CN101925531B - 氨加工效率的提高 - Google Patents

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Abstract

用于生产氨的系统和方法。该系统可以包括其中布置有两个或多个不连续的催化剂床的第一壳体，布置在该第一壳体周围的第二壳体，布置在第一壳体外面并且与之流体联通的第一热交换器，布置在第二壳体外面并且与之流体联通的第二热交换器，和布置在第一壳体内的流路。第一部分原料气可以在催化剂的存在下反应来提供氨流出物。来自该氨流出物的反应热可以在第一热交换器和第二热交换器中进行交换。加热的第二部分原料气可以引入到第一壳体中，并且可以在催化剂的存在下进行反应。

Description

氨加工效率的提高
技术领域
本发明的实施方案通常涉及氨的合成。更具体的，本发明的实施方案涉及回收来自氨转化器流出物的热来在其中产生蒸气。
背景技术
氨通常是由合成气，通过在催化剂存在下，在通常称作氨转化器中将氢气和氮气进行反应来生产的。用于氨合成的理想的合成气的摩尔比是3mol氢气∶1mol氮气。合成气的转化提供了富含氨的流出物，其包含了氨和未反应的氢气和氮气。
氨的合成是通常放热的催化反应来驱动的，其产生了热量。氨流出物的典型的温度是大约315℃-大约340℃，其适于预加热锅炉供水，但是没有用于产生有价值的蒸气。同样，传统的氨设备是固有的能量效率低的。
因此，需要更有效的系统和方法来利用在氨合成中所产生的热。
附图说明
因此可以参考实施方案来更好的理解上述的本发明的特征，本发明更具体的说明，上面的简要汇总，这些实施方案中的一些表示在附图中。但是，应当注意的是附图仅仅表示了本发明典型的实施方案，并因此不能认为是对本发明范围的限制，因为本发明可以包含其他等效的实施方案。
图1表示了根据所述的一种或多种实施方案的一种示意性氨转化系统的局部横截面图。
图2表示了根据所述的一种或多种实施方案用于生产氨的示意性系统的图示。
图3表示了根据所述的一种或多种实施方案用于生产氨的另外一种示意性系统的图示。
具体实施方式
现在提供详细的说明。每个附加的权利要求定义了单独的本发明，其在用于侵权目的方面被认为包括了在权利要求中的不同元件或者所规定的界限的等价物。根据上下文，在下面全部提到“本发明”在某些情况中可以仅仅指的是某些具体的实施方案。在其他情况中提到“本发明”之处将被认为指的是一个或多个，但不必是全部的权利要求中所述的主题。现在将在下面更详细的描述每个本发明，包括具体的实施方案，方案和实施例，但是本发明不局限于这些实施方案，方案或者实施例，其被包括来使得在该专利的信息与可利用的信息和工艺相结合时，本领域技术人员能够制造和使用本发明。
提供了用于生产氨的系统和方法。在至少一种具体的实施方案中，含有氮气和氢气的原料气可以分配到氨转化器。该氨转化器可以包括其中布置有两个或多个不连续的催化剂床的第一壳体，布置在该第一壳体周围的第二壳体，布置在第一壳体外面并且与之流体联通的第一热交换器，布置在第二壳体外面并且与之流体联通的第二热交换器，和布置在第一壳体内的流路。第一壳体中的该两个或多个不连续的催化剂床可以布置在该流路的周围。第一部分的原料气可以引入到第一壳体中，和第二部分的原料气可以引入到该第二壳体中。第一部分的原料气可以在催化剂的存在下反应来提供氨流出物。至少部分的来自氨流出物的反应热可以交换来在第一热交换器中产生蒸气。至少部分的来自氨流出物的反应热可以在第二热交换器中交换到第二部分的原料气。该加热的第二部分原料气可以引入到第一壳体中。该加热的第二部分原料气可以在催化剂的存在下进行反应。
