CN117545717A - 用于从氨合成回路中回收惰性气体的系统及其方法 - Google Patents
用于从氨合成回路中回收惰性气体的系统及其方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117545717A CN117545717A CN202280044694.1A CN202280044694A CN117545717A CN 117545717 A CN117545717 A CN 117545717A CN 202280044694 A CN202280044694 A CN 202280044694A CN 117545717 A CN117545717 A CN 117545717A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- inert gas
- ammonia
- inlet
- outlet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 353
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 title claims abstract description 186
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 167
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 32
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims description 32
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 250
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 69
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 40
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 36
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 19
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000009420 retrofitting Methods 0.000 abstract description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 6
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 239000003570 air Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 4
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 2
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 2
- WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N dinitrogen tetraoxide Chemical compound [O-][N+](=O)[N+]([O-])=O WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003915 liquefied petroleum gas Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Chemical group 0.000 description 2
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009620 Haber process Methods 0.000 description 1
- 229910002089 NOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000006392 deoxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002483 hydrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000006180 nutrition needs Nutrition 0.000 description 1
- 239000000825 pharmaceutical preparation Substances 0.000 description 1
- 229940127557 pharmaceutical product Drugs 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
- C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
- C01C1/0476—Purge gas treatment, e.g. for removal of inert gases or recovery of H2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
