專利名稱：從合成氣中除去氮、甲烷和氬用低△p凈化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)制氨用合成氣的制備的方法和裝置。本發(fā)明降低洗氮凈化器裝置中的壓力損失。
背景技術(shù)：
由烴和空氣通過氫/氮合成氣體(合成氣)制備氨的方法眾所周知。典型地，外來(lái)合成氣組分包括來(lái)自空氣中的惰性氣體和/或烴進(jìn)料如氬和甲烷。當(dāng)在合成氣制備中使用過量的空氣時(shí)，存在的氮也超過化學(xué)計(jì)量比，從而必須從原始(makeup)合成氣流中除去氮或從氨合成回路中清除氮以保持所需的氨合成反應(yīng)器進(jìn)料的組成。
Grotz的美國(guó)專利US 3,422,613公開了一種使用過量空氣的合成氣制備方法和低溫合成氣凈化方法，其依賴在凈化上游的合成氣的壓降來(lái)冷凍。隨后，在壓縮機(jī)中彌補(bǔ)該壓降，所述壓縮機(jī)將合成氣的壓力升高至氨合成回路的壓力。在合成氣凈化中，由于在上游從組成合成氣中除去了惰性氣體如氬和甲烷，所以該方法還降低了循環(huán)速率或來(lái)自氨反應(yīng)器回路的吹掃氣流的流動(dòng)(flow)。
Mandelik等人的美國(guó)專利US 4,568,530提供了一種在氨合成反應(yīng)器中使用高活性催化劑來(lái)合成氨的方法。通過在循環(huán)至合成回路壓縮機(jī)的合成氣側(cè)流進(jìn)行的氫富集過程來(lái)去除吹掃氣體?？偟难h(huán)流量(flow)約為組成合成氣體積流量的3倍。
Pinto的美國(guó)專利US 4,681,745推薦使用空氣分離來(lái)提供富氧空氣，這樣重整產(chǎn)生了烴的減少(slip)比其它制氨系統(tǒng)中高的合成氣。在回收氨產(chǎn)物后，通過從殘留的合成氣流中清除來(lái)使氨合成中的非反應(yīng)氣體的濃度維持較高。此方法依靠空氣分離而除去了前端氣體重整反應(yīng)器，但表面上看來(lái)在氨合成之后使更小的吹掃氣流的處理成為可能。
Lee等人的美國(guó)專利US 5,180,570描述了一種用于合成甲醇和氨的整體處理系統(tǒng)。氨合成部分使用通過低溫分餾(fractionation)進(jìn)行的氮洗滌來(lái)凈化氨合成氣，同時(shí)由外部提供冷凍且在該過程中不提供膨脹功率的回收。
Gosnell等人，″New Kellogg Brown & Root AmmoniaProcess，″1999年7月，存在于AIChE Ammonia SafetySymposium，1999年9月，描述了一種氨合成方法，該方法在合成中使用與優(yōu)化的、用于產(chǎn)生合成氣體的設(shè)備前端(plant frontend)一體化的低溫合成氣凈化方法與高活性氨催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種凈化合成氣，例如在制氨過程中出現(xiàn)的合成氣的方法。該方法使用低溫蒸餾來(lái)凈化合成氣，并使用液體膨脹機(jī)由廢流體膨脹獲得用于蒸餾的冷凍從而從該廢流體中回收機(jī)械功。此方法降低了合成氣流中的壓力損失，并且同時(shí)，相對(duì)于相似的利用除去氮和惰性氣體的現(xiàn)有技術(shù)氨合成方法，降低了壓縮費(fèi)用和能量。
本發(fā)明的方法特別適用于基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)計(jì)(grassroots plantdesign)，優(yōu)選地，也可以用于改進(jìn)現(xiàn)有合成氣系統(tǒng)從而改善方法性能和經(jīng)濟(jì)狀況。例如，在改進(jìn)中，本發(fā)明的較低壓降可以允許用過量空氣重整和從組成合成氣中除去氮而對(duì)方法進(jìn)行改進(jìn)，而不用對(duì)合成回路和/或組成氣體壓縮機(jī)進(jìn)行昂貴的改進(jìn)或更換。