生产氨的方法技术

由烃类原料生产氨的方法，设备的重整和氨部分的废热锅炉中产生的所有蒸汽在位于设备的氨部分的氨转换器下游的蒸汽过热器中过热。在设备的重整部分中不需要蒸汽过热器冷却合成气。还提供了一种用于该方法的蒸汽过热器。该过热器包括两个隔室，其中第一和第二隔室对于蒸汽流以串联连接而对于工艺气体流以并联连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及以改进的热集成来由烃类原料，其中烃类原料首先通过 蒸汽重整转化为合成气，合成气随后转化为氨。本专利技术还涉及一种新的蒸汽过热器，特别适 合用于该方法，尤其是用于具有至少2000MTPD生产能力的大型氨设备。传统用于生产氨的设备通常分为两个主要的部分，重整部分，其中烃类原料如天 然气在30至80巴、通常为30至40巴范围的压力下转化为含有氢气和氮气混合物的合 成气，以及氨合成部分，其中具有合适比例氢气和氮气的合成气(氨合成气)在被压缩至 120-200巴后催化转化为随后通过冷却而浓缩的氨。在重整部分中，当利用带有初级、自热或次级重整器的传统工艺布置时，在高温例 如在约1000°C或更高的温度下生产含有氢气的合成气。在所述重整器中产生的合成气必须 要冷却，而这通常是通过将气体穿过许多废热锅炉或蒸汽过热器来实现。这些装置是昂贵 而高度复杂的换热器，需要仔细设计以使与金属尘化、氢蚀和应力腐蚀有关的机械和材料 的相关故障的风险最小化。特别地，重整部分中的蒸汽过热器是昂贵的装置，其中即使精心 构建这些单元金属尘化也难以避免。当在重整部分中采用过热器时，金属尘化的风险实际 上是固有的。在氨合成部分中，由包含在合成气中的氢气和氮气的混合物催化生产氨。氨的转 化发生在热量产生的条件下，其利用废热锅炉和任选地蒸汽过热器产生高压蒸汽，其进一 步用于驱动氨合成部分的压缩器。在氨合成部分中的废热锅炉和蒸汽过热器也是昂贵而高 度复杂的换热器，其被专门设计以使与氢蚀、渗氮和应力腐蚀有关的机械和材料的相关故 障的风险最小化。废热锅炉尤其要遭受渗氮和应力腐蚀，因为这些单元通常安置在氨转化 器的下游。金属尘化、应力腐蚀和渗氮是灾难性的或者至少是严重形式的腐蚀，其必须通过 适当的设计和材料选取避免。金属尘化通常发生在气体中存在一氧化碳的情况下，气体与 金属接触且当金属的温度相当低时，通常4000C至8000C，更具体地500°C至750°C，与气体 的相互作用导致金属分解为细颗粒。在当来自气体中的氮气与金属接触，扩散到金属材料中并生成氮化物时发生金属 渗氮。由此形成坚硬的表面层，其易于断裂并且在最坏的情况下断裂贯穿整个金属。因此， 遭受渗氮的材料更加瞬时地变得易碎。渗氮层的厚度取决于温度、时间以及金属合金。通 常认为薄金属板约380°C以上以及厚金属板400°C以上的金属温度会显著增加低合金碳钢 的金属渗氮倾向。更高的温度下，需要材料如不锈钢或因科镍合金(Inconel)。应力腐蚀代表当奥氏体材料如不锈钢接触到水时的风险，尤其是当水中含有杂质 如氯时。当采用低合金碳钢时应力腐蚀的风险会更小。随着设备被设计为生产2000，3000，5000MTPD或更多的氨，氨设备的生产能力稳 定的提高，设计越来越大型的蒸汽过热器已经成为一个艰巨的挑战。在这些大型的氨设备 中蒸汽过热器的规格是一个问题，因为在标准设计下过热器管板的直径和厚度变得仅仅是 过大以致于它的生产在技术或经济上是行不通的。这种安装大型设备的趋势也引发了为驱动设备中的压缩器提供蒸汽的必要性。这4要求更高的蒸汽压力进而需要更高的蒸汽温度。结果是，不得不采用能够应对更高的蒸汽 温度的用于蒸汽过热器的昂贵材料如锈钢或因科镍合金。美国专利No. 4，213，954记载了一种，包括重整部分和氨合成部分。 两个部分共用一个普通的汽包(steam drum)用作设备中重整和氨合成部分中废热锅炉的 蒸汽分离单元。蒸汽，产生于重整部分，由此用于氨合成部分，而来自次级重整器的工艺气 体经由废热锅炉和过热器一体的体系冷却。蒸汽也被用于膨胀机以回收能量。美国专利No. 4，545, 976记载了一种通过减少蒸汽输出的烃类蒸汽重整以生产氨 合成气的方法，其中采用一系列的蒸汽过热器冷却来自次级重整器的工艺气体。我们的EP-A-1，610，081公开了一种用于蒸汽重整阶段下游附近的换热器。该换 热器包括含有低合金碳钢管束的第一较冷加热区以及含有由耐高温和腐蚀的合金如奥氏 体镍/氯/铁合金制成的管束的第二较热加热区。蒸汽穿过换热器的管程，而重整气(合 成气)经过壳程。