CN117715868A - 用于合成氨和硝酸的集成工艺 - Google Patents

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Abstract

一种用于合成氨和硝酸的集成工艺，包括由水电解生产氢气，通过在第一操作模式和第二操作模式之间的选择性切换来控制，其中在第一操作模式下，生产过量的氨并储存在合适的氨储存器中；在第二操作模式下，来自所述氨储存器的氨用于为生产硝酸提供额外输入量的氨；所述第一模式和第二模式之间的切换基于输送至水电解的功率的量。

Description

用于合成氨和硝酸的集成工艺
技术领域
本发明涉及氨和硝酸生产领域。特别地，本发明涉及一种用于控制生产氨和硝酸的集成工艺的方法，以及涉及实施所述方法的工艺或设备。
背景技术
氨的常规生产包括重整碳氢化合物原料，产生含氢合成气，合成气的纯化包括水煤气变换转化、二氧化碳的去除和任选的甲烷化，最后在合适的催化转化器中转化成氨。用于合成氨的补充气体还包含氮气，其可以与燃烧空气一同引入，例如在二级重整器中，或者在合适的空气分离单元中产生。因此，氨的合成也可能涉及氮气的产生。
氨的合成在高压下进行。将氨补充气体压缩至氨合成压力代表了该工艺的主要能量输入。热能通常以蒸汽的形式从工艺中回收，例如从热重整流出物和氨转化器中回收。蒸汽在足够的压力下可以在蒸汽涡轮机中膨胀，产生能量。因此，蒸汽可以在工艺的内部中使用，以至少部分满足工艺的热能和/或能量输入。
与氨的生产相关的环境问题是用于重整碳氢化合物原料的热能通常由化石燃料(例如天然气)的燃烧提供，产生大量的二氧化碳排放到大气中。
根据新兴趋势，期望以可接受的成本提供减少碳足迹的氨工艺。具有减少碳足迹，特别是减少二氧化碳排放的氨被称为低碳氨。被配置为生产减少排放的氨的设备被称为低碳氨设备。
生产低碳氨的已知技术包括由可再生能源(例如太阳能或风能)为水电解生产氢气提供动力。使用这种技术，氨合成所需的部分或全部氢气可以来自可再生能源。当氢气的总量来自可再生能源时，如此获得的低碳氨通常被称为绿色氨。
使用可再生能源的一个缺点被表示为能源的可用性。可再生能源(例如太阳能)通常会受到波动的影响，这种波动会不可避免地传播至整个工艺。
用于生产氨和硝酸的工艺涉及几个叶轮机械(turbomachine)，例如涡轮机和压缩机，它们本质上不灵活：因此，整个工艺不灵活，应该在接近设计条件下操作。
特别地，内部产生的蒸汽的量和功率的量受到生产氢气的波动的影响。蒸汽涡轮机通常被设计为在接近额定蒸汽流量的情况下运行。当蒸汽流量下降时，蒸汽涡轮机的效率可能会急剧下降，或者可能无法运行。如果内部生产的能量下降，该工艺可能需要外部能量输入，这意味着额外的成本。
目前对上述缺点的解决方案是安装氢气存储器作为缓冲器，并向合成回路和/或电池提供稳定的H2流速，或其他能量存储方式以向水电解和设备中的其他电力消耗装置提供稳定的能量流。然而，由于氢气和能量存储设备的资本成本，这些解决方案并不完全令人满意。
当氨的生产与硝酸和可能的硝酸铵的生产集成时，上述缺点尤其明显。在这样的集成设备中，用于生产氢气的能源的波动影响氨的生产以及随后硝酸和硝酸铵的生产。
因此，鉴于上述考虑，非常需要为氨和硝酸的集成生产提供更大的灵活性，以保持效率和收益性，即使氢气生产是由波动或间歇的电源提供动力。
发明内容
本发明解决了如何提供一种灵活的、自适应控制的集成氨-硝酸工艺的问题，其中用于合成氨的至少部分氢气通过水电解产生，因此，该工艺受制于用于电解工艺的电源的可用性。特别地，本发明解决了如何遵循(follow)所述电源的波动的问题，这通常是可再生能源(例如太阳能)的情况。
根据权利要求1的用于控制合成氨和硝酸的集成工艺的方法解决了该问题。
该方法应用于一种工艺，其中氢气由水电解产生，并用于生产氨补充气体；所述补充气体反应形成氨；至少部分所述氨用于生产硝酸。在一些实施方案中，该方法应用于一种工艺，其中还生产硝酸铵。
