專利名稱：冷壁水平氨轉(zhuǎn)化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方案通常涉及放熱合成的方法。更具體的，本發(fā)明的實(shí)施方案涉及 使用一種或多種催化劑床來合成氨和其他化學(xué)品的方法。相關(guān)領(lǐng)域描述常規(guī)的放熱化學(xué)合成反應(yīng)器特征在于具有放熱反應(yīng)室，該反應(yīng)室具有包含在催化 劑容納籃或者“籃子”(其位于外壓力殼中)中的催化劑床。該催化劑床包含在籃子中，以 使得外壓力殼不直接曝露于放熱合成反應(yīng)固有的高溫。該外壓力殼典型的是如下來冷卻 的使反應(yīng)器原料氣流過在所述籃子外面和外壓力殼內(nèi)面之間所形成的環(huán)形空間。在原料 氣送入到催化劑床之前，從發(fā)生在籃子內(nèi)的放熱反應(yīng)傳遞到原料氣的熱量將該原料氣預(yù)熱 到所需的反應(yīng)溫度。該預(yù)熱的原料氣然后直接送到催化劑床中或者經(jīng)由內(nèi)熱交換器送到催 化劑床，這里至少一部分的該流體被轉(zhuǎn)化成副產(chǎn)物例如氨或者其他已知的化學(xué)化合物。通過在籃子和外壓力殼之間的環(huán)形空間中的放熱合成所產(chǎn)生的熱和壓力是顯著。 該籃子的設(shè)計(jì)必須通過提高籃子的壁厚和選擇籃子耐受放熱方法過程中所產(chǎn)生的熱所必 需的其他冶金參數(shù)，來考慮在催化劑床中反應(yīng)的物理事實(shí)。該外壓力殼的設(shè)計(jì)還必須考慮 這些物理事實(shí)，這是因?yàn)樵谝氲交@子中之前，外殼被曝露于原料氣預(yù)熱過程中顯著的熱 和壓力等。該冶金要求會(huì)導(dǎo)致在放熱反應(yīng)室設(shè)計(jì)和建造中大的成本。因此這里需要提供一 種新的系統(tǒng)和方法，其能夠降低放熱反應(yīng)室的冶金需求，包括在氨或者其他已知的化學(xué)品 生產(chǎn)中所用的這些反應(yīng)室。


因此在其中能夠更詳細(xì)的理解本發(fā)明上述特征的方式，本發(fā)明更具體的說明，上 述的簡要總結(jié)可以參考實(shí)施方案來進(jìn)行，該實(shí)施方案中的一些表示在附圖中。但是，應(yīng)當(dāng)注 意的是該附圖僅僅表示了本發(fā)明典型的實(shí)施方案，因此不認(rèn)為是對它范圍的限制，因?yàn)楸?發(fā)明可以用于其他同等有效的實(shí)施方案。圖1表示了根據(jù)一種或多種實(shí)施方案的一種生產(chǎn)氨和/或其他化學(xué)品的示例性的 冷壁合成反應(yīng)器的示意圖。圖2表示了根據(jù)一種或多種實(shí)施方案的一種使用冷壁合成反應(yīng)器生產(chǎn)氨的示例 性系統(tǒng)的示意圖。圖3表示了根據(jù)一種或多種實(shí)施方案的一種使用一種或多種主合成反應(yīng)器和一 種或多種第二合成反應(yīng)器生產(chǎn)氨的示例性系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將提供詳細(xì)的說明。每個(gè)從屬權(quán)利要求定義了單獨(dú)的本發(fā)明，從侵權(quán)保護(hù)的 目的，其被認(rèn)為包括了該權(quán)利要求中所述的不同元件或者限制的等價(jià)物。根據(jù)上下文，全部 下面提到的“本發(fā)明”在某些情況中可以僅僅指的是某些具體的實(shí)施方案。在其他情況中 提到“本發(fā)明”被認(rèn)為是在一種或多種，但不必是全部的權(quán)利要求中所述的主題?，F(xiàn)在在下面將更詳細(xì)的描述每個(gè)本發(fā)明，包括具體的實(shí)施方案，版本和實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于這 些實(shí)施方案，版本或者實(shí)施例，其被包括來使得當(dāng)本專利的信息與可利用的信息和工藝相 結(jié)合時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和利用本發(fā)明。提供了用于合成一種或多種化學(xué)品，包括氨的系統(tǒng)和方法。