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    • 专利摘要:

    公开号:WO1985003501A1
    申请号:PCT/CH1985/000020
    申请日:1985-02-07
    公开日:1985-08-15
    发明作者:Ludwig Silberring
    申请人:Ludwig Silberring；
    IPC主号:C01C1-00
    专利说明:
    VERFAHREN ZUR VERWERTUNG DER REAKTIONSWAERMEBEI DER AMMONIAK-SYNTHESE Die Wirtschaftlichkeit der Ammoniakproduktion hängt im wesentlichen ab von der Energieeffizienz des angewandten Prozesses sowie der Anlage. In den 60-er Jahren wurden in dieser Hinsicht auffallende Verbesserungen gemacht, speziell als die elektrisch betriebenen Kompressoren durch mittels Dampfturbinen angetriebene Turbokompressoren ersetzt wurden. Der grössteTeil des dazu benötigten Dampfes wird durch Prozesswärme oder Abwärme generiert. Diese Wärmen fallen bei den verschiedenen Prozess-Schritten an. Zugleich wurden viele Prozessabschnitte und Parameter so geändert, dass die Energie-Oekonomie der gesamten Ammoniakproduktionverbessert werden konnte. Auch die spezifischen Kapitalkosten für neue Ammoniak-Produktions-anlagen wurden in den 60-er Jahren dramatisch verringert. Dies basierte hauptsächlich auf der Einführung der sogenannten Singletrain Einheiten. Auch die Vergrösserung der einzelnen Produktionseinheiten trug zur Verringerung der Kapitalkosten bei. Nachdem einige dieser genannten neuen Einheiten gebaut worden waren, stiegen die Kosten für derartige Anlagen jedoch wieder steil an, hauptsächlich wegen der wesentlich erhöhten Kapitalkosten für neue Anlagen. Die Entwicklung, welche auf diesem Gebiet in den 60-er Jahren ihren Anfang nahm, kann nicht als abgeschlossen bezeichnet werden. Speziell wegen der extremen Zunahme der Energiekosten seit dem genannten Zeitraum sind zusätzliche Bemühungen notwendig, um Ammoniak-Produktionsanlagen hinsichtlich der heute geltenden und der zukünftigen Situationen wieder zu optimisieren. Zugleich ist es von grösster Wichtigkeit, den Verfahrensprozess zu vereinfachen und die Ausrüstung der Anlage so günstig wie möglich zu gestalten, um sowohl die Kapitalkosten für die Anlage tief zu halten wie auch um den Betrieb und den Unterhalt während der Produktion zu vereinfachen. Ebenso ist auf eine hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit der Anlage hinzuarbeiten.Der Energiebedarf für die Ammoniakproduktion kann nicht einfach mit einer einzelnen Zahl angegeben werden. Es ist im Gegensatz dazu notwendig, die verschiedenen Rohstoffe zu spezifizieren, den Brennstoff sowie die elektrische Energie. Weder die Preise noch die wirtschaftlichen Werte dieser verschiedenen Energieformen sind äquivalent. In folgenden wird nun ein neues Energie-System innerhalb des Ammoniak Synthesekreislaufes beschrieben. Die folgenden Ausführungen beziehen sich demzufolge hauptsächlich auf dieses neue System und dessen Auswirkungen. Einige Hinweise auf mögliche Auswirkungen des neuen Systems auf die gesamte Ammoniak-Produktionsanlage,speziell auf die Energie-Wirtschaftlichkeit, werden weiter unten folgen. Die Ammoniak-Synthese wird zur Zeit normalerweise bei Temperaturen zwischen 400 und 5000C betrieben. Unter diesen Bedingungen beträgt die Wärmeabgabe der exothermen Synthesereaktion ungefähr 3,1 Jig. Die folgenden Ausführungen beziehen sich nun auf eine spezifische Ammoniak-Syntheseanlage mit einer Produktionskapazitätvon 1000 t pro Tag, d.h. 11,6 kg/s. Die totale Wärmeenergie, welche in einer solchen Ammoniak-Synthese frei wird, beträgt, bei den genannten Temperaturen, etwa 36 MW. Mindestens ein Teil der zur Erhöhung der Temperatur des Synthesegases auf die genannte Temperatur benötigten Wärme wird normalerweise von der Wärme der Reaktionsprodukte nach dem Konverter wieder