CN110028082B - 氨生产设备 - Google Patents

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Abstract

氨生产设备包括进料气体压缩区段、工艺空气压缩区段、合成气压缩区段和制冷剂压缩区段。这些压缩区段中的至少两个组合在一起形成由单个驱动器驱动的组合压缩串列。

Description

氨生产设备
技术领域
本公开涉及一种氨合成设备。具体地讲，本文公开了用于氨合成设备和系统的新型压缩串列布置。
背景技术
氨是一种在水中具有高溶解度的气体，其通常以水溶液使用。氨(NH3)用于若干工业应用，尤其用于生产硝酸、尿素和其他氨盐，诸如硝酸盐、磷酸盐等。氨衍生物广泛用于农业中。大约80%的氨产量用于制造肥料。
通常，根据以下放热反应(即，释放热的反应)通过氮气和氢气合成产生氨：
其中△H为反应释放的热。
氨的产生通常从提供氢源的进料气体如甲烷开始。氮气从空气中获得。氨生产工艺的细节对于本领域的专业人员是已知的，并且稍后将回顾设备和工艺的一些特征，以便更好地理解本文公开的系统的新特点并且更好地理解相对于现有技术的设备的各种优点和有益效果。
宽泛而言，为了由空气和进料气体产生氨而执行的各种工艺步骤需要若干压缩串列(compression train)。如本文所理解，术语“压缩串列”表示机器集合体，其包括至少一个驱动器和一个或多个由所述驱动器驱动的压缩机，以处理一种或多种气态流体。如本文所理解的气态流体或气体是任何可压缩的流体。
更具体地讲，在现有技术的氨生产设备中，需要第一压缩串列来压缩进料气体如甲烷，并将压缩的进料气体输送到初级蒸汽重整器和次级蒸汽重整器。提供第二压缩串列以压缩工艺空气并将压缩的工艺空气输送到次级重整器。由变换(shift conversion)获得的粗合成气(合成气)由第三压缩串列压缩。需要另外的第四压缩串列来处理制冷剂流体，该制冷剂流体冷却在氨转化器中由合成气产生的氨。
图1示出氨生产设备1的示意图，具有根据现有技术的压缩串列布置。在操作中，进料气体如甲烷(CH4)通过进料气体压缩串列3输送到初级催化蒸汽重整器5。进料气体压缩串列3包括第一驱动器7和进料气体压缩区段8。后者可以包括压缩机9。
工艺蒸汽在11处输送到初级催化蒸汽重整器5，其中进料气体与蒸汽反应以根据以下反应产生一氧化碳和氢气
初级重整器5流体联接到次级蒸汽重整器15，该次级蒸汽重整器15除了自工艺空气入口管线17接收工艺空气之外还自初级重整器5接收反应产物。工艺空气由工艺空气压缩串列19压缩。
工艺空气压缩串列19包括第二驱动器21，第二驱动器21可以驱动工艺空气压缩区段22。后者可包括例如串联布置的第一工艺空气压缩机23和第二工艺空气压缩机25。中间冷却器27可布置在第一工艺空气压缩机23和第二工艺空气压缩机25的输送之间。
在次级蒸汽重整器15中，来自初级催化蒸汽重整器5的未反应的CH4通过燃烧转化成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。产生的气体混合物是粗合成气，其被输送到变换单元29。
在变换单元29中，一氧化碳根据以下反应转化成二氧化碳
将得到的气体混合物输送到洗涤器31，在其中汽提二氧化碳并将得到的气体混合物输送到甲烷化区段33。来自洗涤器31的气流中所含的残余一氧化碳在甲烷化区段33中根据以下反应通过氢化转化，产生CH4和H2O。
将由此获得的气体混合物通过干燥器35进料，并且主要包含氮气和氢气的所得纯合成气被合成气压缩区段34压缩。
合成气压缩区段34可包括由第三驱动器驱动的一个或多个压缩机。在图1的示意图中，合成气压缩区段34包括由第三驱动器39驱动的第一压缩机36和第二压缩机37。压缩机36、37和第三驱动器39形成合成气压缩串列41。中间冷却器42、44可以提供在压缩区段之间和/或在合成气压缩区段34的压缩机之间。
压缩的合成气被输送到氨转化器43，以根据氨合成反应产生所需的最终产物氨