在至少一種具體的實(shí) 施方案中，氮?dú)夂蜌錃饪梢怨┙o到布置在內(nèi)殼中的反應(yīng)區(qū)中。該內(nèi)殼可以布置在外殼中，以 使得在其之間形成空間。該反應(yīng)區(qū)可以包括與所述空間間接熱交換的至少一種催化劑床。 氮?dú)夂蜌錃饪梢栽谥辽僖环N催化劑存在下在反應(yīng)區(qū)中反應(yīng)，來形成含有氨的流出物。該流 出物可以從內(nèi)殼中回收，并且冷卻來提供冷卻的流出物流。冷卻流體可以提供到外殼，來使 得該冷卻流體流過所述空間的至少一部分，并且與內(nèi)殼的外部流體連通。至少一部分的該 冷卻的流出物可以提供至少一部分的冷卻流體。該冷卻流體然后可以從外殼中作為氨產(chǎn)物 進(jìn)行回收。在至少一種其他具體的實(shí)施方案中，提供了一種合成反應(yīng)器。該反應(yīng)器可以包括 布置在外殼中的內(nèi)殼。第一空間可以在內(nèi)殼中形成。該第一空間可以被稱作反應(yīng)區(qū)。第二 空間可以在內(nèi)殼和外殼之間形成。在一種或多種實(shí)施方案中，至少一部分的第二空間可以 是環(huán)形空間。內(nèi)殼和外殼可以是任何的形狀或者尺寸。該合成反應(yīng)器可以包括一種或多種 布置在第一空間中的催化劑床。在一種或多種實(shí)施方案中，一種或多種催化劑可以布置在 該一種或多種催化劑床中。該催化劑床中的催化劑可以改性來合成一種或多種化學(xué)品，例 如氨。在運(yùn)行中，該合成反應(yīng)器可以是設(shè)備或者裝置中的主合成單元和/或第二合成單 元。在一種或多種實(shí)施方案中，供料流可以引入到該反應(yīng)區(qū)中，并且可以在催化劑和供料流 之間發(fā)生放熱反應(yīng)。在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體可以流過該第二空間，來冷卻所述 內(nèi)殼和外殼。在一種或多種實(shí)施方案中，可以對外殼進(jìn)行冷卻，以使得外殼溫度可以保持在 比內(nèi)殼溫度低的溫度。該合成反應(yīng)器可以被稱作冷壁合成反應(yīng)器。圖1表示了根據(jù)一種或多種實(shí)施方案的一種生產(chǎn)氨和/或其他化學(xué)品的示例性的 冷壁合成反應(yīng)器的示意圖。在一種或多種實(shí)施方案中，反應(yīng)器10可以包括布置在外殼12 中的內(nèi)殼20。反應(yīng)區(qū)M可以在內(nèi)殼20中形成?？臻g14可以在內(nèi)殼20和外殼12之間形 成。一種或多種催化劑床25可以布置在內(nèi)殼20中。反應(yīng)器10可以包括一種或多種管15， 一種或多種內(nèi)殼入口 30，和一種或多種內(nèi)殼出口 35。該一種或多種管15，一種或多種內(nèi)殼 入口 30和一種或多種內(nèi)殼出口 35可以與反應(yīng)區(qū)M流體連通。外殼12可以包括一種或多 種外殼入口 40和一種或多種外殼出口 45。該一種或多種外殼入口 40和該一種或多種外殼 出口 45可以與空間14流體連通。在一種或多種實(shí)施方案中，內(nèi)殼20和管15可以在外殼 12中形成第一正壓室(plenum)。外殼12可以形成包圍著內(nèi)殼20的第二正壓室。在一種 或多種實(shí)施方案中，外殼12、一種或多種外殼入口 40和一種或多種外殼出口 45可以形成包 圍著內(nèi)殼20的第二正壓室。在一種或多種實(shí)施方案中，內(nèi)殼20可以具有任何形狀的橫截面，包括圓形橫截 面。在一種或多種實(shí)施方案中，內(nèi)殼20可以包括布置在內(nèi)殼20內(nèi)和/或外的翅片(未示 出)。該翅片可以提高從反應(yīng)區(qū)M和/或內(nèi)殼20到空間14的熱傳遞。在一種或多種實(shí)施方案中，內(nèi)殼20和一種或多種催化劑床25可以通過一種或多 種管15來支撐在外殼12中。內(nèi)殼20可以由連接到內(nèi)殼20和外殼12上的第二結(jié)構(gòu)(未示出)來支撐。內(nèi)殼20可以通過任何已知的結(jié)構(gòu)支撐件來支撐在外殼12內(nèi)部。在一種或 多種實(shí)施方案中，內(nèi)殼20可以可取出的布置在外殼12內(nèi)部。