图1表示了根据一种或多种实施方案的一种示意性氨转化系统的局部横截面图。在一种或多种实施方案中，该氨转化系统可以包括一种或多种反应器或者氨转化器100，和两个或多个与之流体联通的外部热交换器(两个表示为104，168)。每个反应器100可以包括第一壳体或者第一包含体积108，第二壳体或者第二包含体积106，帽110，一个或多个接头或者喷嘴(四个表示为112，114，120，160)，和一个或多个管道或者流路(两个表示为122，124)。外壳体(“转化器壳体”)106可以包括第一端或者头126和第二端或者头128。内壳体(“篮形物”)108可以包括第一端或者头130，第二端或者头132，和布置在该内壳体108中的一个或多个不连续的催化剂床(四个表示为134，136，138，140)。
帽110可以包括外壳体142，其可以连接到外壳体106的第一端126。帽110还可以包括内壳体144，其可以连接到内壳体108的第一端130。部分的管道或者流路124可以布置在帽110中或者穿过其。管道或者流路124可以与布置在帽110上的接头(“出口”)160流体联通。
第一热交换器168可以经由流路124与第一壳体108流体联通。第一热交换器168可以是或者可以包括任何的适于在流体之间间接传热的系统或者装置。例如，第一热交换器168可以是或者可以包括一种或多种壳管式，平板的和框架式，螺旋缠绕的，U型管，和/或枪刺状类型热交换器。在一种或多种实施方案中，氨流出物经由管线166可以引入到第一热交换器168中，并且经由管线170回收。在一种或多种实施方案中，传热介质可以经由管线172引入到第一热交换器168中，并且经由管线174回收。该传热介质可以是或者可以包括冷凝物，锅炉供水(“BFW”)，低压(“LP”)蒸气和/或中压(“MP”)蒸气。蒸气可以经由管线174从第一热交换器168中回收。
在一种或多种实施方案中，管线166中的氨流出物可以处于足以产生高压蒸气的温度。该高压蒸气的压力可以是大约10300kPa-大约12500kPa。在一种或多种实施方案中，管线166中的氨流出物可以处于足以产生过热的MP蒸气的温度。在一种或多种实施方案中，该氨流出物的温度可以是大约350℃或者更高。在一种或多种实施方案中，该氨流出物的温度范围可以是从大约430℃，大约440℃或者大约445℃的低温到大约460℃，大约465℃或者大约470℃的高温。例如该氨流出物的温度可以是大约450℃-大约455℃或者更高。
冷却的氨流出物可以经由管线170从第一热交换器168中回收。在一种或多种实施方案中，该氨流出物可以冷却到小于400℃，小于395℃或者小于390℃的温度。在一种或多种实施方案中，该氨流出物可以冷却到大约335℃-大约385℃，大约335℃-大约370℃或者大约380℃-大约385℃的温度。
在一种或多种实施方案中，流体(“原料气”)可以引入到氨反应器100中。该原料气可以包括氢气(H2)和氮气(N2)。该原料气可以分成两个或多个部分。例如，该原料气可以分成第一部分和第二部分。第一部分可以经由一个或多个管道(“入口”)122引入。在一种或多种实施方案中，经由入口122引入的第一部分可以占所引入的原料气的从低到大约30vol％，大约35vol％或者大约40vol％到高达大约50vol％，大约55vol％或者大约60vol％。例如，经由入口122引入的第一部分可以占到所引入的原料气的大约40vol％-大约52vol％，大约38vol％-大约54vol％或者大约36vol％-大约56vol％。第二部分可以经由接头(“入口”)112引入。在一种或多种实施方案中，经由入口112引入的第二部分可以占所引入的原料气的从低到大约40vol％，大约45vol％或者大约50vol％到高达大约60vol％，大约65vol％或者大约70vol％。例如，经由入口112引入的第二部分可以占到所引入的原料气的大约48vol％-大约60vol％，大约46vol％-大约62vol％或者大约44vol％-大约64vol％。
