IT202300001395A1 - SYNTHESIS OF PROCESS GASES BY DIRECT NITROGEN COOLING - Google Patents

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Description

DOMANDA DI BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE PATENT APPLICATION FOR INDUSTRIAL INVENTION

Titolo: SINTESI DI GAS DI PROCESSO MEDIANTE RAFFREDDAMENTO DIRETTO CON AZOTO Title: SYNTHESIS OF PROCESS GASES BY DIRECT NITROGEN COOLING

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo di applicazione Scope of application

La presente invenzione ? un metodo per sintetizzare gas di processo comprendente un raffreddamento diretto con azoto. The present invention is a method of synthesizing process gases comprising direct nitrogen quenching.

Specificatamente, la presente invenzione fa riferimento a gas di processo scaricati ad alta temperatura da un reattore chimico nel quale ? stato condotto il processo di ?reforming? con vapore o con biossido di carbonio, o il processo di ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno, di idrocarburi e/o di ammoniaca e/o di metanolo, per la susseguente produzione di idrogeno (H2), ammoniaca (NH3), metanolo (CH3OH), prodotti da sintesi Fischer Tropsch, acido nitrico (HNO3), acido cianidrico (HCN) o formaldeide (CH2O). Specifically, the present invention relates to process gases discharged at high temperature from a chemical reactor in which the steam or carbon dioxide reforming process, or the adiabatic oxidation process with oxygen-containing gas, of hydrocarbons and/or ammonia and/or methanol has been conducted, for the subsequent production of hydrogen (H2), ammonia (NH3), methanol (CH3OH), Fischer Tropsch synthesis products, nitric acid (HNO3), hydrogen cyanide (HCN) or formaldehyde (CH2O).

I gas di processo oggetto della presente invenzione sono normalmente sintetizzati e scaricati dai relativi reattori di reforming/ossidazione a temperature operative superiori a 500-550?C, spesso superiori a 700-750?C, e a pressioni operative superiori a 0,12MPa(a), spesso superiori a 0,20MPa(a), spesso superiori a 0,45MPa(a), e spesso superiori a 1,00MPa(a). The process gases of the present invention are typically synthesized and discharged from the corresponding reforming/oxidation reactors at operating temperatures above 500-550?C, often above 700-750?C, and at operating pressures above 0.12MPa(a), often above 0.20MPa(a), often above 0.45MPa(a), and often above 1.00MPa(a).

Per la susseguente produzione di sostanze chimiche, il metodo di sintesi dei gas di processo scaricati ad alta temperatura dai reattori di reforming/ossidazione richiede che i gas siano raffreddati e quindi sottoposti a ulteriori operazioni unitarie; di conseguenza, il metodo di sintesi dei gas di processo sopramenzionati comprende una operazione di raffreddamento a valle del reattore di reforming/ossidazione. A volte, il raffreddamento deve essere rapido (?quenching?) per arrestare reazioni chimiche residue. For subsequent chemical production, the method of synthesis of the process gases discharged at high temperature from the reformer/oxidation reactors requires that the gases be cooled and then subjected to further unit operations; therefore, the method of synthesis of the above-mentioned process gases includes a cooling operation downstream of the reformer/oxidation reactor. Sometimes, the cooling must be rapid (?quenching?) to stop residual chemical reactions.

L?operazione di raffreddamento dei gas di processo sopramenzionati ? convenzionalmente effettuata mediante scambio termico indiretto in caldaie di processo e/o scambiatori di calore installati a valle dei reattori chimici di reforming/ossidazione. Conseguentemente, il gas di processo ? raffreddato mediante produzione di vapore ad alta pressione, surriscaldamento di vapore o preriscaldamento acqua alimento caldaia. I gas di processo ad alta temperatura contenenti sostanze solide carboniose o cerose a volte sono, in alternativa, raffreddati mediante scambio termico diretto con acqua, vapore o idrocarburi (quenching). The cooling operation of the above-mentioned process gases is conventionally carried out by indirect heat exchange in process boilers and/or heat exchangers installed downstream of the reforming/oxidation chemical reactors. Consequently, the process gas is cooled by high-pressure steam production, steam superheating or boiler feedwater preheating. High-temperature process gases containing carbonaceous or waxy solids are sometimes, alternatively, cooled by direct heat exchange with water, steam or hydrocarbons (quenching).

Scopo dell?invenzione Purpose of the invention

Il raffreddamento con scambio termico indiretto convenzionale dei gas di processo ? un?operazione critica in quanto le caldaie di processo e gli scambiatori di calore operano spesso in condizioni termo-idrauliche e termo-meccaniche severe e il gas di processo ? spesso chimicamente aggressivo nei confronti degli acciai. Inoltre, l?operazione di ossidazione adiabatica degli idrocarburi e/o dell?ammoniaca e/o del metanolo comporta anche rischi di picchi di temperatura del gas di processo e quindi rischi di surriscaldamenti o danneggiamenti delle apparecchiature a valle del reattore di ossidazione. Conventional indirect heat exchange cooling of process gases is a critical operation because process boilers and heat exchangers often operate under severe thermo-hydraulic and thermo-mechanical conditions and the process gas is often chemically aggressive towards steels. Furthermore, the adiabatic oxidation operation of hydrocarbons and/or ammonia and/or methanol also involves risks of temperature peaks of the process gas and therefore risks of overheating or damage to the equipment downstream of the oxidation reactor.

Anche il raffreddamento con scambio termico diretto convenzionale dei gas di processo ? un?operazione critica in quanto il fluido di raffreddamento miscelato col gas caldo pu? subire reazioni chimiche o modificare il chimismo della sintesi, o in quanto vi ? un consumo elevato di acqua. Conventional direct heat exchange cooling of process gases is also a critical operation because the cooling fluid mixed with the hot gas may undergo chemical reactions or change the chemistry of the synthesis, or because there is a high water consumption.

Il metodo di sintesi del gas di processo con raffreddamento diretto con azoto, oggetto della presente invenzione, rappresenta una soluzione tecnica alternativa e efficace nel migliorare la sicurezza e la produttivit? rispetto ai metodi di sintesi basati su un raffreddamento convenzionale. In altre parole, la presente invenzione ha lo scopo di fornire un metodo di sintesi alternativo e, sotto specifiche condizioni operative, migliorativo rispetto ai metodi di sintesi convenzionali. The process gas synthesis method with direct nitrogen cooling, object of the present invention, represents an alternative and effective technical solution in improving safety and productivity compared to synthesis methods based on conventional cooling. In other words, the present invention has the aim of providing an alternative synthesis method and, under specific operating conditions, an improvement over conventional synthesis methods.

Il metodo di sintesi qui descritto comprende un?operazione di scambio termico diretto fra il gas di processo scaricato ad alta temperatura dal reattore di reforming/ossidazione e una corrente di azoto pi? fredda; in altre parole, il metodo di sintesi qui descritto comprende un?operazione di miscelamento fra il gas di processo caldo da raffreddare e una corrente di azoto freddo. The synthesis method described herein comprises a direct heat exchange operation between the process gas discharged at high temperature from the reforming/oxidation reactor and a cooler nitrogen stream; in other words, the synthesis method described herein comprises a mixing operation between the hot process gas to be cooled and a cold nitrogen stream.

L?azoto, essendo chimicamente inerte, non attacca gli acciai e non modifica sostanzialmente il chimismo della sintesi; inoltre, l?azoto pu? fungere da reagente chimico qualora il gas di processo sia utilizzato per la susseguente produzione di ammoniaca. Tuttavia, va sottolineato che il miscelamento con azoto aumenta il volume del gas di processo e riduce la pressione parziale delle specie chimiche reagenti. Nitrogen, being chemically inert, does not attack steels and does not substantially modify the chemistry of the synthesis; furthermore, nitrogen can act as a chemical reagent if the process gas is used for the subsequent production of ammonia. However, it should be emphasized that mixing with nitrogen increases the volume of the process gas and reduces the partial pressure of the reacting chemical species.

I principali vantaggi del metodo di sintesi oggetto della presente invenzione sono: The main advantages of the synthesis method of the present invention are:

- L?utilizzo di un fluido di raffreddamento chimicamente inerte e, quindi, non soggetto a consumo, non alterante la sintesi chimica e non aggressivo nei confronti degli acciai; - La rapidit? di raffreddamento del gas di processo; - The use of a chemically inert cooling fluid and, therefore, not subject to consumption, not altering the chemical synthesis and not aggressive towards steels; - The speed of cooling of the process gas;

- La limitata perdita di carico relativa al miscelamento; - La possibilit? di controllare la sintesi del gas di processo durante i transitori mediante la regolazione della portata di azoto; - The limited pressure drop related to mixing; - The possibility of controlling the synthesis of the process gas during transients by regulating the nitrogen flow rate;

- La possibilit? di smorzare picchi di temperatura causati da malfunzionamenti o transitori del reattore di ossidazione; - La possibilit? di mitigare le condizioni termo-idrauliche e termo-meccaniche delle caldaie di processo o degli scambiatori di calore a valle del reattore chimico; - The possibility of dampening temperature peaks caused by malfunctions or transients of the oxidation reactor; - The possibility of mitigating the thermo-hydraulic and thermo-mechanical conditions of the process boilers or heat exchangers downstream of the chemical reactor;

- La possibilit? di diminuire la produzione di vapore nella caldaia di processo o la diminuzione del carico termico sugli scambiatori di calore; - The possibility of decreasing the steam production in the process boiler or decreasing the thermal load on the heat exchangers;

- La mitigazione dell?aggressivit? chimica del gas di processo; - Mitigation of the chemical aggressiveness of the process gas;

- La possibilit? di sopperire a una diminuzione prestazionale della caldaia di processo o degli scambiatori di calore. - The possibility of compensating for a decrease in performance of the process boiler or heat exchangers.