Abstract
本公开涉及一种用于在氨生产设备中从氨气中分离惰性气体并使用所述惰性气体作为燃料的组分的方法。所述方法包括以下步骤：a)将包含氨气和所述惰性气体的第一气体的温度调整至等于或低于‑20℃的温度，由此产生液氨和耗尽氨的惰性气体。所述方法的特征在于，其进一步包括以下步骤：b)使用来自所述氨生产设备的气体流作为气体喷射器中的动力气体将步骤a)中产生的惰性气体流喷射到惰性气体站，由此在所述喷射器的出口处喷射气体流；以及c)使用来自所述惰性气体站的在步骤b)中喷射后的所述气体流作为燃料的组分。本公开进一步涉及一种用于在氨生产设备中从氨气中分离包含氢气的惰性气体并随后使用所述惰性气体作为燃料的组分的系统，在所述系统中可以执行本公开的方法。本公开进一步涉及一种用于将系统改造成本公开的系统的方法。最后，本公开涉及本公开的系统用于执行本公开的方法的用途。
Description
技术领域
本公开涉及氨生产领域，以及从氨中分离和回收惰性气体的领域。
背景技术
氨为具有分子式NH3的氮和氢的化合物。作为稳定的二元氢化物以及最简单的氮氢化物，氨为无色气体，具有独特的刺激性气味。它是一种常见的含氮废物，特别是在水生生物中，并且它通过充当食物和肥料的前体，极大地满足了陆地生物的营养需求。氨直接地或间接地也是用于合成许多医药产品的基本要素，并且用于许多商业清洁产品。它主要通过向下排放空气和水两者来进行收集。
典型的现代氨生产设备(其中实践了典型的现代氨工艺)首先将天然气(即，甲烷)或LPG(液化石油气，诸如丙烷和丁烷)或石脑油转换为气态氢。用于从烃中生产氢气的方法称为蒸汽转化。然后，将氢气与氮气经由Haber-Bosch工艺结合以生产氨。氨在氨合成回路中的合成是在高达160巴至290巴的压力下实现的。
由于氨合成反应中使用的(通常是多促进磁铁矿(multi-promoted magnetite))催化剂的性质，在合成(氢气和氮气混合物)气体中仅可以容忍非常低水平的含氧(尤其是CO、CO2和H2O)化合物。相对纯的氮气可以通过空气分离来获得，但可能需要额外的脱氧。
由于单程转换率相对较低(通常小于20％)，因此需要大量循环流。这可能导致惰性的氮气N2和氢气H2在回路气体中积聚。
脱硫单元、一段转化炉和二段转化炉、变换反应器、脱CO2单元以及甲烷化单元形成氨生产单元的“前端”，而氨合成回路形成氨生产单元的“后端”。
本公开涉及对合成回路气体中的再循环流的处理。
在已经实现充分再循环至氨合成回路以得到令人满意的氨生产之后，可以将包含惰性气体(包括氢气H2)和气态氨的气体流排放到大气。替代性地，在包括所谓的惰性气体站的一些氨生产设备中，可以回收惰性气体。一旦被回收，包含惰性气体的流可以被用作需要这种燃料的燃烧系统中的燃料源。然而，为了将包含惰性气体的经回收气体流用作燃料，该经回收气体流应当不含氨，以避免通过氨的氧化在燃烧过程期间产生NOx气体。
通过冷却氨气从而导致其冷凝来将惰性气体从氨中分离是众所周知的。
现有技术
SU1066941A1(1982)公开了一种方法，其包括通过液氨吸收惰性杂质、从液氨中解吸溶解的气体以及将纯化的气体混合物返回到氨生产循环。该方法的特征在于，纯化的气体混合物在氨蒸气中饱和。
US3553972(美国梅塞尔公司(American Messer Corp)，1968)公开了在高压下从氨合成吹扫中回收氨和富氢气体，而不使用外部制冷。将吹扫气体冷却至接近氨的露点，以将氨冷凝并因此将氨与吹扫气体分离。用于将氨冷凝的制冷是通过在已从吹扫气体中去除氨冷凝物之后对吹扫气体进行功膨胀来产生的。此后，将吹扫气体进一步冷却，使得气态杂质，诸如甲烷和氩气被冷凝和分离，以留下适合再循环至氨合成的富氢气体。用于将气态杂质冷凝的制冷是通过对产物富氢气体进行功膨胀来产生的。
EP0460001A1(挪威海德鲁公司(Norsk Hydro)，1989)涉及一种用于催化生产氨的方法，其中在事先已经通过吸收来除去氨的主要部分以及可能的水之后，在合成反应器中循环返回基本上由未转换的合成气体、一定量的氨、惰性气体和可能还有水组成的气态混合物。使气体混合物与包含至少两个OH基团的吸湿吸收剂接触，以用于吸收氨以及可能还有水。吸收也在与氨的合成压力基本上相同的压力下进行，并且氨在比氨吸收期间更低的压力和更高的温度下从吸收剂中解吸。在输送至吸收柱之前从吸收剂中提取可能存在的水的至少一部分。优选地，单独或组合地应用乙二醇、二甘醇或三甘醇作为吸收剂。可以在被重新引导通过吸收柱之前借助于惰性精馏气体从吸收剂中提取可能存在的任何水。
因此，现有技术提供了用于将惰性气体从氨中分离的解决方案，诸如一旦包含惰性气体和氨的气体流不再再循环至合成回路就使氨的回收最大化并限制氨向空气的排放。然而，据知，现有技术未提供用于将惰性气体从氨中分离并随后将惰性气体引导到惰性气体站的解决方案，从该惰性气体站，惰性气体可以用作需要这种燃料的燃烧系统的燃料供应。
因此，本公开的目的是提供一种用于将基本上不含氨且包含惰性气体的气体流高效地引导到惰性气体站的解决方案。
发明内容
在本公开的第一方面，公开了一种用于在氨生产设备中将惰性气体从氨气中分离并随后使用惰性气体作为燃料的组分的方法。所述方法包括以下步骤：
a)将包含氨气和惰性气体的第一气体的温度调整至等于或低于-20℃的温度，由此产生液氨和耗尽氨的惰性气体；
该方法的特征在于，其进一步包括以下步骤：
b)使用来自氨生产设备的气体流作为气体喷射器中的动力气体将步骤a)中产生的惰性气体喷射到惰性气体站，由此在喷射器的出口处喷射气体流；以及
c)使用来自惰性气体站的在步骤b)中喷射后的气体流作为燃料的组分。
