[发明专利]合成氨的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由含烃原料生产氨的方法、相关设备和相关设备的改造方法。

背景技术

氨的合成涉及将含烃原料(通常为天然气)在前端工段中重整成合成气并将所述合成气在合成回路中转化成氨。例如在EP 2 065 337中描述了用于生产氨合成气的方法。

含烃原料的重整需要热量输入，该热量输入至少部分地通过适当燃料的燃烧来提供，例如通过一部分输入天然气的燃烧来提供。例如，常规的重整装置包括：用蒸汽进行初级重整的步骤和随后用氧化剂进行二次重整的步骤。二次重整可以在内部燃烧式重整器(自热重整器ATR)中进行而不需要燃料燃烧，而初级重整通常在燃烧式蒸汽重整器中进行。

在重整炉中的燃烧存在以下缺点：污染大气，特别是由于二氧化碳(CO₂)和氮氧化物(NO_x)的排放造成的污染；消耗燃料和相关成本；当也将烃原料用作燃料时，可用作工艺气体的烃原料较少。此外，燃烧式设备的改造昂贵，这意味着用于增加包括燃烧式重整器在内的前端的容量的改造是昂贵的。

用于至少部分地避免燃烧式蒸汽重整器的上述缺点的可行的替代方案是在气体加热式重整器(GHR)中进行蒸汽重整，其中通过热工艺流(例如二次重整器的流出物，其温度约为700℃-1000℃)提供热量。到GHR的原料(即烃和蒸汽的混合物)需要被预热至高温，类似于初级重整器催化剂管的温度。该预热在对流工段中在原料预热器盘管中实现，并且增加了重整器的燃料消耗。

此外，由于使用具有非常高的温度并且通常含有显著量的的一氧化碳(CO)的热源导致金属粉尘化风险，所以GHR是昂贵的。

高温和高CO分压意味着金属表面经受碳化和氧化反应，从而使得金属粉尘化，导致腐蚀和反应器的使用寿命更短。金属粉尘化涉及使用昂贵的材料和昂贵的构造解决方案。

因此，使用GHR并没有解决上述问题。它涉及高制造成本，这仅在例如当容量能够显著增加(例如至少30％)时的某些情况下可能是合理的。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的上述问题和缺点。

该目的通过根据权利要求1的方法实现。

本发明公开了回收在高温变换(HTS)转化过程中和/或在合成步骤中产生的热量，并且使用该热量以至少部分地满足重整工艺的需要。因此，本发明的热回收可以全部或部分地提供用于重整的热量。

将热量传递给重整工艺的优选方式是对重整工段的混合进料进行预热。术语混合进料表示烃进料例如天然气与进给到重整工段的蒸汽的混合物。

根据一些实施方式，递送给重整工段的混合进料可通过穿过一个或多个换热器而被加热。所述换热器的热源可以是：其中所述换热器的热源取自净化工段或转化工段。例如，换热器可以浸没在变换器的催化床中，或者热源可以是所述变换器的流出物。

高温变换将一氧化碳转换成二氧化碳，通常接下来是二氧化碳去除和任选的甲烷化。在一些实施方式中，高温变换之后可以是在较低温度下的进一步变换步骤。

通过变换释放的热量可以直接从变换器的催化床中回收，和/或通过冷却热变换气体流出物而回收。

高温变换通常在铁基催化剂上进行，并且在与HTS催化剂的活性相适应的最低入口温度(通常约为320-350℃)下进行。进行变换的气体的温度分布可以根据绝热过程或等温过程而变化。在绝热变换中，在变换器的出口处即在过程结束时达到峰值温度。在所谓的等温变换中，通过浸入催化床中的换热器将温度控制在期望值附近。因此，通常在催化床内达到峰值温度。

其中HTS催化剂上实现的温度升高取决于重整工艺和重整操作参数。例如，基于使用化学计量空气的重整工艺的HTS具有比使用过量空气的工艺高但比使用富氧空气或氧气的工艺(假设相同的HTS入口温度)低的绝热温度升高。

在HTS的现有技术中，所述峰值温度为约400℃-420℃。本发明的一个方面是将所述峰值温度升高到至少450℃。这通过提高HTS入口温度来实现。因此，本发明增加了可从变换中回收的热的量和温度，从而使得混合进料被有效预热，并且在一些实施方式中，安装了预重整器。

变换的入口温度和峰值温度的升高与现有技术的教导相反，因为变换是受在较低温度有利的平衡限制的放热反应。因此，已知较高的温度对CO转换成CO₂产生负面影响并降低氢的生成。此外，未反应的CO导致在甲烷化步骤中形成的甲烷量增加。然而，申请人已经发现，上述缺点通过传递给重整过程的更多热量的益处而大大地过度补偿。