Stato dell?arte State of the art

Il miscelamento di reagenti gassosi freddi e di prodotti gassosi caldi di reazione ? una tecnica a volte utilizzata per il controllo della temperatura e della resa delle reazioni chimiche in seno a un reattore chimico. Quando reazioni chimiche esotermiche sono condotte con l?ausilio di un catalizzatore solido suddiviso in letti catalitici, a volte si effettuano diluizioni e raffreddamenti intermedi mediante iniezione di reagenti freddi fra i letti catalitici. I documenti brevettuali N. EP0026057 e N. EP0550525 descrivono processi di sintesi e reattori chimici a letti catalitici con diluizioni e raffreddamenti intermedi mediante iniezione di reagenti chimici freddi. Mixing of cold gaseous reactants and hot gaseous reaction products is a technique sometimes used to control the temperature and yield of chemical reactions in a chemical reactor. When exothermic chemical reactions are conducted with the aid of a solid catalyst divided into catalyst beds, intermediate dilutions and cooling are sometimes performed by injecting cold reactants between the catalyst beds. Patent documents Nos. EP0026057 and EP0550525 describe synthesis processes and chemical reactors with catalytic bed chemical reactors with intermediate dilutions and cooling by injecting cold chemical reactants.

I gas di processo ad alta temperatura con un significativo contenuto di fuliggine, polveri, sostanze carboniose o cerose, sono spesso sottoposti a raffreddamento diretto. I documenti brevettuali N. US5431703 e N. US4054424 descrivono due metodi per raffreddare rapidamente una corrente di gas di processo mediante miscelamento con vapore, o idrocarburi, o miscele di reagenti chimici e gas inerti. High temperature process gases containing significant soot, dust, carbon, or wax content are often subjected to direct cooling. Patent documents No. US5431703 and No. US4054424 describe two methods for rapidly cooling a process gas stream by mixing it with steam, or hydrocarbons, or mixtures of chemical reagents and inert gases.

Metodi e dispositivi per il raffreddamento rapido di una corrente di processo calda mediante miscelamento con un fluido freddo sono descritti in diversi documenti brevettuali, per esempio nei brevetti N. US3663645 e N. US5324486. Questi metodi e dispositivi si riferiscono specificatamente a gas di processo provenienti da cracking di idrocarburi, dove il fluido freddo per il raffreddamento diretto ? vapore o idrocarburo. Methods and devices for rapidly cooling a hot process stream by mixing it with a cold fluid are described in several patent documents, for example in Patent Nos. US3663645 and US5324486. These methods and devices specifically relate to process gases from hydrocarbon cracking, where the cold fluid for direct cooling is steam or hydrocarbon.

Infine, il documento brevettuale N. EP0618282 insegna un metodo per miscelare e attemperare una corrente di reagenti chimici calda mediante il riciclo di prodotti di reazione raffreddati in una caldaia di processo. Finally, patent document No. EP0618282 teaches a method for mixing and tempering a hot chemical reactant stream by recycling cooled reaction products into a process boiler.

Esempi di documenti di arte nota che descrivono metodi di sintesi dei gas di processo oggetto della presente invenzione sono i seguenti documenti brevettuali: Examples of prior art documents describing methods of synthesis of the process gases which are the subject of the present invention are the following patent documents:

- I doc. N. EP2723676B1 e N. EP3411327B1 descrivono metodi di sintesi ad alta temperatura di gas di processo ricchi in H2/CO mediante reattori di ossidazione adiabatica degli idrocarburi e mediante un raffreddamento per scambio termico indiretto in una caldaia di processo (?waste heat boiler? o ?process gas boiler?) installata a valle del reattore di ossidazione e a monte del reattore per la conversione del gas d?acqua (?water gas shift?). In base a questi metodi di sintesi, gli impianti sono dotati di unit? di separazione criogenica dell?aria per ottenere ossigeno per la ossidazione adiabatica e azoto per la susseguente reazione con idrogeno per produrre ammoniaca; - Docs. No. EP2723676B1 and No. EP3411327B1 describe high-temperature synthesis methods of H2/CO-rich process gases using adiabatic hydrocarbon oxidation reactors and by indirect heat exchange cooling in a waste heat boiler (or process gas boiler) installed downstream of the oxidation reactor and upstream of the water gas shift reactor. Based on these synthesis methods, the plants are equipped with cryogenic air separation units to obtain oxygen for adiabatic oxidation and nitrogen for the subsequent reaction with hydrogen to produce ammonia;

- Il doc. N. GB837030 descrive un metodo di sintesi ad alta temperatura di gas di processo ricco in H2/CO mediante un reattore di ossidazione adiabatica degli idrocarburi e mediante un raffreddamento per scambio termico diretto con acqua effettuato a valle del reattore di ossidazione e a monte del reattore per la conversione del gas d?acqua (water gas shift); - Doc. No. GB837030 describes a method for the high-temperature synthesis of H2/CO-rich process gas using an adiabatic hydrocarbon oxidation reactor and direct heat exchange cooling with water downstream of the oxidation reactor and upstream of the water gas shift reactor;

- Il doc. N. GB1306581 descrive un metodo di sintesi ad alta temperatura di un gas di processo ricco in ossidi di azoto (NOx) mediante un reattore di ossidazione adiabatica dell?ammoniaca e mediante un raffreddamento per scambio termico indiretto in una caldaia di processo e scambiatori di calore installati a valle del reattore di ossidazione e a monte delle colonne di lavaggio e assorbimento; - Doc. No. GB1306581 describes a method of high-temperature synthesis of a process gas rich in nitrogen oxides (NOx) by means of an adiabatic ammonia oxidation reactor and by indirect heat exchange cooling in a process boiler and heat exchangers installed downstream of the oxidation reactor and upstream of the scrubber and absorption columns;

- Il doc. N. WO2015006548 descrive un metodo di sintesi ad alta temperatura di un gas di processo ricco in acido cianidrico (HCN) mediante un reattore di ossidazione adiabatica di una miscela ammoniaca/metano e mediante un raffreddamento rapido per scambio termico indiretto in una prima caldaia di processo e poi in una seconda caldaia di processo installate a valle del reattore di ossidazione e a monte della colonna di assorbimento; - Doc. No. WO2015006548 describes a method for the high-temperature synthesis of a process gas rich in hydrogen cyanide (HCN) by means of an adiabatic oxidation reactor of an ammonia/methane mixture and by means of rapid cooling by indirect heat exchange in a first process boiler and then in a second process boiler installed downstream of the oxidation reactor and upstream of the absorption column;

- Il doc. N. US4450301 descrive un metodo di sintesi ad alta temperatura di un gas di processo ricco in formaldeide (CH2O) mediante un reattore di ossidazione parziale adiabatica di metanolo e mediante un raffreddamento per scambio termico indiretto in una caldaia di processo o in uno scambiatore di calore installato a valle del reattore di ossidazione. - Doc. No. US4450301 describes a method of high-temperature synthesis of a formaldehyde-rich process gas (CH2O) using an adiabatic methanol partial oxidation reactor and by indirect heat exchange cooling in a process boiler or heat exchanger installed downstream of the oxidation reactor.

La letteratura disponibile, tuttavia, non insegna un metodo per la sintesi di gas di processo, scaricato ad alta temperatura da un reattore chimico, comprendente un raffreddamento diretto con azoto. The available literature, however, does not teach a method for the synthesis of process gas, discharged at high temperature from a chemical reactor, including direct nitrogen quenching.

Pi? esattamente, la letteratura non descrive metodi per sintetizzare gas di processo scaricati ad alta temperatura da reattori di reforming/ossidazione ricchi in H2/CO per la susseguente produzione di ammoniaca, o ricchi in NOx per la susseguente produzione di acido nitrico, o ricchi in HCN, o ricchi in CH2O, comprendenti il raffreddamento diretto mediante miscelamento con una corrente di azoto pi? fredda. More precisely, the literature does not describe methods for synthesizing high-temperature process gases discharged from reforming/oxidation reactors rich in H2/CO for subsequent ammonia production, or rich in NOx for subsequent nitric acid production, or rich in HCN, or rich in CH2O, including direct cooling by mixing with a cooler nitrogen stream.

Breve descrizione dell?invenzione Brief description of the invention

Secondo il metodo di sintesi qui descritto, il gas di processo scaricato ad alta temperatura dal reattore chimico di reforming/ossidazione ? sottoposto a un raffreddamento mediante scambio termico diretto con azoto, ossia il gas di processo caldo ? miscelato con una corrente di azoto pi? fredda. According to the synthesis method described here, the process gas discharged at high temperature from the chemical reforming/oxidation reactor is subjected to direct heat exchange cooling with nitrogen, i.e. the hot process gas is mixed with a cooler nitrogen stream.

La corrente di raffreddamento ? costituita da azoto o essenzialmente costituita da azoto. The cooling stream consists of nitrogen or consists mainly of nitrogen.

