LU103169B1 - Zersetzung von Ammoniak an Nickel-basierten Katalysatoren - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von H2 aus NH3. Dabei wird NH3 bei einer Gastemperatur im Bereich von 550 bis 850°C in einen Festbettreaktor eingeleitet, in welchem NH3 an einem NH3-Zersetzungskatalysator partiell zu H2 und N2 zersetzt wird. Das so erhaltene Gasgemisch wird aus dem Festbettreaktor bei einer Gastemperatur im Bereich von 300 bis 700°C ausgeleitet, auf eine Temperatur im Bereich von 550 bis 700°C erwärmt und anschließend in einen Röhrenreaktor eingeleitet, in welchem weiteres NH3 an einem Nickel-basierten NH3-Zersetzungskatalysator zu H2 und N2 zersetzt wird. Das so erhaltene Gasgemisch wird aus dem Röhrenreaktor bei einer Gastemperatur im Bereich von 550 bis 750°C ausgeleitet.
Description
230084P00LU 12.07.2023
Zersetzung von Ammoniak an Nickel-basierten Katalysatoren LU103169
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von H, aus NH;. Dabei wird NH; bei einer
Gastemperatur im Bereich von 550 bis 850°C in einen Festbettreaktor eingeleitet, ın welchem NH; an einem NH;-Zersetzungskatalysator partiell zu H, und N, zersetzt wird. Das so erhaltene Gasgemisch wird aus dem Festbettreaktor bei einer Gastemperatur im Bereich von 300 bis 700°C ausgeleitet, auf eine Temperatur im Bereich von 550 bis 700°C erwärmt und anschließend in einen Rôhrenreaktor ein- geleitet, in welchem weiteres NH; an einem Nickel-basierten NH;-Zersetzungskatalysator zu H, und N, zersetzt wird. Das so erhaltene Gasgemisch wird aus dem Rôhrenreaktor bei einer Gastemperatur im
Bereich von 550 bis 750°C ausgeleitet.
[0002] H, kann durch erneuerbare Energien aus H,O gewonnen und anschließend mit N, in NH; um- gewandelt werden. NH; lässt sich weitaus sicherer als H, speichern und transportieren. Anschließend kann NH; wieder in H, und N, zersetzt werden. Nach Abtrennung von N, findet H, unterschiedlichste industrielle Anwendungen.
[0003] Die Zersetzung von NH; zu N, und H, ist eine endotherme Reaktion (AH° = 45,9 kJ-mol-!), bei der sich die Stoffmenge verdoppelt (2 NH; — N, + 3 H,), so dass die Reaktion grundsätzlich durch hohe
Temperaturen sowie niedrige Drücke begünstigt wird. Je höher der Druck ist, desto höher muss die
Temperatur sein, um noch zufriedenstellende Reaktionsausbeuten zu erreichen. Als Katalysatoren für die Zersetzung wurde eine Vielzahl von Materialien vorgeschlagen, welche bei unterschiedlichen Tem- peraturen aktiv sind (vgl. z.B. Il. Lucentini et al., Review of the Decomposition of Ammonia to Generate
Hydrogen, Ind. Eng. Chem. Res. 2021, 60, 18560-18611).
[0004] Bei der katalytischen Zersetzung von NH; wird ein Produktgas erhalten, welches H, im Ge- misch mit N, und ggf. weiteren gasfôrmigen Bestandteilen enthält, z.B. nicht umgesetztes NH;. Viele industrielle Anwendungen erfordern jedoch H, in hoher Reinheit, so dass eine Reinigung des Produkt- gases erforderlich ist, ehe der H, den industriellen Anwendungen zugeführt werden kann. Während die
Reinigung von H, grundsätzlich über verschiedene Verfahren möglich ist, z.B. kryogene Verfahren oder
Membranverfahren, ist in groBtechnischem Maßstab eine Reinigung durch Druckwechseladsorption be- sonders wirtschaftlich.
[0005] US 4 704 267 A betrifft die Herstellung von hochreinem Wasserstoff aus flüssigem, wasser- freiem Ammoniak. Ammoniak wird verdampft und anschlieBend in seine Bestandteile aufgespalten. Der resultierende dissoziierte Gasstrom wird einer adiabatischen Metallhydrid-Reinigungseinheit zugeführt, um den im Strom vorhandenen Wasserstoff zu absorbieren. Der adsorbierte Wasserstoff wird dann als hochreines Produkt zuriickgewonnen.
[0006] US 2020/0123006 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stickstoff und Wasserstoff enthaltenden Produktgases aus Ammoniak, umfassend die Schritte der nicht-katalytischen partiellen
Oxidation von Ammoniak mit einem sauerstoffhaltigen Gas zu einem Prozessgas, das Stickstoff, Was- 1
230084P00LU 12.07.2023 ser, Mengen von Stickoxiden und Restmengen von Ammoniak enthält; Cracken von mindestens einem LU103169
Teil der Restmengen an Ammoniak zu Wasserstoff und Stickstoff in dem Prozessgas durch Kontakt mit einem nickelhaltigen Katalysator und gleichzeitiges Reduzieren der Mengen an Stickoxiden zu Stick- stoff und Wasser durch Reaktion mit einem Teil des Wasserstoffs, der während des Crackens des Pro- zessgases durch Kontakt des Prozessgases mit dem nickelhaltigen Katalysator gebildet wird; und Ab- ziehen des Wasserstoff und Stickstoff enthaltenden Produktgases.
[0007] FR 1 469 045 A betrifft einen Apparat aus einem mit Ammoniak gespeisten Vorwärmer, einem
Rohrbündel, das einen Katalysator zur Ammoniakspaltung umschließt, und gegebenenfalls einer Zelle zur Wasserstoffreinigung durch Diffusion, die miteinander verbunden sind und sich in einem einzigen
Gehäuse befinden, welches Heizmittel enthält.
[0008] CN 111 957 270 A betrifft eine Ammoniakzersetzungsvorrichtung, welche eine Ammoniakzer- setzungseinheit und eine Verbrennungseinheit umfasst, die auf die Ammoniakzersetzungseinheit ein- wirkt. Ammoniak tritt in die Ammoniakzersetzungseinheit über einen ersten Einlass für gereinigtes Gas ein, um eine Ammoniakzersetzungsreaktion durchzuführen. Erzeugtes Mischgas wird über einen zwei- ten Auslass für gereinigtes Gas abgeleitet und tritt dann in die Verbrennungseinheit über einen zweiten
Einlass für gereinigtes Gas ein. Das Mischgas umfasst Stickstoff, Wasserstoff und unzersetztes Ammo- niak. Das Mischgas tritt in die Verbrennungseinheit ein, um Wärme für die Ammoniakzersetzungsreak- tion der Ammoniakzersetzungseinheit bereitzustellen, so dass die Selbstversorgung mit Wärme in dem
Ammoniakzersetzungs-Wasserstoff-Produktionssystem realisiert wird. Es wird kein zusätzlicher Brenn- stoff für die Energieversorgung benötigt und die Kosten des Ammoniakzersetzungs-Wasserstoff-Pro- duktionssystems werden reduziert.
[0009] CN 113 896 168 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff oder reduzierendem
Gas durch Ammoniakspaltung mit einem zweistufigen Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst:
Das flüssige Ammoniak des Rohmaterials wird vollständig vergast und durch ein Wärmeaustausch-
Vergasungssystem erhitzt und tritt dann in ein Wärmeaustausch-Ammoniak-Crack-Reaktionssystem der ersten Stufe ein, um eine partielle Ammoniak-Crack-Reaktion zu erzeugen, Das Reaktionsgas aus dem
Wärmeaustausch-Ammoniak-Crack-Reaktionssystem der ersten Stufe tritt in ein Hochtemperatur-Am- moniak-Crack-Reaktionssystem der zweiten Stufe ein, um eine Rest-Ammoniak-Crack-Reaktion durch- zuführen. Das Hochtemperatur-Ammoniak-Crack-Reaktionsgas der zweiten Stufe tritt nacheinander in das Wärmeaustausch-Ammoniak-Crack-Reaktionssystem der ersten Stufe und das Wärmeaustausch-
Vergasungssystem ein, um allmählich Wärme zurückzugewinnen, so dass das Reduktionsgas erhalten wird.
[0010] WO 2011/107279 A1 betrifft einen auf Ammoniak basierenden Wasserstofferzeugungsreaktor umfassend eine Ammoniakspaltkammer mit einem Ammoniakspaltkatalysator, eine innere Verbren- nungskammer mit einem Verbrennungs- oder Oxidationskatalysator, der in thermischem Kontakt mit der Ammoniakspaltkammer steht, eine Ammoniakgas-Vorheizkammer und einen äußeren Mantelring 2
230084P00LU 12.07.2023 zur Wärmerückgewinnung aus den aus der Verbrennungskammer austretenden Verbrennungsproduk- LU103169 ten, wobei die Spaltkammer, die innere Verbrennungskammer, die Vorheizkammer und der Wärme- rückgewinnungs-Mantelring konzentrisch angeordnet sind.
[0011] WO 2012/090739 A1 betrifft einen Wasserstoffgenerator umfassend eine Zersetzungsvorrich- tung, die eine Verbindung, die ein Wasserstoffatom und ein Stickstoffatom enthält, zersetzt und Was- serstoff erzeugt; einer Verbindungszufuhrvorrichtung, die die Verbindung der Zersetzungsvorrichtung zuführt; und einer Sauerstoffzufuhrvorrichtung, die der Zersetzungsvorrichtung Sauerstoff zuführt.
[0012] WO 2020/095467 A betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffgas umfassend: einen Verdampfer, der flüssiges Ammoniak erhitzt, um Ammoniakgas zu erzeugen; eine Hauptvorrich- tung zur thermischen Zersetzung, welche die Verbrennung eines Brenngases bewirkt, wodurch das vom
Verdampfer erzeugte Ammoniakgas erhitzt und in Stickstoffgas und Wasserstoffgas zersetzt wird; einen
Kühler, der ein durch die Zersetzung erzeugtes Gas kühlt, welches das Stickstoffgas und das durch die
Zersetzung durch die Hauptvorrichtung zur thermischen Zersetzung erzeugte Wasserstoffgas enthält; und einen Abscheider (8), der das Wasserstoffgas von dem gekühlten, durch die Zersetzung erzeugten
Gas trennt.
[0013] WO 2021/257944 A1 betrifft die Rückgewinnung von Wasserstoff aus einem Ammoniakspalt- verfahren, bei dem das Spaltgas in einer PSA-Vorrichtung gereinigt wird. Durch die Verwendung eines
Membranseparators für das PSA-Abgas wird die Rückgewinnung verbessert.
[0014] WO 2022/096529 A1 betrifft ein Verfahren zum Cracken von Ammoniak, zum Erzeugen von
Wasserstoff und zum Erzeugen von elektrischem Strom, umfassend Elektrolyse von Wasser in zuge- führtem Ammoniak, Verdampfen, Vorwärmen und Cracken von Ammoniak unter Verwendung von
Ammoniaksynthese Katalysatoren bei niedrigen Temperaturen.