在一种或多种实施方案中，第二部分可以经由入口112引入，并且可以从外壳体106和内壳体108之间流到接头或者出口114。第一壳体108可以在第一壳体108和第二壳体106之间限定出一个环状空间，第二部分可以流过该空间。在一种或多种实施方案中，该第二部分可以冷却或者调节外壳体106的温度。例如，第二部分可以在下面的温度范围内调节外壳体106：从低到大约120℃，大约125℃或者大约130℃到高达大约150℃，大约155℃或者大约160℃。将外壳体106的温度调节到小于大约160℃可以允许外壳体108用低成本材料例如碳钢来制造。
第二热交换器104可以分别经由管线118和116与第一壳体108和第二壳体106流体联通。第二热交换器104可以是或者可以包括任何适于在流体之间间接传热的系统或者装置。例如，第二热交换器104可以是或者可以包括一种或多种壳体管式，平板的和框架式，螺旋缠绕的，U型管，和/或枪刺状类型热交换器。在一种或多种实施方案中，第二部分可以经由管线116引入到第二外部热交换器104中。热量可以经由传热介质来间接传递到第二部分，来经由管线118提供加热的第二部分，所述的传热介质是经由管线162引入到热交换器104中的。在一种或多种实施方案中，该传热介质可以是但不限于来自反应器100的至少部分的下游氨流出物。该经由管线162引入到热交换器104中的传热介质可以经由管线164回收。
在一种或多种实施方案中，管线118中的加热的第二部分可以经由接头(“入口”)120引入到第一壳体108中。该加热的第二部分可以流过由流路124和帽110的内壳体144所限定出的环状空间，流向布置在第一壳体108中的一个或多个催化剂床134，136，138，140。至少部分的该加热的第二部分，例如氢气和氮气，可以转化来提供氨流出物。该第二部分可以在布置于催化剂床134，136，138，140中的一种或多种催化剂的存在下转化或者反应，来提供氨流出物。在流过一个或多个催化剂床134，136，138，140之后，该氨流出物可以经由流路124回收。
在一种或多种实施方案中，第一部分可以引入到布置在内壳体108中的一个或多个催化剂床134，136，138，140中。该第一部分可以经由单个管道122或者多个管道(未示出)分配到两个或多个催化剂床134，136，138，140中。该第一部分可以平均或者不平均的分配到两个或多个催化剂床134，136，138，140中。
在一种或多种实施方案中，该第一部分可以充当温度调节器，其能够将催化剂床134，136，138，140降低或者保持在期望的反应温度。引入到任何一个具体的催化剂床的第一部分的流量可以手动或者自动调节来对应于用于该具体催化剂床的最佳流量。在一种或多种实施方案中，加热的第二部分和第一部分可以在该第一和第二部分流过催化剂床时在催化剂床134，136，138，140中混合或者合并，来提供氨流出物。在一种或多种实施方案中，该加热的第二部分和第一部分可以经由反应器100中的一个或多个内部热交换器(未示出)间接交换热。该第一部分和第二部分然后可以在一个或多个催化剂床中混合或者合并。该氨流出物可以经由流路124从内壳体108中回收。