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種凈化合成氣的方法，包括(a)將含過量氮的原始合成氣流引入到蒸餾塔的進(jìn)料區(qū)中； (b)用具有功輸出(work output)的液體膨脹機(jī)(liquid expander)使來(lái)自該蒸餾塔的液態(tài)塔底流出物流膨脹從而形成冷卻的廢流體物流；(c)精餾來(lái)自該蒸餾塔中進(jìn)料區(qū)的蒸氣從而形成氮和惰性氣體含量降低的塔頂蒸氣流；(d)用冷卻的廢流體物流以間接熱交換的方式來(lái)冷卻該塔頂蒸氣流從而形成部分冷凝的塔頂流出物流和相對(duì)熱的廢流體物流；(e)將部分冷凝的塔頂流出物流分成冷凝物流與氮和惰性氣體含量降低的凈化的合成氣蒸氣流；和(f)用該冷凝物流回流蒸餾塔。該方法還可以包括以下步驟在引入到進(jìn)料區(qū)之前，通過穿過Joule-Thompson(J-T)閥的膨脹來(lái)冷卻原始合成氣流。另外，該方法可以包括以下步驟，用熱的廢流體物流和凈化的合成氣蒸氣流以交叉換熱(cross-exchange)的方式來(lái)冷卻原始合成氣流。在此實(shí)施方案中，通過調(diào)整進(jìn)行膨脹的液態(tài)塔底流出物流的流量來(lái)控制蒸餾塔中的液位。
該方法還可以包括通過重整烴來(lái)制備原始合成氣，其中重整包括自熱重整或用過量空氣的二級(jí)重整。并且，通過此方法，可以向用于制氨的氨合成回路提供凈化的合成氣蒸氣流。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種氨合成方法，包括(a)重整烴以形成合成氣從而形成用于氨合成的、含過量氮的原始合成氣流，其中重整包括自熱重整或用過量空氣的二級(jí)重整；(b)在交叉換熱器(cross-exchanger)中冷卻該原始合成氣流；(c)使來(lái)自該交叉換熱器的冷卻的原始合成氣流膨脹；(d)將該膨脹的原始合成氣流引入到蒸餾塔的進(jìn)料區(qū)中；(e)通過液體膨脹機(jī)使來(lái)自蒸餾塔的液態(tài)塔底流出物流膨脹從而形成冷卻的廢流體物流；(f)精餾來(lái)自該蒸餾塔中進(jìn)料區(qū)的蒸氣從而形成氮和惰性氣體含量降低的塔頂蒸氣流；(g)用該冷卻的廢流體物流以間接熱交換的方式來(lái)冷卻該塔頂蒸氣流從而形成部分冷凝的塔頂流出物流和部分變熱的廢流體物流；(h)將部分冷凝的塔頂流出物流分離成冷凝物流與氮和惰性氣體含量降低的凈化的合成氣蒸氣流；(i)用該冷凝物流回流蒸餾塔；(j)加熱交叉換熱器中的凈化的合成氣蒸氣流；(k)加熱交叉換熱器中的部分變熱的廢流體物流；(l)將凈化的合成氣蒸氣流從交叉換熱器供應(yīng)至氨合成回路。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明可以用于改善包括以下步驟的氨合成方法用過量空氣重整烴從而形成原始合成氣流；通過蒸餾從該原始合成氣流中除去氮和惰性氣體，其中由通過膨脹發(fā)生機(jī)形成的過程流體膨脹(process fluid expansion)來(lái)提供冷卻，并且其中通過使來(lái)自蒸餾塔的底部液體膨脹而冷卻的廢流體將塔頂流出物流部分冷凝，并向氨合成回路供應(yīng)經(jīng)蒸餾的、氮和惰性氣體含量降低的合成氣。在此實(shí)施方案中，對(duì)氨合成方法的改進(jìn)包括(a)任選地，使穿過蒸餾塔的Joule-Thompson閥上游的原始合成氣流膨脹；和(b)通過具有功輸出的液體膨脹機(jī)使底部液體膨脹。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于凈化含過量氮的原始合成氣流的凈化裝置，包括用于將原始合成氣流引入蒸餾塔中進(jìn)料區(qū)的裝置；用于使來(lái)自蒸餾塔的液態(tài)塔底流出物流膨脹從而形成冷卻廢流體物流的設(shè)備；用于精餾來(lái)自該蒸餾塔中進(jìn)料區(qū)的蒸氣從而形成氮和惰性氣體含量降低的塔頂蒸氣流的設(shè)備；用于通過用冷卻的廢流體物流以間接熱交換的方式來(lái)冷卻該塔頂蒸氣流從而形成部分冷凝的塔頂流出物流和相對(duì)熱的廢流體物流的設(shè)備；用于將部分冷凝的塔頂流出物流分成冷凝物流與氮和惰性氣體含量降低的凈化的合成氣蒸氣流的設(shè)備；和用于用冷凝物流回流蒸餾塔的設(shè)備。