DK159963B - Fremgangsmaade til fremstilling af ammoniak - Google Patents

Description

i

DK 159963 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde, ejendommelig ved det i krav 1's kendetegnende del angivne, til fremstilling af ammoniak ved integrering af en smeltet karbonat-brændselscelle (MCFC? Molten Carbonate Fuel 5 Cell) eller en indre reforming smeltet karbonat-brændselscelle (IRMCFC) i et konventionelt procesanlæg til fremstilling af ammoniak.

Ved industriel produktion af ammoniak omsættes nitrogen fra luften med hydrogen fra en hydrogenkilde, fx 10 en kulbrinte eller forgasset kul. Ammoniaksynteseproces- sen kræver en væsentlig mængde mekanisk energi til supplementsgas og recirkulationskompressorer, procesluftkompres-sor og kølekompressor.

Procesanlæg til fremstilling af ammoniak er velkend-15 te. De består i princippet af to hoveddele, dvs. en forreste ende til fremstilling af en passende syntesegas og en syntesesløjfe.

Den forreste ende indeholder en eller flere refor-mingenheder hvor der tilsættes vanddamp og fortrinsvis og-20 så luft og hvor der sker omdannelse af kulbrinter til en hydrogenrig gas, en shift-enhed til omdannelse af kulmo-noxid, der er biprodukt fra reformingenheden, til hydrogen og kuldioxid, en enhed til fjernelse af kuldioxid og en metaniseringsenhed som omdanner de sidste spor af kul-25 oxider til metan. Kuldioxidet fjernes fra supplementsgassen og udluftes ofte til atmosfæren hvis anlægget ikke er indrettet til omdannelse af den producerede ammoniak til urinstof.

Det har nu vist sig muligt at forbedre den totale 30 energibalance i ammoniakprocessen ved integrering af brændselsceller af smeltet karbonattypen i et konventionelt ammoniakprocesanlæg, hvorved der opnås mulighed for at bruge en renset gas indeholdende hydrogen såvel som afgangsgasser med kuldioxid på meget effektiv 35 måde.

DK 159963 B

2

Brændselsceller og specielt smeltet karbonat-brændselsceller er velkendte i teknikken (se J.R. Selman og T.D. Claar, "Proceedings of the Symposium on Molten Carbonate Fuel Cell Technology", Proceedings Volume 84-13, The Elec-5 trochemical Society, INC.). I en brændselscelle omdannes kemisk energi direkte til elektrisk energi. En brændselscelle omfatter elektroder, en katode og en anode. Elektroderne virker som katalytiske reaktionssteder hvor brændstoffet og oxidationsmidlerne omdannes elektrokemisk til 10 elektricitet, vand eller kuldioxid og varme. Da elektriciteten produceres som jævnstrøm omdannes den hensigtsmæssigt til vekselstrøm før brugen, fx til at tilfredsstille behovet (eller noget af behovet) i et procesanlæg.

Ved anoden oxideres brændslet elektrokemisk til 15 afgivelse af elektroner, der ledes gennem et ydre kredsløb til katoden hvor elektronerne bindes til oxidationsmidlet. Kredsen sluttes af ioner som ledes gennem en elektrolyt fra den ene elektron til den anden.

Smeltet karbonat-brændselsceller kendes i to princi-20 pielt forskellige former, nemlig simple smeltet karbonat-brændselsceller (MCFC) og indre reforming smeltet karbonatbrændselsceller (IRMCFC; Internal Reforming Molten Carbonate Fuel Cells). Hovedegenskaberne af disse to former for smeltet karbonat-brændselsceller er angivet i tabel 25 1: 30 35 3 « U) J3 co