发明人现在已经意识到，该方法不仅对于从氨中纯化惰性气体非常有价值，而且对于在惰性气体站中在合适的压力下回收这些惰性气体以供其随后在燃烧过程中使用非常有价值，在该燃烧过程中，NOx排放的产生将保持在90至200mg/Nm3的监管水平内。因此，本公开的方法提供了一种具有高占地面积且昂贵的脱NOx设备的替代解决方案。
在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：
d)在处理单元中进一步处理步骤b)中从气体喷射器喷射到惰性气体站的气体流，由此获得基本上不含氨的惰性气体流。
在根据本公开的方法的一个实施例中，惰性气体包括氢气、氮气或其混合物。
在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：
e)使氨生产设备中的第二气体膨胀，诸如以降低气体的温度，由此产生膨胀气体，诸如以降低第二气体的温度，由此产生膨胀气体，并且在步骤a)中调整温度通过与从步骤e)产生的膨胀气体交换热来实现。
在根据本公开的方法的一个实施例中，步骤b)中的动力气体是再循环至氨生产设备的氨合成回路的气体的一部分并且具有范围为150至160巴的压力。
在根据本公开的方法的一个实施例中，在步骤c)中，惰性气体流用作氨生产设备的一段转化炉中的燃料的组分。
在本公开的一个方面中，公开了一种用于在氨生产设备中从氨气中分离惰性气体并随后使用惰性气体作为燃料的组分的系统。该系统包括：
·用于冷却的装置或用于将包含氨气和惰性气体的第一气体的温度调整至等于或低于-20℃的温度的装置，该装置具有与包含氨气和惰性气体的气体流体连通的入口和用于释放耗尽氨的惰性气体的出口；
该系统的特征在于，其进一步包括：
·用于回收惰性气体的惰性气体站，该惰性气体站具有入口和出口；
·气体喷射器，该气体喷射器具有与用于冷却的装置的出口流体连通的第一入口、与来自氨生产设备的具有作为动力气体的压力的气体流流体连通的第二入口以及与惰性气体站的入口流体连通的出口；以及
·通过燃料的消耗进行操作的单元，该单元具有与惰性气体站的出口流体连通的用于燃料的入口，以及出口。
在根据本公开的系统的一个实施例中，该系统进一步包括用于获得基本上不含氨的惰性气体流的惰性气体流处理单元，该惰性气体流处理单元具有与惰性气体站的出口流体连通的入口以及与通过燃料的消耗进行操作的单元的用于燃料的入口流体连通的出口。
在根据本公开的系统的一个实施例中，用于冷却的装置是热交换器，并且该系统进一步包括用于使氨生产设备中的第二气体膨胀的气体膨胀器，诸如以降低气体的温度，由此产生膨胀气体，使得膨胀气体是热交换器中的冷却介质。
在根据本公开的系统的一个实施例中，步骤b)中的气体喷射器的第二入口与再循环至氨生产设备的氨合成回路的气体流体连通。
在根据本公开的系统的一个实施例中，通过燃料的消耗进行操作的单元是氨生产设备的一段转化炉。
在本公开的一个方面中，公开了一种用于将包括以下各项的系统：
·用于将包含氨气和惰性气体(包括氢气)的气体的温度调整至等于或低于-20℃的温度的装置，该装置具有与包含氨气和惰性气体的气体流体连通的入口和用于释放耗尽氨的惰性气体的出口；以及
·用于回收惰性气体的惰性气体站，该惰性气体站具有入口和出口；
·通过燃料的消耗进行操作的单元，该单元具有与惰性气体站的出口流体连通的用于燃料的入口，以及出口；以及
·任选地，用于获得基本上不含氨的惰性气体流的惰性气体流处理单元，该惰性气体流处理单元具有与惰性气体站的出口流体连通的入口以及与通过燃料的消耗进行操作的单元的用于燃料的入口流体连通的出口；
改造成根据本公开的系统的系统的方法。所述方法包括以下步骤：
a')在系统中引入具有第一入口、第二入口以及出口的气体喷射器；以及
b')将气体喷射器的第一入口与用于调整温度的装置的出口流体连接；
c')将气体喷射器的第二出口与来自氨生产设备的气体流流体连接；以及
d')将气体喷射器的出口与惰性气体站的入口流体连接。
在根据本公开的用于改造的方法的一个实施例中，在步骤c')中，气体喷射器的第二入口流体连接到再循环至氨生产设备的氨合成回路的气体，从而具有范围为150至160巴的压力。
在本公开的一个方面中，公开了本公开的系统用于执行本公开的方法的用途。
在本公开的一个方面中，公开了气体喷射器在氨生产设备中用于使用动力气体喷射惰性气体由此回收惰性气体的用途。动力气体包含65％至69％氢气、最多1.55％甲烷、5％至6％氩气和21％至23％氮气，并且其中待喷射的惰性气体包含47％至54％氢气、0.01％至6.50％甲烷、12％至22％氩气和21％至25％氮气。
附图说明
图1：根据本公开的系统的系统的示意图
图2：传统气体喷射器的示意图
图3：氨生产系统的示意图
附图标记列表
说明书
贯穿本申请文件的描述和权利要求，词语“包括”及其变型意指“包括但不限于”，并且其不旨在(并且也不)排除其他部分、添加物、部件、整体或步骤。贯穿本公开的描述和权利要求书，除非上下文另有要求，否则所提及的单数包含复数。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，否则本公开将被理解为考虑复数以及单数。
结合本公开的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学部分或组将理解为适用于本文中所述的任何其他方面、实施例或示例，除非与其不相容。本公开(包括描述、权利要求、摘要和附图)中所公开的特征中的所有特征和/或由此公开的任何方法或过程的步骤中的所有步骤可通过任何组合进行组合，除所述特征和/或步骤中的至少一些特征和/或步骤互相排斥的组合外。本公开不限于任何前述实施例的细节。本公开扩展到本公开(包括描述、权利要求、摘要和附图)中所公开特征中的任何新颖特征或任何新颖特征的组合，或者扩展到由此公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖步骤或任何新颖步骤的组合。
