气化和氨生产的一体化制造技术

本申请描述利用来自气化工艺的氢制氨和一体化这两个工艺的蒸汽系统的方法和系统。气化工艺提供高压纯化氢和高压饱和蒸汽。高压氢降低氨工艺的总压缩要求。此外，高压饱和蒸汽能通过回收来自氨合成的热量而被转化为过热蒸汽并能用来驱动压缩和致冷需要的汽轮机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请交互参考[0001]本专利技术一般地涉及氨的合成。更具体地，本专利技术涉及通过用气化工艺产生氢来制氨并一体化这2种工艺的蒸汽系统的新方法。本发明能提供足够的蒸汽来驱动现有抽汽涡轮驱动器且因此而降低操作氨合成工艺的成本。专利技术背景[0002]氮和氢的反应生成氨是周知的。早在20世纪初就已开发了氨的工业生产。氨的生产方法是使氢气和氮气在基于铁的催化剂表面直接反应：3H2+N2→2NH3氨的合成反应是放热的；因此，平衡将随反应温度的下降而向右移动。但实际上，反应温度必须维持在足够高的程度，才能在合理短的时间内合成可接收量的产物。即使通常使用催化剂来加速反应速率，也是这样。热力学研究也支持在高压下，一般在15～346巴下，进行该反应。这类高压，需要大量能量，通常以蒸汽或电的形式，用于压缩。[0003]氨的工业合成一般有3个主要步骤。第一，制备氨合成原料气体。这一步包括产生氢气，除去氢气中的杂质和催化剂毒物以及以化学计量比例混合氮气和氢气。催化剂毒物主要是二氧化碳和一氧化碳，但硫也会毒化催化剂。历史上，用水煤气变换反应把气体中的一氧化碳转化为氢和二氧化碳，这涉及一氧化碳与蒸汽在催化剂上反应。二氧化碳可以用多种气体纯化技术除去。氮气一般被喂到氨合成回路压缩机的吸入端。第二，使氨合成原料气体通过氨合成反应器。第三，冷却从氨合成反应器出来的氨产物气体，回收氨产物并循环回未反应的氨合成气体。[0004]蒸汽甲烷转化(SMR)一直是适用于氨合成的传统氢源。基于天然气的氨工业用天然气作为原料和能(燃料)源。但天然气价格的上涨已使一些氨生产者或者永久地停产，或者另辟蹊径经济地生产氢。[0005]气化正在变成生产世界级氨生产设备所需氢量的诱人方法。-->气化能提供不受市场迅速波动影响的稳定而可靠的原料。气化能用来从烃原料，如煤、石油焦、残油和其它材料，产生合成气体已多年。烃原料在有氧存在下被气化。氧通常用空气分离设备产生，在该设备中，除去空气中的氮以形成纯化氧。[0006]来自空气分离的氮和来自气化的含氢合成气体的有效性已导致用气化作为为氨合成提供氢和氮原料的方法。可以使在气化器内产生的合成气体通至变换反应段，在这里，通过CO与蒸汽在催化剂上反应而把CO转化为H2和CO2。变换气体可进一步精制，常用的方法是分离，以形成纯化氢气流。例如，变换合成气流可以在酸性气体清除和纯化段内纯化，而纯化氢产物可供至氨合成反应回路。合成气流可进行加工，以获得纯度高于99.9mol％的氢气流。副产物氮气可从氧设备中取出，经纯化，然后与氢气混合，以形成氨合成原料气体。[0007]气化与新的和现有的基于天然气的氨工艺的一体化，一般一直不是能量有效和成本有效的。尤其是，过去的设计一直未产生足够的蒸汽并已导致需要用电动机来取代抽汽涡轮驱动器。但是，使用电动机要增加一体化项目的起始投资，还会导致较高的操作和维修成本。因此，最好解决把气化一体化进入到新的和现有基于天然气的氨设备的问题，以使有足够的以蒸汽形式的动力来驱动工艺设备而无需电动机。专利技术概述[0008]氨的生产工艺可有效地与作为高压氢和蒸汽源的气化工艺整合起来。因此，在第一个专利技术点中，本专利技术涉及一种一体化制氢工艺与制氨工艺的方法。