Modellierung und optimales Design der absorbent-erhöhten Ammoniaksynthese

Synthetisches Ammoniak, das aus fossilen Brennstoffen produziert wird, ist für die Landwirtschaft von entscheidender Bedeutung. Die emissionsintensive Natur des Haber–Bosch-Prozesses sowie das abnehmende Angebot dieser fossilen Brennstoffe haben jedoch die Produktion von Ammoniak unter Verwendung erneuerbarer Energiequellen motiviert. Kleinmaßstäbige, verteilte Prozesse ermöglichen möglicherweise eine bessere Nutzung erneuerbarer Energien, führen jedoch auch zu einem Verlust von Skaleneffekten, sodass die hohen Investitionskosten des Haber–Bosch-Prozesses diesen Paradigmenwechsel behindern können. Ein Prozess, der bei niedrigeren Drücken arbeitet und Absorption anstelle von Kondensation verwendet, um Ammoniak aus unverbrauchtem Stickstoff und Wasserstoff zu entfernen, wurde als Alternative vorgeschlagen. In dieser Arbeit wird ein dynamisches Modell dieses absorbent-erhöhten Prozesses vorgeschlagen und in gPROMS ModelBuilder implementiert. Dieses dynamische Modell wird verwendet, um optimale Designs dieses Prozesses zu bestimmen, die die Nettokosten über 20 Jahre bei kleinen Maßstäben von 100 kg/h bis 10.000 kg/h minimieren, wenn sie mit Windenergie betrieben werden. Die Investitionskosten dieses Prozesses skalieren mit einem Kapazitätsexponenten von 0,77, und bei Produktionsmengen unter 6075 kg/h ist er kostengünstiger als der herkömmliche Haber–Bosch-Prozess.