gewonnen. Die Wärmekapazitäten der beiden Ströme sind nicht identisch. Daher beträgt die für andere Zwecke verwendbare Wärmemenge weniger als die oben genannten 36 MW, nämlich ungefähr 28 MW. Ausser in denjenigen wenigen Fällen, in denen Kühlwasser bei tiefer Temperatur vorhanden ist, wird ungefähr die Hälfte des produzierten Ammoniaks aus dem Syntheseloop mittels Abkühlung kondensiert und entnommen. Diese Abkühlung geschieht bei Temperaturen von ungefähr OOC.Die dazu benötigte Kühlenergie beträgt ungefähr 13 MW und die für die dabei eingesetzten Kühlkompressorenbenötigte Antriebsenergie etwa 5 MW. Ein wenig mehr Kühlenergie wird benötigt bei Temperaturen von minus 350C um das Ammoniakprodukt bei Normaldruck auf seine Sättigungstemperatur abzukühlen und um den grössten Teil des Ammoniaks aus den Austrittsgasen abzuscheiden. Die Antriebsenergie für das Abkühlsystem bei diesen Tieftemperaturen liegt nicht höher als einige Hundert kW. In letzter Zeit ist vorgeschlagen worden, die Abtrennung von Ammoniak aus dem Synthesegas mittels Absorption in Wasser anstelle von Abkühlung zu bewerkstelligen. Diese Methode, die aus früheren Stadien der Ammoniakindustrie sehr wohl bekannt ist, benötigt, anstelle der Antriebsenergie für die Abkühlkompressoren eine grosse Wärmemenge für die Abtrennung von absorbiertem Ammoniak aus dem Wasser. Zusätzlich wird eine grosse Energiemenge benötigt, um das umlaufende Synthesegas von Spuren von Wasser zu reinigen. Unter Berücksichtigung all dieser Gegebenheiten ist es eher fraglich, ob die eben beschriebene Methode wirtschaftlicher gestaltet werden kann;verglichenmit der Abtrennung mittels Kühlung. Die folgenden Ausführungen beziehen sich demzufolge auf Ammoniak-Produktionsanlagen, in denen der Ammoniak mittels Kühlung abgetrennt wird. Die im Ammoniak-Synthesekreislauf freiwerdende Wärme wird heute üblicherweise zur Erhöhung der Temperatur des Einspeisewassers in den üblichen Hochdruckdampfkrei sl aufvon Ammoniak-Produktionsstätten verwendet. In dieser Beziehung müssen aber auch andere Wärmequellen bei relativ tiefen Temperaturen in Ammoniak-Produktionsanlagen berücksichtigt werden. Beispiele dafür sind die Wärme, die bei der Konversion von Kohlenstoffmonoxid anfällt, der Wärmeinhalt des Prozessgasstromes nach der genannten Konversion, sowie der Wärmeinhalt des überschüssigen Dampfes bei diesem Prozessabschnitt. Daher-bedeu-tet die Erwärmung von Dampfkessel-Einspeisewasser mittels Synthesewärme nicht unbedingt einen wirklichen Energiegewinn. Die gleiche Aufwärmung kann, wie gesagt, mittels anderer vorhandener Wärmequellen ausgeführt werden. Dies trifft speziell dann zu, wenn für die Entfernung von Kohlenstoffdioxid ein Niederenergie-System verwendet wird. In einigen Prozessen wird ein Teil der Synthesewärme dazu verwendet, um die Temperatur von gesättigtem Hochdruckdampf auf diejenige anderer Dampfquellen in der Ammoniakanlage zu erhöhen. Diese Art von Wärmewiedergewinnung ist jedoch nur ungenügend effizient, wenn der dazu eingesetzte Wärmetauscherwie üblich in der Synthesegasleitung nach dem Konverter eingebaut wird. Wegend der Beschränkungen in der Temperaturdifferenz kann nur ein kleiner Teil der Wärme der Synthesegase auf diese Art und Weise einer Wiederverwendung zugeführt werden. In einem andern, erwähnenswerten Verfahren wird die Temperatur von Dampf erhöht, wobei die Dampfrohre'im Synthesekonverter plaziert sind. In diesem Fall wird zwar eine gute Wärmewiedergewinnung ermöglicht, aber es wird dies unter Inkaufnehmen eines erhöhten Risikos durch Einführung von Wasser in den Synthesekonverter bewerkstelligt. Die meisten heute üblichen Konverter sind vom sogenannten