该方法包括：(a)在气化工艺中使含碳物质与氧反应，气化工艺包括高压气化器和具有变换反应段产物流的CO变换反应段；(b)使来自气化工艺的包含氢的高压合成气流作为喂料通至制氨工艺，制氨工艺包括含有氨产物流的氨转化器段；(c)利用来自变换反应段产物流的热量产生高压-饱和蒸汽；(d)使来自步骤(c)的全部或部分高压饱和蒸气与全部或部分氨产物流进行热交换，以产生过热蒸汽，其中，至少50％用于氨工艺的过热蒸汽总量靠所述热交换产生；和(e)使所述过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机的汽轮驱动器、氨制-->冷压缩机的汽轮驱动器或两者。气化工艺产生包含氢的高压气流，它需要的压缩能量比来自天然气转化的传统氢原料的少。此外，气化工艺提供高压饱和蒸汽，它能有效地组合氨合成设备产生的热量，以产生过热蒸汽，后者能用来驱动气体压缩和其它能量需要的汽轮机。[0009]在第二个专利技术点中，本专利技术涉及一种制氢和制氨的一体化工艺。该工艺包括：(a)在高压气化器内使含碳物质与氧反应，以产生包含氢、二氧化碳、一氧化碳和水的高压气化器产物流；(b)使气化器产物流通至CO变换反应段，以产生包含另外氢和二氧化碳的高压变换反应段产物流；(c)利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；(d)使变换反应段产物流通至纯化段，以除去CO2和H2S，并形成包含氢的高压纯化气化产物流；(e)使高压纯化气化产物流和氮通至氢和氮原料压缩机，以产生氨转化器喂料流；(f)使氨转化器喂料流通至氨转化器段，以形成氨产物流；(g)使氨产物流与来自变换反应段的高压饱和蒸汽进行热交换，以形成过热蒸汽，其中至少50％用于氨工艺的过热蒸汽总量靠热交换产生；和(h)使过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机的汽轮驱动器、氨制冷压缩机的汽轮驱动器或两者。[0010]在第三个专利技术点中，本专利技术涉及一种制氢和制氨的一体化系统。该系统包括：(a)高压气化器，用来使含碳物质与氧反应，以生成包含氢、二氧化碳、一氧化碳和水的高压气化器产物流；(b)CO变换反应段，用来转化气化器产物流中的一氧化碳和水，以生成包含另外氢和二氧化碳的高压变换反应段产物流；(c)第一热交换器段，用来利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；(d)纯化段，用来除去CO2和H2S，并形成包含氢的高压纯化气化产物流；-->(e)氮和氢原料压缩机，用来压缩高压纯化气化产物流和氮，以产生氨转化器喂料流；(f)氨转化器段，用来使氨转化器喂料流中的氢与氮反应，以生成包含氨的产物流；(g)第二热交换器段，用来把来自氨产物流的热量交换给来自变换反应段的高压饱和蒸汽，以形成过热蒸汽；和(h)用于氮和氢原料压缩机的汽轮驱动器或用于氨制冷压缩机的汽轮驱动器，它接受至少部分所述过热蒸汽。附图简述[0011]图1是示意按照本专利技术气化器与现有氨设备一体化的方框流程图。图2是按照本专利技术的氨合成设备和一体化蒸汽系统的简化工艺流程图。专利技术详述[0012]含碳物质的气化可用来生产适用于氨生产的高压氢和蒸汽。气化和氨工艺的一体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制氢工艺与制氨工艺一体化的方法，所述方法包括：（ａ）在气化工艺中使含碳物质与氧反应，所述气化工艺包括高压气化器和具有变换反应段产物流的ＣＯ变换反应段；（ｂ）使来自所述气化工艺的包含氢的高压合成气流作为喂料通至制氨工艺，所述制氨工艺包括含氨产物流的氨转化器段；（ｃ）利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；（ｄ）使来自步骤（ｃ）的全部或部分所述高压饱和蒸气与全部或部分所述氨产物流进行热交换，以产生过热蒸汽，其中至少５０％用于所述制氨工艺的过热蒸汽总量靠所述热交换产生；和（ｅ）使所述过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机的汽轮驱动器、氨制冷压缩机的汽轮驱动器或两者。