来自氨转化器43的氨在冷却器45中冷却。冷却通过制冷循环实现，所述制冷循环包括制冷剂压缩串列48。制冷剂压缩串列48包括制冷剂压缩区段46和第四驱动器47。制冷剂压缩区段46可包括第一压缩机49和第二压缩机51，并且可包括在它们之间的中间冷却器53。
冷却的氨流过液体/气体分离器55，其中气态氨被除去并通过合成气压缩串列再循环，如由再循环管线57所图示。
上面简要描述的氨生产系统是复杂的并且需要四个压缩串列，每个压缩串列包含四个压缩区段中的一个，四个压缩区段即：进料气体压缩区段8；工艺空气压缩区段22；合成气压缩区段34；和制冷剂压缩区段46。每个压缩区段提供有相应的驱动器，即第一驱动器7、第二驱动器21、第三驱动器39和第四驱动器47，以形成四个压缩串列，即进料气体压缩串列3、工艺空气压缩串列19、合成气压缩串列41和制冷剂压缩串列48。
需要几个压缩串列使氨生产设备复杂且昂贵。因此，将期望简化氨生产设备的总体布置。
发明内容
在一个方面，本文公开的主题涉及一种氨生产设备，其包括多个压缩区段，或所谓的“伺服器(service)”。所述设备可包括：进料气体压缩区段；工艺空气压缩区段；合成气压缩区段；和制冷剂压缩区段。根据本文公开的实施方案，组合所述压缩区段中的至少两个以形成由单个驱动器驱动的组合压缩串列。因此降低了设备的复杂性。驱动器的数量减少，并且这可以引起设备的成本降低。
根据一些实施方案，三个压缩区段组合在单个组合压缩串列中，该串列由单个驱动器驱动。
在另一方面，本文公开的主题涉及一种氨生产设备，其包括多个气体压缩区段，诸如：进料气体压缩区段；工艺空气压缩区段；合成气压缩区段；氨制冷剂压缩区段。在一些实施方案中，制冷剂压缩区段包括整体齿轮式压缩机，其提供低成本和高效率方面的特别优点。
本公开提供以下方面。
第1项. 一种氨生产设备，其包括：
进料气体压缩区段(8)；
工艺空气压缩区段(22)；
合成气压缩区段(34)；和
制冷剂压缩区段(46)；
其中所述压缩区段中的至少两个组合以形成由单个驱动器(63；73；83；93；103；113；123；133；143)驱动的组合压缩串列(61；71；81；91；101；111；121；131；141)。
第2项. 第1项的氨生产设备，其中所述单个驱动器(63；73；83；93；103；113；123；133；143)是蒸汽涡轮机。
第3项. 第1项或第2项的氨生产设备，其中所述单个驱动器(63；73；83；93；103；113；123；133；143)是双端驱动器，所述双端驱动器包括在驱动器壳体的相对侧上的第一轴端和第二轴端，所述至少两个压缩区段中的第一个驱动地联接到所述第一轴端，且所述至少两个压缩区段中的第二个驱动地联接到所述第二轴端。
第4项. 前述中一项或多项的氨生产设备，其中所述组合压缩串列包括所述合成气压缩区段(34)，并且其中所述合成气压缩区段包括串联布置的两个压缩机(146、147)。
第5项. 第4项的氨生产设备，其中所述合成气压缩区段(34)包括以悬垂布置的再循环叶轮(116.4)和轴承间驱动直通式压缩机(116)。
第6项. 前述中一项或多项的氨生产设备，其中所述组合压缩串列(91；101)包括所述进料气体压缩区段(8)、工艺空气压缩区段(22)、合成气压缩区段(34)、制冷剂压缩区段(46)中的三个，所述组合压缩串列由所述单个驱动器(93；103)驱动旋转。
第7项. 第6项的氨生产设备，其中所述组合压缩串列(91；101)包括组合的制冷剂压缩区段(46)、进料气体压缩区段(8)和工艺空气压缩区段(22)。
第8项. 第6项或第7项的氨生产设备，其中：所述组合压缩串列(91；101)的所述压缩区段(8、22、46)中的第一个驱动地联接到所述单个驱动器(93；103)的第一轴端(95A；105A)；所述组合压缩串列(91；101)的所述压缩区段中的第二个驱动地联接到所述单个驱动器(93；103)的第二轴端(95B；105B)；所述组合压缩串列(91；101)的所述压缩区段中的第三个驱动地联接到所述第一压缩区段，所述第一压缩区段包括驱动直通式压缩机。