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種氨合成方法裝置，包括(a)用于重整烴從而形成合成氣的設(shè)備，其中該重整設(shè)備包括自熱或二級(jí)重整裝置以及用于向該自熱或二級(jí)重整裝置供應(yīng)過量空氣的設(shè)備，從而形成用于氨合成的、含過量氮的原始合成氣流；(b)用于冷卻該原始合成氣流的交叉換熱器設(shè)備；(c)用于使來(lái)自該交叉換熱器的冷卻的原始合成氣流膨脹的設(shè)備；(d)用于將該膨脹的原始合成氣流引入到蒸餾塔的進(jìn)料區(qū)中的設(shè)備；(e)用于通過液體膨脹機(jī)使來(lái)自蒸餾塔的液態(tài)塔底流出物流膨脹從而形成冷卻的廢流體物流的設(shè)備；(f)用于精餾來(lái)自該蒸餾塔中進(jìn)料區(qū)的蒸氣從而形成氮和惰性氣體含量降低的塔頂蒸氣流的設(shè)備；(g)用于用該冷卻的廢流體物流以間接熱交換的方式來(lái)冷卻該塔頂蒸氣流從而形成部分冷凝的塔頂流出物流和部分變熱的廢流體物流的設(shè)備；(h)用于將部分冷凝的塔頂流出物流分成冷凝物流與氮和惰性氣體含量降低的凈化的合成氣蒸氣流的設(shè)備；(i)用于用該冷凝物流回流蒸餾塔的設(shè)備；(j)用于加熱交叉換熱器中凈化的合成氣蒸氣流的設(shè)備；(k)用于加熱交叉換熱器中部分變熱的廢流體物流的設(shè)備；和(l)用于將凈化的合成氣蒸氣流從交叉換熱器供應(yīng)至氨合成回路的設(shè)備。


圖1是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)合成氣凈化方法的流程示意圖，該方法采用上游合成氣進(jìn)料來(lái)驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)并以功的形式抽出合成氣能量以實(shí)現(xiàn)自冷凍。
圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案方法的流程示意圖，該方法使用富氮廢流體物流的膨脹在該過程中產(chǎn)生自冷凍。
圖3是說(shuō)明本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案方法的流程示意圖，其中可以使合成氣進(jìn)料或液化的廢氣通過液體膨脹機(jī)膨脹來(lái)冷凍。
圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的方塊流程圖，該實(shí)施方案說(shuō)明與氨合成方法中用過量空氣的二級(jí)重整和熱交換重整一體化的低壓降除氮。
圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的方塊流程圖，該實(shí)施方案說(shuō)明與氨合成方法中常規(guī)初級(jí)蒸氣重整和用過量空氣的二級(jí)重整一體化的低壓降除氮。
具體實(shí)施例方式
參考圖1-3，其中相似的流體和元件編號(hào)相似，圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)的合成氣凈化方法PA。合成氣進(jìn)料流10驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)12，以功14的形式抽出合成氣能量而實(shí)現(xiàn)自冷凍。在交叉換熱器16、18中，通過與來(lái)自蒸餾塔20中的冷產(chǎn)物流進(jìn)行間接熱傳遞而冷凍原料流10。在交叉換熱器16、18之間，原始合成氣10在渦輪膨脹機(jī)(turboexpander)12中膨脹，冷卻該原始合成氣10并回收功14。例如，在啟動(dòng)的過程中，可以繞過膨脹機(jī)12或通過使用Joule-Thompson(J-T)閥22來(lái)彌補(bǔ)。來(lái)自交叉換熱器18的部分液化原始合成氣13進(jìn)入蒸餾塔20而被進(jìn)一步冷卻，部分冷凝并精餾，產(chǎn)生氮和惰性氣體含量降低的凈化的合成氣流24和貧氫廢氣流26。如上所述，凈化的合成氣流24和廢氣流26流過交叉換熱器16、18以冷凍原始合成氣進(jìn)料流10。
