【技术实现步骤摘要】
本公开涉及可再生能量在氨合成中的使用；更特别地，本公开涉及氨合成设备的电气化；还更特别地，本公开涉及通过减少在氨合成设备中用作燃料的烃(例如，天然气/化石燃料)的燃烧来减少环境排放如二氧化碳。
技术介绍
1、人们利用化学合成设备来提供多种化学品。通常，烧或“燃烧”专用燃料来提供化学合成的反应热、加热一个或多个工艺流的能量、蒸发液体(例如，使用沸水作为稀释剂)的能量、做功(例如，驱动压缩机或泵)的能量或用于整个化学合成设备的其他过程操作的能量。燃料的这种烧或燃烧会导致可能对环境有害的烟气的产生，并且还导致过程的能量效率的损失。同样，常规上人们常利用蒸汽作为化学合成设备内的全厂热量和/或能量传递流体。用于热量和/或能量传递的蒸汽常经由燃料的燃烧产生，从而导致在化学合成过程中产生额外的烟气和进一步的能量效率损失。另外，原本可用作反应物的材料用于作为燃料燃烧的使用也会减少化学合成设备从给定量的材料产生的期望的化学产品的量。因此，需要增强的化学合成系统和方法，由此减少或消除燃烧以提供能量的燃料的量，尤其是化石燃料。理想地，这样的系统和方法还提供化学合成设备的能量效率的提高和/或排放的减少，如温室气体(ghg)排放的减少。
技术实现思路
1、本文公开了一种氨合成设备，所述氨合成设备包括：进料预处理段，其可操作以预处理包含天然气、甲烷、丙烷、丁烷、lpg、石脑油、煤、石油焦或其组合的进料流；合成气生成段，其包括一个或多于一个重整器，所述重整器可操作以重整进料流而产生包含一氧化碳和氢气的重整器产物
2、本文还公开了一种氨合成设备，所述氨合成设备包括：进料预处理段，其可操作以预处理包含含碳材料如天然气、甲烷、丙烷、丁烷、lpg、石脑油、煤和/或石油焦的进料流；合成气生成段，其包括一个或多于一个重整器，所述重整器可操作以重整经预处理的进料流而产生包含一氧化碳和氢气的重整器气体流；变换转化段，其包括至少一个变换反应器，所述变换反应器可操作以使重整器气体流进行水煤气变换反应而产生比重整器气体流包含更多氢气的经变换气体流；纯化段，其可操作以从经变换气体流移除至少一种组分并提供包含氢气和氮气的氨合成进料流；和/或氨合成段，其包括至少一个氨合成反应器，所述氨合成反应器可操作以从氨合成进料流产生氨，其中所述氨合成设备被配置为使得进料预处理段、合成气生成段、变换转化段、纯化段、氨合成段或其组合所需的净外部能量中的大部分由电力提供。
3、本文还公开了一种氨合成设备，所述氨合成设备包括：进料预处理段，其可操作以预处理进料流；合成气生成段，其包括一个或多于一个重整器，所述重整器可操作以重整甲烷而产生包含一氧化碳和氢气的重整器气体流；变换转化段，其包括一个或多于一个变换反应器，所述变换反应器可操作以使重整器气体流进行水煤气变换反应而产生比重整器气体流包含更多氢气的经变换气体流；可操作以从经变换气体流移除至少一种组分并提供包含氢气和氮气的氨合成进料流的段；和/或氨合成段，其包括一个或多于一个氨合成反应器，所述氨合成反应器可操作以从氨合成进料流产生氨，其中所述氨合成设备被配置为使得不利用蒸汽做机械功。
4、另外，本文公开了一种氨合成设备，所述氨合成设备包括：进料预处理段，其可操作以预处理进料流；合成气生成段，其包括一个或多于一个重整器，所述重整器可操作以重整甲烷而产生包含一氧化碳和氢气的重整器气体流；变换转化段，其包括一个或多于一个变换反应器，所述变换反应器可操作以使重整器气体流进行水煤气变换反应而产生比重整器气体流包含更多氢气的经变换气体流；可操作以从经变换气体流移除至少一种组分并提供包含氢气和氮气的氨合成进料流的段；和/或氨合成段，其包括一个或多于一个氨合成反应器，所述氨合成反应器可操作以从氨合成进料流产生氨，其中所述氨合成设备被配置为使得不产生烟气。
5、本文还公开了一种氨合成设备，所述氨合成设备包括：进料预处理段，其可操作以预处理进料流；合成气生成段，其包括一个或多于一个重整器，所述重整器可操作以重整甲烷而产生包含一氧化碳和氢气的重整器气体流；变换转化段，其包括一个或多于一个变换反应器，所述变换反应器可操作以使重整器气体流进行水煤气变换反应而产生比重整器气体流包含更多氢气的经变换气体流；纯化段，其可操作以从经变换气体流移除至少一种组分并提供包含氢气和氮气的氨合成进料流；和/或氨合成段，其包括一个或多于一个氨合成反应器，所述氨合成反应器可操作以从氨合成进料流产生氨，其中所述氨合成设备被配置为除了任选地在合成气生成段的自热重整器(atr)内以外无燃烧。
6、另外，本文公开了一种氨合成设备，所述氨合成设备包括可操作以提供氢气的以电的方式加热的蒸汽重整器和可操作以提供用于氨合成的氮气的以电的方式提供动力的空气分离单元(asu)。