第9项. 前述中一项或多项的氨生产设备，其中所述组合压缩串列(61；71；81；91；101；111；121；131；141)的压缩区段(8；22；34；46)中的至少一个包括整体齿轮式压缩机。
第10项. 第9项的氨生产设备，其中包括在所述组合压缩串列中的以下压缩区段中的至少一个包括所述整体齿轮式压缩机：
所述制冷剂压缩区段(46)；
所述进料气体压缩区段(8)；和
所述工艺空气压缩区段(22)。
第11项. 第9项或第10项的氨生产设备，其中所述组合压缩串列(61；71；81；91；101；111；121；131；141)的所述压缩区段(8；22；34；46)中的至少两个包括相应的整体齿轮式压缩机。
第12项. 第11项的氨生产设备，其中所述至少两个压缩区段的整体齿轮式压缩机布置在所述单个驱动器(63；73；83；93；103)的相对侧，并且驱动地联接到所述单个驱动器的相对的第一轴端和第二轴端。
第13项. 第11项或第12项的氨生产设备，其中所述组合压缩串列至少包括所述进料气体压缩区段(8)和所述制冷剂压缩区段(46)，并且其中所述进料气体压缩区段(8)和所述制冷剂压缩区段(46)都包括相应的整体齿轮式压缩机。
第14项. 第11项或第12项的氨生产设备，其中所述组合压缩串列至少包括所述进料气体压缩区段(8)和所述工艺空气压缩区段(22)，并且其中所述进料气体压缩区段和所述工艺空气压缩区段都包括相应的整体齿轮式压缩机。
第15项. 第11项或第12项的氨生产设备，其中所述组合压缩串列至少包括所述制冷剂压缩区段(46)和所述工艺空气压缩区段(22)，并且其中所述制冷剂压缩区段和所述工艺空气压缩区段都包括相应的整体齿轮式压缩机。
第16项. 一种氨生产设备，其包括：
进料气体压缩区段(8)；
工艺空气压缩区段(22)；
合成气压缩区段(34)；和
制冷剂压缩区段(46)；
其中所述制冷剂压缩区段包括整体齿轮式压缩机。
特征和实施方案在下面公开，并且在所附权利要求中进一步阐述，这些形成本说明书的组成部分。以上简要描述阐述本发明的各种实施方案的特征，以便可以更好地理解随后的发明详述，并且可以更好地理解本发明对本领域的贡献。当然，存在将在下文描述并将在所附权利要求中阐述的本发明的其他特征。在这方面，在详细解释本发明的若干实施方案之前，应理解，本发明的各种实施方案不将其应用限于以下描述中阐述或附图中图示的构造的细节和部件的布置。本发明能够具有其他实施方案并且能够以各种方式实践和实施。而且，应该理解，本文采用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应该被认为是限制性的。
因此，本领域技术人员将理解，本公开所基于的概念可以容易地用作设计用于实施本发明的若干目的的其他结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是，认为权利要求包括这样的等同构造，只要它们不脱离本发明的精神和范围即可。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将更容易地获得对本发明所公开的实施方案及其许多附带优点的更完整的理解，其中：
上述图1示出现有技术的氨生产设备的示意图；
图2示出根据本公开的组合压缩串列的第一示意图；
图3示出根据本公开的组合压缩串列的第二示意图；
图4示出根据本公开的组合压缩串列的第三示意图；
图5示出根据本公开的组合压缩串列的第四示意图；
图6示出根据本公开的组合压缩串列的第五示意图；
图7示出根据本公开的组合压缩串列的第六示意图；
图7A示出图7的压缩串列的压缩机的细节；
图8示出根据本公开的组合压缩串列的第七示意图；
图9示出根据本公开的组合压缩串列的第八示意图；
图10示出根据本公开的组合压缩串列的第九示意图；
图11示出根据本公开的组合压缩串列的第十示意图；
图12示出根据本公开的组合压缩串列的第十一示意图；
图13示出根据本公开的氨生产设备的示意图，其中组合压缩串列将制冷剂压缩区段和进料气体压缩区段组合在一起；
图14示出根据本公开的氨生产设备的另一示意图，其中组合压缩串列将合成气压缩区段和制冷剂压缩区段组合在一起；以及
