less compression work has to be performed, this can still be advantageous.
Een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt daardoor gekenmerkt, doordat de benodigde stikstof en zuurstof worden toegevoerd als een mengsel, bij voorkeur uitgaande van omgevingslucht waaraan eventueel zuurstof is toegevoegd.Another embodiment of the method according to the invention is characterized in that the required nitrogen and oxygen are supplied as a mixture, preferably starting from ambient air to which oxygen may have been added.
30 Afhankelijk van de locatie kunnen zuurstof en of stikstof onafhankelijk van elkaar beschikbaar zijn. Het verdient de voorkeur, echter, om deze stoffen te mengen voordat zij worden toegevoerd aan de eerste reactiezone, in dat geval kan immers worden volstaan met een eenvoudigere installatie dan wanneer deze stoffen apart worden toege-35 voerd. De meeste voorkeur verdient het, om uit te gaan van f40203130 Depending on the location, oxygen and or nitrogen may be available independently. It is preferable, however, to mix these substances before they are supplied to the first reaction zone, since in that case a simpler installation will suffice than when these substances are supplied separately. Most preferred is to start from f402031
- 'S- 'S
-6- omgevingslucht waaraan eventueel zuurstof is toegevoegd. Op deze wijze wordt, overall gezien, een zo eenvoudig mogelijke fabrieksinstallatie verkregen.-6- ambient air to which oxygen may have been added. Overall, the simplest possible factory installation is obtained in this way.
Nog een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de 5 uitvinding wordt daardoor gekenmerkt, doordat de in de tweede reac-tiezone niet tot ammoniak omgezette gassen althans gedeeltelijk in nagenoeg ongewijzigde toestand worden teruggevoerd naar de eerste en/of de tweede reactiezone. Dit levert een belangrijke besparing aan mechanische energie op, omdat de niet-omgezette gassen bij de druk 10 waarop ze zich bevinden na de ammoniak reactie, worden hergebruikt en ze niet of nagenoeg niet opnieuw behoeven te worden gecomprimeerd.Yet another embodiment of the process according to the invention is characterized in that the gases which have not been converted into ammonia in the second reaction zone are returned to the first and / or the second reaction zone at least partly in an essentially unaltered state. This provides an important saving of mechanical energy, because the unconverted gases are reused at the pressure at which they are after the ammonia reaction and do not or hardly need to be compressed again.
De toestand van een gas of een gasmengsel wordt o.a. bepaald door de samenstelling ervan, de druk en de temperatuur. Door de behandeling van de niet-omgezette gassen ter verwijdering van daarin aan-15 wezige koolwaterstoffen, wordt weliswaar de toestand qua samenstelling daarvan gewijzigd, daar echter slechts ten hoogste 15 vol.% van het mengsel uit koolwaterstoffen bestaat wordt dit geacht te vallen onder het begrip nagenoeg ongewijzigd.The state of a gas or a gas mixture is determined, among other things, by its composition, pressure and temperature. The treatment of the unreacted gases to remove the hydrocarbons present therein does change the composition composition, but since only a maximum of 15% by volume of the mixture consists of hydrocarbons, it is considered to fall under the concept virtually unchanged.
Bij voorkeur wordt het deel van de niet-omgezette gassen, dat wordt 20 teruggevoerd naar de tweede reactiezone onderworpen aan een behandeling ter verwijdering van ten minste een deel van de eventueel daarin aanwezige koolwaterstoffen. Hierdoor wordt bereikt dat in de tweede reactiezone, voor de ammoniak synthese minder inerte gassen aanwezig zijn, waardoor de omzetting van het synthesegas tot ammoniak 25 vollediger kan verlopen.Preferably, the portion of the unreacted gases returned to the second reaction zone is subjected to a treatment to remove at least a portion of any hydrocarbons present therein. This ensures that less inert gases are present in the second reaction zone for the ammonia synthesis, so that the conversion of the synthesis gas to ammonia can proceed more completely.