[0015] WO 2022/243410 A1 betrifft ein Verfahren zur Synthese von Wasserstoff über das katalytische
Cracken von Ammoniak; wobei ein ammoniakhaltiger Strom einem katalytischen Crackschritt in Ge- genwart von Wärme unterzogen wird, um ein verbranntes Gas und einen thermisch gecrackten Strom zu erhalten, der Stickstoff, Wasserstoff und möglicherweise restliches Ammoniak und gegebenenfalls
Wasser enthält; wobei der thermisch gecrackte Strom einem Wasserstoffgewinnungsschritt unterzogen wird, um einen hochreinen Wasserstoffstrom zu erhalten.
[0016] WO 2022/265647 A1 betrifft die Rückgewinnung eines erneuerbaren Wasserstoffprodukts aus einem Ammoniak-Crackverfahren, bei dem das gecrackte Gas in einer ersten PSA-Vorrichtung gerei- nigt wird und mindestens ein Teil des ersten PSA-Endgases als Brennstoff zurückgeführt wird, um die
Kohlenstoffintensität des erneuerbaren Wasserstoffprodukts zu verringern.
[0017] WO 2022/2656438 A1 betrifft die Entfernung von NOx-Verunreinigungen durch selektive kata-
Iytische Reduktion (SCR) aus einem Rauchgas, das in einem Ammoniak-Crackverfahren erzeugt wird, 3
230084P00LU 12.07.2023 wobei eine wässrige Ammoniaklösung verwendet wird, die durch Kühlen des komprimierten Abgases LU103169 aus einer Wasserstoff-PSA-Vorrichtung zur Reinigung des gecrackten Gases erzeugt wird.
[0018] WO 2022/265649 A1 betrifft die Verringerung des Wassergehalts des in einem Ammoniak- spaltverfahren verwendeten Ammoniaks, wodurch der Einsatz wasserunverträglicher Spaltkatalysatoren ermöglicht wird. Der Prozess der Wasserentfernung kann auch zur Rückgewinnung und Rückführung von Ammoniak aus dem Spaltgas genutzt werden.
[0019] WO 2022/265650 Al betrifft ein Ammoniakspaltverfahren, bei dem Spaltgas in einem PSA-
System gereinigt wird. Restammoniak in einem ersten Spaltgas wird in weiteren Wasserstoff und Stick- stoff umgewandelt, indem PSA-Restgas oder ein davon abgeleitetes Gas einem sekundären Spaltreaktor zugeführt und ein zweites Spaltgas weiterverarbeitet wird.
[0020] WO 2022/265651 A1 betrifft ein Verfahren, bei dem Restammoniak in einem Wasserstoff-
PSA-System mit einem nicht-zeolithischen Adsorptionsmittel wie Aktivkohle, Aktivtonerde oder Kie- selgel aus Ammoniakspaltgas entfernt wird.
[0021] Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Gewinnung von H, aus NH; sind nicht in jeder Hinsicht zufriedenstellend und es besteht ein Bedarf an verbesserten Verfahren, welche sich wirtschaftlich in großtechnischem Maßstab durchführen lassen. Für die Erzeugung von H, aus NH; muss ein geeignetes Reaktorkonzept entwickelt werden. Für eine endotherme bzw. quasiisotherme Hochtem- peraturreaktion bietet sich grundsätzlich ein befeuerter Röhrenreaktor analog zu einem Dampfreformer an. Die technische Übertragung der Dampfreformierung auf die katalytische Zersetzung von NH; ist jedoch mit verschiedenen Hindernissen verbunden.
[0022] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von H, aus NH; bereitzustellen. Das Verfahren sollte im Hinblick auf Energiebilanz und Ausbeute wirtschaftlich sein und in großtechnischem Maßstab durchgeführt werden können. Es sollten NHz-Zersetzungskatalysato- ren eingesetzt werden können, welche bei vertretbaren Kosten eine ausreichende Lebensdauer unter den gegebenen Reaktionsbedingungen aufweisen.
[0023] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche gelöst.
[0024] Es wurde gefunden, dass die Reinigung des Produktgases durch Druckwechseladsorption einen
Druck des Produktgases von mindestens 10 bar a erfordert, bevorzugt mindestens 20 bar a, um in wirt- schaftlicher Weise zu funktionieren. Ein solcher Druck ist jedoch an sich für die katalytische Zersetzung von NH; ungünstig. Eine Durchführung der katalytischen Zersetzung bei geringerem Druck und eine anschließende Verdichtung des Produktgases vor der Druckwechseladsorption wären nicht wirtschaft- lich.
[0025] Es wurde nun überraschend gefunden, dass eine Reaktionsführung möglich ist, welche einer- seits eine gute Ausbeute der Zersetzungsreaktion erreicht, andererseits aber auch bei einem ausreichend 4
230084P00LU 12.07.2023 hohen Druck erfolgt, so dass eine anschließende Reinigung durch Druckwechseladsorption in wirt- LU103169 schaftlicher Weise und ohne vorgeschaltete Verdichtung des Produktgases möglich ist.
[0026] Es wurde gefunden, dass eine Reaktionsführung in zwei nacheinander geschalteten Reaktoren insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn der erste Reaktor ein im Wesentlichen adiabatisch betriebener
Festbettreaktor ohne externe Wärmezufuhr ist, und der zweite Reaktor als befeuerter Röhrenreaktor in
Analogie zu einem Primärreformer (Steam Reformer) ausgebildet ist. Der befeuerte Röhrenreaktor kann dadurch verkleinert werden. Demzufolge kann dadurch auch die Menge an Wärme begrenzt werden, welche in der Verbrennungsluft enthalten ist, d.h. im Abgas der Befeuerungsanlage für den Röhrenre- aktor, und welche für eine wirtschaftliche Verfahrensführung in den Prozess zurückgeführt werden muss, um nicht ungenutzt an die Umgebung abgegeben zu werden.
[0027] Dabei wurde gefunden, dass die Temperaturen am Eingang (T,) und Ausgang (T,) des ersten
Reaktors, die Temperaturen am Eingang (Ts) und Ausgang (T4) des zweiten Reaktors, der Grad der partiellen Umsetzung im ersten Reaktor und die Ausgestaltung des zweiten Reaktors in Wechselwirkung zueinander stehen und in einer Weise beeinflusst werden können, welche eine Optimierung der Wirt- schaftlichkeit des Verfahrens ermöglichen.
[0028] Für den vorgeschalteten Festbettreaktor sind Eintrittstemperatur (T,) und Ausgangstemperatur (T,) nach oben durch die zulässige Vorwärmung begrenzt, nach unten durch die Aktivität des Katalysa- tors. Je nach Art des Katalysators oder der Katalysatoren liegt das Betriebsfenster bevorzugt zwischen ca. 650°C und ca. 350°C.
[0029] Für den nachgeschalteten befeuerten Rôhrenreaktor führt bevorzugt ein parabolisches Profil der
Energiezuführung durch die Rohrwand zu einem deutlich kleineren Bedarf an Katalysator verglichen mit einem linearen Profil der Energiezuführung. Fine Deckenfeuerung mit vergleichsweise kurzer
Flamme hat sich für die Energiezufuhr als optimale Lösung herausgestellt. Bevorzugt wird der nachge- schaltete befeuerte Rôhrenreaktor für eine Fintrittstemperatur im Bereich von ca. 550°C bis 700°C aus- gelegt. Bei hôheren Temperaturen verbraucht die Reaktion mehr Energie als durch die Rohrwand infolge der Befeuerung nachgeliefert werden kann. Zudem würden für die Gerätschaften spezielle Materialien mit verkürzter Lebensdauer benötigt und es käme nur zu einer geringen Einsparung an Katalysatorvo- lumen. Bevorzugt wird der nachgeschaltete befeuerte Rôhrenreaktor so ausgelegt, dass seine Austritt- stemperatur höher als seine Eintrittstemperatur ist. Auf diese Weise kann eine Annäherung an den
Gleichgewichtsumsatz erreicht werden. Niedrigere Austrittstemperaturen würden zu niedrigeren Um- sätzen führen und somit zu einer höheren Gasbelastung und zu einer Vergrößerung des erforderlichen
Reaktorvolumens.
[0030] Insbesondere wurden Reaktionsbedingungen gefunden, bei denen Umsätze in Bezug auf H, von 98% und mehr erreicht werden kônnen, wodurch die verbleibende Restmenge an nicht umgesetztem
NH; im Produktgas so gering ist, dass eine Abtrennung des H, durch Druckwechseladsorption ohne weitere Maßnahmen möglich ist.
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[0031] Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von H, aus NH; umfas- LU103169 send die Schritte: (a) Bereitstellen eines Eduktgases, welches NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; (b) Erwärmen des Eduktgases auf eine Gastemperatur T; im Bereich von 550 bis 850°C bei einem
Druck p, von mindestens 10 bar a; (c) Einleiten des erwärmten Eduktgases bei der Gastemperatur T, und dem Druck p; in wenigstens einen Festbettreaktor, welcher mindestens ein Katalysatorbett enthält, welches einen NHz-Zerset- zungskatalysator umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; (d) partielles Zersetzen von NH; in dem mindestens einen Festbettreaktor auf dem mindestens einen
Katalysatorbett unter Erhalt eines Zwischenproduktgases, welches Hy, N, und nicht zersetztes NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; und (e) Ausleiten des Zwischenproduktgases aus dem mindestens einen Festbettreaktor bei einer Gastem- peratur T, im Bereich von 300 bis 700°C und einem Druck p, von mindestens 10 bar a; (f) Erwärmen des Zwischenproduktgases auf eine Gastemperatur T; im Bereich von 550 bis 700°C bei einem Druck ps; von mindestens 10 bar a; (g) Einleiten des erwärmten Zwischenproduktgases bei der Gastemperatur Ts und dem Druck pj in mindestens einen Röhrenreaktor umfassend eine Vielzahl parallel angeordneter Röhren, welche
Jeweils mindestens ein Katalysatorbett enthalten, welches durch Verbrennung eines Verbrennungs- gases beheizt wird und einen Nickel-basierten NH;-Zersetzungskatalysator umfasst oder im We- sentlichen daraus besteht; (h) Zersetzen von NH; in dem mindestens einen Röhrenreaktor auf den Katalysatorbetten unter Erhalt eines Produktgases, welches H,, N, und ggf. nicht zersetztes NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; und (1) Ausleiten des Produktgases aus dem mindestens einen Rôhrenreaktor bei einer Gastemperatur Ty im Bereich von 550 bis 750°C und einem Druck p4 von mindestens 10 bar a.
[0032] In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Eduktgas bereitgestellt, welches NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
[0033] In bevorzugten Ausführungsformen wird das NH; bei tiefen Temperaturen flüssig gelagert und ist daher im Wesentlichen rein, so dass das Eduktgas bevorzugt im Wesentlichen aus NH; besteht.
[0034] Bevorzugt handelt es sich beim dem NH; um synthetisches NHz, welches aus N, und H, herge- stellt wurde, wobei das H, bevorzugt durch Elektrolyse von Wasser gewonnen wurde, und wobei be- vorzugt der Strom für die Elektrolyse aus erneuerbaren Energien, bevorzugt Sonnenenergie (insbeson- dere Photovoltaik) und/oder Windenergie gewonnen wurde. 6
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[0035] In Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zuvor in Schritt (a) bereitgestellte LU103169
Eduktgas auf eine Gastemperatur T, im Bereich von 550 bis 850°C erwärmt bei einem Druck p; von mindestens 10 bar a.