术语“氨补充气体”是指用于合成氨的含有适量氢气和氮气的气体。所述气体通常具有3或大约3的氢氮摩尔比。
该方法包括在第一操作模式和第二操作模式之间选择性切换工艺，其中：
在第一操作模式下，氨的生产和硝酸的生产以这样的方式调节：该工艺具有第一产出量的硝酸；与生产所述第一产出量的硝酸所需的氨相比，生产过量的氨；过量的氨储存在合适的氨储存器中；
在第二操作模式下，氨的生产和硝酸的生产以这样的方式调节：该工艺具有第二产出量的硝酸；生产的氨少于生产所述第二产出量的硝酸所需的氨，使得硝酸的生产需要额外输入量的氨，并且来自所述氨储存器的氨用于提供所述额外输入量。
该方法包括基于输送至水电解的功率的量在所述第一模式和第二模式之间切换。
因此，该方法允许该工艺适应水电解工艺可用功率的量。由于成本和/或由于来源的实际可用性，输送至水电解的功率的量可以变化。一般来说，当有更多功率可用时，选择第一操作模式，当有较少或没有功率可用时，选择第二操作模式。
如上所述，操作的模式的选择可以遵循成本和/或来源的可用性。例如，在电力取自电网的情况下，当能源价格低时可以选择第一模式，而当价格高时可以选择第二模式。
本发明的一个特别有趣的实施方案涉及由可再生能源为水电解提供动力的情况。在这种情况下，当可再生能源的来源可用，并且能够产生大量的功率时，可以选择第一模式；当来源不可用或仅在有限程度上可用时，可以选择第二模式，使得没有或少量的功率可以输送至水电解工艺。
例如，当可再生能源为太阳能时，可以在白天选择第一模式，可以在夜间，或者更普遍地，当太阳能基本上不可用时(例如由于云层覆盖)，选择第二模式。
本发明始于这样的发现，当氨的生产依赖于电能，尤其是依赖于用于生产氢气的可再生能源时，根据成本和/或来源的可用性，可能会缺乏输入功率。本发明通过在来源完全可用时储存氨来补偿这种输入功率的不足，以便在来源不足或不可用时使用。因此，本发明允许恒定或几乎恒定的硝酸生产，而不管来源的波动或间歇可用性。
根据本发明的某些实施方案，上述输入功率的缺乏也可以通过将成比例的较大量的热能和/或电能从硝酸生产工艺输送至氨合成工艺来补充。当提供时，连接式(tied-in)硝酸铵生产工艺也可以向氨合成工艺输出热能和/或电能。
本发明为生产低碳氨或绿色氨以及生产硝酸和任选的硝酸铵开辟了新的可能性。特别地，本发明提供了一种更灵活的工艺，适用于遵循基于可再生能源生产氢气的波动。
本发明的其他优点包括降低绿色氨的合成成本、降低为水电解和压缩单元所需的备用功率提供动力以及减小氢气储存单元的尺寸。
本发明的其他方面包括根据权利要求的工艺和设备。
本发明可以应用于一种工艺，其中氢气的生产完全通过水电解来实现，或者应用于一种混合工艺，其中氢气部分来自化石燃料的重整，部分来自水电解。
具体实施方式
氨的生产在氨设备中进行，硝酸的生产在与氨设备相连的硝酸设备中进行。所述氨设备和硝酸设备也可以被视为集成设备的部分。
氨的生产包括氢气的生产，根据本发明，氢气的生产至少部分在水电解器中进行。如果需要在氨补充气体中达至正确的氢气/氮气比，氨的生产可以进一步包括在合适的氮气生产单元(例如空气分离单元)中生产氮气。
硝酸的生产包括氨的催化氧化以获得含有氮氧化物的工艺气体，该工艺气体在合适的吸收塔中与水接触，生产硝酸。
本发明规定，根据水电解工艺可用的功率来调节所述氨设备和硝酸设备的负载。特别地，在第一操作模式下，硝酸设备的负荷降低，以允许氨储存；在第二操作模式下，氨设备的负荷随着水电解可用功率的减少量而减少。因此，本发明采用摆动控制，其中氨设备的负荷基本上遵循可再生能源的可用性，而硝酸设备的负荷与氨设备的负荷互补。
当用于电解的可用的功率高于第一阈值时，可以选择第一操作模式，当所述功率低于第二阈值时，可以选择第二操作模式。第一阈值和第二阈值可以相同或不同。优选地，所述阈值等于或约为包括水电解的氨设备的总功率消耗的50％。