借助于附图范围列举的数值包括这些范围内的所有值和分数，以及所引用的端点值。如当提到可测量值，诸如参数、数量、时间段和类似值的范围时使用的术语“范围为……到……”旨在包括与所公开的范围相关的限制。
如本文所定义的，惰性气体的使用含义是，当用作燃料气体时，即当在燃烧时或在燃烧器装置中与氧接触或反应时，惰性气体对于NOx的形成而言是惰性的。如本文所定义的，惰性气体包括氢气(H2)或甲烷气体或其混合物，该惰性气体在氧化时不产生NOx气体，任选地包括氮气(N2)、氩气(Ar)和/或氦气。如本文所定义的，NOx气体是一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和四氧化二氮(N2O4)。
如本文所定义的，燃料是化学组分，其在燃烧时例如以热释放的形式提供能量值。
如本文所定义的，气体涵盖气体的混合物，混合的气体也形成气体。
用于将惰性气体分离并再循环至惰性气体站的方法
参照图1。在本公开的第一方面，公开了一种用于在氨生产设备中从氨气中分离包含氢气的惰性气体并使用惰性气体作为燃料的组分的方法。该方法包括步骤a)将包含氨气和惰性气体的第一气体1的温度调整至等于或低于-20℃的温度，由此产生液氨3和耗尽氨的惰性气体4。
该方法的特征在于，其进一步包括步骤b)使用来自氨生产设备的气体流作为气体喷射器5中的动力气体6将步骤a)中产生的惰性气体4喷射到惰性气体站8，由此在喷射器5的出口处喷射气体流；以及c)使用来自惰性气体站(8)的在步骤b)中喷射之后的气体流7作为燃料的组分。
发明人现在已经意识到，这不仅可以从氨中纯化惰性气体：由于在燃烧过程中使用这些气体将不会导致产生高于90至200mg/Nm3的监管水平的NOx排放，因此用于在惰性气体站中在合适的压力下，特别是在范围为30至40巴的压力下回收这些气体的解决方案是非常有价值的。纯化的惰性气体可以用作燃料，而不是在氨合成回路的再循环过程结束时被浪费到环境空气。因此，本公开的方法提供了一种具有高占地面积且昂贵的脱NOx设备的替代解决方案。
参照图3。为了实现在范围为30至40巴的压力下回收纯化的惰性气体，可以使用传统气体喷射器400。如本文所定义的，气体喷射器400装置包括用于被称为动力气体的高压气体100的第一入口和用于低压气体200的第二入口，该低压气体将被抽吸到装置中，在该装置中低压气体与动力气体混合。所得气体混合物在动力气体的高压与入口气体的低压之间的压力下在出口300处排出。排出的气体可以被排出到露天，或者可以通过导管输送到气体喷射器装置下游的另一位置。参考图1：在本公开的情况下，排出的气体7被输送到惰性气体站8。
参照图1。具体地，需要惰性气体4具有范围为10至15巴的压力，步骤b)中喷射的气体流7具有范围为30至40巴的压力，并且动力气体6具有范围为150至290巴的压力。
参照图1。在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括步骤d)在处理单元9中进一步处理步骤b)中从气体喷射器5喷射到惰性气体站8的气体流7，由此获得基本上不含氨的惰性气体流10。
当这种步骤d)被执行时，在燃烧过程中使用流7时，可以在消耗燃料的过程中实现低至90mg/Nm3的NOx排放水平。
在根据本公开的方法的一个实施例中，惰性气体包括氮气、氢气、甲烷或其混合物。
在根据本公开的方法的一个实施例中，该方法进一步包括步骤e)使氨生产设备中的第二气体膨胀，诸如以降低气体的温度，由此产生膨胀气体；并且步骤a)中的调整通过与从步骤e)产生的膨胀气体交换热来实现。具体地，第二气体具有范围为3至4巴的压力，并且膨胀气体具有范围为0.1至0.2巴的压力。
用于实现步骤a)的该方法非常适合本公开的方法。实际上，在步骤a)中，将包含氨气和惰性气体的气体1冷却。该气体从氨生产设备生成。正如背景中详述的，氨生产设备确实包括许多气体。氨设备中的这些气体中的许多气体进而被加压并且可以减压，以用于在氨设备中进一步加工。当气体减压时，其温度减小，这意味着气体可以充当冷却剂。因此，通过使可以在冷却过程中使用的气体膨胀来在氨设备工艺中进行冷却是实用的。因为步骤中待冷却的气体是从氨生产设备生成的，所以特别适合使用因氨生产设备中的另一种气体的膨胀而获得的冷却剂来执行步骤a)：与热交换过程相关的设备可以轻松地集成到氨生产设备中。
参考图1和图2。在根据本公开的方法的一个实施例中，步骤b)中的动力气体6是再循环至氨生产设备的氨合成回路的气体的一部分。与该气体相关的压力范围是150至160巴，这允许在30至40巴的压力下喷射气体7，同时限制与动力气体相关的能量需求。另外，这样使用再循环至氨合成回路的气体作为动力气体6允许在惰性气体站8中回收额外的惰性气体，因为再循环至氨合成回路的气体包含惰性气体，特别是氢气。
参照图2。在根据本公开的方法的一个实施例中，在步骤c)中，使用惰性气体流作为氨生产设备的一段转化炉19中的燃料的组分。
用于将惰性气体分离并再循环至惰性气体站的系统
参照图1。在本公开的一个方面中，公开了一种用于在氨生产设备中从氨气中分离惰性气体并随后使用惰性气体作为燃料的组分的系统。该系统包括用于将包含氨气和惰性气体的第一气体1的温度调整至等于或低于-20℃的温度的装置2，该装置具有与包含氨气和惰性气体的气体1流体连通的入口12和用于释放耗尽氨的惰性气体4的出口13。