7、本文还公开了一种氨合成设备，所述氨合成设备包括：纯化段，其可操作以接收氢气流和氮气流，其中所述氮气流任选地来自与氢气流的来源不同的来源，任选地从氢气流和/或氮气流移除至少一种组分，并提供包含氢气和氮气的氨合成进料流；和氨合成段，其包括一个或多于一个氨合成反应器，所述氨合成反应器可操作以从氨合成进料流产生氨，其中所述氨合成设备被配置为使得用于纯化段、氨合成段或整个氨合成设备内的压缩和加热而供给的净外部能量中的大部分由基于非碳的能源、可再生能源、电力和/或可再生电力供给。
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1.一种氨合成设备，所述氨合成设备包括：
2.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中所述氨合成设备不具有烟气热量回收段。
3.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中能够在所述一个或多于一个重整器中的至少一个内达到预定的重整温度而无需外部燃烧燃料或基于碳的燃料，并且其中经由电力加热并包括相关的对流、辐射或其他传热措施而将所述一个或多于一个重整器加热至所述预定的重整温度。
4.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中所述一个或多于一个反应器以感应方式加热。
5.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中除了生产用于蒸汽甲烷重整器或预重整器中的蒸汽外，不采用蒸汽作为主要的能量传递介质。
6.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中在所述氨合成设备中所做的机械功的至少25％在不使用蒸汽的情况下完成。
7.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中在蒸汽甲烷重整器、预重整器或其组合中采用的蒸汽中的至少50％由电加热产生。
8.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中所述预处理段、所述合成气生成段、所述变换转化段、所述纯化段、所述氨合成
9.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中使用压缩氢气、压缩天然气进料、低温液体、热电池、高热质炉衬材料、电池组或其组合来储存能量，使得在可再生电力不可得时能够在所述氨合成设备中采用来自所述氢气、所述天然气、所述低温液体、所述热电池和电力的储存能量。
10.根据权利要求1所述的氨合成设备，所述氨合成设备还包括电力生产装置，所述电力生产装置被配置为从所述氨合成设备内的压力或热量产生电力，并且其中所述电力生产装置包括膨胀器、热电设备或其组合。
11.根据权利要求1所述的氨合成设备，所述氨合成设备包括(a)可操作以提供氢气的以电的方式加热的蒸汽重整器和可操作以提供用于氨合成的氮气的以电的方式提供动力的空气分离单元(ASU)、(b)无自热重整器(ATR)、和(c)将所述ASU与所述一个或多于一个氨合成反应器流体连接的氮气入口管线，能够通过所述氮气入口管线将来自所述ASU的氮气作为进料的组分引入到所述一个或多于一个氨合成反应器。
12.一种生产氨的方法，所述方法包括：
13.根据权利要求12所述的方法，其中用于进料和燃料两者的甲烷和天然气的总消耗小于或等于约0.65吨每生产一吨氨。
14.根据权利要求12所述的方法，其中用于燃料的甲烷和天然气的总消耗小于或等于约0.20吨每生产一吨氨。
15.根据权利要求12所述的方法，其中在不燃烧燃料的情况下供给所述合成气生成段所需的能量。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述基于非碳的能源包括间歇性能源(IES)或经由间歇性能源(IES)产生电力，并且所述方法还包括在IES可得时在不燃烧燃料或基于碳的燃料的情况下维持所述合成气生成段中的一个或多于一个反应器的温度，并在IES不可得时经由来自所述IES的能量的储存供给或通过燃烧燃料或基于碳的燃料来维持所述合成气生成段中的一个或多于一个反应器的温度。
17.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括采用电加热来控制所述合成气生成段、用于变换的变换反应器、用于所述甲烷化的甲烷化反应器和用于从所述氨合成进料生产包含氨的产物的氨合成反应器中的至少一个反应器的温度分布。
18.根据权利要求17所述的方法，其中以至少接近等温操作来操作所述合成气生成段的反应器中的至少一个。