在一种或多种实施方案中，第一部分可以经由管线122引入到第一催化剂床134，该第一部分的温度和/或流量足以将第一催化剂床134保持在下面的温度范围内：从低到大约340℃，大约350℃或者大约360℃到高达大约380℃，大约390℃或者大约400℃。在一种或多种实施方案中，该第一部分可以经由管线122引入到第二催化剂床136中，该第一部分的温度和/或流量足以将该第二催化剂床136保持在下面的温度范围内：从低到大约350℃，大约360℃或者大约370℃到高达大约390℃，大约400℃或者大约410℃。在一种或多种实施方案中，该第一部分可以经由管线122引入到第三催化剂床138，该第一部分的温度和/或流量足以将该第三催化剂床138保持在下面的温度范围内：从低到大约360℃，大约370℃，大约380℃到高达大约400℃，大约410℃或者大约420℃。在一种或多种实施方案中，该第一部分可以经由管线122引入到第四催化剂床140中，该第一部分的温度和/或流量足以将该第四催化剂床140保持在下面的温度范围：从低到大约370℃，大约380℃或者大约390℃到高达大约400℃，大约410℃或者大约420℃。
在一种或多种实施方案中，第一壳体或者第一包含体积108和第二壳体或者第二包含体积106可以是彼此同中心的。在一种或多种实施方案中，第一壳体或者第一包含体积108，第二壳体或者第二包含体积106，和流路124可以是彼此同中心的。第一壳体或者第一包含体积108和第二壳体或者第二包含体积106可以包括第一区和第二区。该第一区的横截面可以大于该第二区的横截面。例如，帽110的外壳体142的横截面可以小于外壳体108。帽110的内壳体144的横截面可以小于内壳体106。
在一种或多种实施方案中，一个或多个催化剂床134，136，138，140可以是，但是不限于，轴向床，轴向/放射状床，放射状床，或者其任意组合。在一种或多种实施方案中，一个或多个催化剂床134，136，138，140可以是冷却气体猝灭的，使用一种或多种交换器冷交换的，或者其组合来控制或者调节该一个或多个催化剂床的温度。布置在一个或多个催化剂床134，136，138，140中的催化剂可以是或者包括磁铁矿催化剂。该催化剂可以是或者包括贵金属催化剂，例如基于钌的催化剂，例如获自Kellogg，Brown和Root的钌基KAAP催化剂。每个催化剂床134，136，138，140可以包括相同的催化剂或者不同的催化剂。每个催化剂床134，136，138，140可以包含两种或多种不同的催化剂。
氨加工的能量效率会受到不同因素的影响，例如另外的第二氨转化器，和其他设备具体参数，例如该设备的上游或者前端设计。这里，氨设备的工艺界区(“ISBL”)的能量效率能够提高大约0.18Gcal/MT-大约0.3Gcal/MT。第二热交换器104可以由来自第一热交换器168中的氨流出物的初始冷却来加热下游的第二部分。在产生例如高压蒸气之后的氨流出物中残留的热量能够足够的将第二部分预热到这样的温度，该温度足以在一个或多个催化剂床124，136，138，140中反应来提供经由管线166的氨流出物。例如，该第二部分可以被加热到下面的温度范围：从低到大约340℃，大约350℃或者大约360℃到高达大约380℃，大约390℃或者大约400℃。
在一种或多种实施方案中，可以对现有的氨转化器进行改变或者改进来提供上面所讨论的和所述的设计构造和改进的效率。例如，从氨流出物中回收的热可以用来产生有价值的高压蒸气和/或过热的中压蒸气。氨转化器(其具有位于该转化器的上帽中的壳管式热交换器)可以根据所述的一种或多种实施方案进行改进。具有布置在帽110中的热交换器(即，壳管式交换器)的氨转化器限制了能够从该方法中回收的热量。所以，经由管线166回收的氨流出物的温度不足以提供高压蒸气。例如，在具有布置在帽110中的壳管式热交换器的构造中，离开氨转化器100的氨流出物的温度典型的是大约315℃-大约340℃，其不足以生产高压蒸气和/或过热的中压蒸气。在氨转化器中产生的加工热通常将用于预热BFW或者产生中压蒸气，其没有高压蒸气那样令人期望和有价值。