图15示出根据本公开的氨生产设备的又一示意图，其中组合压缩串列将进料气体压缩区段、制冷剂压缩区段和工艺空气压缩区段组合在一起。
具体实施方式
示例性实施方案的以下详细描述参考附图。不同附图中的相同参考数字表示相同或类似的要素。另外，附图不一定按比例绘制。此外，以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。
整个说明书中提及“一个实施方案”或“实施方案”或“一些实施方案”意味着结合实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”或“在一些实施方案中”不一定是指该相同的一个或多个实施方案。另外，在一个或多个实施方案中特定的特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。
本文公开了氨生产设备的布置，其中所述设备的至少两个压缩区段(通常也称为“伺服器”)组合在单个压缩串列中，使得压缩串列和相关驱动器的总数减少并且设备显著简化。
在一些实施方案中，仅两个伺服器，即两个压缩区段，组合在单个压缩串列中，其由共同的单个驱动器驱动。在其他实施方案中，三个压缩区段或伺服器组合成单个压缩串列，使得单个驱动器将为三个伺服器或压缩区段提供动力，进一步减少了整个设备的占地面积和复杂性。
在一些特别有益的布置中，一个或多个压缩区段可以包括整体齿轮式压缩机。这些压缩机的特征在于驱动联接到驱动器的中央大齿轮。所述大齿轮与多个小齿轮啮合。每个小齿轮又使一个或多个压缩机轮叶旋转。该压缩机被称为整体齿轮式，因为它包括齿轮装置，所述齿轮装置为不同的压缩机级提供不同的转速。在本文公开的构造中，整体齿轮式压缩机可以比标准梁式(standard beam)离心压缩机更便宜且更高效。
如本文所理解，驱动器是任何机械动力产生机器，其适于驱动压缩机或压缩串列旋转。在一些实施方案中，驱动器可以包括燃气涡轮发动机。在其他实施方案中，驱动器可以包括电动马达。在本文公开的实施方案中，驱动器可以包括蒸汽涡轮机。
由于通常需要不止一个压缩串列，通常至少两个压缩串列，所以设备中存在多于一个驱动器。驱动器在性质上可以类似或不同。例如，所有驱动器都可以是蒸汽涡轮机，但这不是强制性的。在一些实施方案中，两种或更多种不同种类的驱动器如电动马达、蒸汽涡轮机、燃气涡轮机可以在同一设备中组合。
在一些实施方案中，驱动器可以提供有通轴，即具有从驱动器的两侧轴向延伸的驱动轴部分或轴端，使得驱动机器(即，压缩机)可以布置在驱动器的两侧，因此，该驱动器位于沿压缩串列的轴线的中间位置。
已经发明了一种适用于工业的新型氨设备。下面参考图2、3、4、5、6、7、7A、8、9、10、11、12、13、14和15描述的其实施方案与上面参考图1描述的现有技术的氨设备的不同之处在于新的本发明的氨设备提供压缩区段的简化、新颖且有用的布置。
更具体地讲，如从以下描述变得显而易见，可以将两个或更多个压缩区段组合成组合压缩串列，使得同一个驱动器可以提供驱动动力以运行两个或更多个压缩区段。因此，下面公开的布置产生系统的简化布置，减少了总占地面积和所需机器的总数。
将详细地就压缩区段和相关驱动器的布置来描述本公开的各种实施方案。氨生产系统的其余区段和部件的总体布局可以保持如图1所示。稍后将仅参考图13、14和15描述一些可能的布局。
根据一些实施方案，如图2示意性示出，进料气体压缩区段8和制冷剂压缩区段46在由单个驱动器63驱动的组合压缩串列61中彼此组合。
进料气体压缩区段8可包括一个或多个压缩机。在图2的实施方案中，进料气体压缩区段8包括单个进料气体压缩机62。在一些实施方案中，进料气体压缩机62可以是整体齿轮式压缩机。
制冷剂压缩区段46可包括一个或多个压缩机。在图2的实施方案中，制冷剂压缩区段46包括单个制冷剂压缩机64。在一些实施方案中，制冷剂压缩机64可以是整体齿轮式压缩机。