[0036] Bevorzugt liegt T; im Bereich von 550 bis 700°C.
[0037] Bevorzugt beträgt T, mindestens 595°C, bevorzugt mindestens 600°C, bevorzugter mindestens 605°C, noch bevorzugter mindestens 610°C, am bevorzugtesten mindestens 615°C, und insbesondere mindestens 620°C. Bevorzugt beträgt T, mindestens 625°C, bevorzugt mindestens 630°C, bevorzugter mindestens 635°C, noch bevorzugter mindestens 640°C, am bevorzugtesten mindestens 645°C, und ins- besondere mindestens 650°C.
[0038] Bevorzugt beträgt T, höchstens 710°C, bevorzugt höchstens 705°C, bevorzugter höchstens 700°C, noch bevorzugter höchstens 695°C, am bevorzugtesten höchstens 690°C, und insbesondere höchstens 685°C. Bevorzugt beträgt T, höchstens 680°C, bevorzugt höchstens 675°C, bevorzugter höchstens 670°C, noch bevorzugter höchstens 665°C, am bevorzugtesten höchstens 660°C, und insbe- sondere höchstens 655°C.
[0039] Bevorzugt beträgt pı mindestens 12 bar a, bevorzugt mindestens 14 bar a, bevorzugter mindes- tens 16 bar a, noch bevorzugter mindestens 18 bar a, am bevorzugtesten mindestens 20 bar a, und ins- besondere mindestens 22 bar a.
[0040] In Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zuvor in Schritt (b) erwärmte Edukt- gas bei der Gastemperatur T, und dem Druck p, in wenigstens einen Festbettreaktor eingeleitet, welcher mindestens ein Katalysatorbett enthält, welches einen NH;-Zersetzungskatalysator umfasst oder im We- sentlichen daraus besteht.
[0041] Bevorzugt wird das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors nicht beheizt.
[0042] Bevorzugt wird der wenigstens eine Festbettreaktor adiabatisch betrieben.
[0043] Bevorzugt ist der NHz-Zersetzungskatalysator des mindestens einen Katalysatorbetts des Fest- bettreaktors Nickel-basiert, bevorzugt geträgertes Nickel.
[0044] Bevorzugt weist der Nickel-basierte NH;-Zersetzungskatalysator des mindestens einen Kataly- satorbetts des Festbettreaktors für die Zersetzung von NH; eine (scheinbare) Aktivierungsenergie von höchstens 240 kJ mol! auf; bevorzugt höchstens 230 kJ-mol-!, bevorzugter höchstens 220 kJ-mol-!, noch bevorzugter höchstens 210 kJ-mol!, am bevorzugtesten höchstens 200 kJ-mol-!, und insbesondere höchstens 190 kJ-mol-!.
[0045] Bevorzugt weist der Nickel-basierte NH;-Zersetzungskatalysator des mindestens einen Kataly- satorbetts des Festbettreaktors für die Zersetzung von NH; eine (scheinbare) Aktivierungsenergie von höchstens 180 kJ mol! auf; bevorzugt höchstens 170 kJ-mol-!, bevorzugter höchstens 160 kJ-mol-!, noch 7
230084P00LU 12.07.2023 bevorzugter höchstens 150 kJ-mol!, am bevorzugtesten höchstens 140 kJ-mol-!, und insbesondere LU103169 höchstens 130 kJ-mol-!.
[0046] In bevorzugten Ausführungsformen enthält der wenigstens eine Festbettreaktor ein erstes Kata- lysatorbett umfassend einen ersten NH;-Zersetzungsaktalysator und ein zweites Katalysatorbett umfas- send einen zweiten NH;-Zersetzungsaktalysator, wobei das zweite Katalysatorbett in Strömungsrich- tung des Eduktgases bzw. Zwischenproduktgases stromabwärts des ersten Katalysatorbetts angeordnet ist.
[0047] In bevorzugten Ausführungsformen sind der erste NH;-Zersetzungskatalysator und der zweite
NH;-Zersetzungskatalysator gleich.
[0048] In anderen bevorzugten Ausführungsformen sind der erste NH;-Zersetzungskatalysator und der zweite NH;-Zersetzungskatalysator verschieden.
[0049] Bevorzugt weist für die Zersetzung von NH; der zweite NH;-Zersetzungskatalysator eine hö- here (scheinbare) Aktivierungsenergie auf als der erste NH;-Zersetzungskatalysator.
[0050] In bevorzugten Ausführungsformen weist das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettre- aktors eine im Wesentlichen die Form eines Zylinders auf und wird von dem Eduktgas bzw. Zwischen- produktgas axial durchströmt.
[0051] In anderen bevorzugten Ausführungsformen wiest das mindestens eine Katalysatorbett des Fest- bettreaktors im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders auf und wird von dem Eduktgas bzw. Zwi- schenproduktgas radial durchströmt wird.
[0052] Bevorzugt weist das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors einen im Wesentli- chen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von mindestens 80 cm auf, bevorzugt mindestens 100 cm, bevorzugter mindestens 120 cm, noch bevorzugter mindestens 140 cm, am bevorzugtesten min- destens 160 cm, und insbesondere mindestens 180 cm.
[0053] Bevorzugt weist das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors in Strömungsrichtung des Eduktgases bzw. Zwischenproduktgases eine Länge von mindestens 80 cm auf, bevorzugt mindes- tens 100 cm, bevorzugter mindestens 120 cm, noch bevorzugter mindestens 140 cm, am bevorzugtesten mindestens 160 cm, und insbesondere mindestens 180 cm.
[0054] Bevorzugt weist das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors eine Raumgeschwin- digkeit im Bereich von 5.000 bis 25.000 h! auf, bevorzugt 10.000 bis 20.000 h!, bevorzugter 12.500 bis 17.500 h"!.
[0055] In Schnitt (d) des erfindungsgemäben Verfahrens wird NH; in dem mindestens einen Festbett- reaktor auf dem mindestens einen Katalysatorbett partiell zersetzt unter Erhalt eines Zwischenprodukt- gases, welches H,, N, und nicht zersetztes NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht. 8
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[0056] Bevorzugt beträgt in Schritt (d) der Umsatz des zersetzten NH; mindestens 12,5%, bevorzugt LU103169 mindestens 15%, bevorzugter mindestens 17,5%, noch bevorzugter mindestens 20%, am bevorzugtesten mindestens 22,5%, und insbesondere mindestens 25%, jeweils bezogen auf die Menge an NH;, welche ursprünglich in dem in Schritt (a) bereitgestellten Eduktgas enthalten war.
[0057] Bevorzugt beträgt in Schritt (d) der Umsatz des NH; höchstens 42,5%, bevorzugt höchstens 40%, bevorzugter höchstens 37,5%, noch bevorzugter höchstens 35%, am bevorzugtesten höchstens 32,5%, und insbesondere höchstens 30%, jeweils bezogen auf die Menge an NH;, welche ursprünglich in dem in Schritt (a) bereitgestellten Eduktgas enthalten war.
[0058] In Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zuvor in Schritt (d) erhaltene Zwi- schenproduktgas aus dem mindestens einen Festbettreaktor bei einer Gastemperatur T, im Bereich von 300 bis 700°C und einem Druck p, von mindestens 10 bar a ausgeleitet.
[0059] Bevorzugt liegt T, im Bereich von 300 bis 690°C.
[0060] Bevorzugt beträgt T, mindestens 300°C, bevorzugt mindestens 310°C, bevorzugter mindestens 320°C, noch bevorzugter mindestens 330°C, am bevorzugtesten mindestens 340°C, und insbesondere mindestens 350°C. Bevorzugt beträgt T, mindestens 400°C, bevorzugt mindestens 410°C, bevorzugter mindestens 420°C, noch bevorzugter mindestens 430°C, am bevorzugtesten mindestens 440°C, und ins- besondere mindestens 450°C.
[0061] Bevorzugt beträgt T, höchstens 510°C, bevorzugt höchstens 500°C, bevorzugter höchstens 490°C, noch bevorzugter höchstens 480°C, am bevorzugtesten höchstens 470°C, und insbesondere höchstens 460°C. Bevorzugt beträgt T, höchstens 410°C, bevorzugt höchstens 400°C, bevorzugter höchstens 390°C, noch bevorzugter höchstens 380°C, am bevorzugtesten höchstens 370°C, und insbe- sondere höchstens 360°C.
[0062] Bevorzugt beträgt p, mindestens 12 bar a, bevorzugt mindestens 14 bar a, bevorzugter mindes- tens 16 bar a, noch bevorzugter mindestens 18 bar a, am bevorzugtesten mindestens 20 bar a, und ins- besondere mindestens 22 bar a.
[0063] Bevorzugt gilt T, > T,.
[0064] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T, - T, | mindestens 50°C, bevorzugter mindestens 75°C, noch bevorzugter mindestens 100°C, am bevorzugtesten mindestens 125°C, und insbesondere mindestens 150°C. Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdif- ferenz | T, - T, | mindestens 175°C, bevorzugter mindestens 200°C, noch bevorzugter mindestens 225°C, am bevorzugtesten mindestens 250°C, und insbesondere mindestens 275°C.
[0065] In bevorzugten Ausführungsformen liegt - T; im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C; und 9
230084P00LU 12.07.2023 - T, im Bereich von 450+50°C, bevorzugt 450+40°C, bevorzugter 450+30°C, noch bevorzugter LU103169 450+20°C, am bevorzugtesten 450+10°C.
[0066] In anderen bevorzugten Ausführungsformen liegt - T; im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C; und - T, im Bereich von 350+50°C, bevorzugt 350+40°C, bevorzugter 350+30°C, noch bevorzugter 350+20°C, am bevorzugtesten 350+10°C.
[0067] Bevorzugt gilt p; > ps.
[0068] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Druckdifferenz | P1- Pz | höchstens 6 bar, bevorzugt höchstens 5 bar, bevorzugter höchstens 4 bar, noch bevorzugter höchstens 3 bar, am bevorzugtesten höchstens 2 bar, und insbesondere höchstens 1 bar.
[0069] Bevorzugt gilt T3 > T,.
[0070] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T; - T, | mindestens 20°C, bevorzugter mindestens 40°C, noch bevorzugter mindestens 60°C, am bevorzugtesten mindestens 80°C, und insbesondere mindestens 100°C.
[0071] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T; - T, | mindestens 110°C, bevorzugter mindestens 120°C, noch bevorzugter mindestens 130°C, am bevorzugtesten mindestens 140°C, und insbesondere mindestens 150°C.
[0072] In bevorzugten Ausführungsformen liegt - T, im Bereich von 450+50°C, bevorzugt 450+40°C, bevorzugter 450+30°C, noch bevorzugter 450+20°C, am bevorzugtesten 450+10°C; und - T3; im Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzugter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C; und
[0073] In anderen bevorzugten Ausführungsformen liegt - T, im Bereich von 350+50°C, bevorzugt 350+40°C, bevorzugter 350+30°C, noch bevorzugter 350+20°C, am bevorzugtesten 350+10°C; und - T3; im Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620=40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzugter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C.
[0074] Bevorzugt gilt ps > pa.
[0075] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Druckdifferenz | Ps - P2 | höchstens 6 bar, bevorzugt höchstens 5 bar, bevorzugter höchstens 4 bar, noch bevorzugter höchstens 3 bar, am bevorzugtesten höchstens 2 bar, und insbesondere höchstens 1 bar.