Quenchtyp. Darin wird die Temperatur des Reaktionsgases durch die Synthesewärme erhöht. Die Abkühlung geschieht dann in mehreren Schritten durch Zugabe von kaltem, frischem Synthesegas. Es ist klar, dass dieses System die Möglichkeiten für eine Wärmewiedergewinnung verringert und dass es zu einer Temperaturverteilung und einer Gaszusammensetzung innerhalb des Synthesereaktors führt, welche ziemlich weit weg ist vom Ideal hinsichtlich einer optimalen Verwendung des Reaktorraumes. Die Nachteile der bekannten Prozesse können nun vermieden und. signifikante Vorteile können erreicht werden durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens. Das Verfahren zur Verwertung der Reaktionswärme bei der Ammoniak Synthese gemäss der hier beschriebenen Erfindung ist in den vorangehenden Patentansprüchen charakterisiert. In Ausführung der Erfindung wird also die Ammoniak-Synthesewärme in einem Energiezyklus mit Ammoniak als Werkstoff verwertet. Dieser Zyklus wird, in zwei Varianten, anhand der beigelegten Zeichnungen dargestellt. In Variante 1, Fig. 1, wird die einfachere Ausführungsform dargestellt, welche bereits zu einer guten Energieeinsparung führt, während die Variante 2, Fig. 2, aufwendiger ist und zu einer noch höheren Energieeffizienz der Anlage führt. Gemäss dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren wird der bei entspre-chendem Druck und bei annähernd Raumtemperatur dem Synthesekreislauf entnommene Ammoniak bei gleichem hohem Druck mittels Synthese0 wärme auf eine Temperatur von ungefähr 360 C erhitzt. Im folgendenSchritt wird der erhitzte Ammoniak in eine Expansionsmaschine gegeben, in der der Druck auf etwa 14 bar erniedrigt wird, wobei mechanische Energie in der Grössenordnung von 5,5 MW generiert wird. Beim genannten Druck wird Ammoniak mittels Kühlwasser kondensiert und durch ein Drosselventil in den Verdampfer des Kühl systems bei mittlerem Druck gegeben. Dieses System arbeitet bei einem Druck von ungefähr 3 bar. Der flüssige Ammoniak wird nun, zusammen mit der kleinen Menge Ammoniak des Niederdruck-Kühl systems,vom Boden des genannten Verdampfers abgezogen und, wiederum durch ein Drosselventil, auf einen Druck von ungefähr 1 bar gebracht. Bei diesem Druckniveau wird der Ammoniakdampf abgetrennt und das flüssige Ammoniak wird zur Lagerung oder zum Transport bei Atmosphärendruck abgegeben. Der Ammoniakdampf aus dem zuletzt genannten Abscheider wird innerhalb des Niederdruckkühlsystems auf dasjenige Druckniveau komprimiert, welches dem Ansaugdruckinnerhalb des Mitteldruck-Kühlsystemsentspricht. Bei diesem Druckniveau wird der genannte Ammoniakdampf mit demjenigen aus dem Verdampfer des Mitteldruck-Kühisystemsvereinigt. Beide Ammoniakströme werden nun mittels des Kompressors des genannten Systems auf dasjenige Druckniveau komprimiert, welches demjenigen des Austrittes der oben genannten Expansionsmaschine entspricht. Bei diesem Druckniveau wird der komprimierte Ammoniakdampf mit dem Ammoniak vereinigt, welches von der genannten Expansionsmaschine herkommt. Die vereinigten Ammoniakströme werden nun, wie oben schon gesagt, dem Wasser-gekühitenKondensator zugeführt. Der flüssige Ammoniak aus dem Synthesekreislauf ist mit Synthesegas gesättigt. Dieses Gas, welches im Wasser-gekühltenKondensator frei wird, wird einem üblichen Weiterbehandlungssystem zugeführt. Die mechanische Energie, welche mittels der Ammoniak-Expansionsmaschiene gewonnen wird, genügt, um die Kühlkompressoren des Mitteldruck- und des Niederdruck-Kühl systemsanzutreiben. Elektromotoren sind aber zum Antrieb der Kompressoren auf jeden Fall vorzusehen, speziell für das Anfahren des Systems. Die Kühlenergie des