虽然在一些实施方案中，进料气体压缩区段8和制冷剂压缩区段46可以仅布置在驱动器63的一侧，但是在当前优选的实施方案中，如图2中示意性示出，驱动器63是双端驱动器，其包括第一轴端65A和第二轴端65B。两个轴端65A、65B可以是延伸穿过驱动器63的同一个轴的端部。在其他实施方案中，驱动器63可包括两个轴，这两个轴彼此独立地旋转并且在驱动器的相对侧上突出。在一些实施方案中，如果需要，从驱动器突出的这两个轴可以以不同的旋转速度旋转。
例如，驱动器63可以是具有一个或多个旋转涡轮机轮叶的涡轮机。在一些实施方案中，驱动器63可以是蒸汽涡轮机。所述涡轮机可以包括两组涡轮机轮叶，每组涡轮机轮叶包括一个或多个轮叶，其可以安装在以相同或不同旋转速度旋转的单独轴上。每个轴从驱动器壳体的两个轴向相对侧中的相应一侧突出相应的轴端，并且驱动地联接到进料气体压缩区段8和制冷剂压缩区段46中的相应一个。
参照图3，根据另外的实施方案，进料气体压缩区段8可与工艺空气压缩区段22组合以形成包括单个驱动器73的组合压缩串列71。进料气体压缩区段8可包括一个或多个压缩机。在图3的实施方案中，进料气体压缩区段8包括单个进料气体压缩机72，例如整体齿轮式压缩机。工艺空气压缩区段22可包括一个或多个压缩机。在图3的实施方案中，工艺空气压缩区段22包括单个工艺空气压缩机74，例如整体齿轮式压缩机。
虽然在一些实施方案中，进料气体压缩区段8和工艺空气压缩区段22可以仅布置在驱动器73的一侧，但是在优选的实施方案中，如图2中示意性示出，驱动器73是双端驱动器，将第一轴端75A和第二轴端75B分别机械联接到进料气体压缩区段8和工艺空气压缩区段22。驱动器73可以配置为上面结合图2描述的驱动器63。
根据另外的实施方案，如图4所示，组合压缩串列81可包括制冷剂压缩区段46和工艺空气压缩区段22，其驱动地联接到单个驱动器83。
与结合图2和3所述的内容类似，图4的制冷剂压缩区段46可包括一个或多个压缩机。在图4的实施方案中，制冷剂压缩区段46包括单个制冷剂压缩机82。在一些实施方案中，制冷剂压缩机82可以是整体齿轮式压缩机。在其他实施方案中，制冷剂压缩区段46可包括两个串联的压缩机，并且可能包括布置在它们之间的中间冷却器。
工艺空气压缩区段22可包括一个或多个压缩机。在图4的实施方案中，工艺空气压缩区段22包括单个工艺空气压缩机84。在一些实施方案中，工艺空气压缩机84可以是整体齿轮式压缩机。
虽然在一些实施方案中，工艺空气压缩区段22和制冷剂压缩区段46可以仅布置在驱动器83的一侧，但是在当前优选的实施方案中，如图4中示意性示出，并且与图2和3类似，驱动器83是双端驱动器，其包括第一轴端85A和第二轴端85B。这两个轴端85A、85B分别驱动地联接到制冷剂压缩区段46和工艺空气压缩区段22。
在另外的实施方案中，可以在由单个驱动器驱动的一个组合压缩串列中布置多于两个的压缩区段。
在图5中，示出一个实施方案，其包括组合压缩串列91，该串列91包括具有两个轴端95A、95B的单个驱动器93。组合压缩串列91由制冷剂压缩区段46、进料气体压缩区段8和工艺空气压缩区段22的压缩机形成。在图5的实施方案中，制冷剂压缩区段46包括单个压缩机96，例如整体齿轮式压缩机。进料气体压缩区段8包括单个压缩机97，例如具有驱动直通的轴承间离心压缩机，诸如垂直剖分式离心压缩机或水平剖分式离心压缩机。
如本文所用，术语“直通驱动式压缩机”可以理解为压缩机包括延伸穿过压缩机壳体并且具有从壳体的相对侧突出的第一轴端和第二轴端的轴，使得压缩机转子可以驱动地联接到布置在压缩机两侧的机器，并且机械动力可以传过(flow)压缩机。如本文所用的术语“轴承间压缩机”可以理解为压缩机具有在其两端由两个轴承布置支撑的轴并支撑设置在这两个轴承布置之间的多个压缩机叶轮。
压缩机97的驱动轴延伸穿过压缩机壳体，以便将机械动力从驱动器93的这两个轴端95A、95B中的一个传递到压缩机96。
工艺空气压缩区段22可包括单个压缩机98，例如整体齿轮式压缩机。
而在图5的实施方案中，制冷剂压缩区段46和进料气体压缩区段8布置在驱动器93的一侧，且工艺空气压缩区段22布置在驱动器93的另一侧，其他布置是可能的。例如，进料气体压缩区段8和工艺空气压缩区段22可以布置在驱动器93的同一侧，而制冷剂压缩区段46布置在其相对侧。
