[发明专利]用于改善氨合成气装置的效率的方法

说明书

本发明涉及通过设置使用来自水电解的氧气并结合次级蒸汽重整以生产氨合成气来改善现有氨合成气装置或新型氨合成气装置的效率的方法。

本申请涉及氨合成气的制备。更具体地，本发明是通过将水的电解与烃原料的常规初级和次级蒸汽重整相结合以制备含氢和氮的氨合成气来改善常规氨合成气装置的效率的方法。

氨合成气通常通过使烃进料(通常为天然气和/或高级烃)在燃烧的(fired)管式初级蒸汽重整器中通过与蒸汽重整催化剂接触而进行吸热蒸汽重整反应来制备。然后将经初级重整的气体进料到次级绝热重整器中，其中来自初级蒸汽重整的气体中的在初级蒸汽重整中形成的一部分氢和残留量的烃被空气和蒸汽部分氧化，并且随后在次级重整催化剂的存在下被重整。从次级重整器中取出粗合成气，其含有在原料的上述蒸汽重整反应的反应过程中形成的氢气、一氧化碳和二氧化碳，以及在次级重整步骤中通过添加空气而被引入的氮气。

初级和次级重整过程的缺点是，用于在燃烧的初级蒸汽重整器中加热吸热的初级蒸汽重整的烃原料和燃料的消耗较高，因此来自用于加热重整器的燃烧器的烟道气中的CO₂排放较大。可以从该过程中捕获二氧化碳产品，并将其用于下游过程，例如尿素生产或提高石油采收率。

但是，工业中仍经常采用初级和次级蒸汽重整，特别是在现有的用于生产氨合成气的重整装置中。

次级蒸汽重整包括使用含氧气氛将经初级重整的进料气体部分氧化为CO、CO₂、H₂、H₂O和剩余的烃，然后将烃进行蒸汽重整以形成粗合成气。

近来，至少在专利文献中，已经设想了将用于生产氢气的电解水与用于生产氮气的空气分离相结合，来制备氨合成气。如此产生的氢气和氮气以化学计量比结合以形成用于氨生产的合成气。然而，电解和空气分离相结合的缺点在于，氧气在电解和空气分离中均作为副产物产生，其在氨合成中没有用途，并且可被认为是能量损失。

通常，如上所述，现有的工业氨合成气装置(即所谓的氨装置的前端)包括燃烧的初级蒸汽重整器、在气体入口侧带有燃烧器且在气体出口侧带有蒸汽重整催化剂床的次级蒸汽重整器。燃烧器通常使用空气操作。

从次级蒸汽重整器中取出的粗氨合成气随后在水煤气变换单元中进行处理，以通过已知的水煤气变换反应进一步生产氢气并将一氧化碳转化为二氧化碳。

然后，在二氧化碳去除过程中，去除变换后的氨合成气中包含的二氧化碳。

在将一氧化碳和/或二氧化碳转化为甲烷的化学反应中，通过甲烷化作用去除来自二氧化碳去除过程的氨合成气中剩余的二氧化碳和/或一氧化碳。

将如此制备的氨合成气引入到氨补充气体压缩机中，并送入氨生产单元中。

本发明是基于设置燃烧的初级蒸汽重整过程和次级重整过程以及新的电解水的执行步骤的组合来生产氨合成气，其在次级重整燃烧器的操作中使用空气或富氧空气。

因此，本发明提供了改善氨合成气装置的效率的方法，该氨合成气装置包括燃烧的初级蒸汽重整器和用含氧气氛运行的次级蒸汽重整器、水煤气变换单元、二氧化碳去除单元、甲烷化步骤和氨合成气压缩机，所述方法包括以下步骤：

(a)设置电解单元，并通过电解水制备单独的含氢气流和单独的含氧气流；

(b)设置用于将单独的含氢气流从电解单元输送到合成气压缩机和/或甲烷化步骤的气体管道；和

(c)设置用于将至少一部分单独的氧气流从电解单元输送到次级重整器中的燃烧器的气体管道。