该系统的特征在于，其进一步包括：用于回收惰性气体的惰性气体站8，其具有入口14和出口15；气体喷射器5，其具有与冷却装置2的出口13流体连通的第一入口16、与来自氨生产设备的作为动力气体6的气体流流体连通的第二入口17和与惰性气体站8的入口14流体连通的出口18；以及通过燃料的消耗进行操作的单元11，其具有与惰性气体站8的出口15流体连通的用于燃料的入口19，以及出口20。
如本文所定义的，用于调整温度的装置是适合减小气体混合物的温度的任何设备，诸如但不限于热交换器或制冷机。
发明人现在已经意识到，这不仅可以从氨中纯化惰性气体：由于在燃烧过程中使用这些气体将不会导致产生高于90至200mg的监管水平的NOx排放，因此用于在惰性气体站中在合适的压力下，特别是在范围为30至40巴的压力下回收这些气体的解决方案是非常有价值的。纯化的惰性气体可以用作燃料，而不是在氨合成回路的再循环过程结束时被浪费到环境空气。因此，本公开的系统提供了一种具有高占地面积且昂贵的脱NOx设备的替代解决方案。
参照图3。可以使用传统的气体喷射器400。如本文所定义的，气体喷射器400装置包括用于被称为动力气体的高压气体100的第一入口和用于低压气体200的第二入口，该低压气体将被抽吸到装置中，在该装置中低压气体与动力气体混合。所得气体混合物在动力气体的高压与入口气体的低压之间的压力下在出口300处排出。排出的气体可以被排出到露天，或者可以通过导管输送到气体喷射器装置下游的另一位置。参考图1：在本公开的情况下，排出的气体7被输送到惰性气体站8。
参照图1。具体地，需要惰性气体4具有范围为10至15巴的压力，步骤b)中喷射的气体流7具有范围为30至40巴的压力，并且动力气体6具有范围为150至290巴的压力。
参照图1。在根据本公开的系统的一个实施例中，该系统进一步包括用于获得基本上不含氨的惰性气体流10的惰性气体流7处理单元9，该惰性气体流处理单元具有与惰性气体站8的出口15流体连通的入口21以及与通过燃料的消耗进行操作的单元11的用于燃料的入口19流体连通的出口22。
在这种处理单元9的存在下，在燃烧过程中使用流7时，可以在消耗燃料的过程中实现低至90mg/Nm3的NOx排放水平。
在根据本公开的系统的一个实施例中，用于调整温度的装置2是热交换器，并且其中该系统进一步包括用于使氨生产设备中的第二气体膨胀的气体膨胀器，使得膨胀气体是热交换器中的冷却介质。具体地，第二气体具有范围为3至4巴的压力，并且膨胀气体具有范围为0.1至0.2巴的压力。
用于调整温度的这种装置2非常适合本公开的系统。实际上，在步骤a)中，将包含氨气和惰性气体的气体混合物1冷却。该气体从氨生产设备生成。正如背景中详述的，氨设备工艺确实包括许多气体。氨设备中的这些气体中的许多气体进而被加压并且可以减压，以用于在氨设备中进一步加工。当气体减压时，其温度减小，这意味着气体可以充当冷却剂。因此，通过使可以在冷却过程中使用的气体膨胀来在氨生产设备中进行冷却是实用的。因为步骤中待冷却的气体是从氨生产设备生成的，所以特别适合通过在气体膨胀器中使氨生产设备中的另一种气体膨胀来获得冷却剂。然后，待冷却的气体和冷却剂可以在热交换器中轻松地交换热。总体而言，与热交换过程相关的设备可以轻松地集成到氨生产设备中。
参考图1和图2。在根据本公开的系统的一个实施例中，步骤b)中的气体喷射器5的第二入口17与再循环至氨生产设备6的氨合成回路的气体流体连通。与该气体相关的对应流量和压力范围是150至160巴，这允许在30至40巴的压力下喷射气体7，同时限制与动力气体相关的能量需求。另外，这样使用再循环至氨合成回路的气体作为动力气体6允许在惰性气体站8中回收额外的惰性气体，因为再循环至氨合成回路的气体包含惰性气体，特别是氢气。
参照图3。在根据本公开的系统的一个实施例中，通过燃料的消耗进行操作的单元11是氨生产设备的一段转化炉19。
用于改进的方法
参照图1。在本公开的一个方面，公开了一种用于将包括以下各项的系统改造成根据本公开的系统的系统的方法：用于将包含氨气和惰性气体(包括氢气)的气体1的温度调整至等于或低于-20℃的温度的装置2，该装置具有与包含氨气和惰性气体的气体1流体连通的入口12和用于释放耗尽氨的惰性气体4的出口13；以及用于回收惰性气体的惰性气体站8，该惰性气体站具有入口14和出口15；通过燃料的消耗进行操作的单元11，该单元具有与惰性气体站8的出口15流体连通的用于燃料的入口19，以及出口20；以及任选地，用于获得基本上不含氨的惰性气体流10的惰性气体流处理单元9，该惰性气体流处理单元具有与惰性气体站8的出口15流体连通的入口21以及与通过燃料的消耗进行操作的单元11的用于燃料的入口19流体连通的出口22。该方法包括以下步骤：a')在系统中引入具有第一入口16、第二入口17以及出口18的气体喷射器5；以及b')将气体喷射器5的第一入口16与用于调整温度的装置2的出口13流体连接；c')将气体喷射器5的第二出口17与来自氨生产设备的气体流6流体连接；以及d')将气体喷射器5的出口18与惰性气体站8的入口14流体连接。
因此，改造传统氨生产系统所需要做的就是通过引入仅三个简单的流体连接来插入气体喷射器：
1.将气体喷射器5的第一入口16与用于调整温度的装置2的出口13连结的流体连接；
2.将气体喷射器5的第二出口17与来自氨生产设备的具有范围为150至290巴的压力的气体流6连结的流体连接；以及
3.将气体喷射器5的出口18与惰性气体站8的入口14连结的流体连接。
在根据本公开的用于改造的方法的一个实施例中，在步骤c')中，气体喷射器5的第二入口17流体连接到再循环至氨生产设备的氨合成回路的气体6。与该气体相关的对应流量和压力范围是150至160巴，这允许在范围为30至40巴的压力下喷射气体7，同时限制与动力气体相关的能量需求。
本公开的系统的用途