图6示出另一组合压缩串列101，其中提供与图5中相同的压缩区段，并且驱动地联接到具有轴端105A、105B的单个驱动器103。然而，压缩区段的顺序是不同的。在图6的实施方案中，继续参考图5，制冷剂压缩区段46可包括布置在驱动器103和进料气体压缩区段8之间的单个压缩机106，进料气体压缩区段8又可包括单个进料气体压缩机107。制冷剂压缩机106可以是轴承间压缩机，例如垂直剖分式或水平剖分式离心压缩机，驱动轴延伸穿过其中，以将动力从驱动器103传递到进料气体压缩机107。例如，后者可以是整体齿轮式压缩机。工艺空气压缩区段22布置在驱动器103的相对侧上并且可包括单个压缩机，例如整体齿轮式压缩机108。
驱动器93或103可以如上面结合图2和3所述配置。
在图2、3、4、5和6所示的实施方案中，可以根据现有技术设计未布置在组合压缩串列中的设备1的那些压缩区段。然而，在其他实施方案中，它们又可以组合在第二组合压缩串列中，使得在同一设备1中仅提供两个压缩串列和两个驱动器。例如，如果制冷剂压缩区段46和进料气体压缩区段8组合在单个组合压缩串列61中，则合成气压缩区段34和工艺空气压缩区段22可以组合在另一个组合压缩串列中。
下面公开了包括合成气压缩区段34的压缩串列的示例性实施方案。
图7示出组合压缩串列111的实施方案，其包括合成气压缩区段和制冷剂压缩区段。图7的实施方案可以与本文公开的其他实施方案组合。
图7的压缩串列111包括具有轴端115A、115B的单个驱动器113。组合压缩串列111包括合成气压缩区段34和制冷剂压缩区段46。在一些实施方案中，如图7所示，压缩区段34、46布置在单个驱动器113的相对侧上。在其他实施方案中，压缩区段34、46可以布置在驱动器113的同一侧。
在一些实施方案中，合成气压缩区段34可包括两个合成气压缩机116和117。例如，压缩机116可以是高压比压缩机。如本文所用，术语“高压比压缩机”可理解为压缩比高于40，优选为约50或更高的离心压缩机。
在一些实施方案中，合成气压缩机116、117中的一个，例如高压比压缩机116，可以包括再循环叶轮。再循环叶轮可以悬垂的方式安装在轴的突出端上，该轴由端部轴承支撑，压缩机级置于轴承之间。图7A示意性地示出离心压缩机116，其具有通过轴承116.3支撑在壳体116.1中的中心轴116.5。压缩机叶轮116.2以轴承间构造布置在轴116.5上。轴116.5的一端支撑悬垂的再循环叶轮116.4。
第二压缩机117可以是垂直剖分式或水平剖分式离心压缩机，其具有将驱动器113连接到压缩机116的通轴。
制冷剂压缩区段46可包括单个压缩机119。在图7的实施方案中，压缩机119是整体齿轮式压缩机。
图8示出组合压缩串列121的另一实施方案，其包括合成气压缩区段34和工艺空气压缩区段22。图8的压缩串列121包括单个驱动器123，其具有将驱动器123分别连接到合成气压缩区段34和工艺空气压缩区段22的轴端125A、125B。在一些未示出的实施方案中，压缩区段34、22可以布置在驱动器123的同一侧。类似于图7，在压缩串列121的一些实施方案中，合成气压缩区段34可包括两个合成气压缩机126和127。例如，压缩机126可以是高压比压缩机。在一些实施方案中，高压比压缩机可以包括再循环叶轮。第二压缩机127可以是垂直剖分式或水平剖分式离心压缩机，其具有将驱动器123连接到压缩机126的通轴。
工艺空气压缩区段22可包括单个压缩机129。在图8的实施方案中，压缩机129是整体齿轮式压缩机。
图9示出组合压缩串列111的一个实施方案，其包括合成气压缩区段和制冷剂压缩区段。图9的实施方案可以与本文公开的其他实施方案组合。
图9的压缩串列111包括具有轴端115A、115B的单个驱动器113。组合压缩串列111包括合成气压缩区段34和制冷剂压缩区段46。在一些实施方案中，如图9中所示，压缩区段34、46布置在单个驱动器113的相对侧上。在其他实施方案中，压缩区段34、46可以布置在驱动器113的同一侧。