i I

cn (DO) £ oo oo 0 + +

\ O O I

Cn cm cn I

x cd cn oo

CN Ν' CM o O

Γ"· æ + + u cn

O 00 N1 CN CN N* E

U *3· + O O cn * CN U U + + * oo On* in cn

00 CN V u I O

Ο ΓΠ — + + O) U

U CN + 00 CN ·. O flj cn I I + +>

•H m Ο Ή CN O I oo I ro CN

tl O co ow CD cn O O O CN OICN-HtJi+Oa CD U U CN o

(p 00 O 2 P r- in+JCN'N’N* + CN

U O 1—i 3 P I o co φ + + + cn + SUC «· P +4 O CN ·*+! *1· CN ο ** 't

tt cn-h-h (0 3 0' O C P CD CD U CD CD

HCDJJZgt-DuovvHU'* U «i* U U

i—1 Λ co

• P

(Λ 0

-Q EH

to

CN

B

υ \ cr>

X CN

O' 00 «- oo O' u « *—i - I Cn 0) co φ + —-

J3 00 V CN O

mo — + i cn

Eh U CN + cn Q) CD

cn o co cn o cn •H U -rH CN u +14

l-DO OinCDCN+ CN

I Ν·Η o + O ft I 00 — O CN

oo O 2 U r·* tn+iOCn -h« O

U O H P I O 00 Φ U ^ + -Hi« fcOe-^+IOCN-P + O CN +

U CN-H-H CN30«-0G CN CN O CN CN

S«HD2CDnlvDVVH!lliE! U CD CD

P

0)

ί’—'· rH

ρ a Φ ε P 0) O cn

P X

CO 0) co ·Ρ

iH (U C

CO > 0 C 0 P

P P CO ·Ρ Ό

<1> CO O -CO-H p CG

p jbi ή P 0 enpp x o Q) « — Φ C C Q) pe (0 -H> ja wco*>-hi-hco (u pc

Ρ Ρ Ρ Ό Ό Ρ Ό 0 Φ~ P A* CO

>1 >i CD C ·Η p CP P rH rH (0 rH rH Tf ffi X P fiJW CD AS Φ Φ-Η

OOOPOCO Ο, T3 A! Qi DI a PCD

ρ ρ ρ Λ Φ ρ ω φ cn ε ·η ε ο cn PPPCDOCD ΦΛ-Ηφ ΌΦ Ρ Ό AJASASOoaASHcncicn ο«ι ρ c ΦΦΦΟΡΕίΡιΗΦΟΑ! ΡΛ 3 « ^Η^ΗπΗ0ΦΦΡΦΡ3Φ ΙΟΦ Ρ Ρ pqwwewEnEHUP m cq

DK 159963 B

4

Det ses af tabel 1 at en MCFC bruger hydrogen og/ eller kulmonoxid som brændsel og behøver en oxidant der indeholder oxygen (luft) og kuldioxid.

Det ses endvidere at produktionen af elektricitet 5 vil bevirke vandring af karbonationer fra katoden til anoden og at der produceres CC^ ved anoden og forbruges samme mængde ved katoden. Derfor behøves der en kontinuerlig overførsel af kuldioxid fra anoden tilbage til katoden - "kuldioxidfejning". Kuldioxidfejning gennemføres som 10 regel ved efterfoirbrænding af udstødningsgassen fra anoden. Denne efterforbrænding bevirker en mærkbar nedsættelse af den opnåelige omdannelse af brændsel til elektricitet.

Som det ses i tabel 1 kan en IRMCFC bruge metan (na-15 turgas), hydrogen og/eller kulmonoxid som brændsel og behøver et oxidationsmiddel indeholdende oxygen (luft) og kuldioxid.

Ved anoden produceres der kuldioxid. En IRMCFC som er isoleret fra et kemisk procesanlæg vil behøve "kuldio-20 xidfejning" på i hovedsagen samme måde som en MFCF.

Benævnelsen "brændselscelle" bruges i det følgende også i betydningen ansamlinger af brændselsceller. Normalt bruges brændselsceller i serier, stabler, for at tilvejebringe tilstrækkelig spænding.

25 Kombinationen eller integrationen af kemiske pro cesenheder og brændselscelle-procesenheder er kendt i princippet.

J. H. Altseimer et al. nævner i Fuel Cell Seminar, oktober 26-29, 1986, Sheraton El Conquistador Tucson, Ari-30 zona, anvendelse af brændselsceller i jordolieraffineringsindustrien som supplerende energikilde til eksisterende kraft- og dampudviklingssystemer. Imidlertid gives der ikke nogen nærmere beskrivelse af integrationen af brændselsceller i raffineringsprocesser.