廢氣流26作為塔底流出物流28從蒸餾塔20排出，迅速經(jīng)過液位控制閥30，并用作與蒸餾塔20一體化的熱交換器32中的冷卻劑。熱交換器32冷卻并部分冷凝來(lái)自塔20的塔頂蒸氣從而獲得合成氣液體以回流塔20。為了提高于較高壓下運(yùn)轉(zhuǎn)的氨合成反應(yīng)器(未示出)中的轉(zhuǎn)化率，壓縮組成合成氣流24。這樣，在凈化方法PA中，由原始合成氣10引起的壓降必須通過消耗額外的壓縮功率而在下游被彌補(bǔ)。
圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的合成氣凈化方法34的一個(gè)實(shí)施方案，該實(shí)施方案使用液體塔底流出物流28的機(jī)械膨脹而在凈化方法34中產(chǎn)生自冷凍的主要部分。在圖1交叉換熱器16、18的位置上使用單個(gè)交叉換熱器36，盡管交叉換熱器36可以包括許多物理階段(physicalstages)。原始合成氣流10通過蒸餾塔20的閥站38上游。閥站38可以包括初級(jí)的、用于在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中控制流量的線尺寸閥(line-size valve)和用于調(diào)整和/或啟動(dòng)自冷凍的J-T二級(jí)閥。然后，原始合成氣流10優(yōu)選以合成氣蒸氣和液體混合物的形式進(jìn)入塔20的入口區(qū)40。在入口區(qū)40中，合成氣液體分離并被收集在液體滯留區(qū)42中。液體作為塔底流出物流28通過下出口44離開塔20。通過液體膨脹機(jī)46使塔底流出物流28膨脹從而使塔底流出物流28自冷凍并回收功48，而功48可用于驅(qū)動(dòng)泵、壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)等。當(dāng)在本文中使用時(shí)，″膨脹機(jī)”是一種功輸出設(shè)備，該設(shè)備接收液態(tài)供應(yīng)物并生成液態(tài)或蒸氣流出物，優(yōu)選蒸氣-液體混合流出物。在該流出物流體是液體的情況下，液體膨脹機(jī)46可以是水力渦輪機(jī)。
旁路J-T閥用于例如在啟動(dòng)時(shí)的氣相流動(dòng)或兩相流動(dòng)。優(yōu)選地，在操作中，塔底流出物流2 8的膨脹是本發(fā)明合成氣凈化方法34中的自冷凍的主要來(lái)源，而穿過閥站38處的旁路J-T閥的膨脹是相對(duì)次要的來(lái)源。然而，該旁路J-T閥可以是啟動(dòng)過程中的重要冷凍來(lái)源。
冷凍的廢流體物流28從液體膨脹機(jī)46進(jìn)入與塔20一體化的間接熱交換區(qū)32的冷卻劑入口52中?；诤铣蓺夥治鰞x56的反饋，液體膨脹機(jī)46的流速控制滯留區(qū)42中的液位，還部分調(diào)整塔20中的狀態(tài)。塔20中的狀態(tài)決定凈化的合成氣流24的組成，即較多的冷凍降低氮含量，而較少的冷凍增加氮含量。冷凍的廢流體物流28通過熱交換區(qū)32，由冷卻劑出口56從塔20排出。在通過熱交換區(qū)32的過程中，塔底流出物流28冷卻并將來(lái)自塔20的塔頂蒸氣部分冷凝。
