NL1002582C2 - Process for the preparation of ammonia. - Google Patents
Process for the preparation of ammonia. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1002582C2 NL1002582C2 NL1002582A NL1002582A NL1002582C2 NL 1002582 C2 NL1002582 C2 NL 1002582C2 NL 1002582 A NL1002582 A NL 1002582A NL 1002582 A NL1002582 A NL 1002582A NL 1002582 C2 NL1002582 C2 NL 1002582C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- hydrogen
- stream
- oxygen
- nitrogen
- anode
- Prior art date
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 title claims description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 19
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 52
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 52
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 37
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 26
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 25
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 25
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 5
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000000779 depleting effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000010626 work up procedure Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
- C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
- H01M2300/0005—Acid electrolytes
- H01M2300/0008—Phosphoric acid-based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
Werkwijze voor de bereiding van ammoniakProcess for the preparation of ammonia
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van ammoniak, waarbij een stikstofhoudende stroom wordt samengebracht met een water-stofhoudende stroom en stikstof en waterstof katalytisch tot 5 reactie worden gebracht.The present invention relates to a process for the preparation of ammonia, in which a nitrogen-containing stream is combined with a hydrogen-containing stream and nitrogen and hydrogen are catalytically reacted.
Een dergelijke werkwijze is in het vak algemeen bekend. Hierbij wordt voor de bereiding van de waterstofhoudende stroom zogenaamd watergas bereid door reactie van een koolstofbron zoals methaan met water bij verhoogde tempera-10 tuur en druk.Such a method is generally known in the art. For the preparation of the hydrogen-containing stream, so-called water gas is prepared by reacting a carbon source such as methane with water at an elevated temperature and pressure.
CH4 + H20 + Energie -» CO + 3 H2 (1)CH4 + H20 + Energy - »CO + 3 H2 (1)
Het watergas is de waterstofhoudende stroom. Als stikstofhou-15 dende stroom wordt lucht toegepast dat echter eerst in vergaande mate van zuurstof moet worden ontdaan. Dit geschiedt door doelbewust CH4 in het watergas over te houden, bekend als de me thane-slip, in een zodanige hoeveelheid als nodig is om door selectieve, katalytische oxydatie ervan bij verhoogde 20 druk alle zuurstof uit de toegevoerde lucht te verwijderen. Vervolgens wordt een CO-shift reactie uitgevoerd, waarbij CO wordt omgezet tot C02 dat wordt verwijderd onder oplevering van een mengsel dat rijk is aan stikstof en waterstof in een voor de ammoniakbereiding stoichiometrische verhouding. Na 25 omzetting van nog aanwezige sporen CO tot methaan (methanise-ring) wordt het mengsel verder onder druk gebracht, en bij 450-600°C tot reactie gebracht onder oplevering van ammoniak. De mate van conversie is beperkt. Niet-gereageerde stikstof en waterstof worden weer teruggevoerd. Door ophoping van 30 niet-reactanten zoals edelgassen en methaan is het noodzakelijk deze in de vorm van een waterstofhoudende spuistroom af te voeren. De energie-inhoud van deze waterstofhoudende spuistroom wordt benut door bijvoorbeeld verbranding.The water gas is the hydrogen-containing stream. Air is used as nitrogen-containing stream, but it must first be de-oxygenated to a large extent. This is done by deliberately retaining CH4 in the water gas, known as the methanol slip, in an amount necessary to remove all oxygen from the supplied air by selective catalytic oxidation at elevated pressure. Then, a CO shift reaction is carried out, converting CO to CO2 which is removed to yield a mixture rich in nitrogen and hydrogen in a stoichiometric ratio for the ammonia preparation. After conversion of traces of CO still present to methane (methanation), the mixture is further pressured, and reacted at 450-600 ° C to yield ammonia. The degree of conversion is limited. Unreacted nitrogen and hydrogen are recycled. Due to the accumulation of non-reactants such as noble gases and methane, it is necessary to discharge these in the form of a hydrogen-containing blowdown stream. The energy content of this hydrogen-containing purge stream is utilized by, for example, combustion.
De onderhavige uitvinding beoogt de werkwijze vol-35 gens de aanhef te verbeteren. In het bijzonder wordt beoogd de energie-efficiëntie te verhogen.The present invention aims to improve the method according to the preamble. In particular, it is intended to increase energy efficiency.