19.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括经由向所述合成气生成段的一个或多于一个反应器进料蒸汽来提供在(a)中达到反应温度所需的热量Q1中的一些或全部，其中以电的方式使所述蒸汽过热。
20.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括在压缩所述经纯化的气体之前从所述经纯化的气体移除甲烷，其中从所述经纯化的气体移除甲烷减少了用于从所述氨合成进料生产包含氨的产物的氨合成回路的(l)中的吹扫量，其中经由以可再生电的方式提供动力的甲烷移除工艺从所述经纯化的气体移除甲烷，并且其中所述以可再生电的方式提供动力的甲烷移除工艺包括变压吸附(PSA)。
21.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括在电力可得和低于门槛价格时储存天然气，并在电力不可得或高于门槛价格时利用所储存的天然气作为进料的组分或来生成电力。
22.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括在电力可得或低于门槛价格时储存制冷剂...
【技术特征摘要】
1.一种氨合成设备，所述氨合成设备包括：
2.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中所述氨合成设备不具有烟气热量回收段。
3.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中能够在所述一个或多于一个重整器中的至少一个内达到预定的重整温度而无需外部燃烧燃料或基于碳的燃料，并且其中经由电力加热并包括相关的对流、辐射或其他传热措施而将所述一个或多于一个重整器加热至所述预定的重整温度。
4.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中所述一个或多于一个反应器以感应方式加热。
5.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中除了生产用于蒸汽甲烷重整器或预重整器中的蒸汽外，不采用蒸汽作为主要的能量传递介质。
6.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中在所述氨合成设备中所做的机械功的至少25％在不使用蒸汽的情况下完成。
7.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中在蒸汽甲烷重整器、预重整器或其组合中采用的蒸汽中的至少50％由电加热产生。
8.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中所述预处理段、所述合成气生成段、所述变换转化段、所述纯化段、所述氨合成段或其组合包括一个或多于一个压缩机，并且其中所述一个或多于一个压缩机中的至少一半被配置为非燃气驱动或非蒸汽驱动运行或被配置为经由在不烧燃料的情况下产生的蒸汽来运行。
9.根据权利要求1所述的氨合成设备，其中使用压缩氢气、压缩天然气进料、低温液体、热电池、高热质炉衬材料、电池组或其组合来储存能量，使得在可再生电力不可得时能够在所述氨合成设备中采用来自所述氢气、所述天然气、所述低温液体、所述热电池和电力的储存能量。
10.根据权利要求1所述的氨合成设备，所述氨合成设备还包括电力生产装置，所述电力生产装置被配置为从所述氨合成设备内的压力或热量产生电力，并且其中所述电力生产装置包括膨胀器、热电设备或其组合。
11.根据权利要求1所述的氨合成设备，所述氨合成设备包括(a)可操作以提供氢气的以电的方式加热的蒸汽重整器和可操作以提供用于氨合成的氮气的以电的方式提供动力的空气分离单元(asu)、(b)无自热重整器(atr)、和(c)将所述asu与所述一个或多于一个氨合成反应器流体连接的氮气入口管线，能够通过所述氮气入口管线将来自所述asu的氮气作为进料的组分引入到所述一个或多于一个氨合成反应器。
12.一种生产氨的方法，所述方法包括：
13.根据权利要求12所述的方法，其中用于进料和燃料两者的甲烷和天然气的总消耗小于或等于约0.65吨每生产一吨氨。
14.根据权利要求12所...
【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·爱德华·哈克曼，斯科特·史蒂文森，安德鲁·马克·沃德，蒂姆·阿尔伯特，肯尼思·弗朗西斯·劳森，约瑟夫·威廉·施罗尔，赵准，阿诺·奥普林斯，
申请(专利权)人：沙特基础工业全球技术公司，
类型：发明
国别省市：
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