專(zhuān)利名稱(chēng)：利用深冷凈化制取氨補(bǔ)充合成氣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用深冷凈化制取氨補(bǔ)充合成氣。更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及通過(guò)烴原料 (比如天然氣)蒸汽轉(zhuǎn)化來(lái)制取粗氨補(bǔ)充合成氣以及通過(guò)深冷凈化處理所述粗合成氣。
背景技術(shù)：
已知通過(guò)包括比率約為3 1的氫氣和氮?dú)獾乃^的氨補(bǔ)充合成氣(合成氣)在合適的高壓合成回路中發(fā)生反應(yīng)來(lái)制取氨。
補(bǔ)充合成氣通常是通過(guò)氨合成設(shè)備的前端段中的烴原料發(fā)生催化蒸汽轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的。前端段的傳統(tǒng)設(shè)備是一段轉(zhuǎn)化爐、二段轉(zhuǎn)化爐、冷卻/變換爐、脫除CO2段和甲烷化段。所述前端段在不大于60-80巴的壓強(qiáng)下工作，通常在15巴到35巴的范圍中工作，而氨合成回路在較高的壓強(qiáng)下工作，例如大于100巴。因此，前端段的另一組件是主合成氣壓縮機(jī)以向合成回路供料，該主合成氣壓縮機(jī)通常具有多級(jí)配置。
合成氣的深冷處理在現(xiàn)有技術(shù)中也是已知的。US3572046公開(kāi)了一種用于凈化粗合成氣的裝置，其中，在深冷段中脫除過(guò)量氮?dú)?，通過(guò)合成氣膨脹來(lái)提供深冷段的制冷。
US5736116公開(kāi)了一種通過(guò)安裝空氣分離單元的改進(jìn)方法，所述空氣分離單元提供富氧氣流和富氮?dú)饬?。富氧氣流用于增加二段轉(zhuǎn)化爐的空氣進(jìn)料及將補(bǔ)充氣中的氫氣含量增加至基本上在設(shè)計(jì)的化學(xué)計(jì)量值及能力之上；富氮?dú)饬鞴?yīng)至合成回路，以獲得送入氨轉(zhuǎn)化爐中的合成氣所需的氫氮比并補(bǔ)償補(bǔ)充氣中的過(guò)量氫氣。
前端段的產(chǎn)能對(duì)整個(gè)氨合成設(shè)備的產(chǎn)能起決定性作用。關(guān)于設(shè)備的尺寸和成本， 不斷地進(jìn)行努力來(lái)提高氨合成設(shè)備的與裝置的大小和成本相關(guān)的生產(chǎn)率，以及因此提高其前端段的生產(chǎn)率。在實(shí)現(xiàn)基于烴蒸汽轉(zhuǎn)化的新型氨合成設(shè)備以及改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)備中遇到這些問(wèn)題。
以實(shí)質(zhì)性方式提高一段轉(zhuǎn)化爐的產(chǎn)能可能是非常昂貴的。可以通過(guò)安裝更換管來(lái)改進(jìn)舊的管式轉(zhuǎn)化爐，所述更換管由更耐腐蝕的材料制成，因此與原始設(shè)計(jì)的管子相比，更換管具有較大的直徑和較小的厚度(因此提供較大的通道截面)。然而，這僅對(duì)為數(shù)不多的舊式裝置而言是可能的。安裝附加管子是可能的，但受原始轉(zhuǎn)化爐的尺寸的限制；增大轉(zhuǎn)化爐的尺寸也是可能的，但是當(dāng)然昂貴且耗時(shí)。其他的解決方式是降低蒸氣/碳的比率，這僅可以在較舊式設(shè)備中有效而且在任何情況下都涉及到將下游的處理段進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，或者，所述其他的解決方式是安裝附加的預(yù)轉(zhuǎn)化爐，但這僅獲得10% -15%的相對(duì)低的生產(chǎn)率優(yōu)勢(shì)。