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-7-28 11/191,889;US 2005-4-11 60/670,0651.一种制氢工艺与制氨工艺一体化的方法，所述方法包括：
(a)在气化工艺中使含碳物质与氧反应，所述气化工艺包括高压
气化器和具有变换反应段产物流的CO变换反应段；
(b)使来自所述气化工艺的包含氢的高压合成气流作为喂料通至
制氨工艺，所述制氨工艺包括含氨产物流的氨转化器段；
(c)利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；
(d)使来自步骤(c)的全部或部分所述高压饱和蒸气与全部或部
分所述氨产物流进行热交换，以产生过热蒸汽，其中至少50％用于所述
制氨工艺的过热蒸汽总量靠所述热交换产生；和
(e)使所述过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机的汽轮驱动器、氨制
冷压缩机的汽轮驱动器或两者。
2.按照权利要求1的方法，其中高压气化器的操作压力范围为42～
84巴。
3.按照权利要求2的方法，其中高压气化器在67～77巴下操作。
4.按照权利要求1的方法，其中包含氢的高压气流的压力为49～
63巴。
5.按照权利要求1的方法，其中至少所述汽轮驱动器之一是额定
蒸汽压力为22～63巴的凝汽式涡轮。
6.按照权利要求5的方法，其中所述氢和氮原料压缩机的所述汽
轮驱动器是额定蒸汽压力为22～63巴的凝汽式涡轮。
7.按照权利要求6的方法，其中所述氢和氮原料压缩机包括一个
箱体。
8.按照权利要求7的方法，其中所述氢和氮原料压缩机是往复式
压缩机、离心式压缩机或回转式压缩机。
9.按照权利要求1的方法，还包括用一台汽轮驱动器和一台包含
一个箱体的压缩机取代所述制氨工艺中用来压缩氢和氮喂料的现有汽
轮驱动器和压缩机。
10.按照权利要求9的方法，其中现有汽轮驱动器包含104巴前置
涡轮和42巴凝汽式涡轮。
11.按照权利要求9的方法，其中现有压缩机包含2个或更多个箱
体。
12.按照权利要求1的方法，还包括用所述过热蒸汽来驱动其它汽
轮机。
13.按照权利要求1的方法，还包括利用来自粗合成气体气化器流
的热量来产生另外高压过热蒸汽。
14.按照权利要求1的方法，还包括下列步骤：
(f)利用来自氨产物流的热量产生高压饱和蒸汽；和
(g)在步骤(d)之前，组合来自步骤(c)的高压饱和蒸汽和来
自步骤(f)的高压饱和蒸汽。
15.一种制氢和制氨的一体化工艺，所述工艺包括：
(a)在高压气化器内使含碳物质与氧反应，以产生包含氢、二氧
化碳、一氧化碳和水的高压气化器产物流；
(b)使所述气化器产物流通至CO变换反应段，以产生包含另外氢
和二氧化碳的高压变换反应段产物流；
(c)利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；
(d)使所述变换反应段产物流通至纯化段，以除去CO2和H2S，
并形成包含氢的高压纯化气化产物流；
(e)使所述高压纯化气化产物流和氮通至氢和氮原料压缩机，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：CA施米德特，
申请(专利权)人：伊斯曼化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]