在一些实施方案中，合成气压缩区段34可包括两个合成气压缩机116和117。例如，压缩机116可以是高压比压缩机。在一些实施方案中，高压比压缩机可以包括再循环叶轮。第二压缩机117可以是垂直剖分式或水平剖分式离心压缩机，其具有将驱动器113连接到压缩机116的通轴。
在图9的实施方案中，制冷剂压缩区段46可包括高压比压缩机。
图10示出组合压缩串列121的另一实施方案，其包括合成气压缩区段34和工艺空气压缩区段22。
图10的压缩串列121包括单个驱动器123，其具有将驱动器123分别连接到合成气压缩区段34和工艺空气压缩区段22的轴端125A、125B。在一些未示出的实施方案中，压缩区段34、22可以布置在驱动器123的同一侧。
类似于图9，在压缩串列121的一些实施方案中，合成气压缩区段34可包括两个合成气压缩机116和117。例如，压缩机116可以是高压比压缩机。在一些实施方案中，高压比压缩机可以包括再循环叶轮。第二压缩机127可以是垂直剖分式或水平剖分式离心压缩机，其具有将驱动器113连接到压缩机116的通轴。
图10示出与图8的实施方案基本类似的实施方案。在图10中，工艺空气压缩区段22包括高压比压缩机129。
图11示出包括合成气压缩区段34的组合压缩串列的另一实施方案。图11的压缩串列整体标记为131并且可包括单个驱动器133，其可具有两个轴端135A、135B，使得在压缩串列131内组合的这两个压缩区段可布置在驱动器133的相对侧。在未示出的其他实施方案中，压缩串列131的压缩机可以全部布置在驱动器131的同一侧。
轴端135A驱动合成气压缩区段34，合成气压缩区段34可包括一个或两个压缩机。在图11所示的实施方案中，合成气压缩区段34包括第一压缩机136和第二压缩机137。第一压缩机136可以是例如具有再循环叶轮的高压比压缩机，并且第二压缩机137可以是具有驱动通轴的轴承间压缩机，例如垂直剖分式或水平剖分式离心压缩机。这两个压缩机136和137可以串联布置，第二压缩机137布置在第一压缩机136的上游。可以为图8和10中的压缩机126、127和图9的压缩机116和117提供类似的串联布置。
进料气体压缩区段8可包括单个压缩机，例如整体齿轮式压缩机139。
在其他实施方案中，进料气体压缩区段8可包括轴承间压缩机，如图12所示，其中示出另一组合压缩串列141。压缩串列141包括合成气压缩区段34，合成气压缩区段34包括按序布置的第一压缩机146和第二压缩机147，其中第二压缩机147布置在第一压缩机146的上游。压缩串列141还包括进料气体压缩区段8，进料气体压缩区段8包括轴承间压缩机，例如垂直剖分式或水平剖分式离心压缩机。压缩区段34和8布置在驱动器143的相对侧，并且分别驱动地联接到第一轴端145A和第二轴端145B。在未示出的其他实施方案中，压缩机可以全部布置在共用动器143的同一侧。
虽然图2、图3、图4、图5、图6、图7、图7A、图8、图9、图10、图11和图12示出孤立的示例性压缩串列，而图13、14和15示例性示出使用本公开的组合压缩串列的氨生产设备1。
更具体地讲，图13示出图1的氨生产设备1的主要部件，其中进料气体压缩区段和制冷剂压缩区段在组合压缩串列61中集合在一起，如图2所示。在图1和2中使用的相同参考数字表示图13中相同或相应的部件或要素。工艺空气压缩串列19和合成气压缩串列41如图1所示配置。
图14示出图1的氨生产设备1的主要部件，其中合成气压缩区段和制冷剂压缩区段已经在具有上面结合图7或9所述的结构的单个压缩串列111中集合在一起。进料气体压缩区段和工艺空气压缩区段在如图3所示且在上文描述的单个压缩串列71中聚集在一起。
图15再次示出氨生产设备1的示意图，其中进料气体压缩区段、制冷剂压缩区段和工艺空气压缩区段集合在具有图6中所示的布局的单个组合压缩串列101中。
虽然本文所述的主题的公开的实施方案已经在附图中显示并且在上面结合若干示例性实施方案具体且详细地全面描述，但是本领域普通技术人员显而易见的是，在实质上不脱离本文阐述的新教导、原理和概念以及所附权利要求中叙述的主题的优点的情况下，可以有许多修改、改变和省略。因此，所公开的创新的适当范围应仅由所附权利要求的最广泛解释来确定，从而涵盖所有这些修改、改变和省略。此外，根据替代实施方案，可以改变或重新排序任何工艺或方法步骤的顺序或次序。