合成氣蒸氣從入口區(qū)40向上流經(jīng)接觸區(qū)58，與向下流經(jīng)接觸區(qū)58的流體接觸從而吸收氮并增加蒸氣中的氫含量。在接觸區(qū)58的上端，該蒸氣進(jìn)入直蒸氣管(vapor riser)60并流向位于熱交換區(qū)32上端的蒸氣入口區(qū)62。該蒸氣經(jīng)過熱交換區(qū)32的管側(cè)以用廢流體物流28部分冷凝，這進(jìn)一步富集了該蒸氣中的低沸點(diǎn)組分。蒸氣和冷凝物離開熱交換區(qū)32，并在分離(knockout)區(qū)64中被分離。蒸氣作為凈化的合成氣流24離開塔20，通過合成氣出口66排放。冷凝物收集在分離區(qū)64下面的并與接觸區(qū)58連接的液封池68(liquid seal well)中。如上所述，冷凝物從液封池68中溢出而向下流經(jīng)接觸區(qū)58至液體滯留區(qū)42。
圖3描述了合成氣凈化方法70的另一個(gè)實(shí)施方案，其中可以根據(jù)本發(fā)明對(duì)圖1的方法PA進(jìn)行改進(jìn)或更新。增加了一個(gè)底部液體膨脹機(jī)以通過例如作為能48來(lái)回收功從而使塔底流出物流28自冷凍。與圖2中一樣，也安裝旁路J-T閥。得到的改進(jìn)凈化方法70可與圖2中本發(fā)明的實(shí)施方案相比，但如果需要，也可以按原始配置操作。對(duì)于低壓降操作，繞過原始合成氣渦輪膨脹機(jī)12，并將閥22設(shè)置為全開或任選地繞過(未示出)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，吹掃氣體的液態(tài)副產(chǎn)物流即塔底流出物流28的膨脹產(chǎn)生凈化方法所需的自冷凍的主要部分。這避免了在圖1的現(xiàn)有技術(shù)配置中引起的合成氣的主要壓力損失。典型地，在現(xiàn)有技術(shù)方法PA中，從合成氣進(jìn)料流10的引入到凈化的合成氣流24的離開出現(xiàn)約3.1巴的壓降。此壓降大部分發(fā)生在穿過膨脹機(jī)12處，其使原始合成氣壓力降低約1.8-2.0巴。在圖2中所示的本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以通過來(lái)自塔底流出物流28而非來(lái)自原始合成氣進(jìn)料流10的膨脹獲得所需自冷凍的主要部分，從而將從合成氣原料流10的引入到凈化的合成氣流24的離開出現(xiàn)的壓降限制在約0.75-1.3巴。
參考圖4，氨制備方法的實(shí)施方案可以包括在商業(yè)名稱為KRES的已知類型的反應(yīng)器/換熱器(exchemger)104中催化重整含烴100和蒸氣102的進(jìn)料。在二級(jí)重整裝置108中可以實(shí)現(xiàn)使用過量空氣106作為氧化劑額外重整含烴100和蒸氣102的進(jìn)料。該方法還可以包括高和/或低溫轉(zhuǎn)換(shift conversion)和去除二氧化碳110、甲烷化和干燥112、根據(jù)圖2或3描述的合成氣凈化114、壓縮116和氨合成118。例如，為了甲烷化和干燥112，將吹掃氣流120從氨合成118循環(huán)至合成氣凈化114的上游。循環(huán)液流120的質(zhì)量流速比原始合成氣流10的可以相對(duì)較小(見圖2)，例如，為原始合成氣流10的約5-25重量％，優(yōu)選為原始合成氣流10的10-20重量％。廢氣流26可以作為燃料氣體排出。
參考圖5，制氨方法的另一個(gè)實(shí)施方案包括在常規(guī)的初級(jí)重整裝置122中催化重整含烴100和蒸氣102的進(jìn)料，隨后在常規(guī)的二級(jí)催化重整裝置124中用過量空氣106進(jìn)行額外的重整。轉(zhuǎn)換(shiftconversion)和去除二氧化碳110、甲烷化和干燥112、合成氣凈化114、壓縮116、氨合成118和吹掃氣流120循環(huán)參考圖4的描述。廢氣流26可以作為初級(jí)重整裝置122中的燃料燃燒和/或與圖4中一樣作為燃料氣體排出。
