專利名稱：用于提高氨合成效率的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方案通常涉及用于生產(chǎn)氨的系統(tǒng)和方法。更具體的，本發(fā)明的實(shí)施方案涉及用于從合成氣中回收熱，并且生產(chǎn)氨的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
合成氣典型的是在水蒸氣和/或氧化劑存在下，在高溫重整含碳材料的產(chǎn)物。取決于起始材料，合成氣通常富含一氧化碳和氫氣，并且也可以包含變化量的甲烷，二氧化碳，氮?dú)夂蜌鍤?。常?guī)的合成氣制備可以包括將烴引入到點(diǎn)火水蒸氣重整器中，和將該烴與水蒸氣重整催化劑接觸。該初步重整的烴然后引入次級重整器中，在這里氫氣和未重整的烴在催化劑存在下用氧化劑部分氧化。該重整步驟是吸熱的，并且需要供熱到該重整器來進(jìn)行所述反應(yīng)。用于重整反應(yīng)的熱通常由大量燃料的燃燒來提供。提高次級重整器的溫度能夠提供更高的烴向合成氣的轉(zhuǎn)化率，但是這樣作需要氧化更多的燃料。所以，存在著對于這樣的系統(tǒng)和方法的需要，其用于將更多的烴轉(zhuǎn)化成合成氣，同時降低了裝置成本和尺寸，并且降低了為重整反應(yīng)提供熱所需的燃料的量。附圖簡述
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)楸景l(fā)明可以用于其他同等有效的實(shí)施方案。

圖1表示了一種示例性系統(tǒng)，用于根據(jù)所述的一種或多種實(shí)施方案來生產(chǎn)合成氣。圖2表示了一種示例性系統(tǒng)，用于根據(jù)所述的一種或多種實(shí)施方案來生產(chǎn)氨。圖3表示了一種示例性凈化系統(tǒng)，用于根據(jù)所述的一種或多種實(shí)施方案來凈化用于氨合成的合成氣。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在將提供詳細(xì)的說明。每個附屬的權(quán)利要求定義了單獨(dú)的本發(fā)明，其用于侵權(quán)目的，被認(rèn)為包括了該權(quán)利要求所述的不同元件或者界限的等價物。取決于上下文，下面全部提到“本發(fā)明”之處在一些情況中可以僅僅指的是某些具體實(shí)施方案。在其他情況中， 公認(rèn)的是提到“本發(fā)明”之處將指的是在一個或多個，但不必是全部的權(quán)利要求中所述的主題。現(xiàn)在將在下面更詳細(xì)的描述每個本發(fā)明，包括具體實(shí)施方案，版本和例子，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施方案，版本和例子，它們被包括來使得當(dāng)本專利的信息與能夠利用的信息和工藝相結(jié)合時，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明。提供了用于生產(chǎn)合成氣的系統(tǒng)和方法。在至少一種具體實(shí)施方案中，烴可以在水蒸氣和一種或多種第一催化劑存在下，在第一反應(yīng)區(qū)中重整來提供處于第一溫度的流出物，該流出物含有一部分的烴、一氧化碳、二氧化碳和氫氣。該第一反應(yīng)區(qū)可以包括一種或多種包含催化劑的管。該流出物可以從第一溫度間接加熱到第二溫度。處于第二溫度的流出物可以在一種或多種氧化劑和一種或多種第二催化劑存在下，在足夠提供合成氣的條件下進(jìn)行重整，該合成氣包含氫氣，一氧化碳，二氧化碳，和小于大約5moW)干基的甲烷。該合成氣可以用于將流出物從第一溫度間接加熱到第二溫度。
具體實(shí)施例方式參考附圖，圖1表示了一種示例性系統(tǒng)100，用于根據(jù)一種或多種實(shí)施方案來生產(chǎn)合成氣。在一種或多種實(shí)施方案中，系統(tǒng)100可以包括一種或多種重整器(“初級重整器”)105，一種或多種熱交換器110，和一種或多種重整器(“次級重整器”)115。經(jīng)由管線 101的烴供料和經(jīng)由管線103的水蒸氣可以引入到一種或多種初級重整器105中，來提供經(jīng)由管線107的第一重整的烴(“流出物”)。在一種或多種實(shí)施方案中，管線101中的烴可以包括一種或多種液體或者氣態(tài)烴，其混合物或者其任意組合。在一種或多種實(shí)施方案中，管線101中的烴可以包括甲烷，乙烷，丙烷，丁烷或者其任意組合。例如，管線101中的烴中甲烷濃度可以從低到大約30vol%，大約50vol%，或者大約75voW到高到大約95vol%，大約99vol%，或者大約 99. 9vol%，并且平衡量包括C2，C3和更重質(zhì)的烴。在一種或多種實(shí)施方案中，管線101中烴的壓力可以從低到大約700 kPa，大約1000 kPa，或者大約1400 Ua到高到大約4，000 kPa， 大約4，750 kPa，或者大約5，500 kPa。雖然未示出，但是管線101中的烴可以在引入到一種或多種初級重整器105中之前預(yù)熱。在一種或多種實(shí)施方案中，管線101中的烴可以預(yù)熱到大約400°C -大約600°C的溫度。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線103引入的水蒸氣可以引入到管線101中的烴中或者引入到一種或多種初級重整器105中。在一種或多種實(shí)施方案中，管線103和101 中的水蒸氣碳的摩爾比分別可以是大約2. 5-大約4，大約2. 5-大約3. 5，或者大約3-大約4。在一種或多種實(shí)施方案中，管線103中的水蒸氣壓力可以從低到大約700 kPa，大約 1,000 kPa，或者大約1，400 kPa到高到大約4，000 kPa，大約4，750 kPa，或者大約5，500 kPa。管線107中的流出物的溫度(“第一溫度”)大于管線101中的烴。管線107中的流出物可以包括但不限于氫氣(“H2”)，二氧化碳(“C02”)，一氧化碳(“CO”)，氮?dú)猓瑲鍤猓?水和甲烷。在一種或多種實(shí)施方案中，管線107流出物中的H2濃度可以從低到大約31moW)， 大約33mol%，或者大約35moW到高到大約39mol%，大約41mol%，或者大約43moW。在一種或多種實(shí)施方案中，管線107流出物中的CO濃度可以從低到大約3moW)，大約3. 5moW)或者大約4moW到高到大約5moW，大約5. 5mol%或者大約6moW。在一種或多種實(shí)施方案中， 管線107流出物中的(X)2濃度可以從低到大約4mol%，大約4. 5mol%或者大約5md%到高到大約6md%，大約6. 5mol%或者大約7md%。