催化劑床25可以通過任何已 知的結(jié)構(gòu)支撐件來支撐在內(nèi)殼20內(nèi)部。在一種或多種實(shí)施方案中，一種或多種隔板(未示 出)可以隔開兩個(gè)或者多個(gè)催化劑床25。在一種或多種實(shí)施方案中，一種或多種催化劑床25可以包含能夠與氫氣和氮?dú)?反應(yīng)來產(chǎn)生氨的催化劑。包含在一種或多種催化劑床25中的催化劑可以是一種或多種鉬 族金屬，碳基催化劑，磁鐵礦和/或其組合。在一種或多種實(shí)施方案中，外殼12可以具有任何形狀的橫截面，包括圓形橫截 面。在一種或多種實(shí)施方案中，外殼12可以包括布置在外殼12內(nèi)和/或外的翅片(未示 出)。該翅片可以提高從外殼12到空間14的熱傳遞。雖然未示出，但是一種或多種內(nèi)殼20可以布置在外殼12內(nèi)部。一種或多種內(nèi)殼 20可以彼此流體連通，并且可以彼此串聯(lián)和/或平行配置。在一種或多種實(shí)施方案中，一種 或多種內(nèi)殼20可以具有一種或多種催化劑床25，該床布置在每個(gè)內(nèi)殼20中來限定出一種 或多種反應(yīng)區(qū)對。在一種或多種實(shí)施方案中，內(nèi)殼20中全部的部件可以使用下面的材料來制成 不銹鋼，因科鎳鉻合金(或稱因科洛伊合金(incoloy))，因科鎳合金(或稱因科耐爾合金 (inconel))，鈦，其他高合金金屬和/或其組合。在一種或多種實(shí)施方案中，外殼12可以使 用下面的材料制成碳鋼，其他低合金金屬和/或其組合。低合金金屬會(huì)比高金屬合金廉 價(jià)。例如，購買低合金金屬會(huì)比高合金金屬便宜。使用低合金金屬制作的部件比使用高合 金金屬制作的部件便宜。在一種或多種實(shí)施方案中，外殼12可以用比內(nèi)殼20更低的成本 來生產(chǎn)。在一種或多種實(shí)施方案中，高合金金屬定義為含有8重量％或者更高的鎳和/或 鉻的金屬。在一種或多種實(shí)施方案中，高合金金屬定義為含有6重量％或者更高的鎳和/ 或鉻的金屬。在一種或多種實(shí)施方案中，低合金金屬定義為含有小于6重量％鎳和/或鉻 的金屬。應(yīng)當(dāng)理解雖然圖1中的合成反應(yīng)器10通常被表示為具有串聯(lián)的催化劑床25的水 平構(gòu)造，但是這對于此處所述的一種或多種實(shí)施方案中的定向和/或催化劑床構(gòu)造沒有限 制。例如，合成反應(yīng)器10可以安裝在常規(guī)的垂直構(gòu)造中。在該垂直構(gòu)造中，一種或多種催 化劑床25可以在反應(yīng)區(qū)M中上下疊置。流體可以從該垂直定向的合成反應(yīng)器10頂部向 該垂直定向的合成反應(yīng)器10底部來流過反應(yīng)區(qū)M。
在一種或多種實(shí)施方案中，在合成反應(yīng)器10運(yùn)行過程中，供料流32可以包含氮?dú)?和氫氣，并且可以供給到內(nèi)殼入口 30。供料流32可以流過反應(yīng)區(qū)M。供料流32可以從每 個(gè)催化劑床25的頂部向底部流動(dòng)。供料流32可以直接或者經(jīng)由布置在內(nèi)殼20內(nèi)部的熱 交換器(未示出)，流過一種或多種催化劑床25。在催化劑床25的催化劑和供料流32之 間發(fā)生的反應(yīng)能夠產(chǎn)生流出物37，其會(huì)具有比供料流32高的氨含量。流出物37可以從內(nèi) 殼出口 35回收，用于進(jìn)一步加工。對于上述供料流32的流動(dòng)方向沒有限制，并且在一種或 多種實(shí)施方案中，供料流32可以從每個(gè)催化劑床25的底部流向頂部。
