[发明专利]尤其用于合成氨的化学工艺和设备中的废热回收

说明书

技术领域

本发明涉及化学工艺和化学设备中的废热回收。例如，本发明适用于合成氨的工艺和设备。

背景技术

废热回收在现有技术中是已知的。在化学工艺中，可以获取各种废热源，例如，从中间产物流或任何燃烧过程的烟道气的冷却获取。通常通过产生热蒸汽来回收在至少400℃-500℃的温度下可获取的热，所述热蒸汽可以用在该工艺本身中，或者在透平机中膨胀以产生能量。在较低的温度下获取的热通常不适于产生能量且可以通过例如预热某(某些)工艺物料流而回收。然而，在一些情况下，低温热的回收可能并不经济方便。

在以下描述中，将涉及用于合成氨的工艺和设备中的热回收，合成氨是优选应用，但并不是本发明的专门应用。

EP-A-2022754中公开了用于产生氨并且用于产生相应的补充合成气的工艺。基本上，氨是由补充合成气在工作在80-300巴的合成回路中发生催化反应而产生的。通过转化碳氢化合物(比如天然气)，在前端段中产生补充合成气。更详细地，脱硫的碳氢化合物在一段转化炉中进行蒸汽转化，获得温度大约为800℃的含CO、CO₂和H₂的第一气体产物。所述第一气体产物在二段转化炉或换热式转化炉(ATR)中进一步与空气或氧气反应，获得温度大约为1000℃的第二气体产物。接着，在一系列的设备中处理所述第二气体产物以脱除碳氧化物并获得适于氨合成的气体组成，即具有接近于3∶1的H₂/N₂摩尔比。这些设备包括：CO变换炉，其中CO转化为二氧化碳和氢气；CO₂脱除装置，比如CO₂洗涤塔，其中，通过利用适当的溶剂洗涤所述气体来脱除二氧化碳；甲烷化反应器，其中残余的二氧化碳被催化转化为甲烷。所述变换通常在大约500℃的高温变换反应器(HTS)中发生，接着在工作在大约200℃的低温变换反应器(LTS)中发生。

通过来自二段转化炉以及一段转化炉的燃烧侧的热气体流出物的冷却而释放的热通常是通过产生高压过热蒸汽以及预热工艺物料流来回收的。所述蒸汽可以用于其他的工艺使用或者利用蒸汽透平机转化为能量。然而，例如来自低温变换反应器的合成气流出物的低温热更难以回收。

LTS反应器流出物具有相对低的温度，大约为200℃-220℃，在这样的低温下，利用蒸汽透平机转化为能量并不具有吸引力。在已知的技术中，从LTS反应器流出物的冷却回收的热用于使CO₂洗涤塔的溶液(例如，基于胺)再生；然而该用途在能量方面效率不高，现有的CO₂脱除工艺，比如物理洗涤或使合成气通过PSA装置，不再需要大量的热输入。

因此，在现代的氨合成设备中，可以从LTS反应器流出物回收的热几乎没有用处或者没有用处。有可回收热的其他可能源，例如来自甲烷化炉或者在热气/气换热器下游的合成回路的流出物，或者来自蒸汽转化炉的通常输送至排气管的150℃到300℃的烟道气。然而，现有技术并未提供充分利用这些可能的热源的有效方式。

同样的问题可以在类似于氨合成工艺的其他工艺中遇到，氨合成的工艺包括以下步骤：在前端段中获得至少一种补充反应物，使所述至少一种补充反应物在合成段中发生反应，该合成段在高于所述前端段的压强的压强下运行，获得处于高压液态的所述产物。

发明内容

本发明的目的是提供有效地回收可能在以上的化学工艺中、尤其是在用于合成氨的工艺中获取的低温热。

本发明的基本概念是利用可获取的低温热源来提高合成回路产生的高压液态产物流的热含量，并将该产物流用作热力学循环例如兰金循环的工作流体。所述产物流可以由回收的废热完全或部分地蒸发；在本发明的一些实施方式中，该产物流处于临界压强以上的压强中，加热导致超临界流体流。

因此，本发明的一方面是一种用于合成化学产物的工艺，所述工艺包括以下步骤：在前端段中获得至少一种补充反应物，以及使所述至少一种补充反应物在合成段中发生反应，获得液态且处于高压下的所述产物，所述工艺的特征在于：

a)由所述合成段提供的所述液态产物的至少一部分通过与所述工艺可获取的废热源进行间接热交换而被加热，获得所述产物的汽化状态(vapour state)或超临界态的可膨胀流；

b)所述可膨胀流膨胀以回收能量，获得膨胀的流；以及

c)所述膨胀的流通过与合适的冷却介质进行热交换而被冷凝，获得产物冷凝流。