氨设备具有额定氨产出量，硝酸设备具有额定硝酸产出量，所述额定硝酸产出量对应于部分或全部从氨设备输送至硝酸设备用于生产硝酸的所述额定氨产出量。
优选地，在第一操作模式下，氨设备以所述额定氨产出量的80％或更多运行，硝酸设备以所述额定硝酸产出量的50％至80％运行。如果设备能够以上述额定容量运行，80％或更高的条件可以包括高达100％或超过100％，例如80％至110％。
在第二操作模式下，氨设备可以以所述额定氨产出量的1％至30％运行，优选10％至30％或20％至30％；硝酸设备可以以额定容量的80％或更多运行。
硝酸生产工艺通常是能量以热能和/或电能的形式净输出。在硝酸设备中，可以通过膨胀吸收塔的尾气和/或通过膨胀由氨氧化中释放的热能产生的蒸汽来产生电能。热能可以在压力下以蒸汽(例如通过从氨的催化氧化和各种工艺流的冷却中移除热能产生的)的形式输出。
因此，可以将热能和/或电能从硝酸生产工艺输送至氨合成工艺。这里，从第一工艺至第二工艺的输送意味着执行第一工艺的设备的一个或多个项目产生功率，该功率被输送至执行第二工艺的设备的一个或多个项目。
输出至连接式氨设备的电力的优选用途包括：电解水、生产氮气、压缩氨补充气体。优选地，所述功率主要用于压缩氨补充气体。
在本发明的一个实施方案中，还根据操作模式来控制从硝酸生产工艺至氨合成工艺的热能和/或电能的输送。特别地，在第二操作模式下，输送至氨合成工艺的功率可以成比例地更大。具体而言，在本发明的一个实施方案中，在第二操作模式下从硝酸生产工艺输入的功率与总输入功率的比率大于在第一操作模式下的比率。
热能通常以热蒸汽的方式输出。硝酸设备输出的热能(热蒸汽)可用于例如加热氨合成反应器，例如在反应器内部提供合适的热交换器，以保持反应器处于合适的温度，即使在部分负荷下运行。
从硝酸设备输送到氨设备的能量的优点包括避免或减少提供氢气储存和/或从电网输入电力的需求。显著的优点是氨设备可以在“孤岛”条件下运行，即其电能输入完全在集成设备(硝酸设备)内部中产生。
水电解优选使用可再生能源。根据各种实施方案，可以由可再生能源产生氨补充气体中的所有或一些氢气。在这种情况下，该方法包括基于电解工艺中使用的可再生能源的可用功率的量，在所述第一模式和第二模式之间切换。一个特别感兴趣的实施方案是从太阳能电解中生产氢气。
在第二操作模式期间，可以燃烧从氨存储器中排出的部分氨以提供热能和/或电能形式的额外的能量来源。这种使用储存的氨可以提供另一种方式用于补偿氨合成工艺的能量短缺。
本发明的方法可应用于一种工艺，该工艺进一步包括由至少部分产生的氨和硝酸生产硝酸铵。优选地，该方法包括，在第一操作模式下，硝酸铵生产工艺以降低的产出量运行。一般来说，硝酸铵生产工艺以类似于硝酸生产工艺的方式控制。更优选地，在第一操作模式下，硝酸铵生产工艺可以以其额定产出量的50％至80％操作，在第二操作模式下，硝酸铵生产工艺以其额定产出量的80％或更多操作。
硝酸铵生产工艺通常也是能量以热能和/或电力的形式净输出。因此，从硝酸铵生产工艺输出的热能或电能可用于氨合成工艺，特别是在第二操作模式下。硝酸铵工艺优选在类似的硝酸的负荷下以切换模式操作。一个相关的优点是，在氨低负荷操作模式下，可以将来自硝酸铵的蒸汽/能量输送至氨中。
本发明的另一个优选特点是控制集成工艺的操作模式，以保持恒定或接近恒定的蒸汽生产。氨生产工艺和硝酸生产工艺包括各种步骤，在这些步骤中，从工艺流中移除热能，并且通常用于产生蒸汽。所述蒸汽在内部用于需要热能输入(例如预热或工艺流)的工艺步骤，或者膨胀以产生用于设备(例如压缩机和其它机器)的能量。恒定或接近恒定的蒸汽生成有助于保持稳定的工艺，并减少对输入能量的需求。
因此，本发明的一个实施方案提供了：
由从氨生产工艺中移除的热能产生第一蒸汽量，以及由从硝酸生产工艺中移除的热能产生第二蒸汽量；
控制第一操作模式和第二操作模式之间的切换，以将蒸汽的总量(第一蒸汽量和第二蒸汽量的总和)保持在期望的范围内。