35

DK 159963 B

5

Det har således været foreslået at integrere en varmevekslingsreformer som beskrevet i fx dansk patentansøgning nr. 1266/85 og en brændselscelle (en fosforsyre-brændselscelle). I henhold til denne idé reformes brændsel i 5 form af naturgas ved en reaktion med damp til hydrogen,der udnyttes i brændselscellen til produktion af elektrisk kraft. Udstødningsgassen fra anoden udnyttes som brændsel i reformeren og damp udviklet fra spildvarmen fra brændselscellen udnyttes i reformingprocessen.

10 Europæisk patentansøgning nr. A2-0-170277 beskriver et kraftanlæg der bruger en smeltet karbonat-brændselscelle, en reformer til reforming af brændsel til en reaktionsgas for cellens anode og en brænder til brænding af udstødningsgassen fra anoden og til at forsyne katoden med 15 brændt udstødningsgas.

US US patentskrift nr. 4.522.894 til Hwang et al. beskriver et brændselscelle-kraftanlæg der udnytter en autotermisk reformingproces på stedet, som udnytter udvikling af det hydrogenrige brændsel som skal føres til brænd-20 selscellens anodeside. Afgangsgasen fra katoden føres til den autotermiske reaktor og afgangsgassen fra anoden føres til den katalytiske brænder for at forvarme indgangsstrømmen til reformeren.

US patentskrift nr. 3.488.226 til Baker et al.

25 viser en proces til udvikling af hydrogen ud fra kulbrinter ved dampreforming ved lavt tryk og udnyttelse deraf i smeltet karbonat-brændselsceller. Reformingreaktionen udføres i en varmevekslingsrelation med brændselscellen, hvorved varme fra brændselscellen understøtter den endoter-30 miske reforming-reaktion. Reforming-reaktionstrinnet finder sted på en katalysator som er anbragt i brændselscellens anodekammer. Det brugte brændsel fra anoden afbrændes for at bevirke yderligere varme til den endotermiske reforming-reaktion.

35 Britisk patentskrift nr. 1.309.517 til Fischer et al. beskriver en brændselscelle til omdannelse af forbræn-dings-enthalpi fra kulbrinter til elektrisk energi. Nogle

DK 159963 B

6 af de udviklede udstødningsgasser strømmer sammen med ufor-brugt forbrændingsluft i modulerne gennem en porøs katalysator hvor de brændes for at dække varmebehovene for den endotermiske reforming-reaktion på anoderne i brændselscel-5 lemodulerne.

US patentskrift nr. 4.524.113 til Lesieur beskriver drivning af et smeltet karbonat-brændstofcelle ved at man bringer brændselscellens katalysator-indeholdende anode i kontakt med metanol i nærværelse af vand. På denne 10 måde reformes metanolen ved reaktion med damp inde i brændstofcellen til dannelse af kulmonoxid, kuldioxid og hydrogen, der bruges som brændsel for anoden.

Fra Patent Abstract of Japan, bind 9. nr. 193 af 6. april 1985, sammendrag af japansk patentskrift nr. 60-15 59762, er det kendt at bruge en hydrogen-, nitrogen- og argonholdig rensegas, udviklet i en alkalisk brændselscelle og praktisk taget fri for CO og CC^, som hydrogenkilde i en alkalisk brændselscelle.

Denne proces kan ikke umiddelbart sammenlignes med 20 den foreliggende fordi alkaliske brændselsceller er meget forskellige fra brændselsceller af typerne MCFC og IRMCFC.

Men med det forbehold taget i betragtning kan det siges at der ved den foreliggende fremgangsmåde i sammenligning med den kendte opnås den fordel at man kan udnytte ikke 25 blot rensegassen, men også kuldioxidet i stedet for at bortlede det, se fx omstående eksempler.