在一种或多种实施方案中，可以除去现有的氨转化器的帽，并且用新的或者改进的帽代替来对应于上面所讨论的和所述的重新设计的帽110，其提供第二部分到外部热交换器的流路，而非到帽110中的内部热交换器的流路。现有的氨转化器100(其被改进来包括上面所讨论和所述的帽110)能够处理压力降低，该压力降低会出现通常设计的氨转化器中。所以，该改进可以通过除去以及丢弃或者改变旧的帽来进行。该旧的内部壳管式热交换器可以被除去和丢弃，并且可以构造新的或者改进的帽110。出口114，160和入口112，120，122可以基于具体的加工条件来设计尺寸。出口160可以流体联通到布置在催化剂床134，136，138，140中或者周围的流路124上。帽110的内壳体144可以连接到氨转化器100的内壳体108，并且所述帽的外壳体142可以连接到氨转化器100的外壳体106。
图2表示了根据一种或多种实施方案的一种生产氨的示意性系统的图示。在一种或多种实施方案中，该系统可以包括氨转化器100和一个或多个热交换器(五个表示为104，168，202，204，206)。该系统可以进一步包括一个或多个启动加热器210。在一种或多种实施方案中，氨转化器100和热交换器104和168可以是与上面的图1所讨论和所述相同的。
在一种或多种实施方案中，原料气(其可以等同于上面的图1所讨论和所述的原料气)可以经由管线212引入到预热器或者热交换器202中来提供预热的供料。该预热的原料气可以经由管线214回收。在一种或多种实施方案中，管线214中预热的原料气的温度可以是从低到大约120℃，大约125℃或者大约130℃到高达大约150℃，大约155℃或者大约160℃。例如，管线214中预热的原料气的温度可以是大约141℃。在一种或多种实施方案中，管线214中预热的原料气的压力可以是从低到大约12500kPa，大约13000kPa或者大约13500kPa到高达大约18500kPa，大约19000kPa或者大约19500kPa。在设备启动过程中，至少部分的原料气可以经由管线216引入到一个或多个启动加热器210中，来提供经由管线218的预热的原料气，该原料气的温度足以引起氨转化器100的启动。管线218中预热的原料气可以经由管线122引入到布置在外壳体106中的内壳体108中(参见图1)。
在一种或多种实施方案中，预热器210可以是或者可以包括任何这样的装置，该装置适于将至少部分的原料气加热到合适的温度，来开始启动氨转化器100。该预热器可以是例如点火炉或者加热器。在一种或多种实施方案中，管线218中预热的原料气可以加热到下面的温度：从低到大约300℃，大约330℃或者大约360℃到高达大约380℃，400℃或者大约420℃的温度。
在一种或多种实施方案中，在正常的运行过程中，管线214中的原料气可以绕过预热器210。管线214中的原料气可以分成经由管线222的第一部分和经由管线220的第二部分。该第二部分可以引入到布置在氨转化器100的内壳体108和外壳体106之间的环状空间中(参见图1)。管线222中的第一部分可以经由一个或多个管线122(表示了四个)引入到内壳体108中。
经由管线166回收的氨流出物可以使用图1中所讨论和所述的传热介质在热交换器168中进行间接冷却。传热介质例如BFW可以经由管线172引入，高压蒸气可以经由管线174回收。氨流出物可以经由管线170回收。
在一种或多种实施方案中，用于1100MTPD设备的氨流出物的温度可以大于350℃，例如是大约450℃-大约455℃，压力是大约14600kPa。用于1100MTPD设备的热负荷(其可以在热交换器168中从氨流出物间接的传递到锅炉供水)可以是大约14.5Gcal/hr。该高压蒸气的压力可以是大约10300kPa-大约12500kPa。冷却的氨流出物可以经由管线170从热交换器168中回收。该氨流出物可以冷却到下面的温度：大约335℃-大约385℃，大约335℃-大约370℃或者大约380℃-大约385℃。