經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化爐和后面的設(shè)備(比如變換爐和脫除(X)2裝置)的容積流量通常是可能獲得的最大產(chǎn)出的限制因素。很多缺點(diǎn)與經(jīng)過(guò)前端段的較大流量有關(guān)，這些缺點(diǎn)可以概括為需要提高空氣流壓縮機(jī)和合成氣流壓縮機(jī)以及它們的驅(qū)動(dòng)透平機(jī)的產(chǎn)能；前端段中有較大的壓力損失；需要提高脫除(X)2裝置的產(chǎn)能。提高經(jīng)過(guò)前端段的容積流量還需要脫除 CO2段有較高壓降和較高負(fù)荷。通常，僅可通過(guò)昂貴的改進(jìn)來(lái)降低壓降，比如替換一些閥門(mén)、 將軸向反應(yīng)器轉(zhuǎn)化為軸徑向裝置等。而且，脫除CO2段通常需要實(shí)質(zhì)性改進(jìn)(例如，更換一個(gè)或多個(gè)塔或者提供新塔)以獲得產(chǎn)能顯著提高。
第二個(gè)問(wèn)題是增大來(lái)自空氣壓縮機(jī)的空氣流，以向二段轉(zhuǎn)化爐提供更多的氧氣。 安裝壓縮機(jī)的新內(nèi)部構(gòu)件和可能地安裝壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)透平機(jī)的內(nèi)部構(gòu)件本身以及提供與現(xiàn)有的壓縮機(jī)并聯(lián)的另一壓縮機(jī)是有效的，但昂貴。將一增壓機(jī)即用來(lái)提高壓強(qiáng)的預(yù)壓縮機(jī)安裝在主空氣壓縮機(jī)的入口較不昂貴但效率不高。
主合成氣壓縮機(jī)的產(chǎn)能也是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。所述壓縮機(jī)是特殊的且昂貴的裝置，尤其是被設(shè)計(jì)成對(duì)合成氣進(jìn)行操作的壓縮機(jī)。通常優(yōu)選的是，不安裝任何增壓機(jī)或者與主壓縮機(jī)并聯(lián)的附加壓縮機(jī)，因?yàn)槿魏胃郊釉O(shè)備的故障可能危害整個(gè)設(shè)備的可靠性并且可以對(duì)主壓縮機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p壞?？梢酝ㄟ^(guò)更換壓縮機(jī)和透平機(jī)的內(nèi)部構(gòu)件來(lái)改進(jìn)壓縮機(jī)，但該改動(dòng)是相當(dāng)昂貴的。
概括來(lái)講，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度看，改善蒸汽轉(zhuǎn)化氨合成設(shè)備的前端段面臨著很多限制和約束。
要考慮的另一技術(shù)問(wèn)題是雜質(zhì)的量，比如未轉(zhuǎn)化的甲烷和碳氧化物以及惰性氣體，所述惰性氣體比如送至合成回路的合成氣中含有的氬氣。合成回路對(duì)所述雜質(zhì)非常敏感，因此需要實(shí)現(xiàn)對(duì)合成氣進(jìn)行最佳可能的凈化。
US5736116中公開(kāi)的以上示出的改進(jìn)方法提供了上述問(wèn)題的部分解決方案，其公開(kāi)了與將氮?dú)庾⑷牒铣苫芈分邢嘟Y(jié)合的富含空氣的轉(zhuǎn)化。然而，其并沒(méi)有針對(duì)所有上述問(wèn)題提供令人滿(mǎn)意的解決方案，且未考慮對(duì)下游的氨合成回路的影響以及合成氣中包括的雜質(zhì)的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的問(wèn)題是以成本效率高的方式解決以上列出的限制。根據(jù)以下公開(kāi)內(nèi)容，該問(wèn)題是通過(guò)一種方法、一種設(shè)備和一種改進(jìn)方法來(lái)解決的。
根據(jù)本發(fā)明，一種用于制取氨補(bǔ)充合成氣的方法包括以下步驟
-轉(zhuǎn)化烴原料，之后進(jìn)行變換、CO2脫除以及甲烷化的步驟，獲得包括氫氣和氮?dú)獾拇职毖a(bǔ)充合成氣的流；
-在深冷凈化段中處理所述粗氨補(bǔ)充合成氣，獲得凈化過(guò)的合成氣的流；