Hovedtrækkene ved den foreliggende fremgangsmåde er at man a) fører en kuldioxidholdig strøm vundet under ammoni-akfremstillingsprocessen til katodegassløjfen i brændselscellen og eventuelt b) fra procesanlægget fører en rensegasstrøm indeholdende en eller flere komponenter der er brugbare som brændsel i en brændselscelle til dennes anode- 35 kammer, samt

DK 159963 B

7 c) fører afgangsgas der er brugbar som brændsel fra brændselscellens anodekammer til den forreste ende af procesanlægget.

Ved en foretrukken udførelsesform for fremgangsmå-5 den ifølge opfindelsen er den kuldioxidholdige strøm en afgangsgasstrøm fra en kuldioxid-udvindingsenhed. En sådan kuldioxidrig strøm udluftes som regel.

Mange procesanlæg behøver højtryksdamp, fx som en del af fødegassen til en reformer. Ligeledes kan mange 10 procesanlæg udnytte højtryksdamp som drivkraft.

Ved en anden foretrukken udførelsesform bruges overskudsvarme produceret af brændselscellen til udvinding af højtryksdamp, der kan bruges i procesanlægget.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen beskrives i det 15 følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et proces-principskema for et MCFC brændselscellesystem, fig. 2 et proces-principskema for et IRMCFC brænd-20 selscellesystem, fig. 3 et proces-principskema for integrationen mellem et MCFC og et ammoniakanlæg, fig. 4 et proces-principskema for integrationen mellem en IRMCFC og et ammoniakanlæg og 25 fig. 5 et proces-principskema for et konventionelt ammoniakanlæg der udnytter naturgas som råmateriale.

I figurerne viser pile strømningsretninger. Brudte linjer bruges til mulige forbindelser og/eller strømningsretninger .

3Q Figurerne er forenklede og ikke alle de enkelte en heder, varmevekslere, pumper etc. er vist. Ej heller er 35 8

DK 159963B

alle praktiske installationer eller forbindelser vist. De elektriske forbindelser og installationer som vedrører brændselscellen er ikke vist.

Fig. 1 viser et proces-principskema for et MCFC 5 brændstofcellesystem. I dette principskema angiver 1 en brændselscelle indeholdende en anode 1A, en katode 1C og en elektrolyt, 2 en tilførselsledning for naturgas der anvendes som råmateriale, idet 2a angiver indgangen for proces- 10 gassen og 2b indgangen for brændsel, 3 en dampreformer-enhed, 4 en overførselsledning for tilberedt fødemateriale fra reformeren til brændstofcellen, 5 en overførselsledning for afgangsgas fra anoden til 15 en efterforbrændingsenhed, 6 en efterforbrændingsenhed, 7 en tilførselsledning for luft, 8 en afgangsgasledning fra efterforbrændingsenheden, 9 en fødegasledning til katoden, forsynet med en blæ- 20 ser, 10 en afgangsgasledning fra katoden, 11 en udblæsningsledning (renseledning), 12 en ledning til recirkulation af afgangsgasser fra katoden, 25 13 en koger til genvinding af spildvarme (WHR), og 14 en afgangsledning.

I reformeren 3 omdannes en del af den naturgas der tilføres gennem ledningen 2a ved dampreforming i henhold til reaktionerne 30 CH4 + H20 -> CO + 3H2 CO + h2o £ co2 + h2

Som følge heraf produceres der en fødegas som egner 35 sig til brændselscellen. En typisk sammensætning er, regnet i rumfangs% på tør basis:

DK 159963 B

9 76,0% H2 15,1% CO 7,7% C02 1,2% CH4 5 Fødegassen overføres gennem ledningen 4 til anoden 1A i brændselscellen 1. I brændselscellen omdannes fødegassen som det fremgår af foranstående tabel 1. Omdannelsen er imidlertid ikke fuldstændig og vil som regel være ca.