Il metodo di sintesi oggetto della presente invenzione fa riferimento ai seguenti gas di processo: The synthesis method which is the object of the present invention refers to the following process gases:

- gas ricchi in idrogeno (H2) e monossido di carbonio (CO) sintetizzati nei reattori di reforming con vapore o CO2 degli idrocarburi o nei reattori di ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno degli idrocarburi, per la susseguente produzione di idrogeno (H2), ammoniaca (NH3), metanolo (CH3OH) o olefine/paraffine/alcoli mediante sintesi Fischer Tropsch; - hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO) rich gases synthesized in steam or CO2 reforming reactors of hydrocarbons or in adiabatic oxidation reactors with oxygen-containing gas of hydrocarbons, for the subsequent production of hydrogen (H2), ammonia (NH3), methanol (CH3OH) or olefins/paraffins/alcohols by Fischer Tropsch synthesis;

- gas ricchi in ossidi di azoto (NOx) sintetizzati nei reattori di ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno di ammoniaca, per la susseguente produzione di acido nitrico (HNO3); - gases rich in nitrogen oxides (NOx) synthesized in adiabatic oxidation reactors with oxygen-containing gas of ammonia, for the subsequent production of nitric acid (HNO3);

- gas ricchi in acido cianidrico (HCN) sintetizzati nei reattori di ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno di una miscela ammoniaca/metano, per la susseguente produzione di acido cianidrico; - gases rich in hydrogen cyanide (HCN) synthesized in adiabatic oxidation reactors with oxygen-containing gas of an ammonia/methane mixture, for the subsequent production of hydrogen cyanide;

- gas ricchi in formaldeide (CH2O) sintetizzati nei reattori di ossidazione parziale adiabatica con gas contenente ossigeno di metanolo, per la susseguente produzione di formaldeide. - formaldehyde-rich gases (CH2O) synthesized in adiabatic partial oxidation reactors with oxygen-containing gas of methanol, for the subsequent production of formaldehyde.

I gas di processo ricchi in H2 e CO sintetizzati nei reattori di reforming con vapore e/o CO2 degli idrocarburi, o nei reattori di ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno degli idrocarburi, sono solitamente scaricati a temperature operative superiori a 650-700?C, spesso superiori a 800?C, e spesso superiori a 950?C, e a pressioni operative superiori a 1,0MPa(a), spesso superiori a 2,5MPa(a). I reattori di reforming con vapore e/o CO2 sono operati in presenza di catalizzatori solidi (reattori di reforming a fiamma o a scambio termico convettivo); i reattori di ossidazione adiabatica possono essere operati in presenza di catalizzatori solidi (reattori autotermici, reattori di reforming secondario o di ossidazione parziale catalitica) o in assenza di catalizzatori solidi (reattori di ossidazione parziale o gasificazione). Il reforming con vapore procede secondo la reazione generale (considerando metano quale idrocarburo) H2- and CO-rich process gases synthesized in steam and/or CO2 reformers of hydrocarbons, or in adiabatic oxygen-containing gas oxidation reactors of hydrocarbons, are typically discharged at operating temperatures above 650-700?C, often above 800?C, and often above 950?C, and at operating pressures above 1.0MPa(a), often above 2.5MPa(a). Steam and/or CO2 reformers are operated in the presence of solid catalysts (flame or convective heat exchange reformers); adiabatic oxidation reactors may be operated in the presence of solid catalysts (autothermal reactors, secondary reformers or catalytic partial oxidation reactors) or in the absence of solid catalysts (partial oxidation or gasification reactors). Steam reforming proceeds according to the general reaction (considering methane as the hydrocarbon)

in base alla quale metano e acqua formano idrogeno whereby methane and water form hydrogen

e monossido di carbonio. Il reforming con CO2 procede secondo la reazione generale (considerando metano quale idrocarburo) and carbon monoxide. Reforming with CO2 proceeds according to the general reaction (considering methane as the hydrocarbon)

in base alla quale metano e biossido di carbonio on the basis of which methane and carbon dioxide

formano idrogeno e monossido di carbonio. L?ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno procede secondo la reazione generale di ossidazione parziale (considerando metano quale idrocarburo) form hydrogen and carbon monoxide. Adiabatic oxidation with oxygen-containing gas proceeds according to the general partial oxidation reaction (considering methane as the hydrocarbon)

in base alla quale metano e ossigeno formano on the basis of which methane and oxygen form

idrogeno e monossido di carbonio. Il gas di processo ricco in H2/CO scaricato ad alta temperatura ha normalmente una percentuale molare di H2 superiore al 20%, spesso superiore al 30%, e spesso superiore al 40%, e normalmente una percentuale molare di CO superiore al 3%, spesso superiore al 5%, e spesso superiore al 10%. hydrogen and carbon monoxide. The H2/CO-rich process gas discharged at high temperature typically has a mole percent of H2 greater than 20%, often greater than 30%, and often greater than 40%, and typically a mole percent of CO greater than 3%, often greater than 5%, and often greater than 10%.

Si sottolinea che le reazioni generali di reforming con vapore o CO2 o le reazioni generali di ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno degli idrocarburi, come descritte di sopra, sono riferite per semplicit? al metano. Qualora il reforming o l?ossidazione adiabatica sia effettuata con idrocarburi superiori, le reazioni generali non sono sostanzialmente modificate: il reforming con vapore degli idrocarburi superiori procede secondo la reazione generale e l?ossidazione adiabatica degli idrocarburi procede secondo la reazione generale It is emphasized that the general steam or CO2 reforming reactions or the general oxygen-containing gas adiabatic oxidation reactions of hydrocarbons, as described above, are referred for simplicity to methane. When reforming or adiabatic oxidation is carried out with higher hydrocarbons, the general reactions are not substantially modified: steam reforming of higher hydrocarbons proceeds according to the general reaction and adiabatic oxidation of hydrocarbons proceeds according to the general reaction

Inoltre, come un esperto del settore conosce, sia il reforming con vapore o CO2 e sia l?ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno degli idrocarburi procede anche secondo la reazione secondaria di spostamento del gas d?acqua (water gas shift) Furthermore, as an expert in the field knows, both steam or CO2 reforming and adiabatic oxidation with oxygen-containing gas of hydrocarbons also proceeds according to the secondary reaction of water gas shift (WGS).

Infine, come un esperto del settore conosce, il reforming con vapore e il reforming con CO2 degli idrocarburi possono essere condotti contemporaneamente nel medesimo reattore di reforming; in altre parole, i reagenti contengono idrocarburi, vapore e CO2. Finally, as an expert in the field knows, steam reforming and CO2 reforming of hydrocarbons can be carried out simultaneously in the same reforming reactor; in other words, the reactants contain hydrocarbons, steam and CO2.

I gas di processo ricchi in NOx sintetizzati nei reattori di ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno di ammoniaca sono solitamente scaricati a temperature operative superiori a 700-750?C e a pressioni operative superiori a 0,12MPa(a), spesso superiori a 0,25MPa(a). I reattori sono operati in presenza di catalizzatori solidi. L?ossidazione dell?ammoniaca procede secondo la reazione generale in base alla quale ammoniaca e ossigeno reagiscono per formare acqua e monossido di azoto; il gas di processo scaricato ad alta temperatura ha normalmente una percentuale molare di NO superiore al 3%, spesso superiore al 5%, e spesso superiore al 7%. NOx-rich process gases synthesized in oxygen-containing adiabatic oxidation reactors of ammonia are typically discharged at operating temperatures above 700-750?C and at operating pressures above 0.12MPa(a), often above 0.25MPa(a). The reactors are operated in the presence of solid catalysts. Ammonia oxidation proceeds according to the general reaction whereby ammonia and oxygen react to form water and nitrogen monoxide; the process gas discharged at high temperature typically has a mole percent of NO in excess of 3%, often in excess of 5%, and often in excess of 7%.

I gas di processo ricchi in HCN sintetizzati nei reattori di ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno di una miscela ammoniaca/metano sono solitamente scaricati a temperature operative superiori a 750-800?C, spesso superiori a 1000?C, e a pressioni operative superiori a 0,12MPa(a), spesso superiori a 0,25MPa(a). I reattori sono operati in presenza di catalizzatori solidi. L?ossidazione della miscela ammoniaca/metano procede secondo la reazione generale in base alla quale ammoniaca, metano e ossigeno formano acqua e acido cianidrico. La conversione dell?ammoniaca ? solitamente superiore al 60%; normalmente la percentuale molare di HCN nel gas di processo in uscita dal reattore ? superiore al 3%, spesso superiore al 5%. HCN-rich process gases synthesized in oxygen-containing gas adiabatic oxidation reactors of an ammonia/methane mixture are typically discharged at operating temperatures above 750-800?C, often above 1000?C, and at operating pressures above 0.12MPa(a), often above 0.25MPa(a). The reactors are operated in the presence of solid catalysts. Oxidation of the ammonia/methane mixture proceeds according to the general reaction whereby ammonia, methane and oxygen form water and hydrogen cyanide. The conversion of ammonia is typically greater than 60%; typically the mole percent of HCN in the reactor exit process gas is greater than 3%, often greater than 5%.

I gas di processo ricchi in CH2O sintetizzati nei reattori di ossidazione parziale adiabatica con gas contenente ossigeno di metanolo sono solitamente scaricati a temperature operative superiori a 500-550?C e a pressioni operative superiori a 0,12MPa(a), spesso superiori a 0,25MPa(a). I reattori sono operati in presenza di catalizzatori solidi. L?ossidazione parziale adiabatica del metanolo procede secondo la reazione generale CH2O-rich process gases synthesized in oxygen-containing gas adiabatic partial oxidation reactors of methanol are typically discharged at operating temperatures above 500-550?C and operating pressures above 0.12MPa(a), often above 0.25MPa(a). The reactors are operated in the presence of solid catalysts. The adiabatic partial oxidation of methanol proceeds according to the general reaction

in base alla quale il metanolo e l?ossigeno formano acqua e formaldeide. La conversione del metanolo ? solitamente superiore al 60%; normalmente, la percentuale molare di CH2O nel gas di processo in uscita dal reattore ? superiore al 3%, spesso superiore al 5%. where methanol and oxygen form water and formaldehyde. The conversion of methanol is usually greater than 60%; the mole percent of CH2O in the process gas exiting the reactor is typically greater than 3%, often greater than 5%.