-在深冷溫度下將液態(tài)富氮?dú)饬鬏斔椭了錾罾鋬艋危?br> -在深冷段中提供合成氣和所述液態(tài)富氮?dú)饬髦g的間接熱交換，所述液態(tài)富氮?dú)饬髦辽俨糠值卣舭l(fā)以提供所述深冷段的制冷。
所述液態(tài)富氮?dú)饬鲀?yōu)選地是以液態(tài)的基本上純凈的氮?dú)?，其具有?yōu)選地在零下 185°C和零下190°C之間的溫度(大約88-91)。優(yōu)選地，所述液態(tài)富氮?dú)饬髦辽俨糠值卣舭l(fā)以制冷所述深冷段。
優(yōu)選地，在通過(guò)所述深冷段本身蒸發(fā)并加熱后，在所述深冷凈化段的輸出處回收所述富氮?dú)饬鳎⑺龈坏獨(dú)饬髋c所述凈化過(guò)的合成氣混合以提供調(diào)節(jié)氨補(bǔ)充合成氣的氫/氮比所需的氮?dú)獾闹辽僖徊糠帧?br> 所述液態(tài)富氮?dú)饬鲀?yōu)選地從空氣分離單元獲得。在該方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，在空氣分離單元中產(chǎn)生所述富氮?dú)饬骱土硗獾母谎鯕饬?，?yōu)選地通過(guò)將所述富氧氣流注入在所述轉(zhuǎn)化段的二段轉(zhuǎn)化爐中，所述富氧氣流用作轉(zhuǎn)化段中的氧化劑，以提高所述補(bǔ)充合成氣的產(chǎn)量。
更優(yōu)選地，所述空氣分離單元提供深冷溫度的液態(tài)氮?dú)庖约傲硗獾沫h(huán)境溫度的第二氮?dú)饬?。調(diào)節(jié)所述氨補(bǔ)充合成氣的HN比所需的氮?dú)獾牧坎糠钟稍谒錾罾涠蔚妮敵鎏幓厥盏恼舭l(fā)的液態(tài)富氮?dú)饬魈峁约安糠钟森h(huán)境溫度的所述富氮?dú)饬魈峁?br> 上述實(shí)施方式由于以下原因是優(yōu)選的。調(diào)節(jié)HN比所需的氮?dú)獾牧客ǔ４笥谛枰舭l(fā)以制冷深冷段的液態(tài)氮?dú)獾牧俊Ｒ簯B(tài)氮?dú)獠糠衷酱螅諝夥蛛x單元的能量消耗越高。 則，為了節(jié)省能量，優(yōu)選的是，僅有深冷過(guò)程所需的最小量的氮?dú)庖砸后w形式提供，其余的氮?dú)馐窃诃h(huán)境溫度下提供的。
該方法的其它優(yōu)選方面如下。粗合成氣在深冷段的主熱交換器中被冷卻至深冷溫度，從冷的、凈化過(guò)的合成氣以及至少部分地蒸發(fā)的富氮?dú)饬骰厥绽淞俊＋@得冷卻的粗合成氣，該冷卻的粗合成氣送至接觸裝置，以通過(guò)深冷凈化分離出雜質(zhì)。從所述接觸裝置回收部分凈化過(guò)的合成氣，該部分凈化過(guò)的合成氣在冷凝器中被進(jìn)一步冷卻和凈化，該冷凝器由所述富氮?dú)饬髦评?；在所述冷凝器的輸出處獲得進(jìn)一步凈化過(guò)的合成氣和冷凝的部分；接著，通過(guò)與輸入的粗合成氣和來(lái)自所述冷凝器的氮?dú)饬鬟M(jìn)行熱交換，所述合成氣在所述主熱交換器中被再加熱。
優(yōu)選地，接觸裝置是深冷塔。冷凝器可以是塔的一部分或獨(dú)立裝置，該獨(dú)立裝置優(yōu)選地在該塔之上。通過(guò)液態(tài)富氮?dú)饬鞯耐耆虿糠终舭l(fā)來(lái)提供所述冷凝器的制冷。
更詳細(xì)地，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在用于深冷液化的塔中處理合成氣，所述塔是深冷段的一部分，在所述塔的頂部回收的凈化過(guò)的合成氣在冷凝器中進(jìn)一步冷卻，該冷凝器是通過(guò)液態(tài)富氮?dú)饬鞯牟糠只蛉空舭l(fā)而被制冷的。包括甲烷和其他雜質(zhì)的部分在所述冷凝器中被液化，并輸送回所述塔；進(jìn)一步凈化過(guò)的合成氣在所述冷凝器的輸出處獲得并且在主熱交換器中被再加熱，使輸入的粗合成氣冷卻。所述冷凝器的輸出處的氮?dú)饬骱?或在塔的底部回收的包括甲烷、氮?dú)夂碗s質(zhì)的液流也可用作另外的熱交換介質(zhì)，例如送至同一主熱交換器以對(duì)于輸入的粗合成氣的流進(jìn)行制冷。