在一种或多种实施方案中，管线166中的回收的氨流出物可以分成经由管线162的第一部分和经由管线228的第二部分。在一种或多种实施方案中，管线162中的第一部分的氨流出物可以占到管线170中总氨流出物的从低到大约35vol％，大约40vol％或者大约45vol％到高达大约50vol％，大约55vol％或者大约60vol％。在一种或多种实施方案中，管线228中的第二部分的氨流出物可以构成余量的管线170中的总氨流出物。
在一种或多种实施方案中，经由管线162的第一部分氨流出物可以引入到热交换器104中，其中热可以从该第一部分的氨流出物间接的传递到经由管线116引入的第二部分的原料气中，来提供经由管线118的预热的第二部分。该经由管线118的预热的第二部分可以引入到内壳体108中的一个或多个催化剂床134，136，138，140中，如上图1所讨论和所述的那样。该经由管线162引入到热交换器104中的第一部分的氨流出物可以经由管线164进行回收。
在一种或多种实施方案中，经由管线228的第二部分氨流出物可以引入到热交换器204中。热可以从第二部分的氨流出物间接交换到传热介质例如BFW，经由管线230引入来提供经由管线232的蒸气。提供在管线232中的蒸气可以是低压蒸气，中压蒸气，过热中压蒸气，或者高压蒸气。该第二部分的氨流出物可以经由管线234进行回收。例如1100MTPD设备可以从第二部分的氨流出物中回收大约4.6Gcal/hr的热负荷。在一种或多种实施方案中，回收的热负荷可以根据设备尺寸和容量而变化。
在一种或多种实施方案中，获自该氨流出物的大约60％的加工废热可以作为高压蒸气经由管线174和232进行回收。在一种或多种实施方案中，回收自氨流出物的加工废热(其用于提供高压蒸气和/或过热中压蒸气)的范围可以是从低到大约10％，大约20％，大约30％或者大约40％到高达大约50％，大约60％，大约65％或者大约70％。在一种或多种实施方案中，其余的废热可以用于预热BFW或者用于产生低等级蒸气，例如低压蒸气和中压蒸气。
管线234中的第二部分的氨流出物可以引入到热交换器206中。热可以从第二部分的氨流出物转移到传热介质例如BFW，经由管线236引入到热交换器206中。热交换器206可以预热该BFW，其可以经由管线238回收。第二部分的氨流出物可以从BFW预热器206经由管线240进行回收。
在一种或多种实施方案中，经由管线164的第一部分的氨流出物可以与第二部分的氨流出物在管线240中混合，来提供在管线242中混合的或者重新合并的氨流出物。管线242中的氨流出物可以引入到预热器202中。来自氨流出物的热可以间接的转移到经由管线212引入到预热器202的原料气中。
在一种或多种实施方案中，冷却的氨流出物可以从预热器202经由管线244进行回收，并且进一步在下游加工。在管线244中冷却的氨流出物可以分离来提供氨产物和再循环的供料。在一种或多种实施方案中，在管线244中冷却的氨流出物可以在分离成为氨产物和再循环的供料之前进一步的冷却。虽然没有示出，但是该再循环的原料气可以再循环到管线212中，其可以引入到氨转化器100中来除了补足原料气之外，用于转化成为氨。该补足的合成气可以是新的合成气或者是适于合成氨的其他含有氢气和氮气的原料气。
在一种或多种实施方案中，热交换器202，204和206可以是或者包括任何的适于在流体之间间接传热的系统或者装置。例如，该热交换器可以是或者包括一种或多种壳体管式，平板的和框架式，螺旋缠绕的，U型管，和/或枪刺状类型热交换器。该热交换器可以根据设备加工规格来设计尺寸和制作。