10 90%. Udstødningsgasen vil typisk have følgende sammensæt ning, ligeledes udtrykt som rumfangs% på tør basis:

5,4% H2 3,6% CO

89,9% C02 15 1,1% CH4

Denne udstødningsgas overføres gennem ledningen 5 til efterforbrændingsenheden 6 hvor alle de brændbare stoffer omdannes til C02 og H20 ved omsætning med luft der til-20 føres gennem ledningen 7.

Den resulterende afgangsgas, ekstra luft og en del af katode-afgangsgassen tilført gennem ledningen 12 blæses via katode-fødegasledningen ind i brændselscellen l's katodekammer 1C. .

25 Den resulterende netto-afgangsgas føres gennem led ningen 11 til spildvarme-udvindingskogeren 13 og afgår herfra via afgangsledningen 14.

En smule mere end 50% af den nedre varmeværdi af det i anodekammeret 1A omsatte hydrogen omdannes til elek-30 tricitet. Resten fremkommer som spildvarme.

Effektiviteten af brændstofcellesystemet - produceret elektricitet divideret med nedre varmeværdi af den tilførte naturgas (dvs. strømmen 2) er som regel 40-45%. Den mængde brændbare gasser der brændes i efterforbrændingsen-35 heden 6 svarer til ca. 10% af naturgasforbruget.

Fig. 2 viser et proces-principskema for et IRMCFC brændselscellesystem. I dette principskema har reference-

DK 159963 B

10 tallene 1-14 samme betydninger som angivet ovenfor. Derudover er 15 en varmeveksler som overfører varme mellem råmaterialegasen og anode-udstødningsgassen, 5 16 en transportledning, 17 en rensningsenhed for brændsel, 18 en overførselsledning for ren fødegas, 19 en recirkulationsledning med en blæser, og 20 en overførselsledning for nettoanodeafgangsgas.

10 Den gennem ledningen 2a tilførte naturgas forvar mes i varmeveksleren 15 og føres til rensningsenheden 17 for brændsel, hvor et muligt svovlindhold nedsættes til under den meget lave grænse som er nødvendig for at tilfredsstille brændselscellers tolerancegrænse. Den rene føde- 15 gas føres til anodekammeret 1A i brændselscellen 1 gennem ledningen 18, sammen med recirkuleret afgangsgas der tilføres gennem ledningen 19. Anode-afgangsgassen i ledningen 5 recirkulerer delvis gennem ledningen 19 og nettomængden overføres til efterforbrændingsenheden 6 via varmeveksleren 20 15. De brændbare komponenter i afgangsgasen og luft omdan nes i efterforbrændingsenheden til CC^ og I^O. Den resulterende gas 8, ekstra luft og en del af katode-afgangsgassen udtaget via ledningen 12 blæses ind i katodekammeret 1C i brændselscellen 1 gennem katode-fødegasledningen 9.

25 Katode-afgangsgassen deles i en del som recirkuleres gennem ledningen 12 på den ene side og netto-afgangsgas som føres til spildvarme-udvindingskogeren 13 gennem ledningen 11 og bortledes derfra gennem ledningen 14.

I sammenligning med den i fig. 1 viste installation 30 med en brændselscelle af MCFC-type er den ydre reformer 3 udeladt. Naturgassen omdannes til hydrogen inde i anodekammeret over en passende katalysator.' Ved udskiftning af den ydre reforming med en indre reforming kan effektiviteten af brændselscellesystemet - som defineret ovenfor 35 (fig. 1) - forøges fra 40-45% til lidt over 60%. Imidlertid vil, som i tilfælde af et system med en MCFC, en betragtelig del, 12-14%, af naturgasen blive omdannet til 11

DK 159963B

varme i forbindelse med kuldioxidfejningen.