調(diào)節(jié)氨補(bǔ)充合成氣的H/N比所需的氮?dú)?即深冷段中蒸發(fā)的液態(tài)氮?dú)?和/或由 ASU提供的環(huán)境溫度的第二氮?dú)饬?，可以在主合成氣壓縮機(jī)上游與凈化過(guò)的合成氣混合，向下游的氨合成回路供料；或者在所述主合成氣壓縮機(jī)的下游與凈化過(guò)的合成氣混合，提供單獨(dú)的壓縮氮?dú)?。這兩個(gè)實(shí)施方式是可能的，然而，單獨(dú)的壓縮N2是優(yōu)選的。以此方式，獲得主要由合適的比率31的氮?dú)夂蜌錃庖约胺浅Ｉ俚碾s質(zhì)組成的純補(bǔ)充合成氣。
烴原料優(yōu)選地是天然氣或代用天然氣(SNG)，但可以使用任何合適的可轉(zhuǎn)化烴。
本發(fā)明的一方面還是用于生產(chǎn)氨的方法，其中利用上述方法獲得補(bǔ)充合成氣且補(bǔ)充合成氣在本身已知的氨合成回路中發(fā)生反應(yīng)。因此，根據(jù)本發(fā)明，一種用于合成氨補(bǔ)充合成氣的設(shè)備至少包括
-前端段，所述前端段包括適于轉(zhuǎn)化烴原料并產(chǎn)生粗氨合成氣的流的轉(zhuǎn)化段；
-深冷凈化段，所述深冷凈化段處理所述前端中產(chǎn)生的粗合成氣；
-將深冷溫度的液態(tài)富氮?dú)饬鬏斔椭了錾罾鋬艋蔚难b置，所述深冷溫度的液態(tài)富氮?dú)饬饔米鳠峤粨Q介質(zhì)以制冷所述深冷凈化段；
-在深冷凈化段中的所述合成氣和所述液態(tài)富氮?dú)饬髦g的至少一個(gè)間接熱交換器，所述液態(tài)富氮?dú)饬髟谒鰺峤粨Q器中至少部分地蒸發(fā)以提供所述深冷凈化段的制冷。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，用于將富氮?dú)饬鬏斔椭辽罾鋬艋蔚乃鲅b置至少包括空氣分離單元，也稱(chēng)為ASU。所述空氣分離單元提供富氮?dú)饬?，另外地提供富氧氣流，該富氧氣流?yōu)選地用作轉(zhuǎn)化段中的氧化劑。ASU還可以提供環(huán)境溫度的富氮?dú)饬?，以調(diào)節(jié)HN比，具有節(jié)省能量方面的以上討論的優(yōu)勢(shì)。該ASU可以使用傳統(tǒng)的工藝，比如低溫蒸餾。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，前端包括一段轉(zhuǎn)化爐、二段轉(zhuǎn)化爐以及用于變換、CO2脫除和甲烷化的設(shè)備?？諝夥蛛x單元提供的富氧氣流優(yōu)選到輸送至轉(zhuǎn)化段的二段轉(zhuǎn)化爐。
根據(jù)深冷段的優(yōu)選布置，所述深冷段至少包括接觸裝置，比如深冷冷凝器；冷凝器，其接收所述接觸裝置中獲得的部分凈化過(guò)的合成氣，且其由富氮?dú)饬髦评洌恢鳠峤粨Q器，在所述主熱交換器中，輸入的粗合成氣通過(guò)與以下可用流的一個(gè)或多個(gè)流進(jìn)行熱交換而冷卻氮?dú)饬?、凈化過(guò)的合成氣和可能地在接觸裝置中分離的液態(tài)部分。
本發(fā)明還應(yīng)用于改進(jìn)現(xiàn)有氨合成設(shè)備或其前端段。
具體地，本發(fā)明提供了一種用于改進(jìn)氨合成設(shè)備的前端段的方法，所述前端段至少包括用于將烴原料轉(zhuǎn)化為粗氨補(bǔ)充合成氣的一段轉(zhuǎn)化爐和二段轉(zhuǎn)化爐以及用于處理粗合成氣的深冷段，所述方法至少包括以下步驟安裝與所述前端段并聯(lián)的空氣分離單元； 提供用于將在所述空氣分離單元中產(chǎn)生的富氮?dú)饬鬏斔椭了錾罾涠蔚难b置，所述富氮?dú)饬饔米骼鋮s介質(zhì)；提供將在所述空氣分離單元中產(chǎn)生的富氧氣流輸送給所述二段轉(zhuǎn)化爐的新管線(xiàn)，以提高所述轉(zhuǎn)化段的產(chǎn)能。如果原始設(shè)備中不存在深冷段，還可在所述改進(jìn)中提供新的深冷段。