Weer een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt daardoor gekenmerkt, doordat de niet-omgezette gassen in contact worden gebracht, met vloeibare ammoniak, bij voorkeur in een waskolom. Het voordeel van het gebruik van ammoniak als oplosmiddel 30 is, dat deze bij een geschikte druk aanwezig is en geen proces-vreemde vloeistof is. Afhankelijk van de uitgangsstoffen kan het van voordeel zijn om een deel van de niet-omgezette gassen te spuien, eventueel via een scrubber. Door de spui van een deel van de niet-omgezette gassen wordt bereikt dat de zogenaamde inert spiegel in bijvoorbeeld de 35 tweede reactiezone voldoende laag wordt gehouden. Hierdoor wordt de 84 02 0 9 1 -7- omzetting van het synthesegas in positieve zin beïnvloed· Door de spuigassen naar een scrubber te leiden kan eventueel een deel van de gespuide gassen worden teruggewonnen, zoals bijvoorbeeld ammoniak.Yet another embodiment of the method according to the invention is characterized in that the unreacted gases are brought into contact with liquid ammonia, preferably in a washing column. The advantage of using ammonia as the solvent 30 is that it is present at a suitable pressure and is not a process foreign liquid. Depending on the starting materials, it may be advantageous to blow off some of the unreacted gases, possibly via a scrubber. The blow-off of a part of the unconverted gases ensures that the so-called inert mirror is kept sufficiently low in, for example, the second reaction zone. This has a positive effect on the conversion of the synthesis gas 84 02 0 9 1 -7. By leading the blowdown gases to a scrubber, part of the blown gases can be recovered, such as, for example, ammonia.
De werkwijze volgens de uitvinding zal vervolgens worden 5 beschreven aan de hand van een enigszins vereenvoudigd processchema. Uiteraard is de werkwijze volgens de uitvinding daar niet toe beperkt.The method according to the invention will subsequently be described on the basis of a somewhat simplified process diagram. The method according to the invention is of course not limited thereto.
Door leiding 1 wordt lucht toegevoerd aan de luchtscheidingsinstallatie 2. De hierin verkregen Stikstof wordt gespuid door leiding 3, de zuurstof wordt door leiding 4 toegevoerd 10 aan een compressieinrichtiug 6 waaraan door leiding 5 ook lucht wordt toegevoerd. De hoeveelheid toegevoerde lucht wordt bepaald door de hoeveelheid stikstof die nodig is bij de ammoniaksynthese. Afhankelijk van het type ammoniakproces kan een overmaat van tot 30 % stikstof t.o.v. stochiometrisch benodigde hoeveelheid worden toegevoerd. Mid-15 dels inrichting 27 wordt procescondensaat in de toegevoerde lucht/zuurstof verdampt. De verdampingswarmte wordt onttrokken aan het procescondensaat. Tevens wordt de lucht/zuurstof verwarmd. Eventueel kan bij 7 extra stoom worden toegevoerd ter verdere verhoging van de stoomconcentratie en opwarming van de toegevoegde lucht/zuurstof 20 stroom. In inrichting 8 wordt de met zuurstof verrijkte lucht verder voorverwarmd. Bij 9 wordt de lucht in de partiele oxidatie reactor 10 toegevoerd. Via leiding 11 wordt aardgas toegevoerd dat in inrichting 12 met waterdamp wordt verzadigd door er procescondensaat in te verdampen. Eventueel kan bij 13 nog extra water in de vorm van stoom wor-25 den toegevoerd ter verdere verhoging van de concentratie van water in het aardgas. In inrichting 14 wordt het aardgas voorverwarmd en bij 15 toegevoerd aan de partiele oxidatie reactor. In de reactor worden het aardgas en de met zuurstof verrijkte lucht met elkaar in kontakt gebracht, waarna het aardgas althans gedeeltelijk wordt verbrand tot 30 koolmonoxyde, kooldioxide en water. Het verkregen mengsel wordt vervolgens door het katalysator bed 16 geleid waarbij het grootste deel van de overgebleven koolwaterstof wordt omgezet in koolmonoxyde, kooldioxide en waterstof. Het reactiemengsel verlaat de partiele oxidatie reactor bij een temperatuur van ongeveer 850-1250 °C en wordt 35 via leiding 17 naar een warmtewisselaar 18 geleid waarin stoom wordt fi u o 2 o 0 1 it w -8- opgewekt die via leiding 19 wordt afgevoerd· Het hiervoor benodigde water wordt via leiding 42 toegevoerd· Vervolgens worden de gassen via warmtewisselaar 14 geleid waarin het aardgas wordt opgewarmd tot een temperatuur van 450-650 °C· Vervolgens worden de uit de eerste reac-5 tiezone afkomstige gassen in inrichting 21 verder behandeld waarbij koolmonoxyde in aanwezigheid van waterdamp katalytisch wordt omgezet in kooldioxyde en waterstof. Daarna worden de gassen in condensatie inrichting 22 verder afgekoeld, waarbij condensatie optreedt van in de gassen aanwezig water. De