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[0076] In bevorzugten Ausführungsformen gilt T; > T,. LU103169
[0077] In anderen bevorzugten Ausführungsformen gilt T; < T;.
[0078] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T, -T; | mindestens 5°C, bevorzugter mindestens 10°C, noch bevorzugter mindestens 15°C, am bevorzugtesten mindestens 20°C, und insbesondere mindestens 25°C. Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T, - T3; | mindestens 30°C, bevorzugter mindestens 35°C, noch bevorzugter mindestens 40°C, am bevor- zugtesten mindestens 45°C, und insbesondere mindestens 50°C.
[0079] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T, - T; | höchstens 50°C, bevorzugter höchstens 45°C, noch bevorzugter höchstens 40°C, am bevorzugtesten höchstens 35°C, und insbesondere höchstens 30°C. Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T, -
T; | höchstens 25°C, bevorzugter höchstens 20°C, noch bevorzugter höchstens 15°C, am bevorzugtes- ten höchstens 10°C, und insbesondere höchstens 5°C.
[0080] In bevorzugten Ausführungsformen liegt - T; im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C; und - T3; im Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzugter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C.
[0081] Bevorzugt gilt ps < pı.
[0082] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Druckdifferenz | Ps - Pi | höchstens 6 bar, bevorzugt höchstens 5 bar, bevorzugter höchstens 4 bar, noch bevorzugter höchstens 3 bar, am bevorzugtesten höchstens 2 bar, und insbesondere höchstens 1 bar.
[0083] Bevorzugt ist der Nickel-basierte NH;-Zersetzungskatalysator des jeweils mindestens einen Ka- talysatorbetts der Vielzahl an Röhren des Röhrenreaktors geträgertes Nickel.
[0084] Bevorzugt weist der Nickel-basierte NH;-Zersetzungskatalysator des jeweils mindestens einen
Katalysatorbetts der Vielzahl an Röhren des Röhrenreaktors für die Zersetzung von NH; eine (schein- bare) Aktivierungsenergie von höchstens 240 kJ-mol-* auf; bevorzugt höchstens 230 kJ-mol-!, bevorzug- ter höchstens 220 kJ-mol-!, noch bevorzugter höchstens 210 kJ-mol-!, am bevorzugtesten höchstens 200 kJ-mol-!, und insbesondere höchstens 190 kJ-mol-!.
[0085] Bevorzugt weist der Nickel-basierte NHz-Zersetzungskatalysator des jeweils mindestens einen
Katalysatorbetts der Vielzahl an Röhren des Röhrenreaktors für die Zersetzung von NH; eine (schein- bare) Aktivierungsenergie von höchstens 180 kJ-mol! auf; bevorzugt höchstens 170 kJ-mol-!, bevorzug- ter höchstens 160 kJ-mol-!, noch bevorzugter höchstens 150 kJ-mol-!, am bevorzugtesten höchstens 140 kJ-mol-!, und insbesondere höchstens 130 kJ-mol-!. 11
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[0086] Bevorzugte Trägermaterialien sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al,O,, MgO, LU103169
SiO,, mesoporöses S10, (z.B. MCF-17, MCM-41, SBA-15), Zeolith (z.B. HY, H-ZSM-5), BaMnO;,
BaTiO;, BaZrO;, CaMnO4, CaT10+, CaZrO-, CeO,, Gd,O+, GdAIOs+, KNbO;, La, Os, LaAlO;, MnO,,
NaNbO;, Nb, Os, Sm,0;, SmAIQ;, SrMnO4, SrT105, SrZrO4, T10,, Y,0;, ZrO,, Kohlenstoff (z.B. CNTs,
SWCNTs, AX-21, MSC-30, MESO-C, GNP, Aktivkohle, Graphen, Graphenoxid), Attapulgit, Hydro- calumit, Sepiolit, und Mischungen daraus.
[0087] In Schritt (f) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Zwischenproduktgas auf eine Ga- stemperatur Tsim Bereich von 550 bis 700°C erwärmt bei einem Druck p; von mindestens 10 bar a.
[0088] Bevorzugt liegt T3 im Bereich von 560 bis 700°C.
[0089] Bevorzugt beträgt Ts mindestens 590°C, bevorzugt mindestens 595°C, bevorzugter mindestens 600°C, noch bevorzugter mindestens 605°C, am bevorzugtesten mindestens 610°C, und insbesondere mindestens 615°C.
[0090] Bevorzugt beträgt T3 höchstens 650°C, bevorzugt höchstens 645°C, bevorzugter höchstens 640°C, noch bevorzugter höchstens 635°C, am bevorzugtesten höchstens 630°C, und insbesondere höchstens 625°C.
[0091] Bevorzugt beträgt p; mindestens 12 bar a, bevorzugt mindestens 14 bar a, bevorzugter mindes- tens 16 bar a, noch bevorzugter mindestens 18 bar a, am bevorzugtesten mindestens 20 bar a, und ins- besondere mindestens 22 bar a.
[0092] In Schritt (g) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zuvor in Schritt (f) erwärmte Zwi- schenproduktgas bei der Gastemperatur Ts und dem Druck pz in mindestens einen Röhrenreaktor ein- geleitet, welcher eine Vielzahl parallel angeordneter Röhren umfasst, welche jeweils mindestens ein
Katalysatorbett enthalten, welches durch Verbrennung eines Verbrennungsgases beheizt wird und einen
Nickel-basierten NH;-Zersetzungskatalysator umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
[0093] Bevorzugt beträgt die Anzahl der parallel angeordneten Röhren des Röhrenreaktors mindestens 50, bevorzugt mindestens 100, bevorzugter mindestens 150, noch bevorzugter mindestens 200, am be- vorzugtesten mindestens 250, und insbesondere mindestens 300.
[0094] Bevorzugt weist die Vielzahl der parallel angeordneten Röhren des Röhrenreaktors in Strö- mungsrichtung des Zwischenproduktgases bzw. Produktgases jeweils eine Länge Lg von mindestens 5,5 m auf, bevorzugt mindestens 6,0 m, bevorzugter mindestens 6,5 m, noch bevorzugter mindestens 8 m, am bevorzugtesten mindestens 7,0 m, und insbesondere mindestens 7,5 m.
[0095] Bevorzugt weist die Vielzahl der parallel angeordneten Röhren des Röhrenreaktors in Strö- mungsrichtung des Zwischenproduktgases bzw. Produktgases einen im Wesentlichen kreisrunden Quer- schnitt mit einem Innendurchmesser von mindestens 5,0 cm auf, bevorzugt mindestens 5,5 cm, bevor- 12
230084P00LU 12.07.2023 zugter mindestens 6,0 cm, noch bevorzugter mindestens 6,5 cm, am bevorzugtesten mindestens 7,0 cm, LU103169 und insbesondere mindestens 7,5 cm.
[0096] Bevorzugt weist die Vielzahl der parallel angeordneten Röhren des Röhrenreaktors in Strö- mungsrichtung des Zwischenproduktgases bzw. Produktgases einen im Wesentlichen kreisrunden Quer- schnitt mit einem Innendurchmesser von höchstens 12 cm auf, bevorzugt höchstens 11 cm, bevorzugter höchstens 10 cm, noch bevorzugter höchstens 9,5 cm, am bevorzugtesten höchstens 9,0 cm, und insbe- sondere höchstens 8,5 cm.
[0097] Bevorzugt weisen die Katalysatorbetten des Röhrenreaktors insgesamt eine Raumgeschwindig- keit im Bereich von 500 bis 15.000 h-! auf, bevorzugt 1.000 bis 10.000 h!, bevorzugter 2.500 bis 7.500 ht,
[0098] Bevorzugt weist das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors eine größere Raum- geschwindigkeit auf als die Katalysatorbetten des Rohrenreaktors insgesamt.
[0099] In Schritt (h) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird NH; in dem mindestens einen Réhrenre- aktor auf den Katalysatorbetten zersetzt unter Erhalt eines Produktgases, welches H,, N, und ggf. nicht zersetztes NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
[0100] Bevorzugt beträgt in Schritt (h) der Umsatz des zersetzten NH; mindestens 90%, bevorzugt mindestens 92,5%, bevorzugter mindestens 95%, noch bevorzugter mindestens 96%, am bevorzugtesten mindestens 97%, und insbesondere mindestens 98%, jeweils bezogen auf die Menge an NH;, welche ursprünglich in dem in Schritt (a) bereitgestellten Eduktgas enthalten war.
[0101] In Schritt (i) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zuvor in Schritt (h) erhaltene Pro- duktgas aus dem mindestens einen Röhrenreaktor bei einer Gastemperatur T4 im Bereich von 550 bis 750°C und einem Druck p4 von mindestens 10 bar a ausgeleitet.
[0102] Bevorzugt liegt T4 im Bereich von 560 bis 750°C.
[0103] Bevorzugt beträgt T4 mindestens 650°C, bevorzugt mindestens 655°C, bevorzugter mindestens 660°C, noch bevorzugter mindestens 665°C, am bevorzugtesten mindestens 670°C, und insbesondere mindestens 675°C.
[0104] Bevorzugt beträgt T4 höchstens 710°C, bevorzugt höchstens 705°C, bevorzugter höchstens 700°C, noch bevorzugter höchstens 695°C, am bevorzugtesten höchstens 690°C, und insbesondere höchstens 685°C.
[0105] Bevorzugt beträgt p, mindestens 12 bar a, bevorzugt mindestens 14 bar a, bevorzugter mindes- tens 16 bar a, noch bevorzugter mindestens 18 bar a, am bevorzugtesten mindestens 20 bar a, und ins- besondere mindestens 22 bar a.
[0106] Bevorzugt gilt T4 > Ts. 13
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[0107] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T; - T4 | mindestens 10°C, LU103169 bevorzugter mindestens 15°C, noch bevorzugter mindestens 20°C, am bevorzugtesten mindestens 25°C, und insbesondere mindestens 30°C.
[0108] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T; - T4 | mindestens 35°C, bevorzugter mindestens 40°C, noch bevorzugter mindestens 45°C, am bevorzugtesten mindestens 50°C, und insbesondere mindestens 55°C.
[0109] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T; - T,| höchstens 55°C, bevorzugter höchstens 50°C, noch bevorzugter höchstens 45°C, am bevorzugtesten höchstens 40°C, und insbesondere höchstens 35°C.
[0110] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T; - T,| höchstens 30°C, bevorzugter höchstens 25°C, noch bevorzugter höchstens 20°C, am bevorzugtesten höchstens 15°C, und insbesondere höchstens 10°C.
[0111] In bevorzugten Ausführungsformen liegt - T3; im Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzugter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C; und - T, im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C.
[0112] Bevorzugt gilt p4 > ps.
[0113] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Druckdifferenz | Ps - Da | höchstens 6 bar, bevorzugt höchstens 5 bar, bevorzugter höchstens 4 bar, noch bevorzugter höchstens 3 bar, am bevorzugtesten höchstens 2 bar, und insbesondere höchstens 1 bar.
[0114] Bevorzugt erfolgt die Verbrennung des Verbrennungsgases mit wenigstens einem Brenner unter
Erzeugung wenigstens einer Flamme, mit welcher Wärmeenergie in die Röhren eingebracht wird, wobei ein in die Röhren eingebrachter Wärmeenergiestrom Q, über die Länge der Röhren Ly einen nicht kon- stanten Verlauf aufweist.