In questa descrizione, con la terminologia ?gas di processo?, si fa quindi riferimento a un gas di processo, scaricato ad alta temperatura da un reattore chimico di reforming/ossidazione, equivalente a quelli descritti di sopra. In this description, the term "process gas" therefore refers to a process gas discharged at high temperature from a chemical reforming/oxidation reactor equivalent to those described above.

Come un esperto del settore conosce, tutte le reazione chimiche generali di cui sopra offrono una rappresentazione complessiva del meccanismo di reazione; il reale meccanismo di reazione chimica pu? essere pi? complesso e procedere con molteplici reazioni in parallelo e/o in serie. Per esempio, la reazione generale di ossidazione parziale del metano per formare un gas ricco in H2/CO pu? procedere dapprima secondo una reazione di combustione parziale e poi secondo una reazione di reformi e/o una reazione di reforming con As an expert in the field knows, all the above general chemical reactions provide a comprehensive representation of the reaction mechanism; the actual chemical reaction mechanism may be more complex and proceed with multiple reactions in parallel and/or in series. For example, the general reaction of partial oxidation of methane to form a gas rich in H2/CO may proceed first according to a partial combustion reaction and then according to a reforming reaction and/or a reforming reaction with

Come un esperto del settore conosce, le reazione chimiche generali di cui sopra possono essere condotte in presenza di azoto; in particolare, le ossidazioni adiabatiche possono essere effettuate con un gas contenente ossigeno e azoto. L?azoto, in quanto inerte nelle reazioni di reforming/ossidazione, non ? volutamente contemplato nelle reazioni generali di cui sopra. As an expert in the field knows, the general chemical reactions above can be carried out in the presence of nitrogen; in particular, adiabatic oxidations can be carried out with a gas containing oxygen and nitrogen. Nitrogen, being inert in reforming/oxidation reactions, is intentionally not contemplated in the general reactions above.

I suddetti gas di processo scaricati ad alta temperatura devono essere raffreddati per poter essere sottoposti alle successive operazioni unitarie e quindi essere utilizzati per la susseguente produzione delle sostanze chimiche finali. In base alla presente invenzione, i gas di processo possono subire: The above process gases discharged at high temperature must be cooled in order to be subjected to subsequent unit operations and then used for the subsequent production of the final chemicals. According to the present invention, the process gases can undergo:

- un raffreddamento con scambio termico diretto con azoto, senza l?ausilio di caldaie di processo e/o scambiatori di calore, - cooling with direct heat exchange with nitrogen, without the aid of process boilers and/or heat exchangers,

- un raffreddamento con scambio termico diretto con azoto e un raffreddamento con scambio termico indiretto mediante caldaie di processo e/o scambiatori di calore. - direct heat exchange cooling with nitrogen and indirect heat exchange cooling using process boilers and/or heat exchangers.

Il gas di processo caldo, in accordo alla presente invenzione, ? miscelato e raffreddato con una corrente di azoto pi? fredda, preferibilmente in condizioni criogeniche, proveniente da una unit? di separazione criogenica dell?aria. L?azoto freddo pu? essere miscelato in fase liquida o vapore. Il miscelamento abbassa la temperatura del gas di processo; regolando la temperatura e la portata dell?azoto, ? possibile regolare il raffreddamento del gas di processo. The hot process gas, according to the present invention, is mixed and cooled with a colder nitrogen stream, preferably under cryogenic conditions, coming from a cryogenic air separation unit. The cold nitrogen can be mixed in liquid or vapor phase. The mixing lowers the temperature of the process gas; by adjusting the temperature and flow rate of the nitrogen, the cooling of the process gas can be regulated.

Qualora il raffreddamento avvenga con l?ausilio di caldaie e/o scambiatori di calore, il raffreddamento diretto con azoto pu? essere effettuato a monte delle caldaie o degli scambiatori di calore, a valle dei medesimi o in una posizione intermedia, ossia fra uno scambiatore e l?altro. If cooling is carried out with the aid of boilers and/or heat exchangers, direct cooling with nitrogen can be carried out upstream of the boilers or heat exchangers, downstream of them or in an intermediate position, i.e. between one exchanger and another.

L?operazione unitaria a cui viene sottoposto il gas di processo a valle del raffreddamento pu? essere di qualsiasi tipologia, per esempio una conversione chimica, una separazione di fase, una filtrazione, una rettifica o distillazione, un assorbimento o stripping. The unit operation to which the process gas is subjected downstream of cooling can be of any type, for example a chemical conversion, a phase separation, a filtration, a rectification or distillation, an absorption or stripping.

A valle del raffreddamento diretto con azoto, se la percentuale di azoto nel gas di processo risulta in eccesso per la susseguente produzione chimica, l?azoto in eccesso ? separato; la separazione dell?azoto dal gas di processo pu? essere effettuata con qualsivoglia metodo fisico, per esempio mediante adsorbimento su materiale solido (zeoliti) o condensazione/lavaggio in condizioni criogeniche. Downstream of direct nitrogen cooling, if the percentage of nitrogen in the process gas is too high for subsequent chemical production, the excess nitrogen is separated; separation of nitrogen from the process gas can be performed by any physical method, for example by adsorption on solid material (zeolites) or condensation/washing under cryogenic conditions.

Nella presente descrizione, una corrente o gas contenente ossigeno pu? corrispondere all?aria atmosferica, o all?aria atmosferica arricchita, ossia aria avente una percentuale di ossigeno superiore a quella atmosferica, o a ossigeno puro, o a una miscela di ossigeno e altri composti, quali azoto. In this description, a stream or gas containing oxygen may correspond to atmospheric air, or to enriched atmospheric air, i.e. air having a higher percentage of oxygen than atmospheric air, or to pure oxygen, or to a mixture of oxygen and other compounds, such as nitrogen.

A supporto della descrizione dettagliata del metodo di sintesi di gas di processo oggetto di questa invenzione si riportano le seguenti figure: In support of the detailed description of the process gas synthesis method which is the subject of this invention, the following figures are reported:

- Fig.1, dove ? riportato uno schema di processo semplificato per eseguire il metodo dell?invenzione in accordo con una prima forma realizzativa; - Fig.1, where a simplified process diagram is reported to carry out the method of the invention in accordance with a first embodiment;

- Fig.2, dove ? riportato uno schema di processo semplificato per eseguire il metodo dell?invenzione in accordo con una seconda forma realizzativa; - Fig.2, where a simplified process diagram is reported to carry out the method of the invention in accordance with a second embodiment;

- Fig.3, dove ? riportato uno schema di processo semplificato per eseguire il metodo dell?invenzione in accordo con una terza forma realizzativa; - Fig.3, where a simplified process diagram is reported to carry out the method of the invention in accordance with a third embodiment;

- Fig.4, dove ? riportato uno schema di processo semplificato per eseguire il metodo dell?invenzione in accordo con una quarta forma realizzativa; - Fig.4, where a simplified process diagram is reported to carry out the method of the invention in accordance with a fourth embodiment;

- Fig.5, dove ? riportato uno schema di processo semplificato per eseguire il metodo dell?invenzione per la susseguente produzione di ammoniaca in accordo con una prima forma realizzativa; - Fig.5, where a simplified process diagram is reported to carry out the method of the invention for the subsequent production of ammonia in accordance with a first embodiment;

- Fig.6, dove ? riportato uno schema di processo semplificato per eseguire il metodo dell?invenzione per la susseguente produzione di ammoniaca in accordo con una seconda forma realizzativa; - Fig.6, where a simplified process diagram is reported for carrying out the method of the invention for the subsequent production of ammonia in accordance with a second embodiment;

- Fig.7, dove ? riportato uno schema di processo semplificato per eseguire il metodo dell?invenzione per la susseguente produzione di ammoniaca in accordo con una terza forma realizzativa; - Fig.7, where a simplified process diagram is reported for carrying out the method of the invention for the subsequent production of ammonia in accordance with a third embodiment;

- Fig.8, dove ? riportato uno schema di processo semplificato per eseguire il metodo dell?invenzione per la susseguente produzione di ammoniaca in accordo con una quarta forma realizzativa. - Fig.8, where a simplified process diagram is reported for carrying out the method of the invention for the subsequent production of ammonia in accordance with a fourth embodiment.

Negli schemi di processo qui riportati, le linee o le correnti congiungenti una o pi? unit? sono indicate con frecce; nella descrizione che segue, con i termini linee o correnti si indica sia il fluido sia la tubazione o il condotto o il mezzo atto a far fluire il fluido. Le frecce indicano la direzione di scorrimento del fluido. In the process diagrams shown here, the lines or currents connecting one or more units are indicated by arrows; in the description that follows, the terms lines or currents indicate both the fluid and the pipe or duct or means capable of making the fluid flow. The arrows indicate the direction of flow of the fluid.

Nella presente descrizione, la pressione del gas di processo espressa in ?MPa(a)? equivale a 10<6>Pa assoluti. In this description, the process gas pressure expressed in ?MPa(a)? equals 10<6>Pa absolute.