1002582 21002582 2
Daartoe wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de stikstofhoudende stroom wordt verkregen met behulp van een brandstofcelinrichting met een kathode en een anode, door lucht naar de kathode te voeren en een 5 brandstofhoudende stroom naar de anode te voeren onder ople vering aan de kathode van aan zuurstof verarmde lucht en aan de anode van een aan brandstof verarmde stroom, waarna de aan zuurstof verarmde lucht als de stikstofhoudende stroom wordt samengebracht met de waterstofhoudende stroom en de in de aan 10 zuurstof verarmde lucht aanwezige zuurstof wordt benut voor het katalytisch omzetten van in de waterstofhoudende stroom aanwezig methaan.To this end, the method according to the invention is characterized in that the nitrogen-containing current is obtained with the aid of a fuel cell device with a cathode and an anode, by supplying air to the cathode and supplying a fuel-containing current to the anode, with delivery at the cathode of oxygen-depleted air and at the anode of a fuel-depleted stream, after which the oxygen-depleted air is combined as the nitrogen-containing stream with the hydrogen-containing stream and the oxygen contained in the oxygen depleted air is utilized for the catalytic conversion of into the hydrogen-containing stream of methane present.
Doordat aan zuurstof verarmde lucht aan de waterstof houdende stroom wordt toegevoerd, kan de hoeveelheid 15 methaan, nodig voor de verwijdering van zuurstof, in het watergas worden verlaagd. Dit betekent dat reactie (1) bij verhoogde temperatuur kan worden uitgevoerd, hetgeen in de gebruikelijke installaties voor de bereiding van ammoniak leidt tot doelmatigere energieterugwinning. Door de verlaging 20 van de hoeveelheid methaan in het watergas ontstaat een gasmengsel met een kleiner volume, met een lagere concentratie aan CO en C02 en een hogere concentratie H2 en N2. Aangezien minder lucht, d.w.z. volgens de uitvinding aan zuurstof verarmde lucht, op een verhoogde druk hoeft te worden ge-25 bracht, nodig voor de verwijdering van zuurstof door selectieve oxydatie van methaan en later voor de ammoniakberei-ding, wordt energie bespaard.By supplying oxygen-depleted air to the hydrogen-containing stream, the amount of methane required for the removal of oxygen in the water gas can be reduced. This means that reaction (1) can be carried out at an elevated temperature, which leads to more efficient energy recovery in conventional ammonia production plants. The reduction in the amount of methane in the water gas results in a gas mixture with a smaller volume, with a lower concentration of CO and CO2 and a higher concentration of H2 and N2. Since less air, that is to say oxygen depleted air according to the invention, has to be brought to an increased pressure, necessary for the removal of oxygen by selective oxidation of methane and later for the ammonia preparation, energy is saved.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwij-ze volgens de uitvinding wordt als de brandstofhoudende 30 stroom een tweede waterstofhoudende stroom, in het bijzonder een waterstofhoudende processtroom van de ammoniakbereiding toegepast.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a second hydrogen-containing stream, in particular a hydrogen-containing process stream of the ammonia preparation, is used as the fuel-containing stream.
Een dergelijke toepassing verhoogt de economie van de werkwijze.Such an application increases the economics of the method.
35 Volgens een bijzonder gunstige uitvoeringsvorm wordt als de waterstofhoudende processtroom van de ammoniakbereiding waterstofhoudend spuigas toegepast.According to a particularly favorable embodiment, hydrogen-containing purge gas is used as the hydrogen-containing process stream of the ammonia preparation.
Aldus wordt dit spuigas met hoge energie-inhoud benut voor de opwekking van hoogwaardige elektrische energie, 1002582 3 terwijl de overgebleven energie-inhoud van de resulterende, aan waterstof verarmde stroom die aan de anode van de brandstof celinrichting vrijkomt kan worden benut door verbranding.Thus, this high energy content purge gas is utilized for the generation of high quality electrical energy, while the remaining energy content of the resulting hydrogen-depleted current released at the anode of the fuel cell device can be utilized by combustion.
Verdere doelen en voordelen van de uitvinding worden 5 beschreven en toegelicht aan de hand van de tekening welke een schematische weergave is van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding.Further objects and advantages of the invention are described and elucidated with reference to the drawing, which is a schematic representation of an embodiment of the method according to the invention.