优选地，控制该工艺，使得所述蒸汽的总量在第一操作模式和第二操作模式之间的差异不超过30％，更优选不超过20％。
从蒸汽的膨胀中获得的机械能和/或电能可以在工艺内部中使用，以以下步骤中的至少一个提供动力：从水电解中产生氢气，从空气中产生氮气，将氨补充气体压缩至氨合成压力，在氨制冷部分中压缩氨，在硝酸工艺中压缩工艺空气，在硝酸工艺中压缩含氮氧化合物气体。
在蒸汽涡轮机中膨胀以回收机械能和/或电能的蒸汽流为中压蒸汽，所述蒸汽的工作压力优选在20bar至100bar之间，更优选在25bar至60bar之间。
在一个实施方案中，用于合成氨和硝酸的集成设备可以包括在硝酸设备和氨设备之间的公共蒸汽网状物。
在第一操作模式和第二操作模式之间的互补切换操作使得集成设备几乎稳定地产生蒸汽，因为当由氨设备产生的蒸汽在低范围内时，由硝酸设备产生的蒸汽在高范围内，反之亦然。因此，在可再生能源提供波动期间，也保持了集成设备的效率。
因此，本发明可以将蒸汽集成化概念与在替代模式之间切换操作的见解相结合，以克服由可再生能源可用性的波动所导致的缺点。
考虑到可再生能源例如由太阳能提供的情况，可以容易地理解氨和硝酸设备的操作负荷之间的切换策略。典型地，在白天有大量的可用太阳能，而在晚间很少或没有可用太阳能，由此导致可再生能源日夜循环可用。因此，为了最好地利用可再生能源的可用性，在白天以最大容量或接近最大容量操作氨合成回路，而在晚上以降低的容量操作氨合成回路。
本发明进一步优选的特点和优选的实施方案如下。
除了氢气之外，可以从水电解步骤中产生氧气，并用作在硝酸生产工艺中进行的氨的催化氧化的氧化剂流。优选地，用于合成氨和硝酸的集成工艺包括以下步骤：对硝酸溶液进行汽提步骤，并将从水电解步骤中获得的一部分氧气供应至所述汽提步骤。汽提步骤优选在漂白塔中进行。
根据本发明的一个实施方案，在氮气生成步骤中从空气中提取氧气流，并将至少一部分所述氧气供应至汽提步骤和/或氨的催化氧化。氨的催化氧化优选在燃烧器中进行。
当将从水电解中获得的氧气和/或从氮气生成单元中获得的氧气供应至所述氨燃烧器时，可以减少氨的氧化所需的空气量和供应至燃烧器的空气量。有利地是，减少硝酸设备的空气压缩机所需的功率的量，并且可以有利地将节省的压缩功率从硝酸设备输送至氨设备，使得氨生产可以稳定到更高的负荷。
当将从水电解和/或从氮气生成单元提取的氧气供应至硝酸设备的汽提单元(漂白塔)时，可以减少添加至漂白塔的二次空气的量，并且可以有利地将节省的压缩功率从硝酸设备输送至氨设备，从而最小化功率输入需求。
优选地，将从水电解步骤中产生的氧气和/或从氮气产生步骤中提取的氧气供应至氨燃烧气体的冷却步骤和/或吸收步骤。
当将氧气供应至冷却步骤或吸收步骤时，增强冷却机组(cooling train)或吸收器中含氮氧化合物气体的氧化，结果在吸收塔的操作条件相同的情况下，提高硝酸的生产率。或者，在等量的硝酸产生的情况下，可以在较低压力下进行吸收步骤，使得需要较少的压缩功率。
上述内容表明，将来自电解的氧气添加至硝酸是有益的。当集成设备生产硝酸铵作为最终产品之一时，还有一个优点，即生产的氨比硝酸消耗的氨多，约两倍。因此，通过水电解共同产生的氧气的量更高，并且当供应至硝酸生产时，其几乎足以覆盖将氨氧化成NO以及将NO进一步氧化成NO2，生产硝酸所需的所有氧化剂。一个相关的优点是需要将较少的空气加入硝酸生产中。另一个相关的优点是，在上述任何一个或多个步骤中，可以将更多的氧气加入到硝酸生产中。
该集成工艺还可以包括从尾气中回收氮气的步骤，并将所述氮气供应至将补充气体催化转化成氨的工艺中。有利的是，在特定负荷下，降低了氨设备的净功率消耗。
根据本发明的一个实施方案，从补充气体的催化转化中获得的一部分氨经过燃烧步骤，随后经过膨胀步骤，回收机械能和/或电能，用于集成氨-硝酸工艺。当可再生能源的可用性低时，从氨的这种燃烧中回收的能量可以用于为氨设备提供机械能和/或电能。有利的是，减少了来自电网或备用电池的功率的净输入。