[0115] Bevorzugt weist der Wärmeenergiestrom Q, über die Länge der Röhren Ly ein Maximum auf.
[0116] Bevorzugt können die Röhren jeweils über ihre Länge Ly gedanklich in zwei gleiche Hälften aufgeteilt werden, wobei das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas zunächst die erste Hälfte und an- schließend die zweite Hälfte durchströmt, wobei das Maximum des Wärmeenergiestroms Q, in der ersten Hälfte erreicht wird.
[0117] Bevorzugt können die Röhren jeweils über ihre Lange Lp gedanklich in vier gleiche Segmente aufgeteilt werden, wobei das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas zunächst das erste Segment, dann 14
230084P00LU 12.07.2023 das zweite Segment, schließlich das dritte Segment und anschließend das vierte Segment durchströmt, LU103169 wobei das Maximum des Wärmeenergiestroms Q,, im zweiten Segment erreicht wird.
[0118] Bevorzugt erfolgt die Verbrennung des Verbrennungsgases mit wenigstens einem Brenner unter
Erzeugung wenigstens einer Flamme, deren Länge Ly in Strömungsrichtung des verbrennenden Ver- brennungsgases im Wesentlichen parallel zur Länge der Röhren Ly verläuft.
[0119] Bevorzugt strömt das verbrennende Verbrennungsgas im Wesentlichen in die gleiche Richtung wie das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas (Deckenfeuerung).
[0120] Bevorzugt gilt Lr > Lr.
[0121] Bevorzugt liegt das Längenverhältnis Lg : Ly im Bereich von 10:1 bis 1,1:1, bevorzugt 7:1 bis 1,5:1, bevorzugter 4:1 bis 2:1.
[0122] Bevorzugt ist in Schritt (h) beim Durchströmen der Röhren mit Zwischenproduktgas bzw. Pro- duktgas die durch die endotherme Zersetzung von NH; verbrauchte Wärmemenge zunächst größer als die Wärmemenge, welche durch die Verbrennung des Verbrennungsgases als Wärmeenergiestrom Q, in die Röhren eingebracht wird, so dass sich das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas während des
Durchströmens der Röhren zunächst auf eine minimale Gastemperatur T min abkühlt (Trin < T3).
[0123] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T3 - Thin | mindestens 10°C, bevorzugter mindestens 20°C, noch bevorzugter mindestens 30°C, am bevorzugtesten mindestens 30°C, und insbesondere mindestens 40°C.
[0124] Bevorzugt liegt Trmin im Bereich von 560 bis 600°C, bevorzugt 570 bis 590°C.
[0125] Bevorzugt ist nach Erreichen der minimalen Gastemperatur T min die durch die endotherme Zer- setzung von NH; verbrauchte Wärmemenge anschließend kleiner als die Wärmemenge, welche durch die Verbrennung des Verbrennungsgases als Wärmeenergiestrom Q,, in die Röhren eingebracht wird, so dass sich das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas während des Durchströmens der Röhren an- schließend erwärmt (Ti, < Ty).
[0126] Bevorzugt beträgt der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T4 - Tmin | mindestens 50°C, bevorzugter mindestens 55°C, noch bevorzugter mindestens 60°C, am bevorzugtesten mindestens 65°C, und insbesondere mindestens 70°C.
[0127] Bevorzugt können die Röhren jeweils über ihre Länge Lg gedanklich in zwei gleiche Hälften aufgeteilt werden, wobei das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas zunächst die erste Hälfte und an- schließend die zweite Hälfte durchströmt, wobei die minimale Gastemperatur T,, beim Durchstrômen der ersten Hälfte erreicht wird.
[0128] Bevorzugt können die Röhren jeweils über ihre Lange Lyi gedanklich in vier gleiche Segmente aufgeteilt werden, wobei das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas zunächst das erste Segment, dann
230084P00LU 12.07.2023 das zweite Segment, schließlich das dritte Segment und anschließend das vierte Segment durchströmt, LU103169 wobei die minimale Gastemperatur T beim Durchströmen des ersten Segments erreicht wird.
[0129] In bevorzugten Ausführungsformen liegt - T; im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C; - T, im Bereich von 450+50°C, bevorzugt 450+40°C, bevorzugter 450+30°C, noch bevorzugter 450+20°C, am bevorzugtesten 450+10°C; - T3; im Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzugter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C; und - T4 im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C.
[0130] In anderen bevorzugten Ausführungsformen liegt - T; im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C; - T, im Bereich von 350+50°C, bevorzugt 350+40°C, bevorzugter 350+30°C, noch bevorzugter 350+20°C, am bevorzugtesten 350+10°C; - Tz im Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzugter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C; und - T, im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C liegt
[0131] Bevorzugt umfasst das Verbrennungsgas NHz; bevorzugt wird das in Schritt (a) bereitgestellte
Eduktgas aufgeteilt in (1) eine erste Fraktion, welche Schritt (b) zugeführt wird, und (ii) eine zweite
Fraktion, welche als Verbrennungsgas dient.
[0132] Bevorzugt macht die zweite Fraktion höchstens 8,0 Mol.-% des in Schritt (a) bereitgestellten
Eduktgases aus, bevorzugter höchstens 7,5 Mol.-%, noch bevorzugter höchstens 7,0 Mol.-%, am bevor- zugtesten höchstens 6,5 Mol.-%, und insbesondere höchstens 5 Mol.-%.
[0133] Bevorzugt umfasst das Verfahren den zusätzlichen Schritt (j) Reinigen des Produktgases durch Druckwechseladsorption unter Erhalt eines an H, angereicherten
Produktgases sowie eines an H, abgereicherten Abgases; bevorzugt wobei das an H, abgereicherte
Abgas rückgeführt und in das Verbrennungsgas eingeleitet wird.
[0134] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend als Sätze 1 bis 98 zusammen- gefasst: 16
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Satz 1: Ein Verfahren zur Herstellung von H, aus NH; umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen eines LU103169
Eduktgases, welches NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; (b) Erwärmen des Eduktgases auf eine Gastemperatur T, im Bereich von 550 bis 850°C bei einem Druck p; von mindestens 10 bar a; (c) Einleiten des erwärmten Eduktgases bei der Gastemperatur T, und dem Druck p; in wenigstens einen
Festbettreaktor, welcher mindestens ein Katalysatorbett enthält, welches einen NH;-Zersetzungskataly- sator umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; (d) partielles Zersetzen von NH; in dem mindestens einen Festbettreaktor auf dem mindestens einen Katalysatorbett unter Erhalt eines Zwischenproduktga- ses, welches H,, N, und nicht zersetztes NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; (e) Ausleiten des Zwischenproduktgases aus dem mindestens einen Festbettreaktor bei einer Gastemperatur Tz im
Bereich von 300 bis 700°C und einem Druck p, von mindestens 10 bar a; (f) Erwärmen des Zwischen- produktgases auf eine Gastemperatur T3 im Bereich von 550 bis 700°C bei einem Druck p; von mindes- tens 10 bar a; (g) Einleiten des erwärmten Zwischenproduktgases bei der Gastemperatur T3 und dem
Druck ps in mindestens einen Röhrenreaktor umfassend eine Vielzahl parallel angeordneter Röhren, welche jeweils mindestens ein Katalysatorbett enthalten, welches durch Verbrennung eines Verbren- nungsgases beheizt wird und einen Nickel-basierten NH;-Zersetzungskatalysator umfasst oder im We- sentlichen daraus besteht; (h) Zersetzen von NH; in dem mindestens einen Rôhrenreaktor auf den Kata- lysatorbetten unter Erhalt eines Produktgases, welches H,, N, und ggf. nicht zersetztes NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; und (1) Ausleiten des Produktgases aus dem mindestens einen
Rôhrenreaktor bei einer Gastemperatur T4, im Bereich von 550 bis 750°C und einem Druck p4 von min- destens 10 bar a.
Satz 2: Das Verfahren nach Satz 1, wobei das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors nicht beheizt wird.
Satz 3: Das Verfahren nach Satz 1 oder 2, wobei der wenigstens eine Festbettreaktor adiabatisch be- trieben wird.
Satz 4: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der NHz-Zersetzungskatalysator des mindestens einen Katalysatorbetts des Festbettreaktors Nickel-basiert 1st, bevorzugt geträgertes Nickel.
Satz 5: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Nickel-basierte NH;-Zerset- zungskatalysator des mindestens einen Katalysatorbetts des Festbettreaktors für die Zersetzung von NH; eine (scheinbare) Aktivierungsenergie von höchstens 240 kJ-mol-! aufweist; bevorzugt höchstens 230 kJ-mol-!, bevorzugter höchstens 220 kJ-mol-!, noch bevorzugter höchstens 210 kJ-mol-!, am bevorzug- testen höchstens 200 kJ-mol-!, und insbesondere höchstens 190 kJ-mol-.
Satz 6: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Nickel-basierte NH--Zerset- zungskatalysator des mindestens einen Katalysatorbetts des Festbettreaktors für die Zersetzung von NH; eine (scheinbare) Aktivierungsenergie von höchstens 180 kJ-mol-! aufweist; bevorzugt höchstens 170 kJ-mol-!, bevorzugter höchstens 160 kJ-mol-!, noch bevorzugter höchstens 150 kJ-mol-!, am bevorzug- testen höchstens 140 kJ-mol-*, und insbesondere höchstens 130 kJ-mol*. 17
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Satz 7: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der wenigstens eine Festbettreaktor LU103169 ein erstes Katalysatorbett umfassend einen ersten NH;-Zersetzungsaktalysator und ein zweites Kataly- satorbett umfassend einen zweiten NH;-Zersetzungsaktalysator enthält, wobei das zweite Katalysator- bett in Strömungsrichtung des Eduktgases bzw. Zwischenproduktgases stromabwärts des ersten Kata- lysatorbetts angeordnet ist.
Satz 8: Das Verfahren nach Satz 7, wobei der erste NHz-Zersetzungskatalysator und der zweite NHz-
Zersetzungskatalysator gleich sind.
Satz 9: Das Verfahren nach Satz 7, wobei der erste NHz-Zersetzungskatalysator und der zweite NHz-
Zersetzungskatalysator verschieden sind.
Satz 10: Das Verfahren nach Satz 9, wobei für die Zersetzung von NH; der zweite NH;-Zersetzungska- talysator eine höhere (scheinbare) Aktivierungsenergie aufweist als der erste NH;-Zersetzungskatalysa- tor.
Satz 11: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors eine im Wesentlichen die Form eines Zylinders aufweist und von dem Eduktgas bzw. Zwischenproduktgas axial durchströmt wird.
Satz 12: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist und von dem Eduktgas bzw. Zwischenproduktgas radial durchströmt wird.
Satz 13: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von min- destens 80 cm aufweist, bevorzugt mindestens 100 cm, bevorzugter mindestens 120 cm, noch bevor- zugter mindestens 140 cm, am bevorzugtesten mindestens 160 cm, und insbesondere mindestens 180 cm.
Satz 14: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors in Strömungsrichtung des Eduktgases bzw. Zwischenproduktgases eine Länge von mindestens 80 cm aufweist, bevorzugt mindestens 100 cm, bevorzugter mindestens 120 cm, noch be- vorzugter mindestens 140 cm, am bevorzugtesten mindestens 160 cm, und insbesondere mindestens 180 cm.