在一種或多種實(shí)施方案中，管線107流出物中的H2O濃度可以從低到大約38moW，大約40moW或者大約42moW到高到大約47moW，大約49moW)或者大約51mol%。在一種或多種實(shí)施方案中，管線107流出物中的甲烷濃度可以從低到大約6moW，大約7moW或者大約8moW到高到大約IOmoW,大約IlmoW或者大約 12moW)。例如，在至少一種具體實(shí)施方案中，管線107的流出物可以包含大約35mol%-大約39mol%H2,大約 4mol%-大約 5mol%C0，大約 6mol%-大約 8mol%C02，大約 8mol%-大約 10mol% 甲烷，和大約42mol%-大約47mol%H20。在一種或多種實(shí)施方案中，第一溫度可以從低到大約650°C，大約675°C或者大約 700°C到高到大約730°C，大約740°C或者大約750°C。在一種或多種實(shí)施方案中，該第一溫度可以是大約715°C，大約725°C或者大約735°C。在一種或多種實(shí)施方案中，該第一溫度可以是至少700°C，至少710°C，至少715°C或者至少720°C。在一種或多種實(shí)施方案中，在一種或多種初級重整器105中的處于第一溫度的流出物可以從該一種或多種初級重整器105中直接抽出，并且無需冷卻送到一種或多種熱交換器110。在一種或多種實(shí)施方案中，在一種或多種初級重整器105中的處于第一溫度的流出物可以從該一種或多種初級重整器中直接抽出，并且送到一種或多種熱交換器110，而無需將該處于第一溫度的流出物在一種或多種初級重整器105中冷卻。在一種或多種初級重整器105和一種或多種熱交換器110之間，管線107中的流出物唯一的熱損失可以是在傳輸過程中向環(huán)境的熱損失。換句話說，在該流出物上沒有作功。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線101引入的烴的溫度可以重整，來提供具有單調(diào)升高溫度的經(jīng)由管線107的流出物。作為此處使用的，措詞“單調(diào)”表示一種溫度變化， 其是一直升高或者一直降低的，而沒有在相對值中的震蕩。例如，經(jīng)由管線101引入到初級重整器105中的溫度500°C的烴可以單調(diào)升高到大約650°C或者更高的溫度，其可以從一種或多種初級重整器經(jīng)由管線107回收。在一種或多種實(shí)施方案中，管線107中處于第一溫度的流出物可以使用一種或多種熱交換器110加熱。經(jīng)由管線116引入的原料合成氣可以用于間接加熱一種或多種熱交換器110中的流出物。在一種或多種實(shí)施方案中，管線116中的原料合成氣可以通過一種或多種次級重整器115來提供。管線112中的流出物的溫度(“第二溫度”)大于管線107 中的流出物。管線117中的原料合成氣(“冷卻的原料合成氣”)的溫度小于管線116中的原料合成氣。在一種或多種實(shí)施方案中，該第二溫度可以從低到大約850°C，大約860°C或者大約870°C到高到大約910°C，大約920°C或者大約930°C。在一種或多種實(shí)施方案中，該第二溫度可以是大約875°C，大約885 °C或者大約895 °C。在一種或多種實(shí)施方案中，管線116中的原料合成氣的溫度可以是從低到大約 960°C，大約970°C或者大約980°C到高到大約1010°C，大約1020°C或者大約1030°C。在一種或多種實(shí)施方案中，管線116中的原料合成氣的溫度可以是大約995°C，大約1000°C或者大約1005°C。在一種或多種實(shí)施方案中，管線117中的冷卻的原料合成氣的溫度可以是從低到大約860°C，大約870°C或者大約880°C到高到大約900°C，大約910°C或者大約920°C。 在一種或多種實(shí)施方案中，管線117中的冷卻的原料合成氣的溫度可以是大約880°C，大約 890°C或者大約900°C。在一種或多種實(shí)施方案中，管線107中的流出物的溫度可以經(jīng)由在一種或多種熱交換器110中間接熱交換而升高大約150°C或者更高，大約165°C或者更高，大約185°C或者更高，大約200°C或者更高，或者大約215°C或者更高。在一種或多種實(shí)施方案中，管線116 中原料合成氣的溫度可以經(jīng)由在一種或多種熱交換器110中間接熱交換而降低大約80°C 或者更高，大約100°C或者更高，大約120°C或者更高，大約130°C或者更高，或者大約140°C或者更高。管線112中加熱的流出物可以引入到一種或多種次級重整器115中，來提供經(jīng)由管線116的原料合成氣。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線114的氧化劑可以引入到次級重整器115中。在一種或多種實(shí)施方案中，該氧化劑可以使用一種或多種壓縮機(jī)壓縮，來提供經(jīng)由管線114的壓縮的氧化劑。在一種或多種實(shí)施方案中，該氧化劑可以是空氣，其含有大約21md%的氧氣，大約78md%的氮?dú)夂痛蠹sImoW的氬氣。在一種或多種實(shí)施方案中，該氧化劑可以是富含氧氣的空氣，富含氮?dú)獾目諝?，或者貧氮的空氣，例如小?moW) 氮?dú)狻９芫€114中壓縮的氧化劑的壓力可以從低到大約700 kPa，大約1000 Ua或者大約1400 kPa到高到大約4000 kPa，大約4750 kPa或者大約5500 kPa。雖然未示出，但是該氧化劑可以預(yù)熱到大約500°C或者更高，大約550°C或者更高，大約600°C或者更高，大約 700°C或者更高，或者大約80(TC或者更高的溫度。在一種或多種實(shí)施方案中，管線116中的原料合成氣可以包含但不限于H2, CO2, CO,氮?dú)?，氬氣，水和甲烷。管線116中的原料合成氣可以包含小于大約5md%干基的甲燒， 小于大約3moW)干基的甲烷，小于大約ImoW)干基的甲烷，小于大約0. 7moW)干基的甲烷， 小于大約0. 5mol%干基的甲烷，小于大約0. 4mol%干基的甲烷，或者小于大約0. 3mol%干基的甲烷。在一種或多種實(shí)施方案中，將來自初級重整器105的管線107中的流出物的溫度升高能夠提高次級重整器115中的水蒸氣重整反應(yīng)。隨著該流出物溫度的升高，更多的存在于該流出物中的烴例如甲烷和/或其他烴能夠被轉(zhuǎn)化成吐和CO。存在于該流出物中烴向H2和CO更高的轉(zhuǎn)化率能夠降低經(jīng)由管線101所需的烴量，經(jīng)由管線103所需的水蒸氣量，加熱初級重整器115和其他加工流所需的燃料量。例如，經(jīng)由管線101的烴和經(jīng)由管線 103的水蒸氣會降低大約7%，大約10%或者大約13%，但是，相同量的H2和CO可以提供到經(jīng)由管線116的原料合成氣中，這歸因于烴轉(zhuǎn)化率的提高。