较冷和较热的加热区对于蒸汽流和重整气流均以串联连接。本专利技术的一个目的在于提供一种，其具有改进的热集成并对废热锅 炉和特别是设备的蒸汽过热器中的金属尘化、渗氮和应力腐蚀具有降低的趋势。本专利技术的另一个目的在于提供一种，其具有通过减少蒸汽输出的改 进的热集成，且其与现有技术的方法相比更具成本效益。本专利技术的还一个目的在于提供一种方法，其稳定并且对氨部分的设备跳闸较不敏感。本专利技术的又一个目的在于提供一种适合用于大型氨设备的蒸汽过热器，同时能够 经受腐蚀，尤其是渗氮和应力腐蚀。这些以及其它目的通过本专利技术得到解决。在第一个方面，我们提供了一种由烃类原料，该方法包括以下步 骤(a)将烃类原料通过重整部分并从所述的重整部分回收合成气；(b)在不采用蒸汽过热器的情况下，将所述的合成气通过一个或多个废热锅炉，且 合成气与水-蒸汽混合物在其中间接换热，从所述的废热锅炉回收蒸汽并将所述蒸汽传送 至一个或多个汽包中；(c)将步骤(b)由此冷却的合成气通过变换转化阶段，该阶段用于将合成气中的 一氧化碳转化为氢气并随后通过洗涤工艺除去合成气中剩余的二氧化碳、一氧化碳和甲 烷，并回收含有氮气和氢气的合成气；(d)将步骤(C)产生的合成气通过氨合成部分，其包括由通过一个或多个氨转换 器中的催化床将合成气催化转化为氨，并回收来自一个或多个催化床含有氨的工艺气体；(e)将所述的含有氨的工艺气体通过一个或多个蒸汽过热器，使来自步骤(b)的 一个或多个汽包中的蒸汽在其中过热，并从所述的一个或多个蒸汽过热器回收过热蒸汽 流；(f)将步骤(e)由此冷却的工艺气体通过一个或多个废热锅炉，工艺气体与水-蒸 汽混合物在其中间接换热，回收来自一个或多个废热锅炉的蒸汽并将所述的蒸汽传送至步 骤(b)的一个或多个汽包中。因此，所有在步骤(b)和(f)的废热锅炉产生的蒸汽在步骤(e)的一个或多个过热器中过热。由此在氨合成部分进行尽可能多的冷却。我们发现通过在氨转换器的下游引入一个或多个过热器，用于冷却含有氨的工艺 气体并使在重整部分的废热锅炉中产生的所有蒸汽过热，这使得向设备的重整部分中另有 要求的废热锅炉和氨合成部分中的废热锅炉特别是过热器提供更加简单而便宜的构造成 为可能。因此，本专利技术具有显著的优势，其不需要加热合成气的蒸汽过热器(加热工艺气体 的过热器)，或者简单地，设备的重整部分中的蒸汽过热器来冷却产生的合成气。过热器的 冷却能力就其本身而言从设备的重整部分移动至氨合成部分。当在重整部分中采用蒸汽过 热器时实际上固有的金属尘化的风险因而被完全消除了。此外，由于在氨合成部分进行了尽可能多的冷却，该方法能够冷却来自蒸汽过热 器中氨转换器的工艺气体，优选以U型管换热器的形式冷却至约380°C以下，借以避免了安 装在下游的废热锅炉的渗氮。如上文所述，约380°C以上的金属温度显著地增加渗氮效应的 趋势。现冷却具有380°C温度以下的工艺气体的氨合成部分的废热锅炉就可以用例如合金 碳钢方便地构建为U型管换热器，从而也消除了与另有要求的奥氏体材料的应力腐蚀有关 的问题。因而可以用更加便宜的材料构建本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种由烃类原料生产氨的方法，包括以下步骤：（ａ）将烃类原料通过重整部分并从所述的重整部分回收合成气；（ｂ）在不采用蒸汽过热器的情况下，将所述的合成气通过一个或多个废热锅炉，且合成气与水－蒸汽混合物在其中间接换热，从所述的废热锅炉回收蒸汽并将所述蒸汽传送至一个或多个汽包中；（ｃ）将步骤（ｂ）由此冷却的合成气通过变换转化阶段，该阶段用于将合成气中的一氧化碳转化为氢气并随后通过洗涤工艺除去合成气中剩余的二氧化碳、一氧化碳和甲烷，并回收含有氮气和氢气的合成气；（ｄ）将步骤（ｃ）产生的合成气通过氨合成部分，该部分包括由通过在一个或多个氨转换器中的催化床将合成气催化转化为氨，并从一个或多个催化床回收含有氨的工艺气体；（ｅ）将所述的含有氨的工艺气体通过一个或多个蒸汽过热器，使来自步骤（ｂ）的一个或多个汽包的蒸汽在其中过热，并从所述的一个或多个蒸汽过热器回收过热蒸汽流；（ｆ）将步骤（ｅ）由此冷却的工艺气体通过一个或多个废热锅炉，所述工艺气体与水－蒸汽混合物在其中间接换热，从所述一个或多个废热锅炉回收蒸汽并将所述的蒸汽传送至步骤（ｂ）的一个或多个汽包中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·O·斯塔尔，
申请(专利权)人：赫多特普索化工设备公司，
类型：发明
国别省市：DK