本发明也适用于一种混合工艺，其中一部分氢气由可再生能源通过水电解产生，而一部分氢气由化石燃料例如重整产生。
本发明还可以用于改造共位的氨设备和硝酸设备，增加氨和硝酸的生产能力。改造方法可以包括在氨设备中引入水电解器来合成氢气。添加的水电解器可以代替现有的用于生产氢气的重整部分，或者与其并行操作。
附图说明
图1示出了用于生产氨、硝酸和硝酸铵的集成设备的简化的方框图。
图2至图4示出了图1的方案的变型。
图5为示出了太阳能源的典型可用性的曲线图。
图6示出了利用图5的可用性并使用本发明的方法，由太阳能源为氨合成工艺和硝酸生产工艺的负荷提供动力。
图7示出了存在波动能量来源时可变负载的另一个实例。
图1示出了用于合成氨2、硝酸3和硝酸铵19的集成设备1的简化的方框图。
设备1包括氨合成部分41、硝酸合成部分32和硝酸铵合成部分18。
氨合成部分31包括水电解器6，用于从水21中产生氢气5；氮气生产单元8，用于从空气30中提取氮气7；多个压缩单元36、37和9，用于使氢气和氮气的操作压力达到合成条件；以及氨催化转化器31，用于合成氨2。
水电解器6由从可再生能源获得的电能110和从集成设备1回收的电能15提供动力。通过膨胀在蒸汽涡轮机14(其与发电机(涡轮膨胀机)耦合)中的蒸汽流16，而从集成设备中回收后者的电能。额外的电能输入可以从外部来源供应至水电解器。
氨合成部分41还包括氢气储存单元34和氨储存单元50，被配置为在第一操作模式期间积聚氢气5和氨2。压缩单元20与氨催化转化器31和氨存储单元50连通。
硝酸合成部分32包括催化氧化NH3产生包含NO2的气体的燃烧器(未示出)、使NO2气体的温度达到吸收条件的冷却机组(热交换器部分)、和使水与NO2反应产生硝酸3和包含N2O、残余氮氧化合物、氧气和N2的尾气的洗涤塔(未示出)。
集成设备1还包括蒸汽网状物100，该蒸汽网状物100被设计成回收来自氨催化转化器31的第一蒸汽12和来自硝酸合成部分32的第二蒸汽11。蒸汽网状物100与耦合至发电机的蒸汽涡轮机14流体连通，以将机械能转换成电能，蒸汽涡轮机14与配电网35连通，配电网35被认为将电能15带至氮气生产单元8、压缩单元36、37、9和20以及水电解器6。
在一些实施方案中，可以将一个或多个压缩机直接耦合至蒸汽涡轮机上。
水21在水电解器6中被转化成氢气5和氧气(未示出)，从水电解器6中提取的第一部分氢气60通过压缩机36被供给至氢气存储单元34。
从水电解器中提取的第二部分氢气101与离开氢气存储单元34的第一部分氢气102以及氮气流103混合，产生补充气体4。
在N2生成器8中，从空气30中提取氮气7和任选的氧气25。氮气7在与氢气流101和102混合产生补充气体4之前被供给至压缩机37。
补充气体4被供应至合成气压缩机9，产生准备转化的补充气体10，补充气体10随后被供应至氨转化器31，产生氨2。从氨转化器32中回收第一蒸汽12。
氨2在被储存在氨储存单元50中之前被供应至NH3进料泵20。将氨的第一部分104进料到硝酸合成段32，产生硝酸3，同时将氨的第二部分17与硝酸3一起进料到硝酸铵合成段18。硝酸铵合成部分18的输出是硝酸铵流19。
在蒸汽回收段(未示出)中，从硝酸合成段32回收第二蒸汽11，蒸汽回收段被配置为从氨燃烧器和冷却机组(热交换器段)中回收蒸汽。第一蒸汽11与第二蒸汽12结合，产生蒸汽流16，蒸汽流16随后被供应至蒸汽涡轮机14，产生电能和/或机械能15。
电能15经配电网35被输送至水电解器6、氮气生成单元8和压缩单元36、37、9和20。
图2至图4示出了图1的方案的变型。所述变型也可以结合到本发明的其他实施方案中。
图2示出了一个实施方案，其中从水电解器6中提取的氧气22通过管线23部分供应至氨转化器，并通过管线24供应至硝酸合成部分。
图3示出了一个实施方案，其中从氮气发生器8提取的氧气25被供应至硝酸合成部分32。