gassen en het condensaat worden via leiding 10 26 aan een scheidingsinrichting 45 toegevoerd. Het afgescheiden con densaat wordt via leiding 46 teruggevoerd naar de warmtewisselaar 47 in inrichting 22. Het condensaat wordt middels pomp 23 via leidingen 24 en 25 toegevoerd aan de inrichtingen 12 en 27, alwaar het in de toegevoerde koolwaterstofstroom en luchtstroom althans .gedeeltelijk 15 wordt verdampt. Het overgebleven deel wordt via leidingen 43 en 44 teruggevoerd naar inrichting 22. De vrijgekomen condensatiewarmte en het condensaat worden benut om het toegevoerde aardgas en de toegevoerde lucht/zuurstof te verzadigen met water. Eventueel wordt door leiding 3 extra water aangeveerd. In inrichting 33 wordt kooldioxyde 20 verwijderd met behulp van een fysisch oplosmiddel, de gassen gemetha-neerd en zo nodig gecomprimeerd op een voor de ammoniak synthese geschikte druk b.v. tussen 60-300 bar. Via leiding 28 wordt dit mengsel aan de ammoniak synthese reactor 29 toegevoerd. In inrichting 30 wordt de verkregen ammoniak d.m.v. koeling afgescheiden en via 25 leiding 31 in vloeibare vorm afgevoerd. Door leiding 32 worden de niet omgezette gassen toegevoerd naar een verdere bewerkingseenheid 34 geleid.Air is supplied through line 1 to the air separation plant 2. The Nitrogen obtained therein is vented through line 3, the oxygen is supplied through line 4 to a compressor 6 to which air is also supplied through line 5. The amount of supplied air is determined by the amount of nitrogen required in the ammonia synthesis. Depending on the type of ammonia process, an excess of up to 30% nitrogen relative to the amount of stoichiometrically required can be supplied. By means of device 27, process condensate is evaporated in the supplied air / oxygen. The heat of evaporation is extracted from the process condensate. The air / oxygen is also heated. Optionally, additional steam can be supplied at 7 to further increase the steam concentration and heat the added air / oxygen stream. In device 8, the oxygen-enriched air is further preheated. At 9, the air is fed into the partial oxidation reactor 10. Natural gas is supplied via line 11, which is saturated with water vapor in device 12 by evaporating process condensate. Optionally, additional water in the form of steam can be added at 13 to further increase the concentration of water in the natural gas. In device 14, the natural gas is preheated and supplied at 15 to the partial oxidation reactor. In the reactor, the natural gas and the oxygen-enriched air are brought into contact with each other, after which the natural gas is at least partly burned into carbon monoxide, carbon dioxide and water. The resulting mixture is then passed through the catalyst bed 16 with most of the remaining hydrocarbon converted to carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen. The reaction mixture leaves the partial oxidation reactor at a temperature of about 850-1250 ° C and is led via line 17 to a heat exchanger 18 in which steam is generated 2 o 0 1 it w -8- which is removed via line 19 · The water required for this is supplied via line 42. Subsequently, the gases are passed via heat exchanger 14 in which the natural gas is heated to a temperature of 450-650 ° C. Subsequently, the gases originating from the first reaction zone are further treated in plant 21. wherein carbon monoxide is catalytically converted into carbon dioxide and hydrogen in the presence of water vapor. Thereafter, the gases in condensation device 22 are further cooled, whereby condensation of water present in the gases occurs. The gases and condensate are fed via line 10 26 to a separator 45. The separated condensate is returned via line 46 to the heat exchanger 47 in device 22. The condensate is supplied by means of pump 23 via lines 24 and 25 to devices 12 and 27, where it is at least partially evaporated in the supplied hydrocarbon stream and air stream. . The remaining part is returned to device 22 via lines 43 and 44. The released condensation heat and condensate are used to saturate the supplied natural gas and the supplied air / oxygen with water. Optionally, additional water is supplied through line 3. In device 33, carbon dioxide 20 is removed with the aid of a physical solvent, the gases are methanated and, if necessary, compressed at a pressure suitable for the ammonia synthesis, e.g. between 60-300 bar. This mixture is fed via line 28 to the ammonia synthesis reactor 29. In device 30 the ammonia obtained is obtained by means of cooling separated and discharged in liquid form via line 31. The unconverted gases are fed through conduit 32 to a further processing unit 34.