圖2的凈化方法可以在改進(jìn)能量消耗和基建費(fèi)用節(jié)約的新型裝置中使用，或可以用于改進(jìn)如圖1的現(xiàn)有凈化方法以減少操作成本和/或增加生產(chǎn)能力。圖2的方法還可以用于改進(jìn)不使用凈化和/或過量空氣的現(xiàn)有裝置。通過將一些重整功能轉(zhuǎn)移給二級(jí)重整裝置并降低初級(jí)重整裝置的工作溫度，用過量空氣對(duì)重整進(jìn)行改進(jìn)可以提高現(xiàn)有裝置的生產(chǎn)能力并提高現(xiàn)有重整裝置中管子和/或其它內(nèi)部構(gòu)件的壽命。增加除氮步驟也可以使重整操作更靈活(例如，更高的甲烷減少量(methane slip))，并且由于通過除氮降低了惰性氣體，從而導(dǎo)致來(lái)自氨合成回路中的吹掃或循環(huán)較少。使用本發(fā)明低ΔP凈化方法所帶來(lái)的氮凈化/過量空氣改進(jìn)可以提高通過降低或消除對(duì)組成合成氣壓縮機(jī)改進(jìn)的程度帶來(lái)的改進(jìn)，對(duì)于較大數(shù)量的現(xiàn)有氨裝置，這可以使改進(jìn)在經(jīng)濟(jì)上合算。
實(shí)施例將圖2中本發(fā)明實(shí)施方案的凈化方法與圖1中現(xiàn)有技術(shù)的凈化方法相比。圖1和2的方法都處理原始合成氣進(jìn)料流10以制備凈化的合成氣流24和廢氣流26，并且入口和出口物流組成在兩種情況下是相同的，如下面的表1所示。
表1-凈化合成氣規(guī)格物流組成，摩爾％氣體組分原始合成氣凈化的合成氣廢氣(26)(10) (24)氫氣65.8 74.76.6氮?dú)?1.4 24.974.2甲烷2.2 0.006 16.7氬氣0.6 0.4 2.5總計(jì)100.0 100.0 100.0圖2的低ΔP方法用2200噸/天的氨加工裝置模擬操作以將其操作溫度、壓力和流速與作為基本情況的、圖1現(xiàn)有技術(shù)方法的相比較。結(jié)果示于下面的表2中。
表2-凈化操作條件基礎(chǔ)2200MTPD氨處理物流，位置 基本情況(圖1) 實(shí)施例(圖2)原始合成氣(10)，交叉換熱器(20)的入口溫度，℃ 4.0 4.0壓力，kPa 3,479.0 3,479.0
質(zhì)量流量，千克/小時(shí) 142,124142,124原始合成氣(10)，塔(20)的入口溫度，℃-172.6 -172.0壓力，kPa 3,240.03,454.0質(zhì)量流量，千克/小時(shí) 142,124142,124合成氣(24)，來(lái)自塔(20)的出口溫度，℃-178.6 -178.2壓力，kPa 3,215.03,429.0質(zhì)量流量，千克/小時(shí) 99,607 99,529合成氣(24)，來(lái)自交叉換熱器(16、20)的出口溫度，℃1.32.1壓力，kPa 3,165.03,404.0質(zhì)量流量，千克/小時(shí) 99,607 99,52 9底部流體(28)，來(lái)自塔(20)的出口溫度，℃-172.8 -172.2壓力，kPa 3,240.03,454.0質(zhì)量流量，千克/小時(shí) 42,517 42,596廢流體(26)，換熱器(32)的入口溫度，℃-186.0 -187.6壓力，kPa 319.0 302.1質(zhì)量流量，千克/小時(shí) 42,517 42,596廢流體(26)，來(lái)自交叉換熱器(16、36)的出口溫度，℃1.32.1壓力，kPa 256.4 253.3質(zhì)量流量，千克/小時(shí) 42,517 42,596表2中的數(shù)據(jù)表明，在與圖1基本情況相比的圖2實(shí)施例中，流量和溫度相似，但在凈化處理入口與出口間合成氣的壓降顯著降低。這通常需要為氨合成回路壓力提供更少的組成氣體壓縮。對(duì)于圖1基本情況和圖2實(shí)施例，還確定了用于組成合成氣壓縮、流體膨脹功率輸出以及凈壓縮和膨脹所需的功率。結(jié)果示于下面的表3中。