Fig. 3 viser et proces-principskema for integrationen ifølge opfindelsen mellem et MCFC og et ammoniakanlæg. Ammoniakanlægget eksemplificeres her ved en konventio-5 nel opbygning som udnytter naturgas som fødegas og som brændsel. I fig. 3 betegner 20 en tilførselsledning for råmateriale, 21 en indgangsledning for luft, 22 en tilførselsledning for brændsel, 10 23 en fælles ledning for brændsel udefra og recirkule ret anode-afgangsgas, 24 den forreste ende af et ammoniakanlæg, 25 en kompressor for syntesegas, 26 ammoniak-syntesesløjfen, 15 27 en udgangsledning for produceret ammoniak, 28 en renseledning fra ammoniaksyntesesløjfen, 29 en brændselscelle indeholdende en anode 29A og en katode 29C, 30 en udblæsningsledning for nettoafgangsgas fra ka- 20 toden, 31 en ledning til recirkulation af katode-afgangsgas, 32 en recirkulationspumpe, 33 en spildvarmekoger, 34 et luftindtag, 25 35 en ledning for en kuldioxidstrøm fra den forreste ende af ammoniakanlægget, og 36 en ledning for anode-afgangsgas fra brændselscellen 29 til den forreste ende 24 af ammoniakanlægget.

Indretningen af anlægget til syntese af ammoniak 30 er konventionel, dvs. at en naturgasstrøm 20 føres til den forreste ende 24, der indeholder bl.a. enheder til afsvovling, primær reforming, sekundær reforming, kulmonoxid-shiftreaktion, fjernelse af kuldioxid og til slut metane-ring for at rense gassen for tilbageværende kuloxider.

35 Den resulterende syntesegas komprimeres i kompressoren 25 og føres til en konventionel ammoniaksyntesesløjfe 26. Fra sløjfen eller kredsløbet 26 udtages der en produktstrøm

DK 159963 B

12 27 af ammoniak. En rensestrøm eller udblæsningsstrøm 28 indeholdende hydrogen, nitrogen og inaktive gasser såsom metan og argon bortledes for at holde indholdet af uvirksomme komponenter i ammoniaksløjfen på accepterbart niveau.

5 Denne rensestrøm føres til anoden 29A i en MCFC 29 som brændsel, og den resulterende anode-afgangsgas 36 sættes til renseledningen 22 til den forreste ende 24. Strømmen 35 fra en kuldioxid-bortledningsenhed fra ammoniakanlæggets forreste ende forenes med en luftstrøm 34 og føres 10 til en katode-gasrecirkulationssløjfe 31, 32, 33 i MCFC- enheden som oxidationsmiddel. Af katode-afgangsgassen recirkuleres hovedparten gennem recirkulationsledningen 31 ved hjælp af recirkulationspumpen 32. Resten af katode-afgangsgassen 30 udblæses. Den i MCFC-enheden udviklede varme 15 bruges i spildvarmekogeren 33 til udvikling af damp som udnyttes i anlægget som procesdamp eller til at drive kompressorer, turbiner og andre hjælpeorganer.

Fig. 4 viser et proces-principskema af integrationen ifølge opfindelsen mellem IRMCFC og et ammoniakanlæg.

20 I dette principskema har referencetallene 20-33 sa- samme betydning som i fig. 3, og 28a er en ledning til overførsel af hydrogen-rensegas fra sløjfen til anode-fødeledningen, 28b en ledning til overførsel af hydrogen-rensegas fra 25 sløjfen til ammoniakanlæggets forreste ende som brændsel, 37 en ledning til afsvovlet naturgas til anodesløjfen, 38 en ledning for det samlede fødemateriale til ano den, 30 39 en recirkulationsledning for afgangsgas fra anoden, 40 en ledning til den samlede mængde recirkulerede anodegas og afsvovlet naturgas, 41 en ledning til borttransport af afgangsgassen fra anoden, 35 42 en ledning til den anode-afgangsgas som skal recir kuleres og 43 en recirkulationspumpe.

DK 159963B

1,3

Udformningen er den samme som i fig. 3 bortset fra tilførsel af brændsel til brændselscellen. IRMCFC gør det muligt for en hydrogenrig gasstrøm 48 at blive helt eller delvis udskiftet med naturgas, strømmen 37. Strømmen 5 37 udtages hensigtsmæssigt fra fødegasledningen efter af svovlingen ved den forreste ende af ammoniakanlægget. For at gennemføre den indre reforming i anodekammeret er det nødvendigt at opretholde det i fig. 2 viste anodekredsløb ved hjælp af ledningerne 42, 39 under recirkulation ved 10 hjælp af pumpen 43.