已發(fā)現(xiàn)，將富氮?dú)饬饔米魃罾涠蔚睦鋮s介質(zhì)是提高設(shè)備的產(chǎn)能以及提高該方法的總效率的有效方式。第一優(yōu)勢(shì)在于，本發(fā)明將富氮?dú)饬饔米骼鋮s介質(zhì)以將向深冷段提供制冷，替代在現(xiàn)有技術(shù)中所建議的耗能的粗合成氣膨脹。然而，本發(fā)明并未將使粗合成氣的至少一部分膨脹排除在外，如果恰當(dāng)?shù)脑?huà)，其可以用作另外的對(duì)深冷段制冷的方法。在這樣的情況下，冷卻的合成氣或冷卻的合成氣的至少一部分在合適的膨脹器或透平機(jī)中膨脹。
另一優(yōu)勢(shì)是以非常有效的方式使用富氮?dú)饬鳎词紫扔米魃罾涠蔚睦鋮s介質(zhì)，接著用于凈化過(guò)的合成氣的H/N比調(diào)節(jié)，避免了大量的惰性氮?dú)馔ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)化爐下游的凈化設(shè)備。因此，獲得明顯的優(yōu)勢(shì)，而不具有轉(zhuǎn)化爐、變換器和CO2脫除裝置中處理的容積流量明顯增大的缺點(diǎn)。
在前端的下游、優(yōu)選地提供在主合成氣壓縮機(jī)的入口處的再加熱過(guò)的氮?dú)饬鞯妮斔徒档土送ㄟ^(guò)整個(gè)前端的容積流量增加以及相關(guān)問(wèn)題，包括壓降以及(X)2脫除段和甲烷化段的負(fù)荷。實(shí)際上，前端僅接收提高轉(zhuǎn)化產(chǎn)能所需的純凈的氧氣流，而基本上會(huì)作為惰性氣體通過(guò)前端的氮?dú)饬鲀H被恰當(dāng)?shù)厮腿牒铣苫芈?，在合成回路中需要氮?dú)饬饕宰鳛橐环N反應(yīng)物來(lái)制取氨，以及用于建立補(bǔ)充合成氣的合適的HN比。
而且，由于氮?dú)庵评涞纳罾涠沃械奶幚?，本發(fā)明在從合成氣中脫除甲烷以及其它雜質(zhì)的方面特別有效。較少的惰性物意味著反應(yīng)物氮?dú)夂蜌錃飧行У剞D(zhuǎn)化為氨，以及未反應(yīng)的合成氣的再循環(huán)的減少和較低的能量消耗。
集成有空氣分離單元是特別有效的，還使得能夠獲得富氧氣流，該富氧氣流被有利地注入到二段轉(zhuǎn)化爐中，因此，在粗合成氣的生產(chǎn)方面，提高了前端段的產(chǎn)能。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式的下列詳細(xì)描述，優(yōu)勢(shì)將更明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明運(yùn)行的氨合成設(shè)備的前端的簡(jiǎn)化框圖。
圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的更詳細(xì)的圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，氨合成設(shè)備的前端包括轉(zhuǎn)化段1，在轉(zhuǎn)化段1中，烴原料11和蒸汽12反應(yīng)生成粗合成氣的流13，粗合成氣的流13包括氫氣、氮?dú)庖约耙欢康腃O、CO2, H20、殘余的甲烷、氬氣和其他雜質(zhì)。轉(zhuǎn)化段1例如包括一段轉(zhuǎn)化爐、二段轉(zhuǎn)化爐和用于利用變換、CO2 脫除和甲烷化的處理步驟處理轉(zhuǎn)化成的合成氣的已知設(shè)備。
粗合成氣的流13輸送至深冷段2，在深冷段2中，粗合成氣的流13經(jīng)受深冷液化并脫除雜質(zhì)，所述段2提供凈化過(guò)的合成氣17。凈化過(guò)的合成氣17在合成氣壓縮機(jī)中被壓縮并輸送至氨合成回路。
根據(jù)本發(fā)明，液態(tài)富氮?dú)饬?比如基本上純凈的液態(tài)氮?dú)? 用作冷卻介質(zhì)以向所述深冷段2提供制冷。液態(tài)氮?dú)?2至少部分地蒸發(fā)以將需要的冷量提供至深冷段，并從深冷段被回收為流34，流34至少部分地用來(lái)調(diào)節(jié)補(bǔ)充合成氣的氫/氮比，即與凈化過(guò)的合成氣17混合或者輸送入氨合成回路中。