图3表示了根据所述的一种或多种实施方案的另外一种生产氨的示意性系统的图示。在一种或多种实施方案中，该生产氨的系统可以等同于图1和2中所讨论和所述的。该生产氨的系统可以包括一个或多个次级氨转化器300。在一种或多种实施方案中，经由管线170回收的氨流出物可以引入到一个或多个次级氨转化器300中(表示了一个)。次级氨转化器300可以转化回收的氨流出物中未反应的氢气和氮气来提供另外的氨。
经由管线170引入到次级氨转化器300中的氨流出物的温度会取决于次级氨转化器300的具体设计。经由管线170引入到次级氨转化器300中的氨流出物的温度可以通过在第一热交换器168中将氨流出物冷却到合适的温度来调整或者控制。例如，氨流出物可以以下面的温度经由管线170引入到次级氨转化器300中：从低到大约315℃，大约325℃或者大约335℃到高达大约365℃，大约370℃或者大约375℃。
在一种或多种实施方案中，引入到一个或多个次级氨转化器300的氨流出物可以经由管线302进行回收。管线302中的氨流出物可以分成经由管线162的第一部分和经由管线228的第二部分。在一种或多种实施方案中，管线162中的第一部分的氨流出物可以占到管线170中总氨流出物的从低到大约35vol％，大约40vol％或者大约45vol％到高达大约50vol％，大约55vol％或者大约60vol％。在一种或多种实施方案中，管线228中的第二部分的氨流出物可以构成余量的管线170中的总氨流出物。
在一种或多种实施方案中，经由管线162的第一部分氨流出物可以用来加热管线116中的第二部分原料气，如上面的图1和2所讨论和所述。在一种或多种实施方案中，管线228中的第二部分的氨流出物可以用来提供管线232中的高压蒸气和中管线238预热的BFW，如上面的图2所讨论和所述。经由管线164的第一部分的氨流出物可以引入到管线240中的第二部分的氨流出物来在管线242中提供合并的或者混合的氨流出物。管线242中的氨流出物可以引入到原料气预热器202中来在提供在管线214中的预热的原料气和在管线244中的冷却的氨流出物。
已经使用了一组上限数值和一组下限数值来描述了某些实施方案和特征。应当理解可以预期的从任何一个下限到任何一个上限的范围，除非另有指示。某些下限，上限和范围出现在下面的一个或多个权利要求中。全部的数值是“大约”或者“大致”的所示的值，并且考虑本领域技术人员可以预期的试验误差和变量。
已经在上面定义了不同的术语。在权利要求中所用的术语没有在上面定义范围的情况中，它应当给出本领域技术人员在至少一种印刷的出版物或者公布的专利中所给出的关于该术语的最宽泛的定义。此外，本申请中所引用的全部的专利，测试程序和其他文献全部引入作为参考到这样的程度，即，这样的公开文献不与本申请相矛盾，和用于其中允许这样的引入的全部的权限。
虽然前述涉及到本发明的实施方案，但是可以作出本发明其他的和另外的实施方案，而不脱离其基本理念，并且其范围是通过后面的权利要求来确定的。

Claims (20)

1.一种用于生产氨的系统，其包含：
反应器，该反应器包含：
其中布置有两个或多个不连续的催化剂床的第一壳体；
布置在该第一壳体周围的第二壳体；和
布置在第一壳体内的第一流路，其中第一壳体中的两个或多个不连续的催化剂床布置在该第一流路的周围；
布置在该反应器外面并且与第一壳体流体联通的第一热交换器；和
布置在该反应器外面并且与第二壳体流体联通的第二热交换器，其中第二流路将该第二壳体流体连接至第二热交换器，并且第三流路将该第二热交换器流体连接至第一壳体，从而使得来自第二壳体的流体通过第二流路进入第二热交换器，并通过第三流路进入第一壳体。
2.如权利要求1所述的系统，其中该第一和第二壳体是彼此同中心的。
3.如权利要求1所述的系统，其中该第一壳体、第二壳体和该第一流路是彼此同中心的。
4.如权利要求1所述的系统，其中该第一壳体和第二壳体各自包含第一区和第二区，其中该第一区的横截面大于该第二区的横截面。