冷卻介質(zhì)，例如冷卻流體22，可以用于除去供料流32與催化劑床25的催化劑之間 的反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量。在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體22可以供給到外殼入口 40?？?間14可以引導(dǎo)冷卻流體22流過至少一部分的內(nèi)殼20，并且可以與反應(yīng)區(qū)M間接熱交換。冷卻流體22可以除去在供料流32與一種或多種催化劑床25的催化劑之間的反應(yīng)所產(chǎn)生 的至少一部分的反應(yīng)熱。該冷卻流體然后可以導(dǎo)入外殼出口 45和可以從該出口回收，用于 下述的或者本領(lǐng)域已知的另外的用途。應(yīng)當(dāng)理解雖然內(nèi)殼20和外殼12都僅僅示意了一個(gè) 入口 30，40和一個(gè)出口 ；35，45，但是這里對于入口 30，40和出口 35，45的數(shù)目沒有限制。在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體22可以以與供料流32相反的方向流過空間 14。在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體22可以以與供料流32相同的方向流過空間14。在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體22可以是任何流體。在一種或多種實(shí)施方案 中，冷卻流體22可以傳遞來自內(nèi)殼20和來自外殼12的熱。在一種或多種實(shí)施方案中，外 殼12可以冷卻，以使得外殼12的溫度可以保持在比內(nèi)殼20的溫度更低的溫度，并且合成 反應(yīng)器10可以被稱作冷壁合成反應(yīng)器10。在一種或多種實(shí)施方案中，反應(yīng)區(qū)M的平均溫 度可以保持在大約600° F-大約950° F的溫度，并且外殼12的平均溫度可以保持在大約 100° F-大約600° F的溫度。反應(yīng)區(qū)M和外殼12的平均溫度可以通過引入冷卻流體22來保持，該冷卻流體的 溫度可以是大約95° F-大約600° F。在一種或多種實(shí)施方案中，反應(yīng)區(qū)M和外殼12的平 均溫度可以通過引入冷卻流體22來保持，該冷卻流體的溫度為大約95° F-大約400° F， 并且其的質(zhì)量流量是所述供料流的質(zhì)量流量的大約10% -大約100%。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種冷壁合成反應(yīng)器10可以在設(shè)備或者裝 置中運(yùn)行。該一種或多種冷壁合成反應(yīng)器10可以彼此平行和/或串聯(lián)的配置在設(shè)備中。該 一種或多種冷壁合成反應(yīng)器10可以是所述設(shè)備中的主和/或第二合成單元。圖2表示了根據(jù)一種或多種實(shí)施方案的一種使用冷壁合成反應(yīng)器生產(chǎn)氨的示例 性系統(tǒng)的示意圖。在一種或多種實(shí)施方案中，氨設(shè)備100可以包括冷壁合成反應(yīng)器10。該 冷壁合成反應(yīng)器10可以是作為主合成回路一部分的氨設(shè)備100的主氨反應(yīng)器。該主合成 回路可以包括一種或多種冷壁合成反應(yīng)器10，一種或多種重整器50 ；—種或多種調(diào)整單元 51 ；一種或多種冷卻器或者冷凝/凈化單元52 ；—種或多種氨回收單元55 ；和一種或多種 氫氣回收單元65。冷壁合成反應(yīng)器10可以包括外殼12，內(nèi)殼20，在該內(nèi)殼20和外殼12之 間形成的空間14，和在內(nèi)殼20中形成的反應(yīng)區(qū)M。在運(yùn)行中，重整器50可以將合成氣或者供料流32供給到處于合適的壓力和溫度 的冷壁合成反應(yīng)器10中，用于氨合成。在一種或多種實(shí)施方案中，在供給到冷壁合成反應(yīng) 器10之前，供料流32可以在調(diào)整單元51中進(jìn)行熱調(diào)整和/或壓縮。在一種或多種實(shí)施方 案中，供料流32可以包括氮?dú)夂蜌錃?，并且純度為大約90-100VOl%。供料流32可以包括 氮?dú)夂蜌錃猓⑶壹兌仁谴蠹s97. 5-99. 5Vol%。在一種或多種實(shí)施方案中，該供料流32可 以包括大約50-大約75V01%的氫氣和大約25-大約40VOl%的氮?dú)?。供料?2可以在反應(yīng)區(qū)M中反應(yīng)，并且所形成的流出物37可以導(dǎo)入到一種或多 種冷卻器52中用于冷卻和/或用于氨冷卻的熱調(diào)整。在至少一些冷卻之后，至少一部分的 該冷卻的流出物37可以作為至少一部分的冷卻流體22導(dǎo)入到空間14中，用于冷卻或者傳 遞來自冷壁合成反應(yīng)器10的熱。在冷卻流體22離開冷壁合成反應(yīng)器10之后，冷卻流體22 可以導(dǎo)入一種或多種冷卻器52中，用于氨的冷凝和凈化，并且會(huì)以本領(lǐng)域已知的方式產(chǎn)生 凈化的氨93。在一種或多種實(shí)施方案中，部分凈化的氨的滑流84可以轉(zhuǎn)移到氨回收單元55中，用作氨蒸餾的補(bǔ)充流體。閃蒸的制冷劑滑流M (其包含低壓氨加上不可冷凝的氣體和來自 冷卻器52中的制冷的其他蒸氣)可以轉(zhuǎn)移到氨回收單元55中，來分離水蒸氣和不可冷凝 的氣體。氨回收單元陽可以將改質(zhì)的、低壓氨蒸氣82返回到冷卻器52。氨回收單元55能 夠產(chǎn)生低壓廢氣62，典型的是處于供料流32的質(zhì)量流量的大約0. 1-0. 5%的低質(zhì)量流量。高壓吹掃氣體56可以取自氨回收單元55，來除去惰性氣體例如氬氣，二氧化碳和 甲烷，該惰性氣體會(huì)積聚在主合成回路中。吹掃氣體56的至少一部分58可以送到氫氣回 收單元65。作為低壓氫氣68和高壓氫氣73回收的氫氣可以用原料氣32再循環(huán)到重整器 50和冷壁氨合成單元10中。廢氣64 (其包含主要的氮?dú)饧由陷^少比例的氬氣，二氧化碳和 甲烷)可以與廢氣62 —起流向66。吹掃氣體56的另一部分可以作為供料60供給到第二 合成回路或者單元，其未示出。該第二合成單元可以是本領(lǐng)域已知的一種或多種第二合成 單元，和/或一種或多種冷壁合成反應(yīng)器10。在一種或多種實(shí)施方案中，在初始氨設(shè)備100啟動(dòng)過程中，至少一部分的供料流 32可以導(dǎo)入到空間14中，并且可以充當(dāng)空間14中的初始冷卻流體32添加料。在一種或 多種實(shí)施方案中，在作為空間14中的初始添加料供給到空間14之前，至少一部分的供料流 32可以導(dǎo)入一種或多種冷卻器52中。冷卻流體22能夠除去來自冷壁合成反應(yīng)器10的熱，以使得外殼12的平均溫度能 夠保持為大約100° F-大約600° F。在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體22的平均溫度可 以保持在大約200° F-500。F。冷卻流體22的平均溫度可以保持為大約400° F_500° F。 在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體22的質(zhì)量流量可以保持為供料流32的大約10% -大 約100%。在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體22的質(zhì)量流量可以保持為供料流32的 大約90% -大約100%。在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體22可以在主合成回路中這 樣的位置點(diǎn)上導(dǎo)入冷壁合成反應(yīng)器10中，在該位置點(diǎn)上，冷卻流體22能夠保持為大約 200° F-5000 F。在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體22能夠除去來自冷壁合成反應(yīng)器10的熱，以 使得反應(yīng)區(qū)M的平均溫度能夠保持為大約600° F-大約950° F。冷卻流體22能夠除去 來自冷壁合成反應(yīng)器10的熱，以使得反應(yīng)區(qū)M的平均溫度能夠保持為大約570° F-大約 1200° F。圖3表示了根據(jù)一種或多種實(shí)施方案的一種使用一種或多種主合成反應(yīng)器和一 種或多種第二合成反應(yīng)器生產(chǎn)氨的示例性系統(tǒng)的示意圖。在一種或多種實(shí)施方案中，氨設(shè) 備200可以帶有冷壁合成反應(yīng)器10作為與主氨合成回路110整合的第二反應(yīng)器。在一種 或多種實(shí)施方案中，一種或多種冷壁合成反應(yīng)器10可以作為第二反應(yīng)器在原位并入到初 始的氨設(shè)備主氨回路110中。主氨回路110可以包括重整器50，主氨合成單元121，氨冷凝 和凈化或者冷卻器單元52，氨回收單元55，和氫氣回收單元65，它們?nèi)慷际潜绢I(lǐng)域已知 的。在運(yùn)行中，氮?dú)夂蜌錃獾墓┝狭?2可以具有大約95-100VOl%的純度。在一種或 多種實(shí)施方案中，供料流32的純度可以是大約97. 5-大約99. 5vol %。重整器50可以供給 合適壓力的供料流32用于氨合成。該供料流32可以導(dǎo)入主氨合成單元121中，富氨的產(chǎn) 物氣體111可以流向冷卻器單元52中，用于制冷和冷凝。貧氨供料113可以再流通到重整 器50中，并且貧氨供料蒸氣的滑流84可以轉(zhuǎn)移到氨回收單元55中，來分離水蒸氣和不可8冷凝的氣體。在與再流通113的平衡中所形成的冷凝物能夠用作冷卻器單元52中的補(bǔ)充 制冷劑。該補(bǔ)充的制冷劑和富氨產(chǎn)物氣體111可以在冷卻器單元52中通過多個(gè)未示出的 階段來循環(huán)冷凝和閃蒸，并且能夠以本領(lǐng)域已知的方式產(chǎn)生凈化的氨93。部分凈化的氨制冷劑的滑流117可以轉(zhuǎn)移到氨回收單元55中，用作氨蒸餾的補(bǔ)充 液體。閃蒸的制冷劑滑流54 (其包含低壓氨加上不可冷凝的氣體和來自制冷的其他蒸氣) 可以轉(zhuǎn)移到氨回收單元55中，來分離水蒸氣和不可冷凝的氣體。氨回收單元55可以將改 質(zhì)的、低壓氨蒸氣82返回到制冷次系統(tǒng)中。氨回收單元55能夠產(chǎn)生低壓廢氣62。高壓吹掃氣體56可以取自氨回收單元55，來除去惰性氣體例如氬氣，二氧化碳和 甲烷，該惰性氣體會(huì)積聚在主氨合成回路110中。吹掃氣體56的一部分58可以送到氫氣 回收單元65。作為低壓氫氣68和高壓氫氣73回收的氫氣可以再循環(huán)到重整器50和主氨 合成單元121中。廢氣64(其包含主要的氮?dú)饧由陷^少比例的氬氣，二氧化碳和甲烷)可 以與廢氣62 —起流向流體66。吹掃氣體56的另一部分可以作為第二氨產(chǎn)物或者供料60供給到第二氨合成回路 中，該回路包括冷壁合成反應(yīng)器10，該反應(yīng)器具有內(nèi)殼20、外殼12、反應(yīng)區(qū)M和空間14。在 一種或多種實(shí)施方案中，冷壁合成反應(yīng)器10可以與冷卻器單元52流體連通，來冷卻流出物 37。在一種或多種實(shí)施方案中，在供料60通過反應(yīng)區(qū)M之后，冷壁合成反應(yīng)器10會(huì)產(chǎn)生 富氨的流出物37，其可以導(dǎo)入到冷卻器單元52中用于進(jìn)行一些冷卻。在一些冷卻之后，該 冷卻的流出物或者冷卻流體22可以返回通過冷壁合成反應(yīng)器10，用于冷卻，和供給到氨回 收單元145。在一種或多種實(shí)施方案中，離開冷壁合成反應(yīng)器10的冷卻流體22可以導(dǎo)入氨 回收單元55中。氨回收單元145可以引入來自冷卻器52的部分凈化的氨制冷劑123，作 為用于氨蒸餾的補(bǔ)充液體，并且可以將高濃度氨蒸氣136返回到流82。貧氨流體148可以 包括氮?dú)夂蜌錃夂推渌幱诟邏旱臍怏w，并且如果期望，可以再循環(huán)到重整器50和主合成 單元121中。在運(yùn)行中，該第二合成能夠?qū)⒐┝?0的設(shè)備生產(chǎn)率提高了大約5-50%，例如 IOH冷卻流體22能夠除去來自冷壁合成反應(yīng)器10的熱，以使得外殼12的平均溫度能 夠保持為大約100° F-大約600° F。在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體22的平均溫度 能夠保持為大約200° F-500。F。在一種或多種實(shí)施方案中，冷卻流體22的質(zhì)量流量可 以保持為供料流32的大約50% -大約90%，而冷卻流體蒸氣22的溫度可以保持為大約 100° F-大約600° F。冷卻流體22能夠除去來自冷壁合成反應(yīng)器10的熱，以使得反應(yīng)區(qū) 24的平均溫度能夠保持為大約570° F-大約1200° F。冷卻流體22能夠除去來自冷壁合 成反應(yīng)器10的熱，以使得反應(yīng)區(qū)M的平均溫度能夠保持為大約600° F-大約950° F。已經(jīng)使用一組數(shù)值上限和一組數(shù)值下限描述了某些實(shí)施方案和特征。