In deze inrichting wordt met behulp van vloeibare ammoniak die door pomp 51 en leiding 36 wordt aangevoerd, een deel van de in de niet-30 omgezette gassen aanwezige aardgas (methaan) verwijderd. De overblijvende gassen worden voor het grootste gedeelte via leiding 37 teruggevoerd naar de synthesegas bereiding voor ammoniaksynthese en voor het overige deel via leiding 38 teruggevoerd naar de eerste reac-tiezone. Een deel van de niet-omgezette gassen wordt via leiding 35 35 gespuid. Dit kan eventueel ook geschieden door na inrichting 34 bij- 8402091 V -¾ -9- voorbeeld een gedeelte van de door leiding 37 of door leiding 38 afgevoerde gassen naar een scrubber af te voeren (niet aangegeven). De met aardgas beladen ammoniak wordt vanaf inrichting 34 via leiding 39 teruggevoerd naar de vloeibare ammoniakafvoerleiding 31 ter plaatse 5 van punt 40. Afhankelijk van de druk waarbij de ammoniak moet worden afgeleverd, wordt de ammoniak over een expansieturbine 48 worden ontspannen, waarbij mechanische energie vrijkomt. In een flashvat 49 wordt de bij de ontspanning vrijgekomen koolwaterstof worden afgescheiden. Deze afgescheiden wordt teruggevoerd naar de eerste 10 reactiezone via leiding 50. De vloeibare ammoniak kan via leiding 41 naar bijvoorbeeld een opslagtank worden getransporteerd of naar een fabriek waar dit kan worden verwerkt tot een volgprodukt, zoals bijvoorbeeld ureum.In this installation, part of the natural gas (methane) present in the unreacted gases is removed with the aid of liquid ammonia supplied by pump 51 and line 36. The remaining gases are for the most part returned via line 37 to the synthesis gas preparation for ammonia synthesis and the remaining part is returned via line 38 to the first reaction zone. Part of the unconverted gases are vented via line 35. This can optionally also be effected by, after installation 34, for example, discharging a part of the gases discharged through line 37 or through line 38 to a scrubber (not shown). The natural gas-laden ammonia is returned from device 34 via line 39 to the liquid ammonia discharge line 31 at location 5 of point 40. Depending on the pressure at which the ammonia is to be delivered, the ammonia is relaxed over an expansion turbine 48, releasing mechanical energy . The hydrocarbon released during the relaxation is separated off in a flash vessel 49. This separated is returned to the first reaction zone via line 50. The liquid ammonia can be transported via line 41 to, for example, a storage tank or to a factory where it can be processed into a follow-on product, such as, for example, urea.
Voorbeelden 15 In de tabel zijn voor verschillende drukken en temperaturen in de eerste reactiezone weergegeven: a) Het vol.% CH4 dat onverbrand de le reactiezone heeft verlaten, ter plaatse van de uitgang van inrichting 33, b) De overall benodigde eompressieenergie per ton geproduceerde NH3, 20 uitgaande van: - aardgas toevoer aan de le reactiezone bij een druk van 70 bar - idem zuurstof en stikstof bij 1 bar - een druk van 200 bar in de 2e reactiezone.Examples 15 The table shows for various pressures and temperatures in the first reaction zone: a) The vol.% CH4 which left unburned the reaction zone, at the exit of device 33, b) The overall required energy of compression per tonne produced NH3, 20 starting from: - natural gas supply to the 1st reaction zone at a pressure of 70 bar - idem oxygen and nitrogen at 1 bar - a pressure of 200 bar in the 2nd reaction zone.
Ter vergelijking met de benodigde eompressieenergie bij een bekende 25 werkwijze is tevens een vergelijkingsvoorbeeld opgenomen.A comparison example is also included for comparison with the required compression energy in a known method.
Uit een en ander blijkt, dat met de uitvinding energie wordt bespaard.All this shows that the invention saves energy.