Methaan en overmaat stoom worden in een reformer 1 tot reactie gebracht onder oplevering van een mengsel van CO 10 en H2 met daarnaast kleinere hoeveelheden C02, zogenaamd watergas. Deze omzetting geschiedt gebruikelijk bij 20-30 bar en 800°C. Dit watergas levert de waterstof die nodig is voor de bereiding van ammoniak volgens de reactievergelijking: 15 N2 + 3 H2 2 NH3 + Energie (2)Methane and excess steam are reacted in a reformer 1 to yield a mixture of CO 10 and H 2 with smaller amounts of CO2, so-called water gas, in addition. This conversion usually takes place at 20-30 bar and 800 ° C. This water gas supplies the hydrogen needed for the preparation of ammonia according to the reaction equation: 15 N2 + 3 H2 2 NH3 + Energy (2)
De reactie wordt bij een temperatuur van 475-600°C en sterk verhoogde druk (100-200 bar) in aanwezigheid van een 20 katalysator uitgevoerd. Het onder druk brengen kost veel energie.The reaction is carried out at a temperature of 475-600 ° C and strongly elevated pressure (100-200 bar) in the presence of a catalyst. Pressurization takes a lot of energy.
Als bron voor de stikstof wordt in de praktijk lucht gebruikt. Het is weliswaar bekend zuivere stikstof te gebruiken, doch dit wordt in vloeibare vorm geleverd en is duur.In practice, air is used as the source of the nitrogen. Although it is known to use pure nitrogen, it is supplied in liquid form and is expensive.
25 Het vloeibaar maken vergt veel energie en evenals het op de gewenste reactietemperatuur brengen.Liquefaction requires a lot of energy and, just like bringing it to the desired reaction temperature.
Met de werkwijze volgens de uitvinding wordt de lucht A aan zuurstof verarmd door deze met behulp van een brandstofcel 2, welke een kathode aan een kathodezijde 3 en 30 een anode aan een anodezijde 4 bezit, toe te voeren. Aan de anode wordt een brandstofhoudende stroom B toegevoerd. Bij een dergelijk bedrijf van de brandstofcel 2 levert deze met een hoog rendement hoogwaardige elektrische energie. De in de brandstofcel 2 vrijkomende warmte kan desgewenst in het 35 bereidingsproces worden benut. Als brandstofcel 2 kan elkWith the method according to the invention, the air A is depleted of oxygen by supplying it with the aid of a fuel cell 2, which has a cathode on a cathode side 3 and an anode on an anode side 4. A fuel-containing current B is supplied to the anode. In such operation of the fuel cell 2, it supplies high-quality electrical energy with a high efficiency. The heat released in the fuel cell 2 can, if desired, be utilized in the preparation process. As fuel cell 2, each is possible
type brandstofcel met voldoende capaciteit worden toegepast voor het aan zuurstof verarmen van lucht A. Vanzelfsprekend genieten die brandstofcellen de voorkeur die elektriciteit met een zo hoog mogelijk rendement opwekken, de lucht Atype of fuel cell with sufficient capacity are used for oxygen depletion of air A. Obviously, those fuel cells are preferred which generate electricity with the highest possible efficiency, the air A
1002582 4 zoveel mogelijk van zuurstof ontdoen en weinig gevoelig zijn voor eventuele in de aangevoerde lucht A en brandstofstroom B aanwezige verontreinigingen. Een voorbeeld van een geschikte brandstofcel 2 is de fosforzure brandstofcel (PAFC) waarmee 5 meer dan 50% van zuurstof uit lucht A kan worden verwijderd.1002582 4 Remove as much oxygen as possible and be insensitive to any impurities present in supplied air A and fuel flow B. An example of a suitable fuel cell 2 is the phosphoric acid fuel cell (PAFC) with which more than 50% of oxygen can be removed from air A.
De toepassing van brandstofcellen voor het verwijderen van zuurstof uit lucht is buiten het vakgebied van de bereiding van ammoniak bekend uit US 5.330.857 en 4.767.606.The use of fuel cells to remove oxygen from air is known outside the art of ammonia production from US 5,330,857 and 4,767,606.
Het soort aan te voeren brandstof hangt af van de 10 gebruikte soort brandstofcel. Veelal is waterstof geschikt.The type of fuel to be supplied depends on the type of fuel cell used. Hydrogen is often suitable.