在本公开的一个方面中，公开了根据本公开的系统用于执行根据本公开的方法的用途。
气体喷射器在氨生产设备中的用途
在本公开的一个方面中，公开了气体喷射器(5)在氨生产设备中用于使用动力气体喷射惰性气体由此回收惰性气体的用途。动力气体包含65％至69％氢气、最多1.55％甲烷、5％至6％氩气和21％至23％氮气，并且其中待喷射的惰性气体包含47％至54％氢气、0.01％至6.50％甲烷、12％至22％氩气和21％至25％氮气。
示例
参照图2。天然气进料500在脱硫单元600中进行处理并且随后在汽蒸单元1000中与蒸汽混合并在加热单元41中加热至590℃的温度，然后在蒸汽甲烷转化炉1900的管段50中反应成包含在经转化气体2200中的一氧化碳和氢气。炉室51中的燃料气体是燃料40。然后，从蒸汽转化炉1900产生的经转化气体2200在二段转化炉53中反应，以产生额外的一氧化碳和氢气。经转化气体2200连续地在变换单元24中进行处理，产生了一氧化碳和氢气的混合物27；在脱二氧化碳单元28中进行处理，产生了氢气气体流31；在甲烷化单元32中进行处理，产生了基本上不含一氧化碳和二氧化碳的氢气气体流35；并且在氨合成单元36中进行处理，由此产生氨45以及包含氨气和惰性气体的气体混合物1。
参照图1。将包含氨气和惰性气体(包括氢气H2)的气体混合物1冷却至约-20℃的温度，由此产生液氨3和包含氢气H2并耗尽氨的惰性气体流4。单元2中的冷却是通过热交换器实现的，其中从3.6巴膨胀至0.16巴的气体用作冷却剂。
参考图1和图3。然后使用气体喷射器5(400)和来自氨生产设备的具有155巴的压力的气体流作为动力气体6(100)将惰性气体流4(200)喷射到惰性气体站8。在适合在惰性气体站8中回收的35巴的压力下从气体喷射器5(400)喷射气体流7(300)。
参考图1和图2。然后将在惰性气体站8中回收的气体流7引导到一段转化炉1900作为燃料源。在这种情况下，通过燃料的消耗进行操作的单元11是一段转化炉1900。从一段转化炉1900排出90mg/Nm3的NOx气体。
Claims (15)
1.一种用于在氨生产设备中从氨气中分离惰性气体并随后使用所述惰性气体作为燃料的组分的方法，其中所述惰性气体是包含氢气和/或甲烷的气体混合物，所述气体混合物在氧化时不产生NOx气体，所述方法包括以下步骤：
a)将包含氨气和所述惰性气体的第一气体的温度调整至等于或低于-20℃的温度，由此产生液氨和耗尽氨的惰性气体；
b)使用来自所述氨生产设备的气体流作为气体喷射器中的动力气体将步骤a)中产生的所述惰性气体喷射到惰性气体站，由此在所述喷射器的出口处喷射气体流；以及
c)使用来自所述惰性气体站的在步骤b)中喷射后的所述气体流作为燃料的组分。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：
d)在处理单元中进一步处理步骤b)中从所述气体喷射器喷射到所述惰性气体站的所述气体流，由此获得基本上不含氨的惰性气体流。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述第一气体中、步骤a)的耗尽氨的所述惰性气体中以及步骤b)中喷射的所述气体流中的所述惰性气体包括氢气、氮气或其混合物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：
e)使所述氨生产设备中的第二气体膨胀，诸如以降低所述气体的温度，由此产生膨胀气体，其中在步骤a)中调整所述温度通过与从步骤e)产生的所述膨胀气体交换热来实现。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中步骤b)中的所述动力气体是再循环至所述氨生产设备的氨合成回路的气体的一部分，具有范围为150巴至160巴的压力。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，所述惰性气体流用作氨生产设备的一段转化炉中的燃料的组分。
7.一种用于在氨生产设备中从氨气中分离惰性气体并随后使用所述惰性气体作为燃料的组分的系统，其中所述惰性气体是包含氢气和/或甲烷的气体混合物，所述气体混合物在氧化时不产生NOx气体，所述系统包括：
*用于将包含氨气和所述惰性气体的第一气体冷却至等于或低于-20℃的温度的装置，所述装置具有与包含氨气和所述惰性气体的气体流体连通的入口和用于释放耗尽氨的惰性气体的出口；
*用于回收惰性气体的惰性气体站，所述惰性气体站具有入口和出口；
*气体喷射器，所述气体喷射器具有与所述用于冷却的装置的所述出口流体连通的第一入口、与来自所述氨生产设备的作为动力气体的气体流流体连通的第二入口以及与所述惰性气体站的所述入口流体连通的出口；以及
*通过燃料的消耗进行操作的单元，所述单元具有与所述惰性气体站的所述出口流体连通的用于所述燃料的入口，以及出口。
8.根据权利要求7所述的系统，其进一步包括用于获得基本上不含氨的惰性气体流的惰性气体流处理单元，所述惰性气体流处理单元具有与所述惰性气体站的所述出口流体连通的入口以及与通过燃料的消耗进行操作的所述单元的用于所述燃料的所述入口流体连通的出口。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的系统，其中用于冷却的所述装置是热交换器，并且其中所述系统进一步包括用于使所述氨生产设备中的第二气体膨胀的气体膨胀器，诸如以降低所述气体的温度，由此产生膨胀气体，使得所述膨胀气体是所述热交换器中的冷却介质。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的系统，其中步骤b)中的所述气体喷射器的所述第二入口与再循环至所述氨生产设备的氨合成回路的气体流体连通，其具有范围为150巴至160巴的压力。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，其中通过燃料的消耗进行操作的所述单元是氨生产设备的一段转化炉。