5.一种用于生产氨的系统，其包含：
布置在第二包含体积中的第一包含体积；
布置在该第一包含体积中的两个或多个不连续的催化剂床；
至少部分的布置在该第一包含体积中的第一流路；
布置在该第一和第二包含体积外面的第一热交换器；
布置在该第一和第二包含体积外面的第二热交换器，其中：
该第一流路是在第一包含体积的第一端与该第一包含体积流体联通的，并且是在第一热交换器的第二端与该第一热交换器流体联通的，
第二流路是在该第二热交换器的第一端与该第二热交换器流体联通的并且是在该第二包含体积的第二端与该第二包含体积流体联通的，和
第三流路是在该第二热交换器的第一端与该第二热交换器流体联通的并且是在该第一包含体积的第二端与该第一包含体积流体联通的，从而使得来自第二包含体积的流体通过第二流路进入第二热交换器，并通过第三流路进入第一包含体积。
6.如权利要求5所述的系统，其中该第一包含体积和第二包含体积是彼此同中心的。
7.如权利要求5所述的系统，其中该第一包含体积、第二包含体积和该第一流路是彼此同中心的。
8.如权利要求5所述的系统，其中该第一包含体积和第二包含体积每个包含了第一区和第二区，其中该第一区的横截面大于该第二区的横截面。
9.一种生产氨的方法，其包含：
将包含氮气和氢气的原料气分配到氨转化器，该转化器包含：
其中布置有两个或多个不连续的催化剂床的第一壳体；
布置在该第一壳体周围的第二壳体；
布置在该第一壳体外面并且与之流体联通的第一热交换器；
布置在该第二壳体外面并且与之流体联通的第二热交换器；和
布置在第一壳体内的流路，其中第一壳体中的两个或多个不连续的催化剂床布置在该流路的周围，其中将第一部分的原料气引入到该第一壳体中，和将第二部分的原料气引入到该第二壳体中；
将该第一部分原料气在催化剂的存在下反应来提供氨流出物；
在第一热交换器中将来自该氨流出物的至少部分的反应热进行交换，来产生蒸气；
在第二热交换器中将来自该氨流出物的至少部分的反应热交换到第二部分的原料气；
将加热的第二部分原料气引入到第一壳体中；和
将该加热的第二部分原料气在催化剂的存在下进行反应。
10.如权利要求9所述的方法，其中该蒸气的压力是10300kPa-12500kPa。
11.如权利要求9所述的方法，其中该氨流出物的温度是440℃-465℃。
12.如权利要求9所述的方法，其中该氨流出物的压力是13500kPa-19000kPa。
13.如权利要求9所述的方法，其中将该氨流出物在第二热交换器中冷却到335℃-385℃的温度。
14.如权利要求9所述的方法，其中该第一部分原料气占原料气的40vol％-52vol％。
15.如权利要求9所述的方法，其中第二壳体中的第二部分原料气的温度是120℃-160℃。
16.如权利要求9所述的方法，其中该催化剂包含磁铁矿，一种或多种铂族金属，或者其组合。
17.如权利要求9所述的方法，其中45vol％-55vol％的氨流出物被用来加热第二部分的原料气。
18.一种对于生产氨的系统进行改进的方法，该系统包含具有用于加热氨原料气的内部换热器的氨转化器，用于将热从氨产物转移到废加工流的第一外部换热器，该方法包含：
从该氨转化器中除去该内部换热器并改进该氨转化器从而使得来自氨产物的被转移到废加工流的热来在第一外部热交换器中产生高压蒸气；
将氨原料气重新引至第二外部热交换器中，在其中将热从氨产物转移给氨原料气以产生加热的氨原料气，并且将该加热的氨原料气引入到该氨转化器。
19.如权利要求18所述的方法，其中该高压蒸气的压力是10300kPa-12500kPa。
20.如权利要求18所述的方法，其中当来自氨产物的热被转移到废加工流时，该氨产物的温度是440℃-465℃。
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