De bereiding van ammoniak kent verscheidene waterstofhoudende gasstromen die kunnen worden benut als brandstof voor de brandstofcel 2, bijvoorbeeld watergas. Aangezien sommige soorten brandstofcellen ook CO als brandstof kunnen benutten, 15 zoals de gesmolten-carbonaatbrandstofcel (MCFC), zullen deze bij toepassing van CO-houdende gasstromen de voorkeur genieten .The preparation of ammonia has several hydrogen-containing gas streams that can be used as fuel for the fuel cell 2, for example water gas. Since some types of fuel cells can also use CO as fuel, such as the molten carbonate fuel cell (MCFC), these will be preferred when using gas streams containing CO.
Zoals later uiteengezet komt bij de ammoniakberei-ding een waterstofhoudend spuigas vrij en volgens een zeer 20 gunstige uitvoeringsvorm wordt dit waterstofhoudende spuigas aan de anode van de brandstofcel 2 toegevoerd.As explained later, a hydrogen-containing purge gas is released in the ammonia preparation and, according to a very favorable embodiment, this hydrogen-containing purge gas is supplied to the anode of the fuel cell 2.
Aangezien de werkwijze volgens de uitvinding resulteert in een grotere hoeveelheid synthesegas, betrokken op de hoeveelheid methaan waarvan wordt uitgegaan, is het mogelijk 25 de produktiecapaciteit van bestaande inrichtingen voor de bereiding van stikstof-waterstofmengsel, nodig voor de bereiding van ammoniak, te vergroten door deze te voorzien van een brandstofcelinrichting 2 voor de bereiding van aan zuurstof verarmde lucht. Indien 50% van de in lucht aanwezige zuurstof 30 wordt verwijderd, is de maximale capaciteitstoename 8,8%. 67% verwijdering resulteert een capaciteitstoename van maximaal 12%. Nieuw te bouwen installaties kunnen voor een gegeven capaciteit kleiner worden gedimensioneerd, hetgeen de kosten drukt. Als de inrichting voor de bereiding van ammoniak de 35 capaciteitstoename niet toelaat, kan de voorgeschakelde inrichting voor de bereiding van stikstof-waterstofmengsel met een lager energieverbruik worden bedreven.Since the process of the invention results in a greater amount of synthesis gas, based on the amount of starting methane, it is possible to increase the production capacity of existing plants for the preparation of nitrogen-hydrogen mixture required for the preparation of ammonia by to be provided with a fuel cell device 2 for the preparation of oxygen-depleted air. If 50% of the oxygen present in air is removed, the maximum capacity increase is 8.8%. 67% removal results in a capacity increase of up to 12%. New-build installations can be dimensioned smaller for a given capacity, which reduces costs. If the ammonia production device does not allow the capacity increase, the upstream nitrogen-hydrogen mixture production device can be operated with lower energy consumption.
Aangezien het volume aan zuurstof verarmde lucht kleiner is dan dat van de volgens de stand van de techniek 1002582 5 toegepaste lucht, is minder energie nodig voor het samenpersen daarvan. Het samenpersen is nodig voor het verwijderen van de rest van de zuurstof door selectieve oxydatie van methaan.Since the volume of oxygen depleted air is less than that of the air used in prior art 1002582 5, less energy is required to compress it. Compression is necessary to remove the rest of the oxygen by selective oxidation of methane.
