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Ammoniakproduktion So steigern Sie die Leistung Ihrer Ammoniakanlage

| Redakteur: Anke Geipel-Kern

Planen Sie eine Kapazitätssteigerung Ihrer Ammoniakanlage? Wie eine Modernisierung wirtschaftlich wird, zeigt ein Prozesskonzept von Thyssen Krupp Uhde, das autotherme Reformierung und das „Zweidruckverfahren“ kombiniert.

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Tabelle 1: Wesentliche Ausrüstungsteile, die ausgetauscht oder geändert werden müssen - Grundlage für die Ermittlung der Investitionskosten. x: neue Ausrüstung, o: geänderte Ausrüstung.
Tabelle 1: Wesentliche Ausrüstungsteile, die ausgetauscht oder geändert werden müssen - Grundlage für die Ermittlung der Investitionskosten. x: neue Ausrüstung, o: geänderte Ausrüstung.
(Bild: ThyssenKrupp Uhde)

Sind die Kapazitätsreserven einer Ammoniakanlage ausgeschöpft, lohnt sich unter Umständen eine Modernisierung. Wann ein Revamp tatsächlich wirtschaftlich interessant ist, haben die Ingenieure von Thyssen Krupp Uhde untersucht und schlagen auf der Basis einer Studie ein Modernisierungskonzept vor, das die Grenzen der beiden kritischsten Einheiten der Anlage überwindet: Ein autothermer Reformer (ATR) also eine Kombination aus Dampfreformierung und partieller Oxidation erhöht die Leistung der Reformereinheit, während der Uhde Dual Pressure Process die der Ammoniaksynthese steigert. Nach der Modernisierung kann der Betreiber darüber hinaus die Ammoniakanlage einfach mit einer größeren Harnstoffanlage kombinieren, denn das ATR-Verfahren liefert im Vergleich zu anderen Prozessen mehr CO2 als reinen Strom, der zur Harnstoffproduktion verwendet werden kann. Und zwei weitere Faktoren wirken sich bei dem favorisierten Konzept wettbewerbssteigernd aus: Der Einbau des ATR erfolgt parallel zur bestehenden Reformereinheit, und das Zweidruckverfahren kann bei laufender Anlage installiert werden, daher muss die Anlage während der Modernisierungsarbeiten nur für kurze Zeit stillgelegt werden. Der Dual Pressure Process besteht aus einer Ammoniak-Durchlaufsynthese, die zwischen der Synthesegaserzeugung und der Syntheseschleife eingefügt wird.

Herausforderung: Volumenströme

Als Referenz diente eine bestehende Ammoniakanlage in Russland, deren Ausrüstung nach mehreren Erweiterungen an ihre Leistungsgrenzen gestoßen war. Ziel war eine Kapazitätssteigerung um 30 Prozent.

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Wer aus seiner Anlage so viel mehr herausholen will, muss zwangsläufig den Chemikaliendurchsatz und damit den Durchfluss erhöhen. Die Konsequenzen sind Druckverluste im Prozess, ein höherer Wärmeübergang, eine niedrigere Lebensdauer des Katalysators und eine höhere Konzentration von Beiprodukten wie CO2 oder CO. Das betrifft alle Teile der Anlage, besonders sensibel für die geänderten Volumenströme ist jedoch die Reformereinheit der Synthesegasherstellung. Hinzu kommt, dass die Synthesegasherstellung auch der kostspieligste Teil der Anlage ist und Änderungen deshalb, was die Wirtschaftlichkeit einer Anpassung betrifft, extrem zu Buche schlagen.

Daher nahmen die Verfahrensingenieure die Modernisierungskonzepte für den Reformer genauer unter die Lupe. Denn neben der verfahrenstechnischen Bewertung spielt natürlich die Wirtschaftlichkeit eines Konzepts die entscheidende Rolle, dazu gehören u.a. die Gesamtkapitalkosten, die sich bei den einzelnen Konzepten zum Teil erheblich unterscheiden. Denn während des Revamps entstehen mehrere Kostenblöcke. Geld muss der Betreiber für die reine Durchführung in die Hand nehmen, und Geld kosten auch die Produktionsverluste während des Anlagenstillstands.

Fazit der Studie

Die Kapazitätsausweitung einer Ammoniakanlage ist ein erfolgversprechender Weg, um deren Rentabilität zu erhöhen. Außerdem beinhaltet eine Modernisierung ein wesentlich geringeres Risiko als der Bau einer neuen Anlage, da die Gesamtinvestitionen verhältnismäßig niedrig sind und die Projektumsetzung weniger Zeit beansprucht.

* Copyright 2012, American Institute of Chemical Engineers, Volume 53, „Safety in Ammonia Plants and Related Facilities,“ pp. 281-294. Reprinted with permission.

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