專利名稱：用于合成氣制造的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在其最全面的方面中涉及用于制造氨的合成氣制造的方法，其中將天然氣例如甲烷的連續(xù)流用水蒸氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化步驟(一段轉(zhuǎn)化)，然后用過(guò)量空氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化的步驟(二段轉(zhuǎn)化)，然后進(jìn)行凈化步驟，包括將在所述二段轉(zhuǎn)化步驟制造的氣流的低溫精餾。
特別地，本發(fā)明涉及上述類型的方法的低溫精餾步驟，以在預(yù)定的壓力下獲得純合成氣。
背景技術(shù)：
為了獲得用于氨生產(chǎn)的合成氣(H2+N2)，天然氣，特別是甲烷(CH4)的連續(xù)流首先用水蒸氣，然后用過(guò)量空氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理(分別稱為一段轉(zhuǎn)化和二段轉(zhuǎn)化，這是公知的。
這樣獲得的并主要包括氫、氮、一氧化碳和二氧化碳、氬和水的氣體產(chǎn)物通過(guò)低溫精餾來(lái)凈化，這將在下述的說(shuō)明中變得清晰。
在二段轉(zhuǎn)化步驟中，為了促進(jìn)從一段轉(zhuǎn)化來(lái)的氣體產(chǎn)物的燃燒，供給相對(duì)確定氫和氮之間所需的3/1摩爾比率所必須的量過(guò)量的空氣。
通常，在二段轉(zhuǎn)化中使用的上面所述過(guò)量空氣是為了確定氫和氮之間的摩爾比率為2.5-2/1，因此，氣流包括等于相對(duì)氨合成中所需的氮量的摩爾數(shù)的40％-50％的氮余量。
然后通常將過(guò)量的氮在上面所述的低溫凈化步驟中取走。
為了達(dá)到允許低溫凈化的溫度值，所述的溫度值通常為約120℃的值，通過(guò)簡(jiǎn)單的熱交換不足以冷卻來(lái)自二段轉(zhuǎn)化的氣流，但是冷卻相當(dāng)急劇的增加是必須的，并且這通常是通過(guò)所述氣流的適當(dāng)膨脹來(lái)獲得的。
盡管從不同的視點(diǎn)來(lái)看是有利的，此類型的方法也不是沒(méi)有缺點(diǎn)，主要的缺點(diǎn)在于來(lái)自二段轉(zhuǎn)化的氣流的上面所述的膨脹步驟。
事實(shí)上，對(duì)于后續(xù)的氨合成，合成氣必須在預(yù)定的和非常精確的高壓下，原因在于膨脹中損耗的壓力隨后必須在壓縮步驟中恢復(fù)。
這樣的壓力的必要恢復(fù)指的是由特別低壓值(通常通過(guò)上面所述膨脹所確定為約20巴)的氣態(tài)流體的壓縮，以及這負(fù)面地影響了整個(gè)方法的成本效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的問(wèn)題在于，提供一種上述考慮類型的方法，以獲得適于用于氨制造中的合成氣，即在在預(yù)定的壓力下的合成氣，其中氫和氮摩爾比為3/1，并且其中可以完全進(jìn)行來(lái)自二段轉(zhuǎn)化的氣流的低溫凈化，從而克服參照現(xiàn)有技術(shù)所提及的缺點(diǎn)。
此問(wèn)題通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的用于合成氣制造的方法來(lái)解決，其中將天然氣如甲烷的連續(xù)流用水蒸氣進(jìn)行一段轉(zhuǎn)化步驟，以及用過(guò)量空氣進(jìn)行后續(xù)二段轉(zhuǎn)化步驟，從而獲得包括氫、氮、碳氧化物、氬、水和類似雜質(zhì)的氣體流，以及其中將所述氣體流進(jìn)行凈化步驟，包括在分離器單元中的低溫精餾，從而獲得包括摩爾比為3/1的氫和氮的合成氣的連續(xù)流，以及進(jìn)行后續(xù)壓縮步驟直到用于氨合成所需的壓力值，其中，該方法包括另外的步驟-連續(xù)地分離這樣獲得的所述合成氣的一部分，并膨脹所述的部分，從而獲得冷卻部分；-將所述冷卻部分以與將要凈化的所述氣流成換熱關(guān)系地放置。
優(yōu)選地，將合成氣的所述部分在合成氣流的壓縮步驟之后分離。
有利地，上面所述的換熱在上面所述的分離器單元之內(nèi)發(fā)生。
還有利地，合成氣的所述部分的分離量為合成氣流的流量的10％和25％之間，優(yōu)選分離量等于流量的20％。
根據(jù)本發(fā)明的方法的特征和優(yōu)點(diǎn)將從其實(shí)施方案的詳細(xì)描述變得清楚，所述的詳細(xì)描述是在下面參照用于指示而非限定的目的的附圖而進(jìn)行的。


在這樣的附圖中
-圖1顯示了按照本發(fā)明根據(jù)第一實(shí)施方案用于獲得合成氣的方法的示意圖；-圖2顯示了按照本發(fā)明根據(jù)另一實(shí)施方案用于獲得合成氣的方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案，所述的方法用于獲得在預(yù)定的高壓力值(通常在25-30巴之間)下的合成氣GS，所述的包括特別適于在氨(NH3)制造中的3/1摩爾比的氫(H2)和氮(N2)的量。
在固定的操作條件中，將甲烷(CH4)的氣流與水蒸氣一起連續(xù)地送到第一常規(guī)轉(zhuǎn)化步驟，或者一段轉(zhuǎn)化RP，然后與過(guò)量空氣一起送到第二常規(guī)轉(zhuǎn)化步驟，或者二段轉(zhuǎn)化RS。
然后，將來(lái)自二段轉(zhuǎn)化RS的輸出中的包括氫、氮、雜質(zhì)和惰性氣體如碳氧化物、水、氬的氣流GF在分離器單元S中進(jìn)行凈化步驟，所述的凈化步驟包括低溫精餾，從其獲得如下輸出作為初餾物，包括3/1摩爾比的氫和氮的合成氣GS；以及作為尾餾物，分別包括上面所述的雜質(zhì)和惰性氣體的流I。
有利地包括分餾塔的分離器單元S可以備選地由適于獲得包括低溫精餾物的凈化物的以下組成包括冷卻塔和回流冷凝器的組件，或者公知為Braun Purifier TM的凈化器，或者類似的公知裝置。
在上面所述的分離器裝置S的輸出中，將合成氣GS送至在各壓縮機(jī)C中的壓縮步驟，由此得到壓縮到壓力值接近氨合成壓力的合成氣。
根據(jù)本發(fā)明，將上面所述合成氣GS的部分GR從壓縮流分離，然后送至膨脹器E中的膨脹步驟，在所述膨脹器中，將其膨脹，直到壓力值基本上等于壓縮機(jī)C的入口(吸入)壓力，即大約25-30巴，在這樣的膨脹步驟之后，獲得合成氣的冷卻部分。
如此，將合成氣這樣的冷卻部分GR送到換熱步驟(在圖1的實(shí)例中是與將要凈化的氣流GF間接地)。這樣的換熱對(duì)氣流GF提供獲得低溫凈化所必須的冷卻。
優(yōu)選地，這樣的換熱步驟在上面所述的分離器單元S中發(fā)生，其中冷卻部分GR在膨脹步驟之后被輸送。
優(yōu)選地，合成氣的上面所述部分GR的分離量為合成氣GS流的流量的10％和25％之間，更優(yōu)選地，所述分離量等于流量的20％。
這樣的分離部分，在上面所述換熱之后，與來(lái)自分離器單元S的輸出中的合成氣GS結(jié)合，并與其一起送到壓縮步驟。
根據(jù)圖1的實(shí)例的一個(gè)備選實(shí)施方案(未表現(xiàn))，合成氣的冷卻部分GR和將要凈化的氣流GF之間的換熱步驟可以是直接型，即，其中冷氣GR與將要凈化的氣流GF混合。
參照?qǐng)D2，示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明用于獲得合成氣的方法的第二實(shí)施方案。在此圖中，操作上類似于所述方法(圖1)的第一實(shí)施方案那些的要素用相同的參考數(shù)字指示，并且為了簡(jiǎn)潔，不再重復(fù)其詳細(xì)描述。
根據(jù)所述方法的此另一實(shí)施方案，中來(lái)自分離器單元S的輸出中，將上面所述合成氣GS的部分GR在壓縮機(jī)C中的壓縮步驟的上游分離。然后，將所述部分GR送至在膨脹器E’中的膨脹步驟，在所述膨脹器E’中，將其從約25-30巴的壓力膨脹，直到例如10和15巴之間的值，在這樣的膨脹之后，獲得合成氣的冷卻部分GR。
與圖1的實(shí)例相似的方式，然后，將這樣冷卻的合成氣的所述部分GR送到換熱步驟(與將要凈化的氣流GF間接地)，優(yōu)選地在上面所述的分離器單元S中。這樣的換熱對(duì)氣流GF提供了獲得低溫凈化物所必須的冷卻。
在上面所述的換熱之后，將分離的部分GR送至在各壓縮機(jī)C’中的壓縮步驟，在所述壓縮機(jī)C’中，將其壓縮至與來(lái)自二段轉(zhuǎn)化RS的輸出中的氣流GF的壓力基本上相同的壓力值(例如25-30巴)。然后，將合成氣的壓縮部分GR與所述氣流GF結(jié)合，并與其一起，將其送至分離器單元S中的凈化步驟。
根據(jù)本發(fā)明的所述方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于在將氣流保持在高壓力值下的同時(shí)，能夠?qū)⒁M(jìn)行凈化的氣流GF冷卻到從而允許有效低溫凈化的溫度值的可能性。
因此，用來(lái)區(qū)得對(duì)應(yīng)于氨制造壓力的壓力值下的合成氣的后續(xù)壓縮步驟應(yīng)當(dāng)更加便宜，所述的壓縮步驟必須將合成氣從初始高壓值進(jìn)行壓縮。
這成為可能歸功于這樣的事實(shí)為了獲得將要凈化的氣流GF的冷卻，不需要進(jìn)行其整體膨脹，而凈化的合成氣GS的分離部分GR的膨脹以及其與將要凈化的氣流GF的熱交換。
有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法允許將空氣流供給到二段轉(zhuǎn)化RS，從而在將要凈化的氣流GF中確定低于在現(xiàn)有技術(shù)中所描述的過(guò)量的氮，同時(shí)允許有效的低溫凈化。
特別地，這樣的過(guò)量相對(duì)上面所述的氫和氮之間的摩爾比在10摩爾％和25摩爾％之間，優(yōu)選等于15摩爾％。
還有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法適于用在工業(yè)裝置改造的情況下，換言之，在用于合成氣生產(chǎn)并包括低溫凈化的現(xiàn)有裝置的容量的增加的情況下。
在改造的情況下，在裝置的初始操作(其已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行了說(shuō)明)中根據(jù)本發(fā)明的方法的作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)裝置進(jìn)行有限改變而增加容量的優(yōu)點(diǎn)。
考慮到裝置中的容量的增加，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，如果根據(jù)公知的方法來(lái)進(jìn)行操作，就必須介入到在對(duì)應(yīng)的膨脹器或者渦輪機(jī)上的膨脹步驟中，從而將其與必須膨脹具有更大流量的氣流的更大容量的設(shè)備進(jìn)行替換。
實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法，膨脹器不必用更大容量的膨脹器進(jìn)行替換，相反，用基本較小的容量的膨脹器替換，因此成本更為有效，因?yàn)槠溆糜趯?duì)凈化的合成氣的部分GR進(jìn)行膨脹。
此外，考慮到必須將供給到二段轉(zhuǎn)化的氣流壓縮到約35巴的壓力值，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，盡管容量增加，用較低量的空氣操作，節(jié)省了壓縮功，顯然所述壓縮功與將要壓縮的空氣流的流量成比例。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)可以清楚看到如果認(rèn)為在低溫凈化步驟中所需的能量消耗相對(duì)容量的增加基本不變，因?yàn)檫@樣的增加通過(guò)必須由將要凈化的氣流中取走的少量的氮所補(bǔ)償。
當(dāng)然，為了滿足可能發(fā)生和特定的要求，普通技術(shù)人員可以對(duì)上述的發(fā)明進(jìn)行多種修改，所有的修改被本發(fā)明后附權(quán)利要求所限定的范圍所覆蓋。
權(quán)利要求
1.用于獲得與氨合成壓力相對(duì)應(yīng)的預(yù)定高壓的合成氣(GS)的方法，其中氫和氮的摩爾比是3/1，該方法包括以下步驟將天然氣的連續(xù)流與水蒸氣一起供給到一段轉(zhuǎn)化步驟(RP)，并與過(guò)量空氣一起供給到后續(xù)的二段轉(zhuǎn)化步驟(RS)，從而獲得氣流(GF)，所述氣流(GF)包括氫、相對(duì)所述摩爾比過(guò)量的氮、不需要的物質(zhì)如雜質(zhì)和惰性氣體，并且其中將所述氣流在分離器單元(S)中進(jìn)行凈化步驟，包括低溫精餾，從而獲得包括摩爾比為3/1的氫和氮的合成氣(GS)連續(xù)流，并進(jìn)行后續(xù)壓縮步驟，直到氨合成所需的壓力值，其中，該方法包括另外的步驟-連續(xù)地分離這樣獲得的所述合成氣的一部分(GR)，并膨脹所述的部分，從而獲得冷卻部分；-將所述冷卻部分(GR)以與將要凈化的所述氣流(GF)成換熱關(guān)系地放置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將合成氣的所述部分(GR)在合成氣(GS)流的壓縮步驟之后分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將合成氣的所述部分(GR)在合成氣(GS)流的所述壓縮步驟的上游分離，以及其中一旦已經(jīng)用將要凈化的所述氣流(GF)進(jìn)行了所述換熱，將所述冷卻部分(GR)進(jìn)行壓縮步驟(C’)至與將要凈化的所述氣流(GF)的壓力基本上相同的壓力值，并進(jìn)行后續(xù)步驟，其中將所述壓縮部分(GR)與所述將要凈化的氣流(GF)結(jié)合，并與其一起，將其送至在所述分離器單元(S)中的所述凈化步驟。
4.根據(jù)上面所述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其中，所述換熱在所述分離器單元(S)之內(nèi)發(fā)生。
5.根據(jù)上面所述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其中，合成氣的所述部分(GR)的分離量為合成氣(GS)流流量的10％和20％之間，優(yōu)選分離量等于流量的15％。
6.根據(jù)上面所述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其中，所述將要凈化的氣流(GF)含有相對(duì)所述摩爾比過(guò)量10摩爾％至25摩爾％的氮，優(yōu)選過(guò)量等于15摩爾％。
7.根據(jù)上面所述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其中，在用于合成氣生產(chǎn)的現(xiàn)有裝置改造之后使用所述方法，在所述裝置中，實(shí)施相應(yīng)的方法，該方法包括含有相對(duì)于所述摩爾比過(guò)量的氮的氣流的凈化步驟，包括低溫精餾。
全文摘要
一種用于獲得與氨合成壓力相對(duì)應(yīng)的預(yù)定高壓的合成氣(GS)的方法，其中氫和氮的摩爾比是3/1，該方法包括以下步驟將天然氣的連續(xù)流與水蒸氣一起供給到一段轉(zhuǎn)化步驟(RP)，并與過(guò)量空氣一起供給到后續(xù)的二段轉(zhuǎn)化步驟(RS)，從而獲得氣流(GF)，所述氣流(GF)包括氫、相對(duì)所述摩爾比過(guò)量的氮、不需要的物質(zhì)如雜質(zhì)和惰性氣體，并將所述氣流在分離器單元(S)中進(jìn)行凈化步驟，包括低溫精餾，獲得包括摩爾比為3/1的氫和氮的合成氣(GS)連續(xù)流，并進(jìn)行后續(xù)壓縮步驟，直到氨合成所需的壓力值。
文檔編號(hào)C01B3/36GK1827523SQ200610051598
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2006年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月6日
發(fā)明者埃爾曼諾·菲利普, 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