所述基本上純凈的氮?dú)饬?2的氮?dú)夂看笥?9% (摩爾濃度)，且優(yōu)選地在空氣分離單元(ASU) 3中產(chǎn)生。ASU 3接收空氣供料31并提供液態(tài)氮?dú)饬?2和富氧氣流35，富氧氣流35作為氧化劑被送至段1的二段轉(zhuǎn)化爐。ASU 3還提供環(huán)境溫度的氮?dú)饬?2a。調(diào)節(jié)合成氣的HN比所需的氮?dú)獠糠钟闪?4提供，部分由所述環(huán)境溫度的氮?dú)? 提供。
圖2中示出了深冷段2的以及氮?dú)饬?2的使用的優(yōu)選實(shí)施方式。
深冷段2主要包括主間接熱交換器201、洗氣塔202和冷凝器203。粗合成氣13 在主熱交換器201中被冷卻至深冷溫度，冷卻的粗合成氣14被輸送至塔202，在塔202中， 進(jìn)行甲烷、氮?dú)夂推渌s質(zhì)的深冷分離。熱交換器201從在塔202中獲得并且預(yù)先在冷凝器203中冷卻的凈化過(guò)的合成氣16、氣態(tài)氮?dú)饬?3和在所述塔202的底部分離出的液態(tài)流 20回收冷量。
更詳細(xì)地，在所述塔202的頂部獲得的產(chǎn)出的氣體15在冷凝器203中被進(jìn)一步冷卻，冷凝器203通過(guò)冷的、至少部分為液態(tài)的氮?dú)饬?2的蒸發(fā)而冷卻，獲得凈化過(guò)的合成氣 16并進(jìn)一步除去另外量的甲烷、氮?dú)夂推渌s質(zhì)，所述另外量的甲烷、氮?dú)夂推渌s質(zhì)通過(guò)液態(tài)循環(huán)流18循環(huán)回塔202。
氮?dú)饬?2通過(guò)冷凝器203至少部分地蒸發(fā)并作為流33排出，流33通過(guò)主交換器 201被加熱，因此冷卻輸入的粗合成氣13。
主要由甲烷和氮?dú)饨M成的液態(tài)流19在塔202的底部被回收，在裝置22中膨脹以及可能地蒸發(fā)，獲得流20，所述裝置22比如為膨脹閥或透平機(jī)。所述流20在主交換器201 中還被再加熱，作為流21排出，流21可以用作燃料。流19在透平機(jī)中發(fā)生膨脹能夠回收一些有用功。
因此，主交換器201由氮?dú)饬?3、冷的凈化過(guò)的合成氣16以及甲烷流20制冷，氮?dú)饬?3、冷的并凈化過(guò)的合成氣16以及甲烷流20全部用來(lái)制冷輸入的粗合成氣13。
以大約環(huán)境溫度離開(kāi)深冷段2的被再加熱過(guò)且凈化過(guò)的合成氣17被送至主合成氣壓縮機(jī)40，接著送至氨合成回路。氣態(tài)被再加熱過(guò)的氮?dú)饬?4被輸送至合適的氮?dú)鈮嚎s機(jī)41，并與被壓縮且凈化過(guò)的合成氣以及裝置3提供的環(huán)境溫度的氮?dú)? 混合以調(diào)節(jié)氨合成回路中的H/N比。壓縮的氮?dú)?5與合成氣壓縮機(jī)40的輸出混合，形成具有大約3 1 的合適HN比的合成氣的流23。
圖2示出了單獨(dú)壓縮實(shí)施方式，其中，合成氣和氮?dú)夥謩e在壓縮機(jī)40和壓縮機(jī)41 中被單獨(dú)地壓縮。在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，氮?dú)庖部稍谥骱铣蓺鈮嚎s機(jī)40的上游(例如，入口處)與凈化過(guò)的合成氣混合。在后一種情況中，當(dāng)改進(jìn)現(xiàn)有裝置時(shí)，可能需要改進(jìn)現(xiàn)有的合成氣壓縮機(jī)以容納另外的氮?dú)狻?br> 本發(fā)明的一個(gè)方面是一種用于改進(jìn)現(xiàn)有的氨合成設(shè)備的前端的方法。例如，至少通過(guò)下列操作進(jìn)行改進(jìn)至少包括一段轉(zhuǎn)化爐和二段轉(zhuǎn)化爐以及用于處理粗合成氣的深冷段2的前端段安裝與所述前端并聯(lián)的空氣分離單元3 ；提供將所述空氣分離單元3中產(chǎn)生的液態(tài)富氮?dú)饬?2輸送至所述深冷段2的裝置，提供將同一單元3中產(chǎn)生的富氧氣流35 輸送至前端的二段轉(zhuǎn)化爐的管線(xiàn)，以提高轉(zhuǎn)化段1的產(chǎn)能。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，以上是基本步驟，將根據(jù)具體要求提供其他的裝置比如閥門(mén)、管線(xiàn)、輔助設(shè)備等。