Mitteldruck-Kühisystemswird zum Kondensieren von mindestens der Hälfte des bei der Synthese anfallenden Ammoniaks verwendet. (Die restliche Hälfte wird üblicherweise mittels Kühlwasser kondensiert.) Das Niederdruck-Kühl system wird gemäss dieser Ausführungsform der Erfindung für das Abkühlen des Ammoniakproduktes auf die Sättigungstemperaturbei Umgebungsdruck verwendet. Das gleiche Kühl system kann übrigens auch für die Kondensation des grössten Teils des Ammoniaks im Abgas verwendet werden.Von der bei der Ammoniaksynthesefreiwerdenden Wärmeenergie werden in der Variante 1 lediglich etwa 20 MW der Wiederverwendung zugeführt. Die restliche Wärmeenergie kann aber andern Zwecken zugeführt werden, sie kann aber auch mittels Kühlwasser abgeführt werden. Die wichtigste Charakteristik der Variante 1, verglichen mit der weiter unten beschriebenen Variante 2, ist ihre Einfachheit. Anderseits ist die dabei gewonnene mechanische Energie gerade genügend, um die Kühl kompressoren anzutreiben. Die Variante 2 ist ein wenig komplexer und erlaubt einen, verglichen zur Variante 1, um etwa 3 MW erhöhten Energiegewinn. Dies wird erreicht durch eine Vergrösserungdes Ammoniakstromes durch das Wärmerückgewinnungssystem und durch die Expansionsmaschine. Der dazu be nötigtzusätzliche Ammoniak wird aus dem Wasser-gekühlten Kondensator mittels einer Hochdruckpumpe in dieses Wiedergewinnungssystem eingeführt. Zusätzlich wird auch ein Aggregat für das Vorwärmen der flüssigen Ammoniaks benötigt, um den Wirkungswgraddes ganzen Kreislaufes zu erhöhen. In dieser Variante wird die gesamte Wärmeenergie der Ammoniaksynthese, d.h. 28 MW, benötigt, um Ammoniak auf die gleiche Temperatur zu erhitzen, wie in Variante 1. Der höhere Massendurchlauf durch die Expansionsmaschine führt zu einer höheren mechanischen Leistung derselben, nämlich ungefähr 8,5 MW. Die andern Elemente der Variante 2 sind identisch mit denjenigen der Variante 1. Im folgenden werden nun die hauptsächlichen Vorteile der vorgeschlagenen Systeme beschrieben. Die Verwendung von Ammoniak als Arbeitsstoff eliminiert die.Notwen-digkeit, irgendwelche Fremdstoffe in ein oder mehrere Elemente des Ammoniak-Synthesekreislaufes einzuführen. Dadurch wird die Sicherheit des Betriebs der Anlage erhöht. Der Ammoniak fällt auf einem hohem Druckniveau an, gleich dem Druck innerhalb des Synthesekreislaufes. Zumindest in der Variante 1 sind also keine Hochdruckpumpenfür das vorgeschlagene Energieverwertungssystem nötig. Die Kombination der Ammoniak-Expansionsmaschine mit den Ammoniakkompressoren zur Abkühlung erlaubt die Konstruktion von kompakten Einheiten, die zudem noch nur ein und dasselbe Werkmedium aufweisen. Alle Wellenabdichtungs-Systeme können auf den niedersten Druck abgestimmt werden, wobei dieser ungefähr Atmosphärendruck ist. In Variante 2 müssen nur ungefähr 40 % des Ammoniaks des Wiedergewinnungssystems mittels Hochdruckpumpenin die Expansionsmaschine zurückgeführt werden. Die dazu benötigte Energie beträgt ungefähr 0,4 MW; der Netto-Energiegewinn gegenüber der Variante 1 liegt also immer noch bei über 2,6 MW. Beide Varianten erlauben eine signifikant bessere Verwertung der Synthesewärme, wenn man die oben beschriebenen Verfahren mit den heute üblichen Verwertungmethoden vergleicht. Die neuen Verfahren eliminieren zugleich die Notwendigkeit, die Kühlkompressoren mittels Dampfturbinen anzutreiben. Daher wird es nun möglich, entweder die benötigte mechanische Energie, die bis anhin mittels des Dampfkreislaufes erbracht wird, um diejenige mechanische Energie, die im erfindungsgemässen Wärmeaustasch- und Expansions-Verfahren mit Ammoniak gewonnen wird, zu verringern oder es fällt