Descrizione dettagliata dell?invenzione Detailed description of the invention

La Fig.1 mostra lo schema di processo del metodo per sintetizzare un gas di processo con raffreddamento diretto con azoto in accordo con una prima forma realizzativa. Fig.1 shows the process scheme of the method for synthesizing a process gas with direct nitrogen quenching according to a first embodiment.

Lo schema di processo di Fig.1 comprende almeno una corrente di reagenti chimici (1) da immettere in una prima unit? (U1) comprendente almeno un reattore chimico di reforming con vapore e/o CO2 o un reattore di ossidazione adiabatica con una corrente contenente ossigeno. Dalla prima unit? (U1) ? estratta una prima corrente di prodotti di reazione, ossia una prima corrente del gas di processo (3a), avente una temperatura superiore a 500?C. La prima corrente (3a) ha una pressione superiore a 0,12MPa(a), o superiore a 0,20MPa(a), o superiore a 0,45MPa(a). The process scheme of Fig.1 comprises at least one stream of chemical reagents (1) to be fed into a first unit (U1) comprising at least one chemical reforming reactor with steam and/or CO2 or an adiabatic oxidation reactor with a stream containing oxygen. From the first unit (U1) a first stream of reaction products is extracted, i.e. a first stream of process gas (3a), having a temperature higher than 500?C. The first stream (3a) has a pressure higher than 0.12MPa(a), or higher than 0.20MPa(a), or higher than 0.45MPa(a).

Lo schema di processo di Fig.1 comprende una unit? di separazione dell?aria (ASU) nella quale una corrente di aria atmosferica (4) viene immessa per ottenere una corrente di azoto freddo (5) e una corrente di ossigeno (7). La corrente di azoto freddo (5) ? provvista di un sistema di regolazione di flusso (6), quale un flussimetro e/o una valvola. La corrente di azoto freddo (5) ? in comunicazione di fluido colla prima corrente del gas di processo (3a) in una zona o punto di miscelamento (2) cos? da formare per miscelamento una seconda corrente del gas di processo (3b), costituita dalla prima corrente del gas di processo (3a) e dalla corrente di azoto freddo (5); la seconda corrente del gas di processo (3b) ha quindi un contenuto di azoto superiore e una temperatura inferiore rispetto alla prima corrente del gas di processo (3a). The process diagram of Fig.1 comprises an air separation unit (ASU) into which a stream of atmospheric air (4) is introduced to obtain a stream of cold nitrogen (5) and a stream of oxygen (7). The stream of cold nitrogen (5) is provided with a flow regulation system (6), such as a flow meter and/or a valve. The stream of cold nitrogen (5) is in fluid communication with the first stream of process gas (3a) in a mixing zone or point (2) so as to form by mixing a second stream of process gas (3b), consisting of the first stream of process gas (3a) and the stream of cold nitrogen (5); the second stream of process gas (3b) therefore has a higher nitrogen content and a lower temperature than the first stream of process gas (3a).

Lo schema di processo di Fig.1 comprende una seconda unit? (U2) nella quale entra la seconda corrente del gas di processo (3b) per essere sottoposta a operazioni unitarie. Di conseguenza, la prima e la seconda unit? (U1,U2) sono collegate fra di loro dalla prima e dalla seconda corrente del gas di processo (3a,3b) poste in serie. The process diagram of Fig.1 includes a second unit (U2) into which the second process gas stream (3b) enters to be subjected to unit operations. Consequently, the first and second units (U1,U2) are connected to each other by the first and second process gas streams (3a,3b) placed in series.

La corrente di azoto freddo (5) ? preferibilmente in condizioni criogeniche; la corrente di azoto freddo (5) pu? essere miscelata colla prima corrente del gas di processo (3a) in fase liquida o vapore. La corrente di azoto freddo (5) ha pressione equivalente o superiore e temperatura inferiore rispetto alla prima corrente del gas di processo (3a). Preferibilmente, la corrente di azoto freddo (5) ha una temperatura inferiore a 0?C, preferibilmente inferiore a -50?C, e pi? preferibilmente inferiore a -100?C. The cold nitrogen stream (5) is preferably under cryogenic conditions; the cold nitrogen stream (5) can be mixed with the first process gas stream (3a) in liquid or vapor phase. The cold nitrogen stream (5) has equivalent or higher pressure and lower temperature than the first process gas stream (3a). Preferably, the cold nitrogen stream (5) has a temperature below 0?C, preferably below -50?C, and more preferably below -100?C.

In base alla forma realizzativa di Fig.1, il metodo della presente invenzione sostanzialmente comprende le seguenti operazioni: Based on the embodiment of Fig.1, the method of the present invention substantially comprises the following operations:

- La separazione dell?aria (4) mediante l?unit? di separazione (ASU) per ottenere correnti di ossigeno (7) e azoto (5); - L?immissione di almeno una corrente di reagenti chimici (1) nella prima unit? (U1), comprendente idrocarburi e/o ammoniaca e/o metanolo; - The separation of air (4) by means of the separation unit (ASU) to obtain streams of oxygen (7) and nitrogen (5); - The introduction of at least one stream of chemical reagents (1) into the first unit (U1), comprising hydrocarbons and/or ammonia and/or methanol;

- Il reforming con vapore e/o CO2, o l?ossidazione adiabatica con una corrente contenente ossigeno, nella prima unit? (U1) per sintetizzare la prima corrente del gas di processo ad alta temperatura (3a) e ricca in H2/CO, o in NOx, o in HCN, o in CH2O; - Reforming with steam and/or CO2, or adiabatic oxidation with an oxygen-containing stream, in the first unit (U1) to synthesize the first process gas stream at high temperature (3a) and rich in H2/CO, or in NOx, or in HCN, or in CH2O;

- Il raffreddamento della prima corrente del gas di processo ad alta temperatura (3a) mediante miscelamento con azoto pi? freddo (5) per ottenere una seconda corrente del gas di processo (3b) raffreddato e avente un contenuto di azoto superiore; - Cooling of the first stream of high temperature process gas (3a) by mixing it with colder nitrogen (5) to obtain a second stream of cooled process gas (3b) having a higher nitrogen content;

- L?immissione della seconda corrente del gas di processo (3b) nella una seconda unit? (U2) per lo svolgimento di operazioni unitarie. - The second process gas stream (3b) is fed into a second unit (U2) for carrying out unit operations.

La Fig.2 mostra lo schema di processo del metodo per sintetizzare un gas di processo con raffreddamento diretto con azoto in accordo con una seconda forma realizzativa. Fig.2 shows the process scheme of the method for synthesizing a process gas with direct nitrogen quenching according to a second embodiment.

Lo schema di processo di Fig.2 ? equivalente a quello della Fig.1 salvo l?installazione di una unit? di scambio termico (HE); in altre parole, gli elementi e la relativa numerazione dello schema di processo mostrato in Fig.2 sono equivalenti a quelli dello schema di processo mostrato in Fig.1. Quindi, per semplicit? di descrizione, viene parzialmente omessa la descrizione dello schema di processo di Fig.2. The process diagram in Fig.2 is equivalent to that in Fig.1 except for the installation of a heat exchange unit (HE); in other words, the elements and the relative numbering of the process diagram shown in Fig.2 are equivalent to those of the process diagram shown in Fig.1. Therefore, for simplicity of description, the description of the process diagram in Fig.2 is partially omitted.

In base alla forma realizzativa di Fig.2, l?unit? di scambio termico (HE) ? installata fra la prima e la seconda unit? (U1,U2) e, pi? specificatamente, ? installata a valle del punto di miscelamento (2). L?unit? di scambio termico (HE) ? collegata alla prima unit? (U1) mediante la prima e la seconda corrente del gas di processo (3a,3b), poste in serie, ed ? collegata alla seconda unit? (U2) mediante una terza corrente del gas di processo (3c). L?unit? di scambio termico (HE) ? atta allo scambio termico indiretto del fluido di processo (3b) mediante l?utilizzo di uno o pi? fluidi ausiliari. In altre parole, l?unit? di scambio termico (HE) comprende uno o pi? scambiatori di calore atti a raffreddare indirettamente il gas di processo (3b). Preferibilmente, l?unit? di scambio termico (HE) comprende una caldaia di processo e, preferibilmente, almeno un altro scambiatore di calore. L?unit? di scambio termico (HE) raffredda ulteriormente il gas di processo per portarlo a una temperatura idonea alle operazioni unitarie da svolgersi nella seconda unit? (U2). Pi? specificatamente, l?unit? di scambio termico (HE) raffredda la seconda corrente del gas di processo (3b) per ottenere la terza corrente del gas di processo (3c) a temperatura pi? bassa. La corrente di azoto freddo (5) ? collegata alla prima corrente del gas di processo (3a) nel punto di miscelamento (2). According to the embodiment of Fig.2, the heat exchange unit (HE) is installed between the first and second units (U1,U2) and, more specifically, is installed downstream of the mixing point (2). The heat exchange unit (HE) is connected to the first unit (U1) by means of the first and second process gas streams (3a,3b), placed in series, and is connected to the second unit (U2) by means of a third process gas stream (3c). The heat exchange unit (HE) is suitable for indirect heat exchange of the process fluid (3b) by using one or more auxiliary fluids. In other words, the heat exchange unit (HE) comprises one or more heat exchangers suitable for indirectly cooling the process gas (3b). Preferably, the heat exchange unit (HE) comprises a process boiler and, preferably, at least one other heat exchanger. The heat exchange unit (HE) is suitable for indirect heat exchange of the process gas (3b). heat exchange unit (HE) further cools the process gas to a temperature suitable for the unit operations to be carried out in the second unit (U2). More specifically, the heat exchange unit (HE) cools the second process gas stream (3b) to obtain the third process gas stream (3c) at a lower temperature. The cold nitrogen stream (5) is connected to the first process gas stream (3a) at the mixing point (2).