權(quán)利要求
1.一種用于制取氨補(bǔ)充合成氣的方法，所述方法包括以下步驟-轉(zhuǎn)化烴原料(11)，之后進(jìn)行變換、CO2脫除以及甲烷化的步驟，獲得包括氫氣和氮?dú)獾拇职毖a(bǔ)充合成氣的流(13)；-在深冷凈化段O)中處理所述粗氨補(bǔ)充合成氣，獲得凈化過(guò)的合成氣的流(17)； -將深冷溫度的液態(tài)富氮?dú)饬?3 輸送至所述深冷凈化段；-在所述深冷凈化段中提供在合成氣和所述液態(tài)富氮?dú)饬髦g的間接熱交換，所述液態(tài)富氮?dú)饬髦辽俨糠值卣舭l(fā)以提供所述深冷凈化段的制冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液態(tài)富氮?dú)饬?3 在通過(guò)所述深冷凈化段而至少部分蒸發(fā)之后在所述深冷凈化段的輸出處被回收，并與所述凈化過(guò)的合成氣混合以提供調(diào)節(jié)所述氨補(bǔ)充合成氣的氫/氮比所需的氮?dú)獾闹辽僖徊糠帧?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括在空氣分離單元(3)中處理空氣流(31)獲得所述液態(tài)富氮?dú)饬?3 和富氧氣流(3 的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述空氣分離單元(3)提供所述液態(tài)富氮?dú)饬?(32)以及環(huán)境溫度的且氣態(tài)的第二富氮?dú)饬?3 )，且調(diào)節(jié)所述氨補(bǔ)充合成氣的HN比所需的氮?dú)獾牧恐胁糠钟稍谒錾罾鋬艋蔚妮敵鎏幓厥盏恼舭l(fā)的液態(tài)富氮?dú)饬?34)提供以及部分由環(huán)境溫度的所述富氮?dú)饬?32a)提供。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過(guò)將所述富氧氣流(3 注入到轉(zhuǎn)化段(1)的二段轉(zhuǎn)化爐中，所述富氧氣流用作轉(zhuǎn)化過(guò)程中的另一氧化劑。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中-所述粗合成氣(1 在所述深冷凈化段O)的主熱交換器O01)中冷卻至深冷溫度， 獲得冷卻的粗合成氣(14)；-所述冷卻的粗合成氣(14)被輸送至接觸裝置002)，在該接觸裝置(20 中，通過(guò)深冷凈化獲得包括雜質(zhì)的液態(tài)部分(19)，并且該液態(tài)部分(19)與合成氣分離；-從所述接觸裝置(20 回收凈化過(guò)的合成氣(15)，該凈化過(guò)的合成氣(1 在冷凝器 (203)中被進(jìn)一步冷卻和凈化，所述冷凝器(20 通過(guò)所述液態(tài)富氮?dú)饬?3 的至少部分蒸發(fā)而被制冷；-在所述冷凝器的輸出獲得進(jìn)一步凈化過(guò)的合成氣(16)，通過(guò)與輸入的粗合成氣(13) 和獲自所述冷凝器的蒸發(fā)的氮?dú)饬?3 進(jìn)行熱交換，所述合成氣(16)在所述主熱交換器 (201)中被再加熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，包括雜質(zhì)的所述液態(tài)部分還用作所述深冷凈化段O)的主熱交換器O01)的冷卻介質(zhì)00)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述液態(tài)富氮?dú)饬骱?或環(huán)境溫度的所述富氮?dú)饬魇腔旧霞儍舻牡獨(dú)狻?br> 9.一種用于制取氨補(bǔ)充合成氣的設(shè)備，所述設(shè)備包括-前端段，所述前端段包括適于轉(zhuǎn)化烴原料并產(chǎn)生粗氨合成氣的流的轉(zhuǎn)化段(1)； -深冷凈化段O)，所述深冷凈化段( 處理所述前端段中產(chǎn)生的所述粗氨合成氣； -將深冷溫度的液態(tài)富氮?dú)饬?3 輸送至所述深冷凈化段的裝置，所述液態(tài)富氮?dú)饬?