Fig. 5 viser et proces-principskema for et konventionelt ammoniakanlæg der bruger naturgas som råmateriale.

I dette principskema er 44 en tilførselsledning for råmateriale, 15 45 et luftindtag, 46 en tilførselsledning for brændsel, 46a en fælles ledning for brændsel udefra og recirkuleret rensegas, 47 den forreste ende af et ammoniakanlæg, 20 48 en syntesegaskompressor, 49 en ammoniaksløjfe, 50 en udgangsledning for produceret ammoniak, 51 en renseledning fra sløjfen, og 52 en ledning til afgangsgas (CC^) fra ammoniakanlæg- 25 gets forreste ende.

Udformningen af anlægget til syntese af ammoniak er konventionel, dvs. at en naturgasstrøm 44 føres til den forreste ende 47 omfattende bl.a. afsvovling, primær re-’ forming, sekundær reforming, kulmonoxid-shiftreaktion, kul- 30 dioxidfjernelse og til slut metanisering. Den resulterende syntesegas komprimeres i en kompressor 48 og føres ind i en konventionel ammoniak-syntesesløjfe 49. Fra denne udtages der en produktstrøm 50 af ammoniak. En rensestrøm 51 indeholdende hydrogen, nitrogen og inaktive gasser såsom 35 metan og argon udtages for at holde indholdet af inaktive stoffer i sløjfen nede. Rensestrømmen føres til ammoniakanlæggets forreste ende som brændsel. Fra den forreste

DK 159963B

14 ende forlader C02-strømmen fra C02“fjernelsesinstallatio-nen anlæggets forreste ende som en afgangsgas 52.

Syntesekompressoren 48 har stort kraftforbrug. Den er ofte turbinedrevet under anvendelse af højtryksdamp som 5 drivkraft.

De fordele der opnås ved anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen forklares nærmere i de følgende eksempler.

10 Eksempel 1

Integration af en MCFC i et ammoniakanlæg

Der henvises til fig. 3 som belyser denne udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

En konventionel udformning af et ammoniakanlæg (fig.

5) og en konventionel udformning af et særskilt MCFC-kraft-anlæg (fig. 1) er blevet integreret ved at der føres en rensestrøm 28 fra syntesesløjfen 26 og denne strøm 28 føres som brændsel til anoden 29A 2Q i MCFC-cellen 29, anode-afgangsgasstrømmen 36 udtages fra MCFC 29 og denne strøm 36 bruges som brændsel i den forreste ende 24 af ammoniakanlægget, der føres en strøm 35 af kuldioxid fra C02~fjernel-25 sesenheden i ammoniakanlæggets forreste ende 24 og denne strøm 35 indføres sammen med luft 34 i katoderecirkulationssløjfen i MCFC 29, der indføres damp udviklet i spildvarme-udvindingskogeren 33 i MCFC-installationen i ammoniakanlæggets 3Q højtryksdampsystem (denne indførelse af damp udvik let i kogeren 33 i dampsystemet i ammoniakanlægget er ikke vist), og der udelades særskilt konditioneringsarrangement for fødemateriale til MCFC-cellen.

25 Den i fig. 3 viste integration har følgende fordele i forhold til et konventionelt ammoniakanlæg med identisk produktionskapacitet for ammoniak og et særskilt MCFC-an- *

DK 159963 B

15 læg med samme elektricitetsudbytte som MCPC i det integrerede arrangement:

Hovedparten af det hydrogen der er indeholdt i rense-gasstrømmen fra syntesesløjfen bruges mere effektivt 5 i MCFC-enheden end det ellers er muligt. Resten af hydrogen og metanet, dvs. anode-afgangsgassen, bruges som brændsel med samme effektivitet som i et konventionelt arrangement.

Man undgår det tab af brændbare stoffer som bevir-1 q kes af konventionel CC^-fejning i et særskilt MCFC- arrangement. Den nødvendige tilførsel af kuldioxid til katoden i MCFC-enheden udtages fra afgangsgasstrømmen fra Ci^-fjernelsesenheden i ammoniakanlægget, en strøm der ellers ville være spildt.