12.一种用于将包括以下各项的系统：
*用于将包含氨气和惰性气体的气体的温度调整至等于或低于-20℃的温度的装置，所述惰性气体包含氢气和/或甲烷，其在氧化时不产生NOx气体，所述装置具有与包含氨气和惰性气体的气体流体连通的入口和用于释放耗尽氨的惰性气体的出口；以及
*用于回收惰性气体的惰性气体站，所述惰性气体站具有入口和出口；
*通过燃料的消耗进行操作的单元，所述单元具有与所述惰性气体站的所述出口流体连通的用于所述燃料的入口，以及出口；以及
*任选地，用于获得基本上不含氨的惰性气体流的惰性气体流处理单元，所述惰性气体流处理单元具有与所述惰性气体站的所述出口流体连通的入口以及与通过燃料的消耗进行操作的所述单元的用于所述燃料的所述入口流体连通的出口；
改造成根据权利要求7至11中任一项所述的系统的方法，所述方法包括以下步骤：
a')在所述系统中引入具有第一入口、第二入口以及出口的气体喷射器；以及
b')将所述气体喷射器的所述第一入口与所述用于调整所述温度的所述装置的所述出口流体连接；
c')将所述气体喷射器的所述第二出口与来自所述氨生产设备的气体流流体连接；以及
d')将所述气体喷射器的所述出口与所述惰性气体站的所述入口流体连接。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在步骤c')中，所述气体喷射器的所述第二入口流体连接到再循环至所述氨生产设备的所述氨合成回路的所述气体，其具有范围为150巴至160巴的压力。
14.根据权利要求7至11中任一项所述的系统的用途，其用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
15.气体喷射器在氨生产设备中用于使用动力气体喷射惰性气体，由此回收惰性气体的用途，其中所述动力气体包含65％至69％氢气、最多1.55％甲烷、5％至6％氩气和21％至23％氮气，并且其中待喷射的惰性气体包含47％至54％氢气、0.01％至6.50％甲烷、12％至22％氩气和21％至25％氮气。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP21183984.0 | 2021-07-06 | ||
| EP21183984.0A EP4116258A1 (en) | 2021-07-06 | 2021-07-06 | System for recovering inert gases from an ammonia synthesis loop and method thereof |
| PCT/EP2022/068667 WO2023280896A1 (en) | 2021-07-06 | 2022-07-06 | System for recovering inert gases from an ammonia synthesis loop and method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117545717A true CN117545717A (zh) | 2024-02-09 |
Family
ID=77071212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202280044694.1A Pending CN117545717A (zh) | 2021-07-06 | 2022-07-06 | 用于从氨合成回路中回收惰性气体的系统及其方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (2) | EP4116258A1 (zh) |
| CN (1) | CN117545717A (zh) |
| AU (1) | AU2022305781A1 (zh) |
| CA (1) | CA3222074A1 (zh) |
| WO (1) | WO2023280896A1 (zh) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3553972A (en) | 1968-11-19 | 1971-01-12 | American Messer Corp | Cryogenic recovery of hydrogen from ammonia synthesis gas |
| US4172885A (en) * | 1978-03-20 | 1979-10-30 | Monsanto Company | Process for the recovery of hydrogen from ammonia purge gases |
| SU1066941A1 (ru) | 1981-10-30 | 1984-01-15 | Daryusin Aleksej P | Способ удалени инертных примесей из продувочного газа производства аммиака |
| NO167082C (no) | 1989-02-03 | 1991-10-02 | Norsk Hydro As | Fremgangsmaate ved fjerning av ammoniakk fra en gassblanding. |