將熱從管線116中的原料合成氣轉(zhuǎn)移到管線107中的流出物另外一個好處會是裝置尺寸的降低，其還降低了資金成本。在一種或多種實(shí)施方案中，加熱一種或多種初級重整器105所需的燃料會降低大約5%或者更高，大約7%或者更高，大約9%或者更高，或者大約11%或者更高。在引入到一種或多種次級重整器115之前，提高管線107中的流出物溫度的另外一個好處會是烴量的降低，該烴存在于通過次級重整器115所提供的管線116中的原料合成氣中。在次級重整器115中將烴進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成壓和CO能夠降低下游廢氣和/或再循環(huán)氣(未示出)。例如， 下游廢氣流能夠降低大約8%，大約10%或者大約13%，由此提高加工效率。在一種或多種實(shí)施方案中，能耗可以降低大約0. 1 Gcal/Mt氨或者更高，大約0. 12 Gcal/Mt氨或者更高，或者大約0. 14 Gcal/Mt氨或者更高。該一種或多種初級重整器105，該一種或多種次級重整器115或者二者都可以包括一種或多種催化劑。該一種或多種催化劑可以包括但不限于貴金屬，鈷，鎳，其氧化物，因此的衍生物或者其組合。該一種或多種催化劑可以承載在一種或多種載體材料上。該一種或多種載體材料可以包括但不限于氧化鋁，難熔氧化鋁，鋁酸鎂，鋁酸鈣，鈦鋁酸鈣，氧化鋯，鈰改性的氧化鋯或者其任意組合。一種示例性的含鎳催化劑的鎳含量可以是從低到大約5wt%，大約10wt%或者大約12wt%到高到大約15wt%，大約20wt%或者大約25wt%。布置在一種或多種初級重整器105中的一種或多種催化劑可以與布置在一種或多種次級重整器110中的一種或多種催化劑相同。布置在一種或多種初級重整器105中的一種或多種催化劑可以不同于布置在一種或多種次級重整器110中的一種或多種催化劑。例如，布置在一種或多種初級重整器105中的含鎳催化劑可以包含大約15wt%的鎳-大約20wt%的鎳， 布置在一種或多種次級重整器110中的含鎳催化劑可以包含大約10%-大約15%的鎳。該催化劑可以通過多種方法制備成任何期望的形狀或者形式，例如壓塊，制片等方法。該催化劑的形狀可以是擠出的、壓塊的或者片狀圓柱，多邊擠出物，球形，環(huán)形，空心圓柱體，實(shí)心圓柱體，內(nèi)和/或外表面上帶有凹槽的空心圓柱體，或者任何其他適當(dāng)?shù)膸缀涡螤?。該一種或多種初級重整器105可以是任何合適類型的重整器。例如，該一種或多種初級重整器105可以多個輻射加熱的、單壁的含催化劑的管。該一種或多種初級重整器 105可以包括200或者更多個管，400或者更多個管，500或者更多個管，600或者更多個管， 700或者更多個管，800或者更多個管，900或者更多個管，或者1000或者更多個管。在一種或多種實(shí)施方案中，該管的內(nèi)徑可以從低到大約40mm，大約50mm或者大約65mm到高到大約90mm，大約IOOmm或者大約115mm或者更高。例如，該一種或多種管的內(nèi)徑可以是大約 70mm,大約75mm或者大約80mm。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種催化劑管的直徑能夠降低或者使得該管中的徑向溫度梯度最小。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線101引入到一種或多種初級重整器105中的烴可以流過多個管，并且可以經(jīng)由集管收集系統(tǒng)(未示出)回收，該收集系統(tǒng)可以與管線 107流體連通。例如，多個管可以水平、垂直或者以它們之間任何的角度安裝，并且經(jīng)由管線 101引入的烴可以從與管線101流體連通的該多個管的第一端流向該多個管的第二端(其可以與管線107流體連通)。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種次級重整器115可以是任何合適類型的重整器。例如，該一種或多種次級重整器115可以是內(nèi)部絕熱重整器，其也可以經(jīng)由一種或多種冷卻系統(tǒng)例如水套在外面冷卻。該一種或多種次級重整器115可以包括一種或多種處于任何排列、構(gòu)造和/或定向的催化劑。該一種或多種催化劑床可以包括固定床，流化床， 沸騰床，漿體床，移動床，鼓泡床，任何其他合適類型的催化劑床或者其組合。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種次級重整器115可以包括例如兩層的固定單床鎳催化劑組。圖2表示了一種示例性系統(tǒng)200，用于根據(jù)一種或多種實(shí)施方案來生產(chǎn)氨。在一種或多種實(shí)施方案中，系統(tǒng)200可以包括一種或多種初級重整器105，次級重整器115，變換器系統(tǒng)125，合成氣凈化系統(tǒng)(表示了兩個135，140)，氨合成系統(tǒng)145，和一種或多種熱交換器(表示了三個110，120，130)。在一種或多種實(shí)施方案中，初級重整器105和次級重整器 115以及熱交換器110可以如上圖1所討論和所述。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線117的原料合成氣可以如上圖1所討論和所述來從次級重整器115中回收。經(jīng)由管線117的原料合成氣可以引入到一種或多種熱交換器120中，來提供經(jīng)由管線122的另外的冷卻的原料合成氣。熱可以在一種或多種熱交換器120中從經(jīng)由管線117引入的原料合成氣間接轉(zhuǎn)移到經(jīng)由管線118引入的傳熱介質(zhì)。經(jīng)由管線118引入的合適的傳熱介質(zhì)可以包括但不限于水，廢水，來自工廠內(nèi)的另外一種加工供料，其混合物或者其組合。例如，管線118中的傳熱介質(zhì)可以是鍋爐供水。在一種或多種實(shí)施方案中，可以回收經(jīng)由管線121的水蒸氣和經(jīng)由管線122的冷卻的原料合成氣產(chǎn)物。
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經(jīng)由管線121由間接熱交換所提供的水蒸氣可以是低壓水蒸氣，中壓水蒸氣或者高壓水蒸氣。在一種或多種實(shí)施方案中，管線121中的水蒸氣的溫度可以是大約200°C或者更高，300°C或者更高，400°C或者更高，450°C或者更高，475°C或者更高，或者500°C或者更高。在一種或多種實(shí)施方案中，管線121中的水蒸氣壓可以從低到大約200 kPa，大約400 kPa或者大約600 kPa到高到大約4200 kPa，大約6200 kPa，大約8500 kPa或者大約12500 kPa或者更高。該一種或多種熱交換器120可以是或者包括任何適于將熱從一種流體間接轉(zhuǎn)移到另一種流體的系統(tǒng)，裝置，或者系統(tǒng)和/或裝置的組合。例如，熱交換器120可以是或者包括一種或多種管殼式，平板和框架式，螺旋纏繞式，U型管，和/或刀刺式樣式的熱交換器。 在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種熱交換器120可以包括表面增強(qiáng)管(例如翅片，靜態(tài)混合器，膛線，導(dǎo)熱罐，導(dǎo)致紊流的齒臺，或者其任意組合)等等。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線122的冷卻的原料合成氣可以引入到一種或多種變換器系統(tǒng)125中，來提供經(jīng)由管線127的轉(zhuǎn)換的合成氣。該一種或多種變換器系統(tǒng) 125可以通過將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，來調(diào)整該合成氣的氫氣一氧化碳的比例("H2 CO”)。在該一種或多種變換器中，水-氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)可以在催化劑和/或高溫存在下，將經(jīng)由管線122引入的冷卻的原料合成氣中至少一部分的一氧化碳與水反應(yīng)，來產(chǎn)生氫氣和二氧化碳。該一種或多種轉(zhuǎn)換反應(yīng)器可以包括但不限于單級絕熱固定床反應(yīng)器，帶有級間冷卻的多級絕熱固定床反應(yīng)器，水蒸氣發(fā)生或者冷猝滅反應(yīng)器，帶有水蒸氣發(fā)生或者冷卻的管式固定床反應(yīng)器，流化床反應(yīng)器或者其任意組合。例如，可以使用一種吸附增強(qiáng)的水-氣轉(zhuǎn)換(“SEWGS”)方法，其使用具有多個固定床反應(yīng)器的變壓吸附單元，該固定床反應(yīng)器填充有轉(zhuǎn)換催化劑和高溫左右)二氧化碳吸附劑。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種變換器系統(tǒng)125可以包括兩個或者更多個串聯(lián)和/或平行排列的反應(yīng)器。該一種或多種變換器系統(tǒng)125可以包括一種或多種高溫度變換器(“HTSC”)，一種或多種中溫變換器(“MTSC”)，一種或多種低溫變換器(“LTSC”)， 或者其任意組合。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線122的至少一部分的該合成氣可以以任何次序和/或其組合來引入到一種或多種HTSC，MTSC和/或LTSC中。該經(jīng)由管線127提供的轉(zhuǎn)換的合成氣可以包含比經(jīng)由管線122引入的冷卻的原料合成氣更少的一氧化碳。經(jīng)由管線127的轉(zhuǎn)化的合成氣可以包含大約5md%或者更低干基的一氧化碳，大約3moW)或者更低干基的一氧化碳，大約2moW)干基或者更低的一氧化碳， 大約ImoW或者更低干基的一氧化碳，或者大約0. 5md%干基或者更低干基的一氧化碳。經(jīng)由管線122的合成氣可以相等或者不等的分配到任何一種或多種的HTSC， MTSC，LTSC中。例如，大約75vd%的經(jīng)由管線122的冷卻的原料合成氣可以引入到HTSC 中，并且大約25%可以引入到MTSC中。來自HTSC和MTSC的該轉(zhuǎn)化的合成氣然后可以引入到一種或多種熱交換器130和/或凈化系統(tǒng)135中。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種HTSC、MTSC和/或LTSC可以包含一種或多種催化劑。該一種或多種HTSC、MTSC和LTSC可以如下來將管線122中冷卻的原料合成氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳在一種或多種催化劑存在下，在一種或多種HTSC、MTSC 和/或LTSC中在足以氧化一氧化碳的溫度反應(yīng)該一氧化碳。在一種或多種HTSC中的催化劑可以包括但不限于氧化鐵，鋅鐵尖晶石，磁鐵礦，鉻氧化物，其衍生物或者其任意組合。一種或多種HTSC可以在大約325°C -大約550°C的溫度運(yùn)行。布置在一種或多種MTSC中的催化劑可以包括但不限于氧化鐵，氧化鉻，其衍生物或者其任意組合。一種或多種MTSC可以在大約250°C -大約300°C的溫度運(yùn)行。布置在一種或多種LTSC中的催化劑可以包括但不限于銅，鋅，銅促進(jìn)的氧化鉻，其衍生物或者其任意組合。該一種或多種LTSC可以在大約 1800C -大約220°C的溫度運(yùn)行。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線127的合成氣可以引入到一種或多種熱交換器130中，來提供經(jīng)由管線132的冷卻的轉(zhuǎn)換的合成氣。熱可以從經(jīng)由管線127引入的轉(zhuǎn)換的合成氣間接轉(zhuǎn)移到經(jīng)由管線1 引入的傳熱介質(zhì)中。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線128的一種或多種合適的傳熱介質(zhì)可以引入到一種或多種熱交換器130中。經(jīng)由管線 128引入的傳熱介質(zhì)可以是但不限于水，廢水，來自工廠內(nèi)的另外一種加工供料，其混合物或者其組合。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線133可以提供的水蒸氣可以是低壓水蒸氣，中壓水蒸氣或者高壓水蒸氣。雖然未示出，但是管線127中的合成氣可以如下來直接冷卻將管線118中的一種或多種傳熱介質(zhì)引入到管線127中的合成氣中。該一種或多種熱交換器120可以是或者包括任何適于將熱從一種流體間接轉(zhuǎn)移到另一種流體的系統(tǒng)，裝置，或者系統(tǒng)和/或裝置的組合。例如，一種或多種熱交換器120 可以是或者包括一種或多種管殼式，平板和框架式，螺旋纏繞式，U型管，和/或刀刺式樣式的熱交換器。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種熱交換器120可以包括表面增強(qiáng)管 (例如翅片，靜態(tài)混合器，膛線，導(dǎo)熱罐，導(dǎo)致紊流的齒臺，或者其任意組合)等等。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線132的該冷卻的轉(zhuǎn)換的合成氣可以引入到合成氣凈化系統(tǒng)135中。在一種或多種實(shí)施方案中，該合成氣凈化系統(tǒng)135可以包括但不限于一種或多種二氧化碳除去系統(tǒng)，甲烷轉(zhuǎn)化器，干燥器或者其任意組合。在一種或多種實(shí)施方案中，該冷卻的轉(zhuǎn)換的合成氣可以經(jīng)由管線132引入到一種或多種二氧化碳除去系統(tǒng)， 來除去至少一部分的該二氧化碳。在該合成氣凈化系統(tǒng)135中的該一種或多種二氧化碳除去系統(tǒng)可以從轉(zhuǎn)化的合成氣中選擇性分離二氧化碳，來提供貧二氧化碳合成氣和二氧化碳。該分離的二氧化碳可以經(jīng)由管線138回收。在一種或多種實(shí)施方案中，該貧二氧化碳合成氣可以任選的引入到凈化系統(tǒng)135中的一種或多種甲烷轉(zhuǎn)化器和/或一種或多種干燥機(jī)中。該貧二氧化碳合成氣可以引入到凈化系統(tǒng)135中的一種或多種甲烷轉(zhuǎn)化器中，來至少一部分的任何一氧化碳和/或二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷和水。例如，該合成氣中的總一氧化碳和二氧化碳可以小于大約lOOOppmw，小于大約750ppmw或者小于大約500ppmw的總一氧化碳和二氧化碳。在一種或多種實(shí)施方案中，該貧一氧化碳和二氧化碳的合成氣可以引入到凈化系統(tǒng)135的一種或多種干燥器中，來提供經(jīng)由管線139的水，和干燥的合成氣。該一種或多種干燥器可以除去或者分離貧一氧化碳和二氧化碳的合成氣中至少一部分的任何水，來提供干燥的合成氣。凈化系統(tǒng)135可以提供經(jīng)由管線137的合成氣，其的氫氣濃度可以是從低到大約 40mol%,大約50mc^%或者大約55mc^%到高到大約75mol%，大約SOmoW或者大約85mol%。 管線137中的合成氣的氮?dú)鉂舛瓤梢詮牡偷酱蠹s10md%，大約20md%或者大約25md%到高到大約40moW)，大約45mol%或者大約50moW)。管線137中的該合成氣的甲烷濃度可以小于大約4mol%，小于大約3mol%，小于大約2mol%，小于大約ImoW或者小于大約0. 9mol%。管線137中的該合成氣的氧氣濃度可以是大約0. lmol%-大約5moW)，大約0. 5mol%-大約4mol%，或者大約0. 8mol%-大約3md%。管線137中的該合成氣的氬氣濃度可以是大約 0. 05mol%-大約 2mol%,大約 0. Imo 1%-大約 1. 5mol%,或者大約 0. Imo 1%-大約 lmol%。氫氣氮?dú)?H2 =N2)摩爾比可以是大約1. 5 :1-大約5 :1，大約2 :1-大約4 :1，或者大約2. 2 1-大約3. 2 :1。該吐A2摩爾比可以是大約1.6 :1，大約1.8 :1，大約1. 9 :1，大約2. 1 :1， 大約2. 2 :1，大約2. 3 :1，或者大約2. 4 :1。管線137中的合成氣的壓力可以是大約1000 kPa_大約20800 kPa，大約2000 kPa-大約13700 kPa，或者大約3000 kPa-大約10400 kPa。管線137中合成氣的溫度可以是大約 100°C到大約100°C，大約 50°C到大約50°C，或者大約 25°C到大約25°C。該一種或多種二氧化碳除去系統(tǒng)可以包括任何一種或者相組合的物理、機(jī)械、電和/或化學(xué)系統(tǒng)，它們是串聯(lián)、平行或者其任意組合來配置的。在一種或多種實(shí)施方案中， 該一種或多種二氧化碳除去系統(tǒng)可以包括一種或多種物理分離系統(tǒng)，包括但不限于隔膜類型系統(tǒng)和溶劑基系統(tǒng)。例如，該一種或多種二氧化碳除去系統(tǒng)可以包括但不限于吸附/解吸附類型，溶劑基系統(tǒng)。該二氧化碳除去系統(tǒng)可以將該經(jīng)由管線132引入的合成氣與一種或多種吸附劑接觸，來除去至少一部分的該二氧化碳。二氧化碳選擇性吸附劑可以包括但不限于單乙醇胺(“MEA”)，二乙醇胺(“DEA”)，三乙醇胺(“TEA”)，碳酸鉀，甲基二乙醇胺 (“MDEA”)，活化的甲基二乙醇胺(“aMDEA”)，二甘醇胺(“DGA”)，二異丙醇胺(“DIPA”)， 其衍生物，其混合物，或者其任意組合。其他合適的吸附劑和技術(shù)可以包括但不限于碳酸丙烯酯物理吸附劑溶劑以及其他碳酸烷基酯，2-12個二元醇單元的聚乙二醇的二甲基醚 (Selexol 方法)，N-甲基吡咯烷酮，環(huán)丁砜，并且使用Sulf inol 氣體處理方法。該一種或多種甲烷轉(zhuǎn)化器可以包括將一氧化碳和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷的任何一種或者相組合的物理、機(jī)械、電和/或化學(xué)系統(tǒng)，它們是串聯(lián)、平行或者其任意組合來配置的。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種甲烷轉(zhuǎn)化器可以是一種催化方法，其運(yùn)行在足以將至少一部分的任何一氧化碳和/或二氧化碳轉(zhuǎn)化或者反應(yīng)成甲烷和水的溫度。該一種或多種催化方法可以包括一種或多種串聯(lián)或者平行排列的催化反應(yīng)器，其含有一種或多種適于將一氧化碳和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷的催化劑。合適的甲烷轉(zhuǎn)化器催化劑可以包括但不限于鎳，稀土元素促進(jìn)的鎳，其衍生物或者其組合。該甲烷轉(zhuǎn)化器的運(yùn)行溫度可以是大約 2000C -大約400°C。該貧一氧化碳和二氧化碳的合成氣可以包含大約50ppm或者更低的一氧化碳和二氧化碳，或者大約30ppm或者更低的一氧化碳和二氧化碳，或者大約IOppm或者更低的一氧化碳和二氧化碳。該一種或多種干燥器可以包括但不限于一種或多種分子篩，吸附劑，吸附劑，閃蒸槽分離器，焚化器或者其任意組合。合適的吸附劑可以包括但不限于二元醇，堿土金屬鹵化物鹽，其衍生物或者其混合物。合適的吸附劑可以包括但不限于活化的氧化鋁，硅膠，分子篩，活性炭，其衍生物或者其混合物。在一種或多種實(shí)施方案中，管線137中的合成氣可以引入到一種或多種凈化系統(tǒng) 140中，在這里可以除去一種或多種污染物例如多余的氮?dú)?，氬氣，氧氣和甲烷，來提供?jīng)由管線142的貧污染物的氣體混合物或者凈化的合成氣。該一種或多種凈化系統(tǒng)140可以用于從管線205中壓縮的氣體混合物中除去或者分離任何污染物，包括多余的氮?dú)?，即，對于提供大約2. 2 1-大約3. 2 1的H2 =N2摩爾比所需來說多余的氮?dú)?。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種凈化系統(tǒng)140可以包括一種或多種低溫類型的分離器，其運(yùn)行溫度小于 150°C。該一種或多種污染物和/或多余的氮?dú)饪梢詮囊环N或多種凈化系統(tǒng)140中作為廢氣經(jīng)由管線144除去。在一種或多種實(shí)施方案中，管線142中凈化的合成氣的H2 A2摩爾比可以是大約 2 :1-大約4 :1，或者大約2. 2 :1-大約3.2 :1。例如，該H2 :N2摩爾比可以是大約2. 9 1，大約3 :1，大約3. 1 :1，或者大約3.2 :1。在凈化的合成氣中氫氣濃度可以是大約50mol%-大約 90mol%,大約60mol%-大約85mol%，或者大約70mol%-大約80mc^%。管線142中該凈化的合成氣中氮?dú)鉂舛瓤梢允谴蠹s10mol%-大約40moW，大約15mol%-大約35moW，或者大約 20mol%-大約30mol%。管線142中該凈化的合成氣中甲烷濃度可以是大約0. 001mol%-大約 0. 05mol%,大約 0. 002mol%-大約 0. 03mol%,或者大約 0. 005mol%-大約 0. 01mol%。管線 142 中該凈化的合成氣中氧氣濃度可以是大約0. 00 Imo 1%-大約0. 05mol%,大約0. 002mol%-大約0. 03mol%,或者大約0. 005mol%-大約0. OlmoW。管線142中該凈化的合成氣中氬氣濃度可以是大約0. 05mol%-大約2mol%，大約0. Imo 1%-大約1. 5mol%或者大約0. Imo 1%-大約 Imo Ρ/ο。在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)由管線142的凈化的合成氣可以引入到一種或多種氨合成系統(tǒng)145中。該一種或多種氨合成系統(tǒng)145可以包括一種或多種氨轉(zhuǎn)化器和一種或多種氨冷凝器。存在于凈化的合成氣中至少一部分的該氮?dú)夂蜌錃饪梢院喜?，來提供氨轉(zhuǎn)化器產(chǎn)物(未示出)。該氨轉(zhuǎn)化器產(chǎn)物的氨濃度可以從低到大約5md%，大約IOmoW或者大約15moW到高到大約25moW，大約30moW或者大約35moW。例如，該氨轉(zhuǎn)化器產(chǎn)物的氨濃度可以是大約12mol%-大約25md%，或者大約16mol%-大約22md%。該氨轉(zhuǎn)化器產(chǎn)物的氫氣濃度可以從低到大約30md%，大約40md%或者大約50md%到高到大約70md%，大約 75mol%,或者大約80mol%。該氨轉(zhuǎn)化器產(chǎn)物的氮?dú)鉂舛瓤梢詮牡偷酱蠹s5md%，大約IOmoW 或者大約15mc^%到高到大約30mol%，大約35mc^%或者大約40mc^%。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種氨轉(zhuǎn)化器可以是使用一種或多種磁鐵礦催化劑的常規(guī)的單或者多通道轉(zhuǎn)化器。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種氨轉(zhuǎn)化器可以單或者多通道轉(zhuǎn)化器，其使用一種或多種貴金屬催化劑，或者一種或多種基于釕的催化劑，例如獲自Kellogg、Brown和Root LLC的釕基KAAP催化劑。一種或多種更高活性的貴金屬催化劑可以允許在氨合成回路中使用較低的壓力，由此允許使用單筒氨壓縮機(jī)(未示出)。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種氨轉(zhuǎn)化器可以包括任何反應(yīng)器，該反應(yīng)器的目的是在高壓和/或高溫運(yùn)行，來將至少一部分的含有氮?dú)夂蜌錃獾墓┝蠚?例如凈化的合成氣)轉(zhuǎn)化成氨。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種氨轉(zhuǎn)化器可以包括如US 專利No. 7081230所述的一種或多種“分流氨轉(zhuǎn)化器”。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種氨轉(zhuǎn)化器可以包括如US專利No. 6171570所述的一種或多種“等溫氨轉(zhuǎn)化器”。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種氨轉(zhuǎn)化器可以包括如US專利No. 6132687所述的一種或多種“用于高活性催化劑的水平氨轉(zhuǎn)化器”。在一種或多種實(shí)施方案中，該一種或多種氨轉(zhuǎn)化可以包括如US臨時專利申請No. :60/990207(申請日2007年11月沈日)所述的一種或多種氨轉(zhuǎn)化器。該氨轉(zhuǎn)化器產(chǎn)物可以引入到一種或多種氨冷凝器。該一種或多種氨冷凝器可以冷凝和分離氨來提供經(jīng)由管線147的氨產(chǎn)物(“最終產(chǎn)物”)和經(jīng)由管線149的未反應(yīng)的氫氣和/或氮?dú)?“再循環(huán)合成氣”)或者(“廢氣”)。經(jīng)由管線147的最終產(chǎn)物可以包含但不限于氨，氫氣，和氮?dú)?。該最終產(chǎn)物可以包含最小大約85wt%，最小大約90wt%，最小大約 95wt%，或者最小99. 9wt%氨。經(jīng)由管線147的該最終產(chǎn)物可以包含最大為大約15wt%，大約 10wt%，大約5wt%或者大約0. lwt%的合并的氫氣和氮?dú)?。?jīng)由管線149的再循環(huán)合成氣可以再循環(huán)到一種或多種凈化單元140和/或到一種或多種甲烷轉(zhuǎn)化器和/或干燥器(其可以包括在該一種或多種凈化系統(tǒng)135中)，如上所討論和所述。管線149的再循環(huán)合成氣中的氫氣濃度可以是大約40mol%-大約90md%，大約50mol%-大約85mol%，或者大約60mol%-大約80moW。管線149的再循環(huán)合成氣中的氮?dú)鉂舛瓤梢允谴蠹s10mol%-大約60mol%，大約15mol%-大約50mol%，或者大約20mol%-大約 40mol%。該一種或多種氨冷凝器可以包括任何能夠從包括至少氫氣和氮?dú)獾臍怏w混合物中選擇性分離氨的機(jī)械或者化學(xué)系統(tǒng)。該一種或多種氨冷凝器可以包括一種或多種低溫凈化器，其含有一種或多種制冷交換器和一種或多種制冷壓縮機(jī)。圖3表示了一種示例性合成氣凈化系統(tǒng)300，用于根據(jù)一種或多種實(shí)施方案來凈化用于氨合成的合成氣。在一種或多種實(shí)施方案中，該合成氣凈化系統(tǒng)300可以包括但不限于一種或多種叉流交換器(兩個表示為305，320)，一種或多種膨脹器310，一種或多種發(fā)生器315，一種或多種蒸氣-液體接觸塔330，和一種或多種冷凝器(“熱交換器”)340。該合成氣凈化系統(tǒng)300可以適應(yīng)組成差異很大的經(jīng)由管線137引入的合成氣。該組成差異可以包括但不限于合成氣中烴，氮?dú)猓谎趸己投趸嫉暮康淖兓?。在一種或多種實(shí)施方案中，含有氫氣和氮?dú)獾暮铣蓺饪梢越?jīng)由管線137引入到叉流交換器305中。在一種或多種實(shí)施方案中，管線149中的至少一部分的再循環(huán)合成氣可以引入到管線137中的合成氣中。管線137中的合成氣和管線149中的再循環(huán)合成氣可以如圖1和2所討論和所述。經(jīng)由管線137引入的合成氣和任選的再循環(huán)合成氣可以通過管線142中的冷的凈化合成氣和叉流交換器305，320的管線144中的冷的廢氣來間接冷卻。 經(jīng)由管線307的合成氣可以在兩個叉流交換器305，320之間的膨脹器319中膨脹，來進(jìn)一步冷器該合成氣和經(jīng)由直接連接的發(fā)生器315來回收能量。該膨脹器可以使用焦耳-湯普森(“J-T”)閥(未示出)來繞開或者補(bǔ)充。在一種或多種實(shí)施方案中，膨脹器319可以是一種輸出功裝置，其接收供給液體，并且產(chǎn)生液體或者蒸氣流出物或者蒸氣-液體流出物。 在該流出物流體是液體的情況中，該膨脹器319可以是水輪機(jī)。來自叉流交換器320的經(jīng)由管線322的冷卻的和部分液化的合成氣可以引入到蒸氣-液體接觸塔330中，在這里它可以進(jìn)一步冷卻，部分冷凝和精餾來提供經(jīng)由管線142的凈化的合成氣。管線142中的凈化的合成氣和管線144中的廢氣可以參考圖2所討論和所述。在一種或多種實(shí)施方案中，廢氣流可以從該蒸氣-液體接觸塔經(jīng)由管線332排出， 沿著水位調(diào)節(jié)閥333閃蒸，并且用作熱交換器340中的冷卻劑，其可以任選的整合有該蒸氣-液體接觸塔332。該熱交換器340可以冷卻和部分冷凝來自蒸氣-液體接觸塔332的頂部蒸氣，來提供合成氣液體(其可以在塔330中回流)。經(jīng)由管線142的該凈化的合成氣可以壓縮用于在氨轉(zhuǎn)化器(未示出)中轉(zhuǎn)化，該氨轉(zhuǎn)化器可以在高壓運(yùn)行。經(jīng)由管線137
13引入的合成氣和經(jīng)由管線149引入的任選的再循環(huán)合成氣所導(dǎo)致的壓力降低需要在凈化系統(tǒng)300的下游重新壓縮。在一種或多種實(shí)施方案中，可以取消該合成氣的重新壓縮，如US 專利No. 7090816中所討論和所述。在一種或多種實(shí)施方案中，蒸氣-液體接觸塔330中的條件能夠確定管線142中的凈化的合成氣的組成。例如，更多的制冷降低了凈化的合成氣的氮?dú)夂?，較少的制冷提高了氮?dú)夂?。?jīng)由管線322引入到蒸氣-液體接觸塔中的部分液化的合成氣可以提供蒸氣，其可以向上流過接觸區(qū)335，來吸收氮?dú)夂驮黾釉撜魵獾臍錃夂俊Ｔ撜魵?液體接觸區(qū)335可以是或者包括但不限于無規(guī)填充的材料，結(jié)構(gòu)化填充材料，一種或多種塔盤，一種或多種擋板或者其任意組合。該無規(guī)填充材料可以包括但不限于納特環(huán)，I環(huán)，P環(huán)，R環(huán)， 拉西環(huán)，馬鞍環(huán)，A-PAK環(huán)，頗爾環(huán)，U型環(huán)或者任何其他已知類型的填充環(huán)，或者填充環(huán)的組合。該結(jié)構(gòu)化的填充材料可以包括但不限于皺紋片，起皺片，薄紗，柵格，絲網(wǎng)，單片蜂窩結(jié)構(gòu)，或者其任意組合。該一種或多種塔盤和/或擋板可以包括但不限于浮閥塔盤，固定閥塔盤，篩孔塔盤，泡罩塔盤，筒式塔盤，雙流塔盤，擋板塔盤，噴淋板塔盤，盤式和圓環(huán)塔盤， 軌道塔盤，馬蹄塔盤，嚙合閥塔盤，煙@塔盤，狹縫塔盤，平板，穿孔塔盤，或者其任意組合。在接觸區(qū)335的上端，蒸氣可以進(jìn)入蒸氣提升管337中，并且流到冷凝器340上端的蒸氣入口區(qū)；342中。該蒸氣可以通過冷凝器340的管側(cè)，用于通過與經(jīng)由管線332引入該冷凝器340殼側(cè)的廢氣進(jìn)行間接熱交換來部分冷凝，來提供合成氣，該合成氣進(jìn)一步富含低沸點(diǎn)成分例如氫氣。蒸氣和冷凝物可以離開冷凝器340，并且可以在分離區(qū)344中分離。蒸氣可以作為凈化的合成氣經(jīng)由管線142離開蒸氣-液體接觸塔330。該冷凝物可以收集在分離區(qū)344下面的液體密封孔346中，并且可以與接觸區(qū)335流體連接。冷凝物可以從密封孔346溢流，來向下流過接觸區(qū)335到液體-蒸氣接觸區(qū)330的底部。廢氣可以經(jīng)由管線144回收，其可以如上所討論的那樣引入到叉流交換器305，320中。本發(fā)明的實(shí)施方案可以在下面的模擬方法中進(jìn)一步描述。下表1中所示的兩種模擬方法的結(jié)果表示了(1) 一種常規(guī)方法，和( 根據(jù)上述參考圖1和2的一種或多種實(shí)施方案，該常規(guī)方法的改進(jìn)，其改進(jìn)來將熱從管線116中的原料合成氣間接交換到管線107的流出物。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)合成氣的方法，其包含在水蒸氣和一種或多種第一催化劑存在下，在第一反應(yīng)區(qū)中重整烴來提供處于第一溫度的流出物，該流出物含有一部分的烴、一氧化碳、二氧化碳和氫氣，其中該第一反應(yīng)區(qū)包含一種或多種包含催化劑的管；將該流出物從第一溫度間接加熱到第二溫度；和將該處于第二溫度的流出物在一種或多種氧化劑和一種或多種第二催化劑存在下， 在足夠提供合成氣的條件下進(jìn)行重整，該合成氣包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳和小于大約 5md%干基的甲烷，其中該合成氣被用于將所述流出物從第一溫度間接加熱到第二溫度。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該第一溫度是大約700°C或者更高。
3.權(quán)利要求1的方法，其中該合成氣的溫度是大約990°C或者更高。
4.權(quán)利要求1的方法，其中該第二溫度是大約850°C或者更高。
5.權(quán)利要求1的方法，其中該烴包含甲烷。