5 Aangezien de brandstofcellen volgens de stand van de techniek niet alle zuurstof verwijderen, wordt de rest op conventionele wijze verwijderd door selectieve oxydatie van methaan in een tweede reformer 5. Het watergas hoeft daartoe, in vergelijking met de stand van de techniek, aanzienlijk 10 minder methaan te bevatten. Het na de selectieve oxydatie resulterende mengsel van stikstof en waterstof, synthesegas genaamd, bevat derhalve minder CO en C02. Koolmonoxide wordt op bekende wijze katalytisch omgezet in kooldioxide (CO-shift; niet weergegeven), dat op gebruikelijke wijze verwij-15 derd in een absorptiekolom 6. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van een geschikte absorptievloeistof, zoals Selexol®, die continu wordt geregenereerd in een tweede desorptie- of regeneratiekolom 7. Aangezien de concentratie CO en C02 in het synthesegas volgens de uitvinding lager is, vergemakkelijkt 20 dit de opwerking ervan. De capaciteit van de hierna beschreven absorptiekolom 6 kan kleiner zijn en kost het bedrijf van kolom 7 minder energie. Sporen kooldioxide, die storend zouden zijn bij de omzetting van stikstof en waterstof tot ammoniak, worden verwijderd door omzetting daarvan tot me-25 thaan in een methanator 8.5 Since the fuel cells according to the prior art do not remove all oxygen, the remainder is removed in a conventional manner by selective oxidation of methane in a second reformer 5. The water gas has to do this considerably less compared to the prior art methane. The mixture of nitrogen and hydrogen resulting after the selective oxidation, called synthesis gas, therefore contains less CO and CO2. Carbon monoxide is converted catalytically to carbon dioxide (CO shift; not shown), which is conventionally removed in an absorption column 6. This can utilize a suitable absorption liquid, such as Selexol®, which is continuously regenerated in a second desorption or regeneration column 7. Since the concentration of CO and CO2 in the synthesis gas according to the invention is lower, this facilitates its work-up. The capacity of the absorption column 6 described below may be smaller and the operation of column 7 costs less energy. Traces of carbon dioxide, which would interfere with the conversion of nitrogen and hydrogen to ammonia, are removed by converting them to methane in a methanator 8.
Het aldus gereinigde mengsel van stikstof en waterstof wordt naar reactor 9 gevoerd. Zoals hierboven vermeld is de reactieopbrengst laag, waardoor, na afscheiding van gevormde ammoniak, niet-gereageerde stikstof en waterstof via 30 leiding 11 naar de reactor 9 moeten worden teruggevoerd. Hierdoor ontstaat een ophoping van niet-reactanten, zoals edelgassen. Derhalve is het noodzakelijk deze als een water-stofhoudend spuigas af te voeren, via leiding 12. Volgens een zeer gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de 35 uitvinding, wordt dit waterstofhoudende spuigas benut als de brandstofstroom B. Aldus wordt dit spuigas, waarvan de energie- inhoud volgens de stand van de techniek slechts in laagwaardige warmte-energie kan worden omgezet, benut voor de opwekking van hoogwaardige elektrische energie terwijl tege- 1002582 6 lijk proceslucht aan zuurstof wordt verarmd. Dit is mede zo gunstig doordat de hoeveelheid waterstof in spuigas goed aansluit op de hoeveelheid uit lucht A te verwijderen zuurstof. Aangezien de brandstofcellen volgens de huidige stand 5 van de techniek niet alle toegevoerde brandstof omzetten, kan de aan brandstof verarmde gasstroom alsnog worden verbrand. Ook kan middels de Pressure Swing Absorption techniek de resterende waterstof worden gewonnen. Ofschoon de PSA-techniek ook gebruikt zou kunnen worden om direct waterstof uit 10 de waterstofhoudende spuistroom te onttrekken, komt een deel van deze waterstof slechts onder lage druk beschikbaar. Zowel de PSA-techniek als het verhogen van de druk vergen energie, terwijl volgens de uitvinding waterstof voor de opwekking van hoogwaardige energie wordt benut. Een scheiding over een 15 membraan levert waterstof onder lage druk op. Het weer onder druk brengen kost veel energie. Volgens de uitvinding kan de waterstof wel over een membraan worden afgescheiden en hoogwaardig worden gebruikt.The nitrogen and hydrogen mixture thus cleaned is fed to reactor 9. As mentioned above, the reaction yield is low, so that, after separation of the ammonia formed, unreacted nitrogen and hydrogen must be returned to reactor 9 via line 11. This creates an accumulation of non-reactants, such as noble gases. It is therefore necessary to discharge it as a hydrogen-containing purge gas, via line 12. According to a very favorable embodiment of the method according to the invention, this hydrogen-containing purge gas is utilized as the fuel flow B. Thus, this purge gas, whose energy - prior art content can only be converted into low-grade heat energy, used to generate high-quality electrical energy while at the same time depleting process air with oxygen. This is partly so favorable because the amount of hydrogen in exhaust gas fits in well with the amount of oxygen to be removed from air A. Since the prior art fuel cells do not convert all fuel supplied, the fuel depleted gas stream can still be burned. The remaining hydrogen can also be extracted using the Pressure Swing Absorption technique. Although the PSA technique could also be used to directly extract hydrogen from the hydrogen-containing purge stream, some of this hydrogen is only available under low pressure. Both the PSA technique and increasing the pressure require energy, while according to the invention hydrogen is used for the production of high-quality energy. A separation over a membrane produces low pressure hydrogen. Pressurizing again takes a lot of energy. According to the invention, the hydrogen can be separated over a membrane and can be used in a high-quality manner.