Satz 15: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors eine Raumgeschwindigkeit im Bereich von 5.000 bis 25.000 h-! aufweist, bevorzugt 10.000 bis 20.000 h-', bevorzugter 12.500 bis 17.500 hl.
Satz 16: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T; im Bereich von 550 bis 700°C liegt.
Satz 17: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T, mindestens 595°C beträgt, bevor- zugt mindestens 600°C, bevorzugter mindestens 605°C, noch bevorzugter mindestens 610°C, am be- vorzugtesten mindestens 615°C, und insbesondere mindestens 620°C. 18
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Satz 18: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T, mindestens 625°C beträgt, bevor- LU103169 zugt mindestens 630°C, bevorzugter mindestens 635°C, noch bevorzugter mindestens 640°C, am be- vorzugtesten mindestens 645°C, und insbesondere mindestens 650°C.
Satz 19: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T, höchstens 710°C beträgt, bevor- zugt höchstens 705°C, bevorzugter höchstens 700°C, noch bevorzugter höchstens 695°C, am bevorzug- testen höchstens 690°C, und insbesondere höchstens 685°C.
Satz 20: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T, höchstens 680°C beträgt, bevor- zugt höchstens 675°C, bevorzugter höchstens 670°C, noch bevorzugter höchstens 665°C, am bevorzug- testen höchstens 660°C, und insbesondere höchstens 655°C.
Satz 21: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei p; mindestens 12 bar a beträgt, be- vorzugt mindestens 14 bar a, bevorzugter mindestens 16 bar a, noch bevorzugter mindestens 18 bar a, am bevorzugtesten mindestens 20 bar a, und insbesondere mindestens 22 bar a.
Satz 22: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T, im Bereich von 300 bis 690°C liegt.
Satz 23: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T, mindestens 300°C beträgt, bevor- zugt mindestens 310°C, bevorzugter mindestens 320°C, noch bevorzugter mindestens 330°C, am be- vorzugtesten mindestens 340°C, und insbesondere mindestens 350°C.
Satz 24: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T, mindestens 400°C beträgt, bevor- zugt mindestens 410°C, bevorzugter mindestens 420°C, noch bevorzugter mindestens 430°C, am be- vorzugtesten mindestens 440°C, und insbesondere mindestens 450°C.
Satz 25: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T, höchstens 510°C beträgt, bevor- zugt höchstens 500°C, bevorzugter höchstens 490°C, noch bevorzugter höchstens 480°C, am bevorzug- testen höchstens 470°C, und insbesondere höchstens 460°C.
Satz 26: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T, höchstens 410°C beträgt, bevor- zugt höchstens 400°C, bevorzugter höchstens 390°C, noch bevorzugter höchstens 380°C, am bevorzug- testen höchstens 370°C, und insbesondere höchstens 360°C.
Satz 27: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei p, mindestens 12 bar a beträgt, be- vorzugt mindestens 14 bar a, bevorzugter mindestens 16 bar a, noch bevorzugter mindestens 18 bar a, am bevorzugtesten mindestens 20 bar a, und insbesondere mindestens 22 bar a.
Satz 28: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T, > T,.
Satz 29: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- turdifferenz | T, - T, | mindestens 50°C beträgt, bevorzugter mindestens 75°C, noch bevorzugter min- destens 100°C, am bevorzugtesten mindestens 125°C, und insbesondere mindestens 150°C. 19
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Satz 30: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- LU103169 turdifferenz | T, - T, | mindestens 175°C beträgt, bevorzugter mindestens 200°C, noch bevorzugter mindestens 225°C, am bevorzugtesten mindestens 250°C, und insbesondere mindestens 275°C.
Satz 31: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei - T, im Bereich von 650+50°C, be- vorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C liegt; und - T, im Bereich von 450+50°C, bevorzugt 450+40°C, bevorzugter 450+30°C, noch bevorzug- ter 450+20°C, am bevorzugtesten 450+10°C liegt.
Satz 32: Das Verfahren nach einem der Sätze 1 bis 30, wobei - T, im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C liegt; und - T; im Bereich von 350+50°C, bevorzugt 350+40°C, bevorzugter 350+30°C, noch bevorzugter 350+20°C, am bevorzugtesten 350+10°C liegt.
Satz 33: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei p; > pa.
Satz 34: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Druckdiffe- renz | P1 - P2 | höchstens 6 bar beträgt, bevorzugt höchstens 5 bar, bevorzugter höchstens 4 bar, noch bevorzugter höchstens 3 bar, am bevorzugtesten höchstens 2 bar, und insbesondere höchstens 1 bar.
Satz 35: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei in Schritt (d) der Umsatz des zer- setzten NH; mindestens 12,5% beträgt, bevorzugt mindestens 15%, bevorzugter mindestens 17,5%, noch bevorzugter mindestens 20%, am bevorzugtesten mindestens 22,5%, und insbesondere mindestens 25%, Jeweils bezogen auf die Menge an NHz, welche ursprünglich in dem in Schritt (a) bereitgestellten
Eduktgas enthalten war.
Satz 36: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei in Schritt (d) der Umsatz des NH; höchstens 42,5% beträgt, bevorzugt höchstens 40%, bevorzugter höchstens 37,5%, noch bevorzugter höchstens 35%, am bevorzugtesten höchstens 32,5%, und insbesondere höchstens 30%, jeweils bezogen auf die Menge an NH;, welche ursprünglich in dem in Schritt (a) bereitgestellten Eduktgas enthalten war.
Satz 37: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T3 > Ty.
Satz 38: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- turdifferenz | T; - T, | mindestens 20°C beträgt, bevorzugter mindestens 40°C, noch bevorzugter min- destens 60°C, am bevorzugtesten mindestens 80°C, und insbesondere mindestens 100°C.
Satz 39: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- turdifferenz | T; - T, | mindestens 110°C beträgt, bevorzugter mindestens 120°C, noch bevorzugter mindestens 130°C, am bevorzugtesten mindestens 140°C, und insbesondere mindestens 150°C.
Satz 40: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei - T, im Bereich von 450+50°C, be- vorzugt 450+40°C, bevorzugter 450+30°C, noch bevorzugter 450+20°C, am bevorzugtesten 450+10°C liegt; und - T3 im Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzug- ter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C liegt.
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Satz 41:Das Verfahren nach einem der Sätze 1 bis 39, wobei - T, im Bereich von 350+50°C, bevorzugt LU103169 350+40°C, bevorzugter 350+30°C, noch bevorzugter 350+20°C, am bevorzugtesten 350+10°C liegt; und - T; im Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzugter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C liegt.
Satz 42: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei pz > pa.
Satz 43: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Druckdiffe- renz | Ps - P2 | höchstens 6 bar beträgt, bevorzugt höchstens 5 bar, bevorzugter höchstens 4 bar, noch bevorzugter höchstens 3 bar, am bevorzugtesten höchstens 2 bar, und insbesondere höchstens 1 bar.
Satz 44: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei Ts > T,.
Satz 45: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T3 < T,.
Satz 46: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- turdifferenz | Ty - T5 | mindestens 5°C beträgt, bevorzugter mindestens 10°C, noch bevorzugter min- destens 15°C, am bevorzugtesten mindestens 20°C, und insbesondere mindestens 25°C.
Satz 47: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- turdifferenz | T, - T; | mindestens 30°C beträgt, bevorzugter mindestens 35°C, noch bevorzugter min- destens 40°C, am bevorzugtesten mindestens 45°C, und insbesondere mindestens 50°C.
Satz 48: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- turdifferenz | T, - T; | höchstens 50°C beträgt, bevorzugter höchstens 45°C, noch bevorzugter höchs- tens 40°C, am bevorzugtesten höchstens 35°C, und insbesondere höchstens 30°C.
Satz 49: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- turdifferenz | T, - T3; | höchstens 25°C beträgt, bevorzugter höchstens 20°C, noch bevorzugter höchs- tens 15°C, am bevorzugtesten höchstens 10°C, und insbesondere höchstens 5°C.
Satz 50: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei - T, im Bereich von 650+50°C, be- vorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C liegt; und - T3 im Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzug- ter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C liegt.
Satz 51: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei p; < py.
Satz 52: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Druckdiffe- renz | Ps - P1 | höchstens 6 bar beträgt, bevorzugt höchstens 5 bar, bevorzugter höchstens 4 bar, noch bevorzugter höchstens 3 bar, am bevorzugtesten höchstens 2 bar, und insbesondere höchstens 1 bar.
Satz 53: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Nickel-basierte NH;-Zerset- zungskatalysator des jeweils mindestens einen Katalysatorbetts der Vielzahl an Röhren des Rôhrenre- aktors getragertes Nickel ist.
Satz 54: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Nickel-basierte NHz-Zerset- zungskatalysator des jeweils mindestens einen Katalysatorbetts der Vielzahl an Röhren des Rôhrenre- 21
230084P00LU 12.07.2023 aktors für die Zersetzung von NH; eine (scheinbare) Aktivierungsenergie von höchstens 240 kJ-mol-! LU103169 aufweist; bevorzugt höchstens 230 kJ-mol, bevorzugter höchstens 220 kJ-mol-!, noch bevorzugter höchstens 210 kJ-mol!, am bevorzugtesten höchstens 200 kJ-mol-!, und insbesondere höchstens 190 kJ-mol-!.
Satz 55: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Nickel-basierte NH--Zerset- zungskatalysator des jeweils mindestens einen Katalysatorbetts der Vielzahl an Röhren des Rôhrenre- aktors für die Zersetzung von NH; eine (scheinbare) Aktivierungsenergie von höchstens 180 kJ-mol-! aufweist; bevorzugt höchstens 170 kJ-mol, bevorzugter höchstens 160 kJ-mol!, noch bevorzugter höchstens 150 kJ-mol-!, am bevorzugtesten höchstens 140 kJ-mol-!, und insbesondere höchstens 130 kJ-mol-!.
Satz 56: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei die Anzahl der parallel angeordneten
Röhren des Rôhrenreaktors mindestens 50 beträgt, bevorzugt mindestens 100, bevorzugter mindestens 150, noch bevorzugter mindestens 200, am bevorzugtesten mindestens 250, und insbesondere mindes- tens 300.
Satz 57: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei die Vielzahl der parallel angeordne- ten Röhren des Röhrenreaktors in Strömungsrichtung des Zwischenproduktgases bzw. Produktgases je- weils eine Länge Ly von mindestens 5,5 m aufweist, bevorzugt mindestens 6,0 m, bevorzugter mindes- tens 6,5 m, noch bevorzugter mindestens 8 m, am bevorzugtesten mindestens 7,0 m, und insbesondere mindestens 7,5 m.
Satz 58: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei die Vielzahl der parallel angeordne- ten Röhren des Röhrenreaktors in Strömungsrichtung des Zwischenproduktgases bzw. Produktgases einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt mit einem Innendurchmesser von mindestens 5,0 cm aufweist, bevorzugt mindestens 5,5 cm, bevorzugter mindestens 6,0 cm, noch bevorzugter mindestens 6,5 cm, am bevorzugtesten mindestens 7,0 cm, und insbesondere mindestens 7,5 cm.