die letztere mechanische Energie als zusätzliche Energie an, die für andere Zwecke im Werk eingesetzt werden kann. Unter Annahme, dass die Synthesewärme zur Verwendung im Dampfkreislauf durch andere, geeignete Energien ersetzt werden kann, stellt die imerfindungsgemässen Verfahren gewonnene mechanische Energie einen eigentlichen Nettogewinn an mechanischer Energie bei der Ammoniak-Synthese dar. Der Druck des Ammoniaks im Ammoniak-Energiekreislaufsystem ist derselbe wie der Druck im Ammoniak-Syntheseloop. Daher ist der Ammoniakerhitzer im Ammoniakkonverter keinem signifikanten Druckunterschied ausgesetzt. Es muss hier angemerkt werden, dass diese Druckgleichheit dem System inhärent ist und nicht mittels künstlicher Mittel, wie beispielsweise Druckausgleichsvorrichtungen, erreicht werden muss. Tatsächlich wird einfach die Druckdifferenz durch den Ammoniakerhitzer mittels des Eintrittventils in die Ammoniak-Expansionsmaschine kontrolliert. Daher liegt die Berechnungs-Druckdifferenz für die beiden Seiten des Ammoniakerhitzers bei sehr tiefen Werten und führt zu mässigen Wandstärken des Apparates. Im hier behandelten Verfahren wird Ammoniak erhitzt bei einem Druck, welcher weit unter dessen kritischem Druck liegt. Daher wird der Ammoniakerhitzer ein solcher vom "once-through-Typ", d.h. einem Apparat mit einem einmaligen Durchtritt des Ammoniaks, sein. Der Wärmeaustauscher wird eine Anzahl dünner parallel geführter Rohre aufweisen. Die Temperatur des überhitzten Ammoniaks muss nicht kontrolliert werden, da der Wert derselben nicht sehr hoch liegt und in jedem Fall nie die Temperatur im Konverter übersteigt; die zuletzt genannte Temperatur ist bekanntlich auch nicht sehr hoch. Die obigen Ueberlegungen lassen den Schluss zu, dass der Ammoniakerhitzer innerhalb des Ammoniakkonverters ein sehr einfacher Apparat ist, welcher keine wichtigen Hilfsausrüstungen benötigt. Anderseits erlaubt der Erhitzer die Kontrolle der Sythesegastemperatur innerhalb des Konverters in einer viel besseren Art und Weise als alle bislang bekannten Systeme. Eine ausführliche Beschreibung der Konstruktionszeichnungen liegt ausserhalb dieser Spezifikation. Die erfindungsgemässe Erhitzung von Ammoniak auf eine Temperatur von 3600C muss auch hinsichtlich der thermischen Stabilität von Ammoniak diskutiert werden. Vom Standpunkt der thermodynamischen Gleichgewichtsbedingungen zwischen Ammoniak und Synthesegas ist Ammoniak nicht einmal bei Raumtemperatur sehr stabil. Die Zersetzung von Ammoniak läuft aber auch bei den betrachteten Temperaturen derart langsam ab, dass zumindest von technisch genügender Stabiltät gesprochen werden kann. Allerdings muss dabei auf die unbedingte Abwesenheit von katalytisch wirkenden Elementen geschaut werden. Daher müssen alle Metalloberflächen, mit denen der Ammoniak bei den genannten Temperaturen in Kontakt kommt, sehr gut passiviert sein. Ebenso sollte darauf geachtet werden, dass die Kontaktzeit von Ammoniak bei den hohen Temperaturen nicht mehr als einige Sekunden beträgt. Unter diesen Umständen ist wie gesagt die Zersetzungsgeschwindigkeit vernachlässigbar. Zudem kann, falls sich hier Probleme zeigen, die obere Prozesstemperatur erniedrigt werden. Beispielsweise0 würde eine Verringerung der oberen Temperatur von 360 auf 300 C le-diglich zu einer Reduktion des mechanisches Energiegewinnes um ungefähr 0,6 MW führen. Die Vorteile des neuen Verfahrens würden auch unter diesen, eingeschränkten, Bedingungen nicht signifikant verringert werden. Gas-Expansionsmaschinen sind in den Prozessindustrien wohlbekannt. Sie werden normalerweise zur Gewinnung von mechanischer Energie in denjenigen Verfahrensschritten