表3-功率平衡基礎(chǔ)2200MTPD氨壓縮/膨脹 基本情況(圖1)實(shí)施例(圖2)組成合成氣壓縮，千瓦 8,310.66 7,453.49原始合成氣膨脹，千瓦 -203.39 --廢流體膨脹，千瓦 -- -120.40凈壓縮/膨脹功率，千瓦 8,107.27 7,333.09正如上面給出的數(shù)據(jù)所示，圖2的凈化方法的特征在于合成氣壓降比圖1現(xiàn)有技術(shù)方法的低。雖然在圖2的實(shí)施例中，從廢流體的膨脹中回收的功率少于在圖1基本情況下合成氣進(jìn)料膨脹的功率，但組成壓縮功率的下降更顯著。這樣，不但合成氣壓降降低，而且總的功率需求也更少，這可能節(jié)約新的氨裝置中的投資和生產(chǎn)費(fèi)用。在現(xiàn)有的無(wú)凈化器的氨裝置的改進(jìn)中，圖2實(shí)施例中下降的壓降可以使生產(chǎn)能力增加和/或?qū)M成合成氣壓縮機(jī)的改進(jìn)較小或不對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。
以上參考只是為了進(jìn)行說(shuō)明而提供的非限制實(shí)施例描述了本發(fā)明。各種改進(jìn)和變化對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見，即所有這些變化和改進(jìn)都在附加的權(quán)利要求書的范圍和精神內(nèi)，并應(yīng)該包括在本發(fā)明內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種凈化合成氣的方法，包括將含過量氮的原始合成氣流引入到蒸餾塔的進(jìn)料區(qū)中；用具有功輸出的液體膨脹機(jī)使來(lái)自該蒸餾塔的液態(tài)塔底流出物流膨脹從而形成冷卻的廢流體物流；精餾來(lái)自該蒸餾塔中進(jìn)料區(qū)的蒸氣從而形成氮和惰性氣體含量降低的塔頂蒸氣流；用冷卻的廢流體物流以間接熱交換的方式來(lái)冷卻該塔頂蒸氣流從而形成部分冷凝的塔頂流出物流和相對(duì)熱的廢流體物流；將部分冷凝的塔頂流出物流分成冷凝物流與氮和惰性氣體含量降低的凈化的合成氣蒸氣流；和用該冷凝物流回流蒸餾塔。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括在引入到進(jìn)料區(qū)之前，使穿過Joule-Thompson閥的原始合成氣流冷卻并膨脹。
3.權(quán)利要求2的方法，其中該原始合成氣流的冷卻包括與熱的廢流體物流和凈化的合成氣蒸氣流交叉換熱。
4.權(quán)利要求1的方法，其中通過調(diào)整液態(tài)塔底流出物流膨脹的流量來(lái)控制蒸餾塔中的液位。
5.權(quán)利要求1的方法，其中來(lái)自液體膨脹機(jī)的廢流體包括混合的蒸氣和液體。
6.權(quán)利要求5的方法，其中來(lái)自冷卻塔頂蒸氣的熱廢流體由氣相組成。
7.權(quán)利要求1的方法，其中該液體膨脹機(jī)包括水力渦輪機(jī)。
8.權(quán)利要求1的方法，還包括通過重整烴來(lái)制備原始合成氣，其中所述重整包括自熱重整或用過量空氣的二級(jí)重整。
9.權(quán)利要求1的方法，還包括向氨合成回路供應(yīng)凈化的合成氣蒸氣流以形成氨。
10.一種氨合成方法，包括重整烴以形成合成氣，從而形成用于氨合成的、含過量氮的原始合成氣流，其中所述重整包括自熱重整或用過量空氣的二級(jí)重整；在交叉換熱器(cross-exchanger)中冷卻該原始合成氣流；使來(lái)自該交叉換熱器的冷卻的原始合成氣流膨脹；將該膨脹的原始合成氣流引入到蒸餾塔的進(jìn)料區(qū)中；通過液體膨脹機(jī)使來(lái)自蒸餾塔的液態(tài)塔底流出物流膨脹從而形成冷卻的廢流體物流；精餾來(lái)自該蒸餾塔中進(jìn)料區(qū)的蒸氣從而形成氮和惰性氣體含量降低的塔頂蒸氣流；用該冷卻的廢流體物流以間接熱交換的方式來(lái)冷卻該塔頂蒸氣流從而形成部分冷凝的塔頂流出物流和部分變熱的廢流體物流；將部分冷凝的塔頂流出物流分成冷凝物流與氮和惰性氣體含量降低的凈化合成氣蒸氣流；用該冷凝物流回流蒸餾塔；加熱交叉換熱器中的凈化的合成氣蒸氣流；加熱交叉換熱器中的部分變熱的廢流體物流；將凈化的合成氣蒸氣流從交叉換熱器供應(yīng)至氨合成回路。