(32)用作熱交換介質(zhì)以制冷所述深冷凈化段；-在所述深冷凈化段O)中的所述合成氣和所述液態(tài)富氮?dú)饬髦g的至少一個(gè)間接熱交換器003，201)，所述液態(tài)富氮?dú)饬髟谒鰺峤粨Q器中至少部分地蒸發(fā)以提供所述深冷段的制冷。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括用于回收所述深冷凈化段的輸出處的蒸發(fā)的富氮?dú)饬?34)以及用于使所述蒸發(fā)的富氮?dú)饬髋c凈化過(guò)的合成氣(17)混合的裝置，以提供調(diào)節(jié)所述氨補(bǔ)充合成氣的氫/氮比所需的氮?dú)獾闹辽僖徊糠帧?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，所述設(shè)備包括空氣分離單元(3)，所述空氣分離單元C3)提供所述液態(tài)富氮?dú)饬?3 和用于調(diào)節(jié)HN比的環(huán)境溫度的第二氮?dú)饬?32a)，以及另外提供富氧氣流(35)，該富氧氣流(3 被作為氧化劑輸送至所述轉(zhuǎn)化段(1)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述前端段包括一段轉(zhuǎn)化爐、二段轉(zhuǎn)化爐以及用于變換、CO2脫除和甲烷化的設(shè)備，所述富氧氣流(3 被輸送至所述轉(zhuǎn)化段的所述二段轉(zhuǎn)化爐。
13.根據(jù)權(quán)利要求9到12中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述深冷凈化段( 包括接觸裝置，該接觸裝置例如為深冷冷凝塔O02)；冷凝器003)，該冷凝器接收在所述接觸裝置中獲得的部分凈化過(guò)的合成氣(15)，所述冷凝器由所述液態(tài)富氮?dú)饬?3 制冷；主熱交換器001)，在該主熱交換器(201)中，輸入的粗合成氣(1 通過(guò)與以下物質(zhì)中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行熱交換而冷卻在所述冷凝器中蒸發(fā)的氮?dú)饬?33)、凈化過(guò)的合成氣(16)、所述接觸裝置的底部流出物00)。
14.一種用于改進(jìn)氨合成設(shè)備的前端段的方法，所述前端段包括用于將烴原料轉(zhuǎn)化為氨粗補(bǔ)充合成氣的至少具有一段轉(zhuǎn)化爐和二段轉(zhuǎn)化爐的轉(zhuǎn)化段(1)，所述方法至少包括以下步驟-安裝與所述前端段并聯(lián)的空氣分離單元(3)；-如果原設(shè)備中不存在深冷段，提供用于處理所述粗補(bǔ)充合成氣的深冷段；-提供將在所述空氣分離單元中產(chǎn)生的液態(tài)富氮?dú)饬?3 輸送至所述深冷段以用作冷卻介質(zhì)的裝置；-提供將在所述空氣分離單元中產(chǎn)生的富氧氣流(35)輸送給所述二段轉(zhuǎn)化爐的管線(xiàn)， 以提高所述轉(zhuǎn)化段的產(chǎn)能。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于制取氨補(bǔ)充合成氣的方法以及相關(guān)設(shè)備，其中轉(zhuǎn)化烴原料，獲得粗氨補(bǔ)充合成氣的流；在通過(guò)在空氣分離單元中產(chǎn)生的富氮?dú)饬髦评涞纳罾鋬艋沃袃艋龃趾铣蓺?；所述深冷段的輸出處的富氮?dú)饬鬟€用于調(diào)節(jié)凈化過(guò)的補(bǔ)充合成氣的氫氣/氮?dú)獗?；還在所述空氣分離單元中產(chǎn)生富氧氣流，并將其送入轉(zhuǎn)化段。
文檔編號(hào)C01B3/58GK102498058SQ201080039336
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
發(fā)明者埃爾曼諾·菲利皮, 杰弗里·弗雷德里克·斯金納 申請(qǐng)人:阿梅尼亞·卡薩萊股份有限公司