Afhankelijk van de gevoeligheid van de toegepaste 20 brandstofcelinrichting 2 voor verontreinigingen, zoals achtergebleven NH3, wordt het waterstofhoudende spuigas gezuiverd, bijvoorbeeld met een membraanscheidingsinrichting 13, een Pressure Swing Absorptie inrichting of door eenvoudig wassen met water. Met voordeel kan de aan waterstof verarmde 25 stroom D als uitgangsmateriaal worden benut voor de winning van edelgassen. Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm wordt als uitgangsmateriaal voor de winning van edelgassen de aan de kathode vrijgekomen, aan waterstof verarmde stroom C toegepast. Dit is mogelijk indien storende verontreinigingen 30 uit de aan de anode toe te voeren brandstofstroom B worden verwijderd.Depending on the sensitivity of the fuel cell device 2 used to impurities, such as residual NH3, the hydrogen-containing purge gas is purified, for example with a membrane separator 13, a pressure swing absorber or by simple washing with water. The hydrogen-depleted stream D can advantageously be used as starting material for the recovery of noble gases. According to an alternative embodiment, the starting material for the recovery of noble gases is the hydrogen-depleted C stream released at the cathode. This is possible if disturbing impurities 30 are removed from the fuel flow B to be fed to the anode.
10025821002582
Claims (7)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1002582A NL1002582C2 (en) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | Process for the preparation of ammonia. |
| PCT/NL1997/000127 WO1997033828A1 (en) | 1996-03-12 | 1997-03-12 | Method for the manufacture of ammonia |
| AU20462/97A AU2046297A (en) | 1996-03-12 | 1997-03-12 | Method for the manufacture of ammonia |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1002582 | 1996-03-12 | ||
| NL1002582A NL1002582C2 (en) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | Process for the preparation of ammonia. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1002582C2 true NL1002582C2 (en) | 1997-09-15 |
Family
ID=19762480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1002582A NL1002582C2 (en) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | Process for the preparation of ammonia. |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2046297A (en) |
| NL (1) | NL1002582C2 (en) |
| WO (1) | WO1997033828A1 (en) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1008883C2 (en) * | 1998-04-15 | 1999-10-18 | Univ Delft Tech | Production of hydrogen by high temperature conversion of hydrocarbons in the presence of water or oxygen |
| JP2002536276A (en) | 1999-02-03 | 2002-10-29 | テキサコ デベロプメント コーポレーション | Utilization of purge gas from ammonia synthesis |
| WO2014151184A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Integrated power generation and carbon capture using fuel cells |
| US9077007B2 (en) | 2013-03-15 | 2015-07-07 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Integrated power generation and chemical production using fuel cells |
| US20140272615A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Integrated power generation and carbon capture using fuel cells |
| WO2014194139A1 (en) * | 2013-05-29 | 2014-12-04 | Mcalister Technologies, Llc | Energy storage and conversion with hot carbon deposition |
| US9556753B2 (en) | 2013-09-30 | 2017-01-31 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Power generation and CO2 capture with turbines in series |
| US9755258B2 (en) | 2013-09-30 | 2017-09-05 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Integrated power generation and chemical production using solid oxide fuel cells |
| US12374703B2 (en) | 2018-11-30 | 2025-07-29 | ExxonMobil Technology and Engineering Company | Flow field baffle for molten carbonate fuel cell cathode |
| KR102610181B1 (en) | 2018-11-30 | 2023-12-04 | 퓨얼셀 에너지, 인크 | Modification of catalyst patterns for fuel cells operating with improved CO2 utilization |
| WO2020112812A1 (en) | 2018-11-30 | 2020-06-04 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Operation of molten carbonate fuel cells with enhanced co 2 utilization |
| US11695122B2 (en) | 2018-11-30 | 2023-07-04 | ExxonMobil Technology and Engineering Company | Layered cathode for molten carbonate fuel cell |