6.權(quán)利要求1的方法，其中在將流出物從第一溫度間接加熱到第二溫度之后，該合成氣的溫度是大約880°C或者更高。
7.權(quán)利要求1的方法，其中在該合成氣用于間接加熱流出物之后，熱從該合成氣間接交換到冷凝物，來提供高壓水蒸氣。
8.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包含在一種或多種第三催化劑存在下，反應(yīng)該合成氣來將冷卻的合成氣中至少一部分的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，來提供一種轉(zhuǎn)化的合成氣， 該合成氣包含5md%干基或者更低的一氧化碳。
9.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包含在催化劑存在下，反應(yīng)該冷卻的合成氣來將該冷卻的合成氣中至少一部分的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，來提供一種轉(zhuǎn)化的合成氣，該合成氣包含ImoW干基或者更低的一氧化碳；從該轉(zhuǎn)化的合成氣中分離至少一部分的二氧化碳，來提供包含氫氣、一氧化碳和二氧化碳的第一氫氣產(chǎn)物；將該第一氫氣產(chǎn)物中的至少一部分的一氧化碳和二氧化碳反應(yīng)，來提供包含氫氣、甲烷和水的第二氫氣產(chǎn)物；和在一種或多種第三催化劑存在下，將至少一部分的該第二氫氣產(chǎn)物與氮?dú)夥磻?yīng)，來提供氨產(chǎn)物。
10.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包含在一種或多種第三催化劑存在下，反應(yīng)該冷卻的合成氣來將該冷卻的合成氣中至少一部分的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，來提供一種轉(zhuǎn)化的合成氣，該合成氣包含IrnoW干基或者更低的一氧化碳；將該第一氫氣產(chǎn)物中的至少一部分的一氧化碳和二氧化碳反應(yīng)，來提供包含氫氣、甲烷和水的第二氫氣產(chǎn)物；從該第二氫氣產(chǎn)物中分離至少一部分的水，來提供干燥的氫氣產(chǎn)物；和在一種或多種第三催化劑存在下，將至少一部分的該干燥的氫氣產(chǎn)物與氮?dú)夥磻?yīng)，來提供氨產(chǎn)物。
11.一種生產(chǎn)合成氣的方法，其包含在水蒸氣和一種或多種第一催化劑存在下，在第一反應(yīng)區(qū)中重整烴來提供處于第一溫度的流出物，其中該烴和水蒸氣的溫度單調(diào)升高到第一溫度；間接加熱該處于第一溫度的流出物，來提供處于第二溫度的流出物；和在一種或多種氧化劑和一種或多種第二催化劑存在下，重整該處于第二溫度的流出物來提供合成氣，其中該合成氣包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)夂退推渲性摵铣蓺庥糜趯⑻幱诘谝粶囟鹊牧鞒鑫镩g接加熱到第二溫度。
12.權(quán)利要求11的方法，其進(jìn)一步包含從該合成氣間接交換熱到冷凝物，來提供高壓水蒸氣；和將該合成氣中至少一部分的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，來提供包含ImoW干基或者更低的一氧化碳的轉(zhuǎn)化的合成氣。
13.權(quán)利要求12的方法，其進(jìn)一步包含除去該轉(zhuǎn)化的合成氣中至少一部分的二氧化碳，來提供包含ImoW干基或者更低的二氧化碳和一氧化碳的貧合成氣；將該貧合成氣中所包含的至少一部分的任何二氧化碳、一氧化碳或者二者轉(zhuǎn)化成甲烷；從該貧合成氣中分離至少一部分的水；分離該貧合成氣中至少一部分的氮?dú)?，來提供氨合成氣，該氨合成氣的氫氣氮?dú)獗壤秊榇蠹s2. 9 :1-大約3. 2:1;將該氨合成氣中至少一部分的氫氣和氮?dú)夥磻?yīng)來提供氨產(chǎn)物。
14.權(quán)利要求11的方法，其中該第一溫度是大約700°C或者更高。
15.權(quán)利要求11的方法，其中該合成氣的溫度是大約990°C或者更高。
16.權(quán)利要求11的方法，其中該第二溫度是大約850°C或者更高。
17.一種用于生產(chǎn)合成氣的系統(tǒng)，其包含第一反應(yīng)器，適用于在一種或多種第一催化劑存在下重整烴和水蒸氣，來提供處于第一溫度的流出物；熱交換器，適用于將熱從合成氣間接交換到該處于第一溫度的流出物，來提供冷卻的合成氣和第二加熱的流出物；和第二反應(yīng)器，適用于在一種或多種氧化劑和一種或多種第二催化劑存在下重整該處于第二溫度的流出物，來提供合成氣，其中該合成氣包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)夂退?br> 18.權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含第二熱交換器，適用于將熱從該冷卻的合成氣間接交換到冷凝物，來提供高壓水蒸氣。
19.權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含變換器，適用于將該冷卻的合成氣中至少一部分的一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，來提供轉(zhuǎn)化的合成氣；和分離器，適用于從該轉(zhuǎn)化的合成氣中選擇性分離至少一部分的二氧化碳，來提供包含3md%干基或者更低的一氧化碳和二氧化碳的合成氣。
20.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含氨反應(yīng)器，適用于將該合成氣中的氫氣和氮?dú)夥磻?yīng)成氨。
全文摘要
提供了一種生產(chǎn)合成氣的系統(tǒng)和方法。在至少一種具體實(shí)施方案中，烴可以在水蒸氣和一種或多種第一催化劑存在下，在第一反應(yīng)區(qū)中重整來提供處于第一溫度的流出物，該流出物含有一部分的烴、一氧化碳、二氧化碳和氫氣。該第一反應(yīng)區(qū)可以包括一種或多種包含催化劑的管。該流出物可以從第一溫度間接加熱到第二溫度。處于第二溫度的流出物可以在一種或多種氧化劑和一種或多種第二催化劑存在下，在足夠的條件下重整來提供合成氣，該合成氣包含氫氣，一氧化碳，二氧化碳，和小于大約5mol%干基的甲烷。該合成氣可以用于將流出物從第一溫度間接加熱到第二溫度。
文檔編號C01B3/32GK102239110SQ200980148669
公開日2011年11月9日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者U. 哈克 I. 申請人:凱洛格·布朗及魯特有限責(zé)任公司