图4示出了一个实施方案，其中从硝酸合成部分32提取的氮气27被再循环至氨转化器31。从离开吸收塔的尾气中回收氮气。
可以理解，设备1的输出主要取决于输入功率110。图5和图6提供了根据本发明的实施方案，基于所述功率110的可用性，控制设备1的实例。
图5示出了当由太阳能源(例如光伏(PV)场)提供动力时，所述功率输入110的典型可用性。图5示出了典型的每日循环，该循环包括当来源可用时的第一时段D(白天)和当来源不可用时的第二时段N(夜间)。
图6示出了设备1的相应操作。根据摆动负荷策略，氨部分的负荷与可再生发电成比例，在白天时段D达到满负荷(>70％)，在夜间时段N达到最小负荷(<50％)。硝酸部分在白天以约70％的负荷操作，在夜间以约100％的负荷操作。
显然，图6示出的策略可以应用于具有类似于图5的输出曲线的其他来源。
图7示出了当功率110的来源具有更复杂的曲线时的另一个实例，该曲线具有例如当功率110来自风力涡轮机时可以发现的剧烈波动。根据本发明的策略，当可用功率高时，氨设备的负荷也高，当可用功率低或最小时，负荷降低。硝酸设备的负荷与氨设备的负荷互补。

Claims (20)

1.一种用于控制合成氨和硝酸的集成工艺的方法，其中：
在所述工艺中，氢气由水电解产生，并用于生产氨补充气体；所述补充气体反应形成氨；至少部分所述氨用于生产硝酸；
所述方法包括在第一操作模式和第二操作模式之间选择性切换所述工艺；
在所述第一操作模式下，氨的生产和硝酸的生产以这样的方式调节：所述工艺具有第一产出量的硝酸；与生产所述第一产出量的硝酸所需的氨相比，生产过量的氨；所述过量的氨储存在合适的氨储存器中；
在所述第二操作模式下，氨的生产和硝酸的生产以这样的方式调节：所述工艺具有第二产出量的硝酸；生产的氨少于生产所述第二产出量的硝酸所需的氨，使得硝酸的生产需要额外输入量的氨，并且来自所述氨储存器的氨用于提供所述额外输入量；
所述水电解由至少一个电源提供动力，并且所述方法包括基于从所述至少一个电源输送至所述水电解的功率的量在所述第一模式和第二模式之间切换。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
热能和/或电能形式的能量从硝酸生产工艺输出至氨合成工艺，使得所述氨合成工艺具有由从所述硝酸生产工艺输入的以功率表示的热能和/或电能输入；
在所述氨合成工艺中，在所述第二操作模式下从所述硝酸生产工艺输入的功率与总功率输入的比率大于在所述第一操作模式下的比率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述第二操作模式下，从所述硝酸生产工艺输入的所述功率用于将所述氨补充气体压缩至氨合成压力。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述第一操作模式下，与生产所述补充气体所需的氢气相比，生产过量的氢气，所述过量的氢气储存在合适的氢气储存单元中，并且在所述第一操作模式期间累积的所述过量的氢气用于在所述第二操作模式期间生产氨补充气体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水电解的所述至少一个电源包括至少一个可再生能源，并且所述方法包括基于所述可再生能源提供的可用功率的量在所述第一模式和第二模式之间切换。
6.根据权利要求5所述的方法，其中当由所述至少一个可再生能源提供的可用功率高于第一阈值时，选择所述第一操作模式，当由所述至少一个可再生能源提供的可用功率低于第二阈值时，选择所述第二操作模式。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述可再生能源为太阳能。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
在氨设备中进行氨的生产，在与所述氨设备相连的硝酸设备中进行硝酸的生产；