應(yīng)當(dāng)理解除 非另有指示，否則從任何下限到任何上限之間的范圍都是可以預(yù)期的。某些下限，上限和范 圍出現(xiàn)在下面的一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求中。全部的數(shù)值是“大約”或者“大致”的所示值，并 且考慮了本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠預(yù)想到的試驗(yàn)誤差和偏差。已經(jīng)使用一組數(shù)值上限和一組數(shù)值下限描述了某些實(shí)施方案和特征。除非另有指 示，否則從任何下限到任何上限之間的范圍都是可以預(yù)期的。某些下限，上限和范圍出現(xiàn)在 下面的一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求中。全部的數(shù)值是“大約”或者“大致”的所示值，并且考慮了 本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠預(yù)想到的試驗(yàn)誤差和偏差。
已經(jīng)在上面定義了不同的術(shù)語。在權(quán)利要求所用的術(shù)語沒有在上面定義的情況 中，它應(yīng)當(dāng)被賦予相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員能夠給出的、在至少一個(gè)印刷的出版物或者公開的專 利中涉及該術(shù)語的最寬的含義。此外，本申請中所引用的全部的專利，測試方法和其他文獻(xiàn) 完全引入作為參考和用于允許這樣的引入的全部權(quán)限中，所述的參考到這樣的程度，即，這 樣的公開內(nèi)容與本申請不矛盾。雖然前面涉及到本發(fā)明的實(shí)施方案，但是本發(fā)明的其他和另外的實(shí)施方案也可以 設(shè)計(jì)，而不脫離其基本的范圍，并且其范圍是通過隨后的權(quán)利要求來確定的。
權(quán)利要求
1.一種制造氨的方法，其包含將氮?dú)夂蜌錃夤┙o到反應(yīng)區(qū)，該反應(yīng)區(qū)布置在內(nèi)殼中，并且該內(nèi)殼布置在外殼中，來在 其之間形成空間，其中該反應(yīng)區(qū)包含與所述空間間接熱交換的至少一個(gè)催化劑床，該催化 劑床包含至少一種催化劑；在該反應(yīng)區(qū)中反應(yīng)氮?dú)夂蜌錃?，來形成含氨的流出物?從內(nèi)殼回收該流出物；冷卻所回收的流出物來提供冷卻的流出物流；將冷卻流體供給到所述外殼，以使得該冷卻流體流過所述空間的至少一部分，并且與 內(nèi)殼的外部流體連通；其中至少一部分的該冷卻的流出物提供了至少一部分的冷卻流體；和 從外殼回收該冷卻流體作為氨產(chǎn)物。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該冷卻流體將反應(yīng)區(qū)的溫度保持為大約570°F-大約 1200° F。
3.權(quán)利要求1的方法，其中該冷卻流體將外殼溫度保持為大約100°F-大約600° F， 和其中該冷卻流體將反應(yīng)區(qū)溫度保持為大約600° F-大約950° F。
4.權(quán)利要求1的方法，其中該反應(yīng)區(qū)包含與所述空間中的冷卻流體間接熱交換的兩個(gè) 或多個(gè)催化劑床。
5.權(quán)利要求1的方法，其中該外殼是由選自下面的一種或多種材料制成的碳鋼，其他 低合金金屬，及其組合。
6.權(quán)利要求5的方法，其中該內(nèi)殼和反應(yīng)區(qū)是由選自下面的一種或多種材料制成的 不銹鋼，因科鎳鉻合金，因科鎳合金，鈦，其他高合金金屬及其組合。
7.權(quán)利要求1的方法，其中將氮?dú)夂蜌錃庖宰阋蕴峁┐蠹s1 1-大約1 4的摩爾比 的速率供給到反應(yīng)區(qū)中。
8.權(quán)利要求1的方法，其中該催化劑床中的催化劑選自磁鐵礦，鉬族金屬，碳基催化劑 及其組合。
9.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包含從主氨合成回路向反應(yīng)區(qū)中引入吹掃氣體。