15 - Den i MCFC-enheden producerede spildvarme kan ud nyttes meget effektivt i ammoniakanlægget.

Udeladelse af et særskilt brændsels-konditione-ringsarrangement for MCFC-enheden, specielt en særskilt svovlfjernelsesenhed og en særskilt damprefor-20 mer, er en forenkling som nedsætter de samlede ka pitalomkostninger væsentligt og forbedrer den totale effektivitet.

Betragtet som et kraftanlæg vil det integrerede anlæg have en effektivitet - produceret elektricitet 25 divideret med den lavere varmeværdi af den forbrug te brændselsgas - der forbedres fra 40-45% til lidt over 50%.

Eksempel 2 30

Integration af en IRMCFC i et ammoniakanlæq

Der henvises til fig. 4 som belyser denne udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

En konventionel udformning af et ammoniakanlæg (fig. 5) og en konventionel udformning af en særskilt 3 5 IRMCFC-enhed (fig. 2) er integreret ved at

DK 159963 B

16 der udtrækkes en anode-afgangsgasstrøm 36 fra IRMCFC-enheden 29 og denne strøm 36 bruges som brænsel i den forreste ende 24 af ammoniakanlægget, der føres en strøm 35 af kuldioxid fra CC^-fjernel-5 sesenheden i den forreste ende 24 af ammoniakanlæg get, og denne strøm 35 indføres sammen med luft 34 til katode-recirkulationssløjfen i IRMCFC-enheden 29, en i spildvarme-genvindingskogeren 33 i IRMCFC-in-10 stallationen udviklet damp indføres i ammoniakan læggets højtrykssystem (ikke vist), der udelades en særlig svovlrensningsenhed til konditioner ing af brændslet til IRMCFC-enheden, og eventuelt bruger man i det mindste noget af rense-15 gassen 28a som fødegas til brændstofcellens anode.

Integrationen giver følgende fordele:

Det tab af brændbare stoffer der bevirkes af C02-fejningen undgås. Det kuldioxid der behøves til ka-20 toden kommer fra ammoniakanlægget, kuldioxid er et biprodukt ved ammoniakproduktionen og udluftes ofte. Anode-afgangsgassen erstatter naturgas som brændsel i ammoniakanlægget.

Den i brændselscellen producerede spildvarme kan 25 udnyttes meget effektivt i ammoniakanlægget.

De samlede fordele er betydelige. Den effektivitet der opnås i det integrerede anlæg, betragtet som kraftstation, sammenlignet med produktion af elektricitet i en sær-30 skilt IRMCFC-celle forbedres fra lidt over 60% til en smule over 70%.

35

Claims (5)

17 DK 159963 B

1. Fremgangsmåde til fremstilling af ammoniak i et konventionelt ammoniakanlæg, kendetegnet ved at der i fremstillingsprocessen integreres en smeltet karbonatbrændselscelle (MCFC; (29)) eller en indre reforming smeltet karbonat-brændselscelle (IRMCFC; (29)) hvilken integration omfatter trin ved hvilke man a) fører den under ammoniakfremstillingsprocessen vundne 10 kuldioxidholdige strøm til brændselscellens katodegassløj- fe (32,31) og eventuelt b) fra procesanlægget fører en renset gasstrøm indeholdende en eller flere komponenter der er brugbare som brændsel i brændselscellen til dennes anodekammer (29a) samt 15 c) fører en som brændsel brugbar afgangsgas fra brændselscellens anodekammer (29a) til den forreste ende (24) af procesanlægget.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved at den kuldioxidholdige strøm er en afgangsgas vun- 20 det fra en enhed til fjernelse af kuldioxid fra procesanlægget.

3. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at brændselscellen leverer energi til ammoniakanlægget.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved at en del af energien har form af overskudsvarme.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved at overskudsvarmen udnyttes til udvikling af højtryksdamp til anvendelse i procesanlægget. 30 35