In base alla forma realizzativa di Fig.2, il metodo della presente invenzione sostanzialmente comprende le seguenti operazioni: Based on the embodiment of Fig.2, the method of the present invention substantially comprises the following operations:

- La separazione dell?aria (4) mediante l?unit? di separazione (ASU) per ottenere correnti di ossigeno (7) e azoto (5); - L?immissione di almeno una corrente di reagenti chimici (1) nella prima unit? (U1), comprendente idrocarburi e/o ammoniaca e/o metanolo; - The separation of air (4) by means of the separation unit (ASU) to obtain streams of oxygen (7) and nitrogen (5); - The introduction of at least one stream of chemical reagents (1) into the first unit (U1), comprising hydrocarbons and/or ammonia and/or methanol;

- Il reforming con vapore e/o CO2, o l?ossidazione adiabatica con una corrente contenente ossigeno, nella prima unit? (U1) per sintetizzare la prima corrente del gas di processo ad alta temperatura (3a) e ricca in H2/CO, o in NOx, o in HCN, o in CH2O; - Reforming with steam and/or CO2, or adiabatic oxidation with an oxygen-containing stream, in the first unit (U1) to synthesize the first process gas stream at high temperature (3a) and rich in H2/CO, or in NOx, or in HCN, or in CH2O;

- Il raffreddamento della prima corrente del gas di processo (3a) mediante miscelamento con azoto pi? freddo (5) per ottenere una seconda corrente del gas di processo (3b) raffreddato e avente un contenuto di azoto superiore; - Cooling of the first process gas stream (3a) by mixing it with colder nitrogen (5) to obtain a second process gas stream (3b) cooled and having a higher nitrogen content;

- L?immissione della seconda corrente del gas di processo (3b) in una unit? di scambio termico (HE) per il raffreddamento ulteriore del gas di processo mediante scambio termico indiretto, cos? da ottenere una terza corrente del gas di processo (3c) ulteriormente raffreddato; - Feeding the second process gas stream (3b) into a heat exchange unit (HE) for further cooling of the process gas by indirect heat exchange, thus obtaining a third, further cooled process gas stream (3c);

- L?immissione della terza corrente del gas di processo (3c), uscente dall?unit? di scambio termico (HE), in una seconda unit? (U2) per lo svolgimento di operazioni unitarie. - The injection of the third stream of process gas (3c), exiting the heat exchange unit (HE), into a second unit (U2) for carrying out unit operations.

La Fig.3 mostra lo schema di processo del metodo per sintetizzare un gas di processo con raffreddamento diretto con azoto in accordo con una terza forma realizzativa. Fig.3 shows the process scheme of the method for synthesizing a process gas with direct nitrogen quenching according to a third embodiment.

Lo schema di processo di Fig.3 ? equivalente a quello della Fig.2 salvo per la posizione dell?unit? di scambio termico (HE); in altre parole, gli elementi e la relativa numerazione dello schema di processo mostrato in Fig.3 sono equivalenti a quelli dello schema di processo mostrato in Fig.2. Quindi, per semplicit? di descrizione, viene parzialmente omessa la descrizione dello schema di processo di Fig.3. The process diagram in Fig.3 is equivalent to that in Fig.2 except for the position of the heat exchange unit (HE); in other words, the elements and the relative numbering of the process diagram shown in Fig.3 are equivalent to those of the process diagram shown in Fig.2. Therefore, for simplicity of description, the description of the process diagram in Fig.3 is partially omitted.

In base alla forma realizzativa di Fig.3, l?unit? di scambio termico (HE) ? installata fra la prima e la seconda unit? (U1,U2) e, pi? specificatamente, ? installata a monte del punto di miscelamento (2). L?unit? di scambio termico (HE) ? collegata alla prima unit? (U1) mediante la prima corrente del gas di processo (3a) ed ? collegata alla seconda unit? (U2) mediante la seconda e la terza corrente del gas di processo (3b,3c), poste in serie. L?unit? di scambio termico (HE) riceve e raffredda la prima corrente del gas di processo (3a), proveniente dalla prima unit? (U1), e quindi scarica la seconda corrente del gas di processo (3b) a una temperatura inferiore. L?unit? di scambio termico (HE) ? atta allo scambio termico indiretto del fluido di processo (3a) mediante l?utilizzo di uno o pi? fluidi ausiliari. In altre parole, l?unit? di scambio termico (HE) comprende uno o pi? scambiatori di calore atti a raffreddare indirettamente il gas di processo (3a). Preferibilmente, l?unit? di scambio termico (HE) comprende una caldaia di processo e, preferibilmente, almeno un altro scambiatore di calore. La corrente di azoto freddo (5) ? collegata alla seconda corrente del gas di processo (3b), uscente dalla unita di scambio termico (HE), nel punto di miscelamento (2). According to the embodiment of Fig.3, the heat exchange unit (HE) is installed between the first and second units (U1,U2) and, more specifically, is installed upstream of the mixing point (2). The heat exchange unit (HE) is connected to the first unit (U1) by means of the first process gas stream (3a) and is connected to the second unit (U2) by means of the second and third process gas streams (3b,3c), placed in series. The heat exchange unit (HE) receives and cools the first process gas stream (3a), coming from the first unit (U1), and then discharges the second process gas stream (3b) at a lower temperature. The heat exchange unit (HE) is suitable for indirect heat exchange of the process fluid (3a) by using one or more auxiliary fluids. In other words, the heat exchange unit (HE) comprises one or more auxiliary fluids. heat exchangers for indirectly cooling the process gas (3a). Preferably, the heat exchange unit (HE) comprises a process boiler and, preferably, at least one further heat exchanger. The cold nitrogen stream (5) is connected to the second process gas stream (3b), exiting the heat exchange unit (HE), at the mixing point (2).

In base alla forma realizzativa di Fig.3, il metodo della presente invenzione sostanzialmente comprende le seguenti operazioni: Based on the embodiment of Fig.3, the method of the present invention substantially comprises the following operations:

- La separazione dell?aria (4) mediante l?unit? di separazione (ASU) per ottenere correnti di ossigeno (7) e azoto (5); - L?immissione di almeno una corrente di reagenti chimici (1) nella prima unit? (U1), comprendente idrocarburi e/o ammoniaca e/o metanolo; - The separation of air (4) by means of the separation unit (ASU) to obtain streams of oxygen (7) and nitrogen (5); - The introduction of at least one stream of chemical reagents (1) into the first unit (U1), comprising hydrocarbons and/or ammonia and/or methanol;

- Il reforming con vapore e/o CO2, o l?ossidazione adiabatica con una corrente contenente ossigeno, nella prima unit? (U1) per sintetizzare la prima corrente del gas di processo ad alta temperatura (3a) e ricca in H2/CO, o in NOx, o in HCN, o in CH2O; - Reforming with steam and/or CO2, or adiabatic oxidation with an oxygen-containing stream, in the first unit (U1) to synthesize the first process gas stream at high temperature (3a) and rich in H2/CO, or in NOx, or in HCN, or in CH2O;

- L?immissione della prima corrente del gas di processo (3a) nella unit? di scambio termico (HE) per il raffreddamento del gas di processo mediante scambio termico indiretto, cos? da ottenere una seconda corrente del gas di processo (3b) raffreddato; - The introduction of the first stream of process gas (3a) into the heat exchange unit (HE) for cooling the process gas by indirect heat exchange, thus obtaining a second stream of cooled process gas (3b);

- Il raffreddamento della seconda corrente del gas di processo (3b) mediante miscelamento con azoto pi? freddo (5) per ottenere una terza corrente del gas di processo (3c) ulteriormente raffreddato e avente un contenuto di azoto superiore; - Cooling of the second process gas stream (3b) by mixing it with colder nitrogen (5) to obtain a third process gas stream (3c) further cooled and having a higher nitrogen content;

- L?immissione della terza corrente del gas di processo (3c) in una seconda unit? (U2) per lo svolgimento di operazioni unitarie. - The injection of the third stream of process gas (3c) into a second unit (U2) for carrying out unit operations.

La Fig.4 mostra lo schema di processo del metodo per sintetizzare un gas di processo con raffreddamento diretto con azoto in accordo con una querta forma realizzativa. Fig.4 shows the process scheme of the method for synthesizing a process gas with direct nitrogen quenching according to this embodiment.

Lo schema di processo di Fig.4 ? equivalente a quello della Fig.2 o Fig.3 salvo per il fatto che vi sono due unit? di scambio termico (HE1,HE2); in altre parole, gli elementi e la relativa numerazione dello schema di processo mostrato in Fig.4 sono equivalenti a quelli dello schema di processo mostrato in Fig.2 o Fig.3. Quindi, per semplicit? di descrizione, viene parzialmente omessa la descrizione dello schema di processo di Fig.4. The process diagram in Fig.4 is equivalent to that in Fig.2 or Fig.3 except that there are two heat exchange units (HE1,HE2); in other words, the elements and the relative numbering of the process diagram shown in Fig.4 are equivalent to those in the process diagram shown in Fig.2 or Fig.3. Therefore, for simplicity of description, the description of the process diagram in Fig.4 is partially omitted.