eingesetzt, wo Gasströme einer Druckverminderung unterzogen werden müssen. Eine genügend grosse Erfah rung ist alsovorhanden, um die thermodynamischen, hydrodynamischen und mechanischen Konstruktionsgrundlagen bereitzustellen. Es ist aber hier zu beachten, dass mindestens eine quantitative Differenz zwischen den bekannten Maschinen und derjenigen für den hier beschriebenen Prozess vorhanden ist. Speziell ist der Gaseintrittsdruck signifikant höher als in den meisten Fällen von bekannten Expansions-Maschinen und die Leistung der neuen Maschine ist ebenfalls erheblich grösser. Es wird also eine spezifische neue Konstruktion benötigt werden für die Auiwoniak-Expansionsmaschine,welche für den erfindungsgemässen Prozess benötigt wird. Detailierte Informationenüber die Konstruktion dieser neuen Maschine liegen jedoch ausserhalb den für diese Spezifikation benötigten Angaben. Trotzdem soll im folgenden auf einige wichtige Prinzipien für eine derartige Konstruktion hingewiesen werden. Die bestgeeignetste Maschine wird sehr wahrscheinlich eine vom Typ der Zentripetal-Turboexpansionsanlagen sein. Die Maschine wird irgendwie ähnlich sein denjenigen, welche aus der Tieftemperaturtechnik bekannt sind. Mindestens 2 Stufen werden benötigt werden, um Ueberschallgeschwindigkeiten von Ammoniak zu vermeiden. Die Aufteilung der Maschine in zwei Stufen wird es auch erlauben, die Extraktion von Ammoniak, welche gemäss Variante 2 nötig ist, zu bewerkstelligen. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Expansionsmaschine wird, wenn immer möglich, derjenigen der angetriebenen Vorrichtung angepasst. Dichtungen auf der Hochdruckseite des Rotors sollten bevorzugterweise vermieden werden. Falls solche aber dennoch nötig sind, können derartige Dichtungen mit Ammoniak geschmiert werden. um die Notwendigkeit von Hochdruckdichtungen zu vermeiden. Aber auch in den Fällen, in denen Hochdruckdichtungen gewählt werden, können austretende Ammoniakdämpfe leicht wiedergewonnen werden. Speziell gilt dies für diejenigen Fälle, bei denen die in der Expansionsmaschine gewonnene Energie zum Antreiben der Kühlkompressoren verwendet wird. Die Verwendung der Energie, welche in der oben beschriebenen Expansionsmaschine gewonnen wird, kann grundsätzlich überall und zu irgendeinem Zweck geschehen. Die beste Verwendung ist natürlich diejenige innerhalb des Werks und möglichst nahe dem Ammoniak-Synthese kreislauf. Die wiedergewonnene Energie genügt nicht,um das in den Konverter eintretende Ausgangsgasgemisch zu kocprimieren.Die Energie ist aber mehr als genug, um alle Kompressoren und Pumpen in den Kühlvorrichtungen für den Ammoniak-Synthesekreislauf anzutreiben. Diese Verwendung wird, wie gesagt, als Beispiel in den oben beschriebenen Varianten 1 und 2 erläutert. In den genannten Fällen können die Ammoniak-Expansionsanlagen direkt mittels einer gemeinsamen Welle mit den Kühlkompressoren verbunden werden. Dabei kann, wie ebenfalls schon erwähnt, ein gemeinsames Wellenabdichtungssystem verwendet werden. Das Anfahren des Ammoniak-Synthesekreislaufes wird erleichtert, wenn Kühlenergie schon vor der Ammoniakabgabe zur Verfügung steht. An die oben beschriebene Kombination Expansionsmaschine-Kühlkompressor wird also vorteilhafterweise noch ein Anfahrmotor angeschlossen. Der gleiche Motor kann auch für allenfalls benötigte, zusätzliche Leistung eingesetzt werden. In Variante 2 fällt eine genügende Menge Ueberschussenergie an. Diese Energie kann zum Beispiel für den Betrieb eines Elektrogenerators verwendet werden. Durch geeignete Konstruktion desselben kann er dann auch zugleich als Anfahrmotor geschaltet werden. Das oben beschriebene, neue