| DE4010603A1 (de) * | 1989-04-05 | 1990-10-11 | Piesteritz Agrochemie | Verfahren zur stofflichen nutzung von produktentspannungsgas |
| DE4010602A1 (de) * | 1989-04-05 | 1990-10-11 | Piesteritz Agrochemie | Verfahren zur stofflichen nutzung von restgasen aus einer edelgasanlage |
| JP2018203602A (ja) * | 2017-06-09 | 2018-12-27 | 三菱重工業株式会社 | アンモニア増産システム及び方法 |
-
2021
- 2021-07-06 EP EP21183984.0A patent/EP4116258A1/en not_active Withdrawn
-
2022
- 2022-07-06 AU AU2022305781A patent/AU2022305781A1/en active Pending
- 2022-07-06 WO PCT/EP2022/068667 patent/WO2023280896A1/en active Application Filing
- 2022-07-06 EP EP22735203.6A patent/EP4367063A1/en active Pending
- 2022-07-06 CN CN202280044694.1A patent/CN117545717A/zh active Pending
- 2022-07-06 CA CA3222074A patent/CA3222074A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4116258A1 (en) | 2023-01-11 |
| CA3222074A1 (en) | 2023-01-12 |
| AU2022305781A1 (en) | 2023-12-21 |
| WO2023280896A1 (en) | 2023-01-12 |
| EP4367063A1 (en) | 2024-05-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2018364702B2 (en) | Systems and methods for production and separation of hydrogen and carbon dioxide | |
| CA1117735A (en) | Hydrogen | |
| NO158616B (no) | Fremgangsmaate for fremstilling av ammoniakk. | |
| CN104039758B (zh) | 通过在脲生产过程中集成氨生产过程而形成脲的方法及其系统 | |
| KR20240017359A (ko) | 이산화탄소 배출량을 낮추면서 증기 개질에 의해 순수 수소를 생산하기 위한 방법 및 플랜트 | |
| CN103764564A (zh) | 氨-尿素生产工艺及设备 | |
| US4123508A (en) | Apparatus and method for manufacturing deuterium enriched water | |
| KR20240021941A (ko) | NOx 제거를 이용한 그린 수소를 위한 암모니아 분해 | |
| AU2021450886A1 (en) | Ammonia cracking for green hydrogen | |
| WO2023153928A1 (en) | Hybrid ammonia decomposition system | |
| AU2021286875B2 (en) | Method for the production of hydrogen | |
| CN117545717A (zh) | 用于从氨合成回路中回收惰性气体的系统及其方法 | |
| US20040219088A1 (en) | Mini ammonia plant | |
| AU2022311270B2 (en) | Nitric acid production process and plant with oxygen supply unit | |
| RU2808330C1 (ru) | Способ получения низкоуглеродного аммиака из природного газа "Аммиак декарбонизированный - 2500" | |
| CA1334784C (en) | Process for the production of ammonia from natural gas | |
| US20220119254A1 (en) | Method for synthesising a hydrogen-containing compound | |
| SU1682308A1 (ru) | Способ получени аммиака | |
| CN117208847A (zh) | 一种焦炉煤气制合成氨联产甲醇的方法和系统 | |
| JP2011073909A (ja) | Ｃｏ２回収方法及びｃｏ２回収装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |