[发明专利]用于制氨和制氢装置的排气管线

说明书

在包括脱硫区段、重整区段和变换区段的制氨或制氢装置中，其中变换区段包括低温变换炉和中温变换炉，排气管线布置在低温变换炉和中温变换炉下游以使变换炉能够在低压（通常3‑7 bar）下被工艺气体再加热。以这种方式避免了工艺气体中水蒸气的冷凝。通过应用该排气管线，可为在生产临时停机后的重新开始生产节省大量的时间，更具体地为8‑24小时，这是因为避免了以循环氮气加热LTS/MTS炉。

本发明涉及用于制氨和制氢装置的排气管线，所述排气管线在装置的变换区段下游布置。更具体地，本发明涉及制氨或制氢装置的合成气生成部分，其包括重整区段、变换区段、二氧化碳去除单元和甲烷转化器，所述变换区段包括低温变换炉（shift converter）和/或中温变换炉。该装置的特征在于从低温变换炉和/或中温变换炉下游布置的排气管线，所述排气管线使一个或多个变换炉在低压（通常3-7 bar）下能够被工艺气体再加热，和在于入口减压阀和排气阀，所述阀促进压力控制，从而在MTS和/或LTS催化剂中控制露点。进一步地，本发明涉及制氨或制氢装置中的排气管线用于在生产临时停机后简单和省时的重新开始生产的用途。

制氨装置以及制氢装置中合成气生成部分大致由脱硫区段，例如加氢脱硫(HDS)区段（是必要的以避免下游蒸汽重整器中催化剂的中毒）、重整区段、变换区段、二氧化碳去除单元、甲烷转化器和氨合成单元组成。例如，重整区段可以基于在前有预重整器的管式重整器。上述预重整器用于烃进料（例如天然气）的低温蒸汽重整（steam reforming）。其提供了高级烃的完全转化和硫的去除，并且其也保护了下游催化剂。

上述预重整器可放置在管式重整单元上游。为了获得所需的蒸汽与碳的比率，在进入预重整器前将进料与工艺蒸汽混合。在预重整器中，全部的高级烃被转化成碳氧化物、氢气和甲烷的混合物。

在制氨装置中，一氧化碳转化单元位于次级重整器下游。

变换区段的目的是为最大化氢气输出并减少合成气中一氧化碳的水平。

在制氨装置中，变换区段通常由高温变换(HTS)反应器和随后的低温变换(LTS)反应器组成。该变换区段可以任选地由中温变换(MTS)反应器和随后的低温变换(LTS)反应器组成。为了确保制氨装置中的被进料至氨合成回路的合成气中没有碳氧化物，使其通过甲烷转化器，所述甲烷转化器会将来自变换区段的任何痕量的二氧化碳和未转化的一氧化碳转化成甲烷。

变换单元的性能强烈地影响到制氨装置整体的能源效率，因为在甲烷转化器中未转化的一氧化碳将消耗氢气并且形成甲烷(CH₄)，从而在合成回路中减少进料和增加惰性气体的水平。

在制氢装置中，变换区段通常由中温变换(MTS)反应器和任选的低温变换(LTS)反应器组成。通常在变压吸附(PSA)单元中纯化合成气，并且任何未转化的一氧化碳(CO)将止于PSA单元的出口气中。通常地，它可被分离出并且用作燃料，而不是直接用于氢气的生产。

生产氢气的装置公开于若干个专利文献中。例如，US 2003/0087138 A1涉及包含燃料加工组件的燃料电池系统，所述燃料加工组件例如为脱硫区段、重整区段和变换区段，其中排气管线位于变换区段下游。然而，该排气管线仅在系统的停机期间使用，其中燃料电池与其载料（load）断开并用空气流来吹扫燃料加工组件残余的氢气。同样地，US 2003/0072978 A1描述了一种用于在启动或停机期间吹扫燃料电池系统的程序。来自燃料加工系统的吹扫气体通过排气管线最终被排放至大气中，但是没有提及在低压下工艺气体中任何的再加热。最后，US 2006/0063047 A1公开了一种燃料电池动力装置，除常规地生产电和热之外其还可用作重整产品生成器（reformate generator）。然而，该装置不包含排气管线。

本发明中的基本思想是在如图中所示的制氨或制氢装置中具有在低温变换炉和/或中温变换炉下游布置的排气管线。该布置的原因如下：