Satz 59: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei die Vielzahl der parallel angeordne- ten Röhren des Röhrenreaktors in Strömungsrichtung des Zwischenproduktgases bzw. Produktgases einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt mit einem Innendurchmesser von höchstens 12 cm auf- weist, bevorzugt höchstens 11 cm, bevorzugter höchstens 10 cm, noch bevorzugter höchstens 9,5 cm, am bevorzugtesten höchstens 9,0 cm, und insbesondere höchstens 8,5 cm.
Satz 60: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei die Katalysatorbetten des Röhrenre- aktors insgesamt eine Raumgeschwindigkeit im Bereich von 500 bis 15.000 h! aufweisen, bevorzugt 1.000 bis 10.000 h!, bevorzugter 2.500 bis 7.500 h!.
Satz 61: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei das mindestens eine Katalysatorbett des Festbettreaktors eine größere Raumgeschwindigkeit aufweist als die Katalysatorbetten des Rôhren- reaktors insgesamt. 22
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Satz 62: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei Ts im Bereich von 560 bis 700°C LU103169 liegt.
Satz 63: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T; mindestens 590°C beträgt, bevor- zugt mindestens 595°C, bevorzugter mindestens 600°C, noch bevorzugter mindestens 605°C, am be- vorzugtesten mindestens 610°C, und insbesondere mindestens 615°C.
Satz 64: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei Ts höchstens 650°C beträgt, bevor- zugt höchstens 645°C, bevorzugter höchstens 640°C, noch bevorzugter höchstens 635°C, am bevorzug- testen höchstens 630°C, und insbesondere höchstens 625°C.
Satz 65: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei ps mindestens 12 bar a beträgt, be- vorzugt mindestens 14 bar a, bevorzugter mindestens 16 bar a, noch bevorzugter mindestens 18 bar a, am bevorzugtesten mindestens 20 bar a, und insbesondere mindestens 22 bar a.
Satz 66: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T, im Bereich von 560 bis 750°C liegt.
Satz 67: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T4 mindestens 650°C beträgt, bevor- zugt mindestens 655°C, bevorzugter mindestens 660°C, noch bevorzugter mindestens 665°C, am be- vorzugtesten mindestens 670°C, und insbesondere mindestens 675°C.
Satz 68: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T4 höchstens 710°C beträgt, bevor- zugt höchstens 705°C, bevorzugter höchstens 700°C, noch bevorzugter höchstens 695°C, am bevorzug- testen höchstens 690°C, und insbesondere höchstens 685°C.
Satz 69: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei py mindestens 12 bar a beträgt, be- vorzugt mindestens 14 bar a, bevorzugter mindestens 16 bar a, noch bevorzugter mindestens 18 bar a, am bevorzugtesten mindestens 20 bar a, und insbesondere mindestens 22 bar a.
Satz 70: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei T4 > T3.
Satz 71: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- turdifferenz | T; - T4 | mindestens 10°C beträgt, bevorzugter mindestens 15°C, noch bevorzugter min- destens 20°C, am bevorzugtesten mindestens 25°C, und insbesondere mindestens 30°C.
Satz 72: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- turdifferenz | T; - T4 | mindestens 35°C beträgt, bevorzugter mindestens 40°C, noch bevorzugter min- destens 45°C, am bevorzugtesten mindestens 50°C, und insbesondere mindestens 55°C.
Satz 73: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- turdifferenz | T3; - T4 | höchstens 55°C beträgt, bevorzugter höchstens 50°C, noch bevorzugter höchs- tens 45°C, am bevorzugtesten höchstens 40°C, und insbesondere höchstens 35°C.
Satz 74: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Tempera- turdifferenz | T3; - T4 | höchstens 30°C beträgt, bevorzugter höchstens 25°C, noch bevorzugter höchs- tens 20°C, am bevorzugtesten höchstens 15°C, und insbesondere höchstens 10°C. 23
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Satz 75: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei - T; im Bereich von 620+50°C, be- LU103169 vorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzugter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C liegt; und - T4 im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzug- ter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C liegt.
Satz 76: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei py > ps.
Satz 77: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei der Betrag der relativen Druckdiffe- renz | Ps - Da | höchstens 6 bar beträgt, bevorzugt höchstens 5 bar, bevorzugter höchstens 4 bar, noch bevorzugter höchstens 3 bar, am bevorzugtesten höchstens 2 bar, und insbesondere höchstens 1 bar.
Satz 78: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei in Schritt (h) der Umsatz des zer- setzten NH; mindestens 90% beträgt, bevorzugt mindestens 92,5%, bevorzugter mindestens 95%, noch bevorzugter mindestens 96%, am bevorzugtesten mindestens 97%, und insbesondere mindestens 98%,
Jeweils bezogen auf die Menge an NHz, welche ursprünglich in dem in Schritt (a) bereitgestellten Edukt- gas enthalten war.
Satz 79: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei die Verbrennung des Verbrennungs- gases mit wenigstens einem Brenner unter Erzeugung wenigstens einer Flamme erfolgt, mit welcher
Wärmeenergie in die Röhren eingebracht wird, wobei ein in die Röhren eingebrachter Wärmeenergie- strom Q,, über die Länge der Röhren Ly einen nicht konstanten Verlauf aufweist.
Satz 80: Das Verfahren nach Satz 79, wobei der Wärmeenergiestrom Q, über die Länge der Röhren Lr ein Maximum aufweist.
Satz 81: Das Verfahren nach Satz 80, wobei die Röhren jeweils über ihre Länge Ly gedanklich in zwei gleiche Hälften aufgeteilt werden können, wobei das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas zunächst die erste Hälfte und anschließend die zweite Hälfte durchstromt, wobei das Maximum des Wärmeener- giestroms Q, in der ersten Hälfte erreicht wird.
Satz 82: Das Verfahren nach Satz 79 oder 80, wobei die Röhren jeweils über ihre Länge Ly gedanklich in vier gleiche Segmente aufgeteilt werden können, wobei das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas zunächst das erste Segment, dann das zweite Segment, schließlich das dritte Segment und anschließend das vierte Segment durchstrômt, wobei das Maximum des Wärmeenergiestroms Q,, im zweiten Segment erreicht wird.
Satz 83: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei die Verbrennung des Verbrennungs- gases mit wenigstens einem Brenner unter Erzeugung wenigstens einer Flamme erfolgt, deren Länge Lr in Strömungsrichtung des verbrennenden Verbrennungsgases im Wesentlichen parallel zur Länge der
Röhren Ly verläuft.
Satz 84: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei das verbrennende Verbrennungsgas im Wesentlichen in die gleiche Richtung strömt wie das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas (Decken- feuerung).
Satz 85: Das Verfahren nach Satz 83 oder 84, wobei Lr > Lr. 24
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Satz 86: Das Verfahren nach einem der Sätze 83 bis 85, wobei das Längenverhältnis Ly : Ly im Bereich LU103169 liegt von 10:1 bis 1,1:1, bevorzugt 7:1 bis 1,5:1, bevorzugter 4:1 bis 2:1.
Satz 87: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei in Schritt (h) beim Durchströmen der Röhren mit Zwischenproduktgas bzw. Produktgas die durch die endotherme Zersetzung von NH; verbrauchte Wärmemenge zunächst größer ist als die Wärmemenge, welche durch die Verbrennung des
Verbrennungsgases als Wärmeenergiestrom Q,, in die Röhren eingebracht wird, so dass sich das Zwi- schenproduktgas bzw. Produktgas während des Durchströmens der Röhren zunächst auf eine minimale
Gastemperatur Tmin abkühlt (Tin < T3).
Satz 88: Das Verfahren nach Satz 87, wobei der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | T3 - Tmin mindestens 10°C beträgt, bevorzugter mindestens 20°C, noch bevorzugter mindestens 30°C, am bevor- zugtesten mindestens 30°C, und insbesondere mindestens 40°C.
Satz 89: Das Verfahren nach Satz 87 oder 88, wobei Tin im Bereich von 560 bis 600°C liegt, bevorzugt 570 bis 590°C.
Satz 90: Das Verfahren nach einem der Sätze 87 bis 89, wobei nach Erreichen der minimalen Gastem- peratur Tmin die durch die endotherme Zersetzung von NH; verbrauchte Wärmemenge anschließend kleiner ist als die Wärmemenge, welche durch die Verbrennung des Verbrennungsgases als Wärmeener- giestrom Q,, in die Röhren eingebracht wird, so dass sich das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas während des Durchstrômens der Röhren anschließend erwärmt (Tmin < T4).
Satz 91: Das Verfahren nach Satz 90, wobei der Betrag der relativen Temperaturdifferenz | Ty - Tmin mindestens 50°C beträgt, bevorzugter mindestens 55°C, noch bevorzugter mindestens 60°C, am bevor- zugtesten mindestens 65°C, und insbesondere mindestens 70°C.
Satz 92: Das Verfahren nach einem der Sätze 87 bis 91, wobei die Röhren jeweils über ihre Lange Lr gedanklich in zwei gleiche Hälften aufgeteilt werden können, wobei das Zwischenproduktgas bzw. Pro- duktgas zunächst die erste Hälfte und anschließend die zweite Hälfte durchstromt, wobei die minimale
Gastemperatur T,, beim Durchstrômen der ersten Hälfte erreicht wird.
Satz 93: Das Verfahren nach einem der Sätze 87 bis 92, wobei die Röhren jeweils über ihre Lange Li gedanklich in vier gleiche Segmente aufgeteilt werden können, wobei das Zwischenproduktgas bzw.
Produktgas zunächst das erste Segment, dann das zweite Segment, schließlich das dritte Segment und anschließend das vierte Segment durchstrômt, wobei die minimale Gastemperatur T,, beim Durchstrô- men des ersten Segments erreicht wird.
Satz 94: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei - T, im Bereich von 650+50°C, be- vorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C liegt; - T, im Bereich von 450+£50°C, bevorzugt 450+40°C, bevorzugter 450+30°C, noch bevorzugter 450+20°C, am bevorzugtesten 450+10°C liegt; - T3 im Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzugter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C liegt; und - T, im
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Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am LU103169 bevorzugtesten 650+10°C liegt.
Satz 95: Das Verfahren nach einem der Sätze 1 bis 93, wobei - T, im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C liegt; -
T, im Bereich von 350+50°C, bevorzugt 350+40°C, bevorzugter 350+30°C, noch bevorzugter 350+20°C, am bevorzugtesten 350+10°C liegt; - T; im Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzugter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C liegt; und - T4 im
Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C liegt.
Satz 96: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, wobei das Verbrennungsgas NH; umfasst; bevorzugt wobei das in Schritt (a) bereitgestellte Eduktgas aufgeteilt wird in (i) eine erste Fraktion, welche Schritt (b) zugeführt wird, und (11) eine zweite Fraktion, welche als Verbrennungsgas dient.
Satz 97: Das Verfahren nach Satz 96, wobei die zweite Fraktion höchstens 8,0 Mol.-% des in Schritt (a) bereitgestellten Eduktgases ausmacht, bevorzugter höchstens 7,5 Mol.-%, noch bevorzugter höchstens 7,0 Mol.-%, am bevorzugtesten höchstens 6,5 Mol.-%, und insbesondere höchstens 5 Mol.-%.