所述氨设备具有额定氨产出量，硝酸设备具有额定硝酸产出量，所述额定硝酸产出量对应于部分或全部从所述氨设备输送至所述硝酸设备用于生产硝酸的所述额定氨产出量；
在所述第一操作模式下，所述硝酸设备在硝酸产出量小于其额定产出量的部分负荷下运行，在所述第二操作模式下，所述氨设备在氨产出量小于其额定产出量的部分负荷下运行。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第一操作模式下，所述氨设备以所述额定氨产出量的80％或更多运行，并且所述硝酸设备以所述额定硝酸产出量的50％至80％运行。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中在所述第二操作模式下，所述氨设备以所述额定氨产出量的1％至30％、优选10％至30％运行，并且所述硝酸设备优选以所述额定硝酸产出量的80％或更多运行。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第二操作模式期间，燃烧从所述氨存储器中排出的部分氨以提供热能和/或电能形式的额外的能量来源。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述集成工艺还包括由至少部分生产的氨和硝酸生产硝酸铵，所述方法包括在所述第一操作模式下，所述硝酸铵生产工艺以降低的产出量操作。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述第一操作模式下，所述硝酸铵生产工艺在其额定产出量的50％至80％下操作，在所述第二操作模式下，所述硝酸铵生产工艺在其额定产出量的80％或更多下操作。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中能量以热能和/或电能的形式从所述硝酸铵生产工艺输出至所述氨合成工艺，使得所述氨合成工艺具有来自所述硝酸铵生产工艺的热功率和/或电功率输入。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
第一量的蒸汽(12)由从所述氨生产工艺中移除的热产生，第二量的蒸汽(11)由从所述硝酸生产工艺中移除的热产生；
控制所述第一操作模式和第二操作模式之间的切换，将蒸汽的总量保持在期望的范围内，所述蒸汽的总量为所述第一量的蒸汽和所述第二量的蒸汽的总和，优选地使得所述蒸汽的总量在所述第一操作模式和所述第二操作模式之间的差异不超过30％，更优选不超过20％。
16.一种用于生产氨和硝酸的工艺，其中氢气由水电解产生，并用于生产氨补充气体；所述补充气体反应形成氨；所述氨的至少一部分用于生产硝酸，其中所述工艺由根据权利要求1至15中任一项所述的方法控制。
17.根据权利要求16所述的工艺，还包括由至少部分生产的氨和硝酸生产硝酸铵。
18.根据权利要求16或17所述的工艺，包括以下步骤：从水电解(6)中生产氧气(22)和将所述氧气的至少一部分(23)供应至氨的催化转化(31)和/或硝酸溶液的汽提步骤。
19.用于合成氨和硝酸的集成设备，包括氨合成部分(41)和硝酸合成部分(32)，其中在所述氨合成部分中生产的氨用于在所述硝酸合成部分中生产硝酸，其中：
所述氨合成部分包括前端部分，所述前端部分被配置为生产含氢气的氨补充气体，所述前端部分包括水电解器，所述水电解器被设置为通过水电解生产所述氨补充气体中包含的至少部分氢气(5)；
所述设备还包括控制系统，所述控制系统被配置为根据权利要求1至15中任一项所述的方法控制所述设备中氨的生产和硝酸的生产。
20.根据权利要求19所述的设备，包括公共蒸汽网状物，所述公共蒸汽网状物在所述氨合成部分和所述硝酸合成部分之间是公共的，其中控制所述氨的生产和所述硝酸的生产，保持稳定或接近稳定地生产蒸汽。
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