Claims (13)

1.一种氨生产设备，其包括：
进料气体压缩区段(8)；
工艺空气压缩区段(22)；
合成气压缩区段(34)；和
制冷剂压缩区段(46)；
其中所述压缩区段中的至少两个组合以形成由单个驱动器(63；73；83；93；103；113；123；133；143)驱动的组合压缩串列(61；71；81；91；101；111；121；131；141)；且其中所述组合压缩串列(61；71；81；91；101；111；121；131；141)的压缩区段(8；22；34；46)中的至少一个包括整体齿轮式压缩机。
2.根据权利要求1所述的氨生产设备，其中所述单个驱动器(63；73；83；93；103；113；123；133；143)是蒸汽涡轮机。
3.根据权利要求1或2所述的氨生产设备，其中所述单个驱动器(63；73；83；93；103；113；123；133；143)是双端驱动器，所述双端驱动器包括在驱动器壳体的相对侧上的第一轴端和第二轴端，所述至少两个压缩区段中的第一个驱动地联接到所述第一轴端，且所述至少两个压缩区段中的第二个驱动地联接到所述第二轴端。
4.根据前述权利要求中一项或多项所述的氨生产设备，其中所述组合压缩串列包括所述合成气压缩区段(34)，并且其中所述合成气压缩区段包括串联布置的两个压缩机(146、147)。
5.根据权利要求4的氨生产设备，其中所述合成气压缩区段(34)包括以悬垂布置的再循环叶轮(116.4)和轴承间驱动直通式压缩机(116)。
6.根据前述权利要求中一项或多项所述的氨生产设备，其中所述组合压缩串列(91；101)包括所述进料气体压缩区段(8)、工艺空气压缩区段(22)、合成气压缩区段(34)、制冷剂压缩区段(46)中的三个，所述组合压缩串列由所述单个驱动器(93；103)驱动旋转。
7.根据权利要求6所述的氨生产设备，其中所述组合压缩串列(91；101)包括组合的制冷剂压缩区段(46)、进料气体压缩区段(8)和工艺空气压缩区段(22)。
8.根据权利要求6或7所述的氨生产设备，其中：所述组合压缩串列(91；101)的所述压缩区段(8、22、46)中的第一个驱动地联接到所述单个驱动器(93；103)的第一轴端(95A；105A)；所述组合压缩串列(91；101)的所述压缩区段中的第二个驱动地联接到所述单个驱动器(93；103)的第二轴端(95B；105B)；所述组合压缩串列(91；101)的所述压缩区段中的第三个驱动地联接到第一压缩区段，所述第一压缩区段包括驱动直通式压缩机。
9.根据权利要求1所述的氨生产设备，其中包括在所述组合压缩串列中的以下压缩区段中的至少一个包括所述整体齿轮式压缩机：
所述制冷剂压缩区段(46)；
所述进料气体压缩区段(8)；和
所述工艺空气压缩区段(22)。
10.根据权利要求1或9所述的氨生产设备，其中所述组合压缩串列(61；71；81；91；101；111；121；131；141)的所述压缩区段(8；22；34；46)中的至少两个包括相应的整体齿轮式压缩机。
11.根据权利要求10所述的氨生产设备，其中所述至少两个压缩区段的整体齿轮式压缩机布置在所述单个驱动器(63；73；83；93；103)的相对侧，并且驱动地联接到所述单个驱动器的相对的第一轴端和第二轴端。
12.根据权利要求10或11所述的氨生产设备，其中所述组合压缩串列至少包括所述进料气体压缩区段(8)和所述制冷剂压缩区段(46)，并且其中所述进料气体压缩区段(8)和所述制冷剂压缩区段(46)都包括相应的整体齿轮式压缩机。
13.根据权利要求10或11所述的氨生产设备，其中所述组合压缩串列至少包括所述进料气体压缩区段(8)和所述工艺空气压缩区段(22)，并且其中所述进料气体压缩区段和所述工艺空气压缩区段都包括相应的整体齿轮式压缩机。
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