Verfahren erlaubt einen signifikanten Energiegewinn in Ammoniakanlagen. Selbstverständlich muss die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens gut in das Energiesystem der gesamten Ammoniakanlage inkorporiert sein. Erst dann kann der volle Vorteil daraus gewonnen werden. Der Energiebedarf für ein modernes Ammoniak-Produktionswerk, ausgedrückt anhand des unteren Heizwertes der eingesetzten Materialien, kann ungefähr in zwei Teile aufgeteilt werden: einmal die Ausgangsrohstoffe, wofür ungefähr 2/3 der Energiemenge benötigt wird und dann zweitens im Brennstoff, welcher ungefähr den verbleibenden Drittel der benötigten Energie ausmacht. Das oben beschriebene Verfahren erlaubt, wie gesagt, eine Reduktion an benötigter Brennstoffmenge von ungefähr 20 %. Das neue Verfahren wird vorteilhafterweise in neuen Ammoniakanlagen angewandt. In diesem Fall sind keine zusätzlichen Investitionen nötig. Im Gegenteil, die Kapitalkosten für eine Anlage mit den Vorrichtungen zur Ausführung der oben genannten neuen Verfahren werden tiefer als gewöhnlich sein, da gewisse Anlageteile im üblichen Dampfkreislauf in ihren Abmessungen signifikant kleiner sein werden.
    权利要求:
    Claims

    P a t e n t a n S p ü c h e
    Ammoniak-Syntheseverfahren mit verringertem Energiebedarf, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Ammoniak-Synthese frei werdende Reaktionswärme zur Erzeugung mechanischer Leistung verwendet wird.
    2-_
    Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anlage zur Umwandlung der Reaktionswärme in die genannte mecha¬ nische Leistung Ammoniak als Arbeitsstoff eingesetzt wird.
    !__
    Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Ammoniak-Synthese bei hohem Druck anfallende, flüs¬ sige Ammoniak in einem im Ammoniak-Synthesereaktor angeordneten Wärmeaustauscher bis zu einer Temperatur von mindestens 200°C be¬ heizt wird, dass das überhitzte Ammoniak daraufhin einer Expansions¬ maschine zugeführt wird, in der mechanische Leistung erzeugt wird, und dass nach Expansion und gegebenenfalls Kondensation das Ammoniak bei einem Druck von höchstens 70 bar abgegeben wird.
    4^
    Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nicht nur der bei der Ammoniak-Synthese anfallende Ammoniakproduktestrom zur Erzeugung der mechanischen Leistung verwendet wird, sondern dass auch ein Teil des Ammoniaks nach der genannten Expansion und Kondensation wieder auf den hohen Druck gebracht wird, mit dem ge¬ nannten Ammoniakproduktestrom aus der Ammoniak-Synthese vereinigt wird, dass beide Ströme gemeinsam im Ammoniak-Synthesereaktor auf die genannte Temperatur beheizt werden, und dass diese Ströme danach gemeinsam in der genannten Expansionsmaschine unter Abgabe mechani¬ scher Leistung expandieren.
    .
    Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Expansion von Ammoniak in der genannten Expansions¬ maschine erzeugte mechanische Leistung zum Antrieb der Kältekompres¬ soren einer Ammoniakerzeugungsanlage verwendet wird.
    Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach- Patentansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen im Ammoniakkonverter plazierten
    Wärmeaustauscher in Kombination mit einer Expansionsmaschine,' welche ausserhalb des genannten Konverters angeordnet ist.
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0170663A1|1986-02-12|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1985-08-15| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1985-08-15| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): AT BE CH DE FR GB LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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