11.權(quán)利要求10的方法，其中來(lái)自液體膨脹機(jī)的廢流體包括混合的蒸氣和液體。
12.權(quán)利要求11的方法，其中來(lái)自冷卻塔頂蒸氣的熱廢流體由氣相組成。
13.權(quán)利要求10的方法，其中該液體膨脹機(jī)包括水力渦輪機(jī)。
14.一種改進(jìn)，在包括用過量空氣重整烴以形成原始合成氣流步驟的氨合成方法中，通過蒸餾從原始合成氣流中除去氮?dú)夂投栊詺怏w，其中由通過膨脹發(fā)生機(jī)的過程流體膨脹來(lái)提供冷卻，并且其中塔頂流出物流用通過膨脹來(lái)自蒸餾塔的底部液體而冷卻的廢流體物流來(lái)部分冷凝，并將氮和惰性氣體含量降低的合成氣從蒸餾塔供應(yīng)至氨合成回路，改進(jìn)之處在于使底部液體通過具有功輸出的液體膨脹機(jī)而膨脹。
15.權(quán)利要求14的改進(jìn)，其中來(lái)自液體膨脹機(jī)的廢流體包括混合的蒸氣和液體。
16.權(quán)利要求14的改進(jìn)，其中該液體膨脹機(jī)包括水力渦輪機(jī)。
17.權(quán)利要求14的改進(jìn)，還包括使原始合成氣穿過蒸餾塔的Joule-Thompson閥上游而膨脹。
18.一種用于凈化含過量氮的原始合成氣流的裝置，包括用于將原始合成氣流引入蒸餾塔中進(jìn)料區(qū)的設(shè)備；用于使來(lái)自蒸餾塔的液態(tài)塔底流出物流通過液體膨脹機(jī)膨脹從而形成冷卻廢流體物流的設(shè)備；用于精餾來(lái)自該蒸餾塔中進(jìn)料區(qū)的蒸氣從而形成氮和惰性氣體含量降低的塔頂蒸氣流的設(shè)備；用于通過用冷卻的廢流體物流以間接熱交換的方式來(lái)冷卻該塔頂蒸氣流從而形成部分冷凝的塔頂流出物流和相對(duì)熱的廢流體物流的設(shè)備；用于將部分冷凝的塔頂流出物流分成冷凝物流與氮和惰性氣體含量降低的凈化的合成氣蒸氣流的設(shè)備；和用于用冷凝物流回流蒸餾塔的設(shè)備。
19.一種氨加工裝置，包括用于重整烴而形成合成氣的設(shè)備，其中該重整設(shè)備包括自熱或二級(jí)重整裝置以及用于向該自熱或二級(jí)重整裝置供應(yīng)過量空氣的設(shè)備，從而形成用于氨合成的、含過量氮的原始合成氣流；用于冷卻該原始合成氣流的交叉換熱器設(shè)備；用于使來(lái)自該交叉換熱器的冷卻的原始合成氣流膨脹的設(shè)備；用于將該膨脹的原始合成氣流引入到蒸餾塔的進(jìn)料區(qū)中的設(shè)備；用于通過液體膨脹機(jī)使來(lái)自蒸餾塔的液態(tài)塔底流出物流膨脹從而形成冷卻的廢流體物流的設(shè)備；用于精餾來(lái)自該蒸餾塔中進(jìn)料區(qū)的蒸氣從而形成氮和惰性氣體含量降低的塔頂蒸氣流的設(shè)備；用于用該冷卻的廢流體物流以間接熱交換的方式來(lái)冷卻該塔頂蒸氣流從而形成部分冷凝的塔頂流出物流和部分變熱的廢流體物流的設(shè)備；用于將部分冷凝的塔頂流出物流分成冷凝物流與氮和惰性氣體含量降低的凈化的合成氣蒸氣流的設(shè)備；用于用該冷凝物流回流蒸餾塔的設(shè)備；用于加熱交叉換熱器中凈化的合成氣蒸氣流的設(shè)備；用于加熱交叉換熱器中部分變熱的廢流體物流的設(shè)備；用于將凈化的合成氣蒸氣流從交叉換熱器供應(yīng)至氨合成回路的設(shè)備。
全文摘要
公開了一種由合成氣制備氨的方法，該方法用過量空氣進(jìn)行重整，并且除氮時(shí)壓力損失小。通過來(lái)自蒸餾塔的貧氫液流的膨脹提供使合成氣冷卻的自冷凍以低溫富氫。
文檔編號(hào)C01B3/50GK1597496SQ200410071229
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月17日
發(fā)明者A·馬爾霍特拉, T·阿梅, B·R·韋爾特 申請(qǐng)人:凱洛格·布朗及魯特有限公司