In base alla forma realizzativa di Fig.4, le due unit? di scambio termico (HE1,HE2) sono installate fra la prima e la seconda unit? (U1,U2); pi? specificatamente, la prima unit? di scambio termico (HE1) ? installata a monte del punto di miscelamento (2) e la seconda unit? di scambio termico (HE2) ? installata a valle del punto di miscelamento (2). La prima unit? di scambio termico (HE1) ? collegata alla prima unit? (U1) mediante la prima corrente del gas di processo (3a); la seconda unit? di scambio termico (HE2) ? collegata alla seconda unit? (U2) mediante una quarta corrente del gas di processo (3d). La prima unit? di scambio termico (HE1) ? collegata alla seconda unit? di scambio termico (HE2) mediante la seconda e la terza corrente del gas di processo (3b,3c), poste in serie. La corrente di azoto freddo (5) ? collegata alla seconda corrente del gas di processo (3b), uscente dalla prima unit? di scambio termico (HE1), nel punto di miscelamento (2). La prima unit? di scambio termico (HE1) ? atta allo scambio termico indiretto del fluido di processo (3a) mediante l?utilizzo di uno o pi? fluidi ausiliari. In altre parole, la prima unit? di scambio termico (HE1) comprende uno o pi? scambiatori di calore atti a raffreddare indirettamente il gas di processo (3a). Preferibilmente, la prima unit? di scambio termico (HE1) comprende una caldaia di processo o uno scambiatore di calore; in base ad un?altra forma realizzativa preferenziale, la prima unit? di scambio termico (HE1) comprende una caldaia di processo e almeno un altro scambiatore di calore. La seconda unit? di scambio termico (HE2) ? atta allo scambio termico indiretto del fluido di processo (3c) mediante l?utilizzo di uno o pi? fluidi ausiliari. In altre parole, la seconda unit? di scambio termico (HE2) comprende uno o pi? scambiatori di calore atti a raffreddare indirettamente il gas di processo (3c). According to the embodiment of Fig.4, the two heat exchange units (HE1,HE2) are installed between the first and second units (U1,U2); more specifically, the first heat exchange unit (HE1) is installed upstream of the mixing point (2) and the second heat exchange unit (HE2) is installed downstream of the mixing point (2). The first heat exchange unit (HE1) is connected to the first unit (U1) by means of the first process gas stream (3a); the second heat exchange unit (HE2) is connected to the second unit (U2) by means of a fourth process gas stream (3d). The first heat exchange unit (HE1) is connected to the second heat exchange unit (HE2) by means of the second and third process gas streams (3b,3c), placed in series. The cold nitrogen stream (5) is connected to the second process gas stream (3b), exiting the first unit (U1). of heat exchange (HE1), at the mixing point (2). The first heat exchange unit (HE1) is adapted to the indirect heat exchange of the process fluid (3a) by using one or more auxiliary fluids. In other words, the first heat exchange unit (HE1) comprises one or more heat exchangers adapted to indirectly cool the process gas (3a). Preferably, the first heat exchange unit (HE1) comprises a process boiler or a heat exchanger; according to another preferential embodiment, the first heat exchange unit (HE1) comprises a process boiler and at least one other heat exchanger. The second heat exchange unit (HE2) is adapted to the indirect heat exchange of the process fluid (3c) by using one or more auxiliary fluids. In other words, the second heat exchange unit (HE2) comprises one or more heat exchangers adapted to indirectly cool the process gas (3c).

In base alla forma realizzativa di Fig.4, il metodo della presente invenzione sostanzialmente comprende le seguenti operazioni: Based on the embodiment of Fig.4, the method of the present invention substantially comprises the following operations:

- La separazione dell?aria (4) mediante l?unit? di separazione (ASU) per ottenere correnti di ossigeno (7) e azoto (5); - L?immissione di almeno una corrente di reagenti chimici (1) nella prima unit? (U1), comprendente idrocarburi e/o ammoniaca e/o metanolo; - The separation of air (4) by means of the separation unit (ASU) to obtain streams of oxygen (7) and nitrogen (5); - The introduction of at least one stream of chemical reagents (1) into the first unit (U1), comprising hydrocarbons and/or ammonia and/or methanol;

- Il reforming con vapore e/o CO2, o l?ossidazione adiabatica con una corrente contenente ossigeno, nella prima unit? (U1) per sintetizzare la prima corrente del gas di processo ad alta temperatura (3a) e ricca in H2/CO, o in NOx, o in HCN, o in CH2O; - Reforming with steam and/or CO2, or adiabatic oxidation with an oxygen-containing stream, in the first unit (U1) to synthesize the first process gas stream at high temperature (3a) and rich in H2/CO, or in NOx, or in HCN, or in CH2O;

- L?immissione della prima corrente del gas di processo (3a) nella prima unit? di scambio termico (HE1) per il raffreddamento del gas di processo mediante scambio termico indiretto, cos? da ottenere la seconda corrente del gas di processo (3b) raffreddato; - The introduction of the first process gas stream (3a) into the first heat exchange unit (HE1) for cooling the process gas by indirect heat exchange, thus obtaining the second cooled process gas stream (3b);

- Il raffreddamento della seconda corrente del gas di processo (3b) mediante miscelamento con azoto pi? freddo (5) per ottenere una terza corrente del gas di processo (3c) ulteriormente raffreddato e avente un contenuto di azoto superiore; - Cooling of the second process gas stream (3b) by mixing it with colder nitrogen (5) to obtain a third process gas stream (3c) further cooled and having a higher nitrogen content;

- L?immissione e il raffreddamento della terza corrente del gas di processo (3c) mediante scambio termico indiretto nella seconda unit? di scambio termico (HE2) per ottenere una quarta corrente del gas di processo (3d) ulteriormente raffreddato; - The introduction and cooling of the third process gas stream (3c) by indirect heat exchange in the second heat exchange unit (HE2) to obtain a fourth process gas stream (3d) further cooled;

- L?immissione della quarta corrente del gas di processo (3d) nella seconda unit? (U2) per lo svolgimento di operazioni unitarie. - The injection of the fourth process gas stream (3d) into the second unit (U2) for carrying out unit operations.

Si sottolinea che le forme realizzative mostrate nelle Figg.1-4, e i relativi metodi di sintesi comprendenti il raffreddamento diretto con azoto, sono applicabili a un qualsiasi gas di processo appartenente a quelli descritti di sopra, quali i gas di processo ricchi in H2/CO per la susseguente produzione di H2/NH3/CH3OH o prodotti da sintesi Fisher Tropsch, o ricchi in NOx per la susseguente produzione di HNO3, o ricchi in HCN per la susseguente produzione di HCN, o in CH2O per la susseguente produzione di CH2O. In altre parole, il gas di processo uscente ad alta temperatura dalla prima unit? (U1) relativa alle Figg.1-4 corrisponde ad uno dei gas di processo descritti di sopra e oggetto della presente invenzione. It is emphasized that the embodiments shown in Figs. 1-4, and the related synthesis methods including direct nitrogen cooling, are applicable to any process gas belonging to those described above, such as process gases rich in H2/CO for the subsequent production of H2/NH3/CH3OH or produced by Fisher Tropsch synthesis, or rich in NOx for the subsequent production of HNO3, or rich in HCN for the subsequent production of HCN, or in CH2O for the subsequent production of CH2O. In other words, the process gas exiting at high temperature from the first unit (U1) relating to Figs. 1-4 corresponds to one of the process gases described above and object of the present invention.

Giova rilevare che, per tutte le forme realizzative delle Figg.1-4, l?ossigeno (7) proveniente dalla unit? di separazione aria (ASU) pu? essere immesso nella prima unit? (U1) per realizzare le reazioni di ossidazione adiabatica; in altre parole, in base ad una forma realizzativa preferenziale, la corrente di ossigeno (7) pu? essere collegata alla prima unit? (U1). It is worth noting that, for all the embodiments of Figs.1-4, the oxygen (7) coming from the air separation unit (ASU) can be fed into the first unit (U1) to carry out the adiabatic oxidation reactions; in other words, based on a preferred embodiment, the oxygen stream (7) can be connected to the first unit (U1).

Come un esperto del settore pu? comprendere, la corrente di azoto freddo (5) pu? essere miscelata con la corrente del gas di processo (3a,3b,3c,3d) in pi? punti; in altre parole, il metodo di sintesi qui descritto pu? prevedere pi? di un punto di miscelamento (2). Giova quindi rilevare che l?azoto freddo (5), in base a forme realizzative alternative e preferenziali del presente metodo di sintesi, pu? essere miscelato con il gas di processo caldo sia a monte e sia a valle di una unit? di scambio termico (HE,HE1,HE2). As one skilled in the art can understand, the cold nitrogen stream (5) can be mixed with the process gas stream (3a,3b,3c,3d) at multiple points; in other words, the synthesis method described herein can provide for more than one mixing point (2). It is therefore useful to note that the cold nitrogen (5), based on alternative and preferential embodiments of the present synthesis method, can be mixed with the hot process gas both upstream and downstream of a heat exchange unit (HE,HE1,HE2).

Giova inoltre rilevare che, in base a una forma realizzativa alternativa del presente metodo, il punto di miscelamento (2) pu? essere interno all?unit? di scambio termico (HE,HE1,HE2), ossia l?azoto freddo (5) pu? essere iniettato in uno scambiatore di calore. Di conseguenza, il raffreddamento diretto con azoto pu? essere un?operazione effettuata su una linea o condotto e/o in uno scambiatore di calore. It is also worth noting that, according to an alternative embodiment of the present method, the mixing point (2) can be internal to the heat exchange unit (HE,HE1,HE2), i.e. the cold nitrogen (5) can be injected into a heat exchanger. Consequently, direct nitrogen cooling can be an operation carried out on a line or duct and/or in a heat exchanger.