| WO2020112774A1 (en) | 2018-11-30 | 2020-06-04 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Elevated pressure operation of molten carbonate fuel cells with enhanced co2 utilization |
| JP7286769B2 (en) | 2018-11-30 | 2023-06-05 | エクソンモービル・テクノロジー・アンド・エンジニアリング・カンパニー | Cathode Current Collector Structure of Molten Carbonate Fuel Cell |
| KR102610184B1 (en) | 2018-11-30 | 2023-12-04 | 퓨얼셀 에너지, 인크 | Fuel cell staging for molten carbonate fuel cells |
| US11211621B2 (en) | 2018-11-30 | 2021-12-28 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Regeneration of molten carbonate fuel cells for deep CO2 capture |
| JP7465966B2 (en) | 2019-11-26 | 2024-04-11 | エクソンモービル テクノロジー アンド エンジニアリング カンパニー | Fuel Cell Assembly with External Manifold for Parallel Flow - Patent application |
| AU2019476660B2 (en) | 2019-11-26 | 2023-09-14 | ExxonMobil Technology and Engineering Company | Operation of molten carbonate fuel cells with high electrolyte fill level |
| JP2023503995A (en) | 2019-11-26 | 2023-02-01 | エクソンモービル・テクノロジー・アンド・エンジニアリング・カンパニー | Fuel cell module assembly and system using same |
| US11978931B2 (en) | 2021-02-11 | 2024-05-07 | ExxonMobil Technology and Engineering Company | Flow baffle for molten carbonate fuel cell |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2496078A1 (en) * | 1980-12-16 | 1982-06-18 | Didier Eng | Prodn. of ammonia synthesis gas from hydrocarbon gas - by auto-thermic catalytic reforming, shift conversion and hydrogen sepn. |
| US4578214A (en) * | 1984-02-06 | 1986-03-25 | C F Braun & Co. | Process for ammonia syngas manufacture |
| US5330857A (en) * | 1991-10-30 | 1994-07-19 | International Fuel Cells Corporation | Method of generating high-purity nitrogen gas |
-
1996
- 1996-03-12 NL NL1002582A patent/NL1002582C2/en not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-03-12 WO PCT/NL1997/000127 patent/WO1997033828A1/en not_active Ceased
- 1997-03-12 AU AU20462/97A patent/AU2046297A/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2496078A1 (en) * | 1980-12-16 | 1982-06-18 | Didier Eng | Prodn. of ammonia synthesis gas from hydrocarbon gas - by auto-thermic catalytic reforming, shift conversion and hydrogen sepn. |
| US4578214A (en) * | 1984-02-06 | 1986-03-25 | C F Braun & Co. | Process for ammonia syngas manufacture |
| US5330857A (en) * | 1991-10-30 | 1994-07-19 | International Fuel Cells Corporation | Method of generating high-purity nitrogen gas |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2046297A (en) | 1997-10-01 |
| WO1997033828A1 (en) | 1997-09-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL1002582C2 (en) | Process for the preparation of ammonia. | |
| JP7319965B2 (en) | Autothermal ammonia decomposition method | |
| AU2018308586B2 (en) | Method for the preparation of ammonia synthesis gas | |
| JP4707665B2 (en) | Process for producing hydrogen from methane-containing gas, in particular natural gas, and system for carrying out the process | |
| EP3755655B1 (en) | Gas processing | |
| EP4196436A1 (en) | Atr-based hydrogen process and plant | |
| US9776863B2 (en) | Method for hydrogen production | |
| RU2008100247A (en) | METHOD FOR PRODUCING AND CONVERSION OF SYNTHESIS GAS | |
| CA3079639A1 (en) | Process for producing a hydrogen-containing synthesis gas | |
| US20210253506A1 (en) | Process for methanol production | |
| CA3252636A1 (en) | Conversion of carbon dioxide and water to synthesis gas | |
| CN106995389A (en) | The method for producing urea | |
| EP4610244A1 (en) | Method for preparing raw material for plastics by using steel by-product gas | |
| RU2774658C1 (en) | Method for producing methanol | |
| KR20250137133A (en) | Method for producing blue ammonia | |
| KR20250136389A (en) | Blue ammonia production method | |
| WO2026003262A1 (en) | Method for production of blue ammonia | |
| WO2025042435A1 (en) | Method of transporting carbon dioxide and/or hydrogen using methanation and subsequent re-separation | |
| HK1093335B (en) | Method for extracting hydrogen from a gas containing methane, especially natural gas and system for carrying out said method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20001001 |