«*92 0 9 1- -10- ,ί ·ν«* 92 0 9 1- -10-, ί · ν
Toestand le reactiezone 1 850 °C j 975 °C j 1150 °C \State le reaction zone 1 850 ° C j 975 ° C j 1150 ° C \
I 1— I H I I II 1— I H I I I
j druk (bar) CH4 vol.% COMPR. EN. CH4 vol.% COMPR. EN. | CH4 vol. % | GOMPR. EN. | I [MJ]/tNH3 [MJ]/tNH3 I I [MJ]/tNH3 j 5 lilj pressure (bar) CH4 vol.% COMPR. AND. CH4 vol.% COMPR. AND. | CH4 vol. % | GOMPR. AND. | I [MJ] / tNH3 [MJ] / tNH3 I I [MJ] / tNH3 j 5 lil
I I II I I
I 35 5,1 1450 0,6 1400 | I II 35 5.1 1450 0.6 1400 | I I
I I II I I
IX 45 7,0 1380 0,9 1370 | 0,05 | 1420 |IX 45 7.0 1380 0.9 1370 | 0.05 | 1420 |
10 III10 III
III 80 12,6 1260 2,4 1220 j 0,2 j 1270 jIII 80 12.6 1260 2.4 1220 y 0.2 y 1270 y
I I II I I
IV 120 4,4 1150 | 0,4 | 1190 |IV 120 4.4 1150 | 0.4 | 1190 |
15 _ 1 I I15 _ 1 I I
I I II I I
V 25 0,3 1470 I I IV 25 0.3 1470 I I I
(vergelij- j I j(compare I j
20 kingsvoor- I I I20 king pr I I I
beeld) j j iimage) j j i
__!_!_I__! _! _ I
84020918402091
Claims (12)
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8402091A NL8402091A (en) | 1984-06-30 | 1984-06-30 | Reduced energy consumption ammonia synthesis - where synthesis gas mixt. is produced by partial oxidn. followed by removal of carbon oxide(s) and water from gaseous effluent |
| EP85903402A EP0214991A1 (en) | 1984-06-30 | 1985-06-27 | Process for preparing ammonia |
| US06/845,132 US4699772A (en) | 1984-06-30 | 1985-06-27 | Process for preparing ammonia |
| PCT/NL1985/000025 WO1986000286A1 (en) | 1984-06-30 | 1985-06-27 | Process for preparing ammonia |
| KR1019860700114A KR860700115A (en) | 1984-06-30 | 1986-02-25 | Ammonia production method |
| NO860736A NO860736L (en) | 1984-06-30 | 1986-02-27 | PROCEDURE FOR MANUFACTURING AMMONIAK. |
| FI865352A FI865352A0 (en) | 1984-06-30 | 1986-12-30 | FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV AMMONIAK. |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8402091A NL8402091A (en) | 1984-06-30 | 1984-06-30 | Reduced energy consumption ammonia synthesis - where synthesis gas mixt. is produced by partial oxidn. followed by removal of carbon oxide(s) and water from gaseous effluent |
| NL8402091 | 1984-06-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8402091A true NL8402091A (en) | 1986-01-16 |
Family
ID=19844155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8402091A NL8402091A (en) | 1984-06-30 | 1984-06-30 | Reduced energy consumption ammonia synthesis - where synthesis gas mixt. is produced by partial oxidn. followed by removal of carbon oxide(s) and water from gaseous effluent |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL8402091A (en) |
-
1984
- 1984-06-30 NL NL8402091A patent/NL8402091A/en not_active Application Discontinuation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4684514A (en) | High pressure process for sulfur recovery from a hydrogen sulfide containing gas stream | |
| KR870007842A (en) | Chlorine Production Method | |
| US6040460A (en) | High productivity process to produce maleic anhydride from n-butane | |
| EP0067491B1 (en) | Process for the preparation of methanol | |
| AU594127B2 (en) | Treatment of gases | |
| US5628977A (en) | Process for the desulfurization of a crude gas containing H2 S | |
| US4046866A (en) | Production of liquid sulfur trioxide | |
| US4138473A (en) | Process for recovering sulfur from sour gas | |
| US4419337A (en) | Process and apparatus for reacting sulphur-containing material with oxidizing gas | |
| EP0573582A1 (en) | Method for manufacture of high purity carbon monoxide | |
| GB2168718A (en) | Producing synthesis gas | |
| GB1585650A (en) | Treatment of coke-oven gas | |
| JPS62230604A (en) | Collection of sulfur from hydrogen sulfide equipped with washing column by high concentration oxygen and circulation process | |
| US4699772A (en) | Process for preparing ammonia | |
| US4143122A (en) | Method of processing the residual gases from claus plants or other sulfur-producing plants | |
| US4207304A (en) | Process for sulfur production | |
| NL8402091A (en) | Reduced energy consumption ammonia synthesis - where synthesis gas mixt. is produced by partial oxidn. followed by removal of carbon oxide(s) and water from gaseous effluent | |
| US4019724A (en) | Apparatus for the direct reduction of iron ores | |
| MXPA02001725A (en) | Production of maleic anhydride. | |
| US3865927A (en) | Method and apparatus for reacting sulfur dioxide and natural gas | |
| US5439664A (en) | Process for thermal conversion of hydrogen sufide to elemental sulfur | |
| US3404957A (en) | Ammonia synthesis | |
| US4346069A (en) | Recovery of chlorine values in integrated process for oxychlorination and combustion of chlorinated hydrocarbons | |
| JPS62235202A (en) | Treatment of gas | |
| EP0568980A1 (en) | Combustion of H2S and its associated Claus process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A1B | A search report has been drawn up | ||
| DNT | Communications of changes of names of applicants whose applications have been laid open to public inspection |
Free format text: STAMICARBON B.V. TE GELEEN |
|
| BV | The patent application has lapsed |