Satz 98: Das Verfahren nach einem der vorstehenden Sätze, umfassend den zusätzlichen Schritt (j) Rei- nigen des Produktgases durch Druckwechseladsorption unter Erhalt eines an H, angereicherten Produkt- gases sowie eines an H, abgereicherten Abgases; bevorzugt wobei das an H, abgereicherte Abgas rück- geführt und in das Verbrennungsgas eingeleitet wird.
[0135] Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch Abbildun- gen 1 bis 3 veranschaulicht.
[0136] Abbildung 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform, wobei in Röhrenreaktor 1 von oben nach unten ein Strom des Zwischenproduktgases 2 eingeleitet wird. Röhrenreaktor 1 enthält
Nickel-basierten NH;-Zersetzungskatalysator 3. Ströme des Verbrennungsgases 4 werden in Verbren- nungsräume 5a und 5b geleitet und darin verbrannt, wodurch in Strömungsrichtung des verbrennenden
Verbrennungsgases Flammen 6a und 6b erzeugt werden. Röhrenreaktor 1 hat die Länge Lg, Flammen 6a und 6b haben jeweils die Länge Ly. Durch die bei der Verbrennung des Verbrennungsgases 4 entste- hende Wärme wird Röhrenreaktor 1 beheizt. Ein Strom des durch die katalytische Zersetzung erhalten
Produktgases 7 wird aus Röhrenreaktor 1 ausgeleitet. Das bei der Verbrennung des Verbrennungsgases 7 erhaltene Verbrennungsabgas 8 wird aus Verbrennungsräumen 5a und 5b ausgeleitet.
[0137] Abbildung 2 zeigt schematisch die Veränderung der Gastemperatur bei der chemischen Reak- tion des Zwischenproduktgases zu Produktgas an dem Nickel-basierten NH;-Zersetzungskatalysator. Es werden zwei Reaktionsführungen A (gestrichelte Linie) und B (durchgezogene Linie) unterschieden, welche sich in der Gastemperatur T; beim Einleiten in den Reaktor, d.h. beim ersten Kontakt mit dem
NH;-Zersetungskatalysator, unterscheiden. Bei Reaktionsführung A ist die Gastemperatur T3, ver- gleichsweise hoch. Da die Zersetzung von NH; endotherm ist, wird die Reaktion durch die vergleichs- 26
230084P00LU 12.07.2023 weise hohe Temperatur begünstigt und verläuft schnell, wodurch sich die Gastemperatur zunächst in- LU103169 folge der verbrauchten Wärmemenge deutlich absenkt, ehe sie stromabwärts wieder infolge der Behei- zung des Reaktors ansteigen kann. Schließlich tritt das Produktgas bei einer Gastemperatur T44, mit möglichst hoher Ausbeute der Zersetzung aus dem Reaktor aus. Die Gastemperatur durchläuft entlang der Wegstrecke im Reaktor ein Minimum, wodurch auch die Geschwindigkeit der Zersetzungsreaktion ein Minimum durchläuft. Bei dieser Reaktionsführung ist die Geschwindigkeit der Zersetzungsreaktion anfänglich (links vom Minimum) zwar sehr schnell, infolge der damit verbundenen deutlichen Tempe- raturabsenkung (rechts vom Minimum) anschließend aber auch vergleichsweise langsam. Bei einer sol- chen Reaktionsführung ist vergleichsweise viel Nickel-basierter NH;-Zersetzungskatalysator erforder- lich, um eine hohe Ausbeute zu erzeugen. Bei Reaktionsführung B ist die Gastemperatur Tsp vergleichs- weise niedrig. In diesem Fall ist zwar die Geschwindigkeit der Zersetzungsreaktion anfänglich nicht so schnell, dafür senkt sich die Gastemperatur jedoch auch nicht so stark ab. Bei dieser Reaktionsführung kann die Gastemperatur stromabwärts infolge der Beheizung des Reaktors wieder früher auf höhere
Gastemperaturen ansteigen.
[0138] Abbildung 3 zeigt schematisch die Veränderung der Gastemperatur bei der chemischen Reak- tion des Zwischenproduktgases zu Produktgas an dem Nickel-basierten NH;-Zersetzungskatalysator in
Abhängigkeit von der Lange Lg des Rohrreaktors. Bei Reaktionsführung A ist die Länge des Rohrreak- tors Lys vergleichsweise kurz und das Produktgas verlässt den Rohrreaktor mit einer vergleichsweise tiefen Gastemperatur Ty, und vergleichsweise geringem Umsatz an zersetztem NH. Bei Reaktionsfüh- rung B ist die Länge des Rohrreaktors Lpp vergleichsweise lang und das Produktgas verlässt den Rohr- reaktor mit einer vergleichsweise hohen Gastemperatur Typ und vergleichsweise hohem Umsatz an zer- setztem NHz. 27
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Bezugszeichenliste: LU103169 1 Röhrenreaktor 2 Zwischenproduktgas 3 Nickel-basierter NH;-Zersetzungskatalysator 4 Verbrennungsgas 5a/5b Verbrennungsraum 6a/6b Flamme 7 Produktgas 8 Verbrennungsabgas 28
Claims (1)
- 230084P00LU12.07.2023 LU1031 Patentansprüche: 1037691. Ein Verfahren zur Herstellung von H, aus NH; umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen eines Eduktgases, welches NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; (b) Erwärmen des Eduktgases auf eine Gastemperatur T; im Bereich von 550 bis 850°C bei einem Druck p; von mindestens 10 bar a; (c) Einleiten des erwärmten Eduktgases bei der Gastemperatur T, und dem Druck p; in wenigstens einen Festbettreaktor, welcher mindestens ein Katalysatorbett enthält, welches einen NH;-Zersetzungskatalysator umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; (d) partielles Zersetzen von NH; in dem mindestens einen Festbettreaktor auf dem mindestens einen Katalysatorbett unter Erhalt eines Zwischenproduktgases, welches H,, N, und nicht zersetztes NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; (e) Ausleiten des Zwischenproduktgases aus dem mindestens einen Festbettreaktor bei einer Gastemperatur T, im Bereich von 300 bis 700°C und einem Druck p, von mindestens 10 bar a, (f) Erwärmen des Zwischenproduktgases auf eine Gastemperatur T; im Bereich von 550 bis 700°C bei einem Druck pz von mindestens 10 bar a; (g) Einleiten des erwärmten Zwischenproduktgases bei der Gastemperatur T3; und dem Druck ps in mindestens einen Rohrenreaktor umfassend eine Vielzahl parallel angeordneter Röhren, welche jeweils mindestens ein Katalysatorbett enthalten, welches durch Verbrennung eines Verbrennungsgases beheizt wird und einen Nickel-basierten NH;-Zersetzungskatalysator umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; (h) Zersetzen von NH; in dem mindestens einen Röhrenreaktor auf den Katalysatorbetten unter Erhalt eines Produktgases, welches Hy, N, und ggf. nicht zersetztes NH; umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht; und (i) Ausleiten des Produktgases aus dem mindestens einen Röhrenreaktor bei einer Gastemperatur T, im Bereich von 550 bis 750°C und einem Druck p4 von mindestens 10 bar a.2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei T4 > T3.3. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Festbettreaktor adiabatisch betrieben wird. 1230084P00LU12.07.2023 . . LU1031694. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der NH;-Zersetzungskatalysator des mindestens einen Katalysatorbetts des Festbettreaktors Nickel-basiert ist, bevorzugt geträgertes Nickel.5. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei - T, im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C liegt; und - T, im Bereich von 450+50°C, bevorzugt 450+40°C, bevorzugter 450+30°C, noch bevorzugter 450+20°C, am bevorzugtesten 450+10°C liegt.6. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei - T, im Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C liegt; und - T, im Bereich von 350+50°C, bevorzugt 350+40°C, bevorzugter 350+30°C, noch bevorzugter 350+20°C, am bevorzugtesten 350+10°C liegt.7. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (d) der Umsatz des zersetzten NH; mindestens 12,5% beträgt, bevorzugt mindestens 15%, bevorzugter mindestens 17,5%, noch bevorzugter mindestens 20%, am bevorzugtesten mindestens 22,5%, und insbesondere mindestens 25%, jeweils bezogen auf die Menge an NHz, welche ursprünglich in dem in Schritt (a) bereitgestellten Eduktgas enthalten war.8. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl der parallel angeordneten Röhren des Röhrenreaktors in Strömungsrichtung des Zwischenproduktgases bzw. Produktgases jeweils eine Linge Lr von mindestens 5,5 m aufweist, bevorzugt mindestens 6,0 m, bevorzugter mindestens 6,5 m, noch bevorzugter mindestens 8 m, am bevorzugtesten mindestens 7,0 m, und insbesondere mindestens 7,5 m.9. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei - Tsim Bereich von 620+50°C, bevorzugt 620+40°C, bevorzugter 620+30°C, noch bevorzugter 620+20°C, am bevorzugtesten 620+10°C liegt; und - Tim Bereich von 650+50°C, bevorzugt 650+40°C, bevorzugter 650+30°C, noch bevorzugter 650+20°C, am bevorzugtesten 650+10°C liegt. 2230084P00LU12.07.202310. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (h) der Umsatz des LU103769 zersetzten NH; mindestens 90% beträgt, bevorzugt mindestens 92,5%, bevorzugter mindestens 95%, noch bevorzugter mindestens 96%, am bevorzugtesten mindestens 97%, und insbesondere mindestens 98%, jeweils bezogen auf die Menge an NH;, welche ursprünglich in dem in Schritt (a) bereitgestellten Eduktgas enthalten war.11. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verbrennung des Verbrennungsgases mit wenigstens einem Brenner unter Erzeugung wenigstens einer Flamme erfolgt, deren Länge Ly in Strömungsrichtung des verbrennenden Verbrennungsgases im Wesentlichen parallel zur Länge der Röhren Ly verläuft.12. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Längenverhältnis Lg : Ly im Bereich liegt von 10:1 bis 1,1:1, bevorzugt 7:1 bis 1,5:1, bevorzugter 4:1 bis 2:1.13. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (h) beim Durchströmen der Röhren mit Zwischenproduktgas bzw. Produktgas die durch die endotherme Zersetzung von NH; verbrauchte Wärmemenge zunächst größer ist als die Wärmemenge, welche durch die Verbrennung des Verbrennungsgases als Wärmeenergiestrom Q, in die Röhren eingebracht wird, so dass sich das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas während des Durchströmens der Röhren zunächst auf eine minimale Gastemperatur Tin abkühlt (Tp, < T3).14. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei nach Erreichen der minimalen Gastemperatur Tmin die durch die endotherme Zersetzung von NH; verbrauchte Wärmemenge anschließend kleiner ist als die Wärmemenge, welche durch die Verbrennung des Verbrennungsgases als Wärmeenergiestrom Q, in die Röhren eingebracht wird, so dass sich das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas während des Durchströmens der Röhren anschließend erwärmt (Tmin < T4).15. Das Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Röhren jeweils über ihre Länge Lr gedanklich in zwei gleiche Hälften aufgeteilt werden können, wobei das Zwischenproduktgas bzw. Produktgas zunächst die erste Hälfte und anschließend die zweite Hälfte durchströmt, wobei die minimale Gastemperatur Tn beim Durchströmen der ersten Hälfte erreicht wird. 3
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