10.一種系統(tǒng)，用于將供料流中的氮?dú)夂蜌錃廪D(zhuǎn)化成氨，該系統(tǒng)包含反應(yīng)器，其包含布置在外殼中的內(nèi)殼，和布置在該內(nèi)殼中的反應(yīng)區(qū)，其中在該內(nèi)殼和外 殼之間形成空間，和其中該反應(yīng)區(qū)包含與所述空間間接熱交換的一個(gè)或多個(gè)催化劑床； 第一入口，用于將該供料流引入所述反應(yīng)區(qū)；第一出口，用于從反應(yīng)區(qū)排出流出物，其中該第一入口、反應(yīng)區(qū)和第一出口提供了通過 外殼的第一正壓室；第二入口，用于將冷卻流體引入到所述空間中；和 第二出口，用于將冷卻流體從所述空間排出。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該第二入口、外殼和第二出口提供了包圍著第一正壓室的第二正壓室。
12.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該第二正壓室是使用選自下面的材料制成的碳鋼，其他 低合金金屬及其組合。
13.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該催化劑床包括至少一種催化劑。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中該催化劑選自磁鐵礦，鉬族金屬，碳基催化劑及其組合。
15.一種用于將初始的氨設(shè)備轉(zhuǎn)換成為轉(zhuǎn)換的氨設(shè)備的方法，其包含安裝第二氨合成回路，用于使供料流反應(yīng)來形成氨，其中該第二氨合成回路包含與冷 卻器單元流體連通的冷壁合成反應(yīng)器，其中該冷壁合成反應(yīng)器包含布置在外殼中的內(nèi)殼和 布置在該內(nèi)殼中的反應(yīng)區(qū)，其中在該內(nèi)殼和外殼之間形成空間，其中該反應(yīng)區(qū)包含與所述 空間間接熱交換的一個(gè)或多個(gè)催化劑床，和其中該催化劑床包括至少一種催化劑；通過第一入口將供料流引入到該反應(yīng)區(qū)中；通過第一出口將流出物從該反應(yīng)區(qū)中排出，其中該第一入口、反應(yīng)區(qū)和第一出口提供 了通過外殼的第一正壓室；通過第二入口將冷卻流體引入到所述空間中；和通過第二出口將該冷卻流體從所述空間排出。
16.權(quán)利要求15的方法，其中該第二氨合成回路包含氨回收單元，用于從該第二氨產(chǎn) 物中分離富氨的流體，和用于將殘氣再循環(huán)到重整器供料。
17.權(quán)利要求15的方法，其中該冷壁合成反應(yīng)器的外殼是使用選自下面的材料制成 的碳鋼，其他低合金金屬及其組合。
18.權(quán)利要求17的方法，其中該冷壁合成反應(yīng)器的內(nèi)殼和反應(yīng)區(qū)是使用選自下面的材 料制成的不銹鋼，因科鎳鉻合金，因科鎳合金，鈦，其他高合金金屬及其組合。
19.權(quán)利要求15的方法，其中該催化劑選自磁鐵礦，鉬族金屬，碳基催化劑及其組合。
20.權(quán)利要求15的方法，其進(jìn)一步包含從主氨合成回路將吹掃氣體引入到該冷壁合成 反應(yīng)器中。
全文摘要
生產(chǎn)氨的系統(tǒng)和方法。氮?dú)夂蜌錃饪梢怨┙o到布置在內(nèi)殼中的反應(yīng)區(qū)中。該內(nèi)殼可以布置在外殼中，來在其之間形成空間。該反應(yīng)區(qū)可以包括與該空間間接熱交換的至少一個(gè)催化劑床。氮?dú)夂蜌錃饪梢栽谥辽僖环N催化劑存在下在反應(yīng)區(qū)中反應(yīng)，來形成含氨的流出物。該流出物可以從該內(nèi)殼中回收，并且冷卻來提供冷卻的流出物流。冷卻流體可以提供到該外殼，以使得該冷卻流體流過所述空間的至少一部分，并且與該內(nèi)殼的外部流體連通。至少一部分的該冷卻的流出物可以提供至少一部分的該冷卻流體。該冷卻流體然后可以從外殼作為氨產(chǎn)物進(jìn)行回收。
文檔編號C01C1/00GK102046533SQ200980119755
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者K·L·布蘭查德 申請人:凱洛格·布朗及魯特有限責(zé)任公司