Come un esperto del settore pu? comprendere, l?azoto freddo (5) e l?ossigeno (7), prodotti nella unit? di separazione dell?aria (ASU), possono essere stoccati in serbatoi o recipienti; quindi, in base a forme realizzative alternative del presente metodo di sintesi, la corrente di azoto freddo (5), o la corrente di azoto freddo (5) e la corrente di ossigeno (7), sono collegate a serbatoi o recipienti anzich? essere direttamente collegate alla unit? di separazione dell?aria (ASU) come mostrato nelle Figg.1-4. As one skilled in the art may appreciate, the cold nitrogen (5) and oxygen (7), produced in the air separation unit (ASU), may be stored in tanks or vessels; therefore, in alternative embodiments of the present synthesis method, the cold nitrogen stream (5), or the cold nitrogen stream (5) and oxygen stream (7), are connected to tanks or vessels rather than being directly connected to the air separation unit (ASU) as shown in Figs. 1-4.

La Fig.5 mostra lo schema di processo del metodo per sintetizzare un gas di processo, con raffreddamento diretto con azoto, utile alla susseguente produzione di ammoniaca in accordo con una prima forma realizzativa. Pi? specificatamente, la Fig.5 si riferisce ad uno schema di processo per produrre ammoniaca mediante l?ossidazione adiabatica con ossigeno di idrocarburi, ossia mediante un reattore di reforming autotermico o un reattore di ossidazione parziale o di ossidazione parziale catalitica (U1). Fig.5 shows the process scheme of the method for synthesizing a process gas, with direct nitrogen cooling, useful for the subsequent production of ammonia in accordance with a first embodiment. More specifically, Fig.5 refers to a process scheme for producing ammonia by means of the adiabatic oxidation of hydrocarbons with oxygen, i.e. by means of an autothermal reforming reactor or a partial oxidation reactor or a catalytic partial oxidation reactor (U1).

Lo schema di processo di Fig.5 comprende almeno: The process diagram in Fig.5 includes at least:

- Una prima unit? (U1) comprendente almeno un reattore chimico; - A first unit (U1) comprising at least one chemical reactor;

- Una unit? di scambio termico (HE) comprendente almeno uno scambiatore di calore; - A heat exchange unit (HE) comprising at least one heat exchanger;

- Una seconda unit? (U2) comprendente almeno un reattore chimico; - A second unit (U2) comprising at least one chemical reactor;

- Una terza unit? (U3) comprendente almeno una apparecchiatura per purificare il gas di processo; - A third unit (U3) comprising at least one piece of equipment for purifying the process gas;

- Una quarta unit? (U4) comprendente almeno una apparecchiatura per purificare il gas di processo; - A fourth unit (U4) comprising at least one piece of equipment for purifying the process gas;

- Una quinta unit? (U5) comprendente apparecchiature per la produzione dell?ammoniaca; - A fifth unit (U5) comprising equipment for the production of ammonia;

- Una unit? di separazione dell?aria (ASU). - An air separation unit (ASU).

La prima unit? (U1) riceve almeno una corrente di reagenti chimici (1) e una corrente di ossigeno (7) proveniente dalla unit? di separazione aria (ASU). La prima unit? (U1) ? collegata alla unit? di scambio termico (HE) mediante una prima e una seconda corrente del gas di processo (3a,3b) disposte in serie, la unit? di scambio termico (HE) ? collegata alla seconda unit? (U2) mediante una terza corrente del gas di processo (3c), la seconda unit? (U2) ? collegata alla terza unit? (U3) mediante una quarta corrente del gas di processo (3d), la terza unit? (U3) ? collegata alla quarta unit? (U4) mediante una quinta corrente del gas di processo (3e) e la quarta unit? (U4) ? collegata alla quinta unit? (U5) mediante una corrente di gas di sintesi finale (10). La unit? di separazione aria (ASU) ? collegata alla prima corrente del gas di processo (3a), in un punto di miscelamento (2), e alla quarta unit? (U4) rispettivamente mediante una prima e una seconda corrente di azoto freddo (5a,5b). La prima e la seconda corrente di azoto freddo (5a,5b) sono provviste di sistema di regolazione del flusso, quali flussimetri e/o valvole (6a,6b). The first unit (U1) receives at least one stream of chemical reagents (1) and one stream of oxygen (7) coming from the air separation unit (ASU). The first unit (U1) is connected to the heat exchange unit (HE) by means of a first and a second stream of process gas (3a,3b) arranged in series, the heat exchange unit (HE) is connected to the second unit (U2) by means of a third stream of process gas (3c), the second unit (U2) is connected to the third unit (U3) by means of a fourth stream of process gas (3d), the third unit (U3) is connected to the fourth unit (U4) by means of a fifth stream of process gas (3e) and the fourth unit (U4) is connected to the fifth unit (U5) by means of a final synthesis gas stream (10). The air separation unit (ASU) is connected to the fifth unit (U5) by means of a final synthesis gas stream (10). connected to the first process gas stream (3a), at a mixing point (2), and to the fourth unit (U4) respectively by means of a first and a second stream of cold nitrogen (5a,5b). The first and second stream of cold nitrogen (5a,5b) are equipped with a flow regulation system, such as flow meters and/or valves (6a,6b).

In base alla forma realizzativa di Fig.5, il metodo di sintesi della presente invenzione sostanzialmente comprende le seguenti operazioni: Based on the embodiment of Fig.5, the synthesis method of the present invention substantially comprises the following operations:

- La separazione dell?aria (4) mediante l?unit? di separazione (ASU) per ottenere correnti di ossigeno (7) e azoto freddo (5a,5b); - Separation of air (4) by means of the separation unit (ASU) to obtain streams of oxygen (7) and cold nitrogen (5a,5b);

- L?immissione di reagenti chimici (1), comprendenti idrocarburi, e di ossigeno (7) nella prima unit? (U1); - The introduction of chemical reagents (1), including hydrocarbons, and oxygen (7) into the first unit (U1);

- L?ossidazione adiabatica con ossigeno (7) degli idrocarburi, nella prima unit? (U1), per sintetizzare una prima corrente del gas di processo (3a) ad alta temperatura e ricca in H2/CO; - Adiabatic oxidation with oxygen (7) of hydrocarbons, in the first unit (U1), to synthesize a first stream of process gas (3a) at high temperature and rich in H2/CO;

- Il raffreddamento della prima corrente del gas di processo (3a) uscente dalla prima unit? (U1) mediante miscelamento con una prima corrente di azoto freddo (5a), nel punto di miscelamento (2), per ottenere una seconda corrente del gas di processo (3b) avente un contenuto di azoto superiore e una temperatura inferiore rispetto alla prima corrente del gas di processo (3a); - Cooling of the first process gas stream (3a) exiting the first unit (U1) by mixing it with a first stream of cold nitrogen (5a), at the mixing point (2), to obtain a second process gas stream (3b) having a higher nitrogen content and a lower temperature than the first process gas stream (3a);

- Il raffreddamento della seconda corrente del gas di processo (3b) nella unit? di scambio termico (HE), mediante scambio termico indiretto con almeno un fluido ausiliario, per ottenere una terza corrente del gas di processo (3c) ulteriormente raffreddato; - Cooling of the second process gas stream (3b) in the heat exchange unit (HE), by indirect heat exchange with at least one auxiliary fluid, to obtain a third process gas stream (3c) further cooled;

- L?immissione della terza corrente del gas di processo (3c) nella seconda unit? (U2) per effettuare reazioni di spostamento del gas d?acqua (water gas shift), secondo la reazione generale CO+H2O ?CO2+H2, e ottenere una quarta corrente del gas di processo (3d) povera in, o esente da, CO e ricca in CO2; - The injection of the third process gas stream (3c) into the second unit (U2) to carry out water gas shift reactions, according to the general reaction CO+H2O ?CO2+H2, and obtain a fourth process gas stream (3d) poor in, or free from, CO and rich in CO2;

- L?immissione della quarta corrente del gas di processo (3d) nella terza unit? (U3) per rimuovere CO2 e/o specie chimiche acide (8) e per ottenere una quinta corrente del gas di processo (3e); - The injection of the fourth process gas stream (3d) into the third unit (U3) to remove CO2 and/or acid chemical species (8) and to obtain a fifth process gas stream (3e);

- L?immissione della quinta corrente del gas di processo (3e) e, eventualmente, di una seconda corrente di azoto freddo (5b), preferibilmente liquido, nella quarta unit? (U4) per rimuovere specie chimiche in eccesso e/o specie chimiche ossigenate e/o impurit? (9) e ottenere una corrente di gas di sintesi finale (10) essenzialmente costituita da idrogeno e azoto, e con un rapporto molare di circa 3:1 fra idrogeno e azoto; - The introduction of the fifth stream of process gas (3e) and, possibly, of a second stream of cold nitrogen (5b), preferably liquid, into the fourth unit (U4) to remove excess chemical species and/or oxygenated chemical species and/or impurities (9) and obtain a final synthesis gas stream (10) essentially made up of hydrogen and nitrogen, and with a molar ratio of approximately 3:1 between hydrogen and nitrogen;

- L?immissione della corrente del gas di sintesi finale (10) nella quinta unit? (U5) per produrre ammoniaca (11), secondo la reazione generale 3H2+N2 ?2NH3. - The final synthesis gas stream (10) is fed into the fifth unit (U5) to produce ammonia (11), according to the general reaction 3H2+N2 ?2NH3.

In riferimento alla forma realizzativa di Fig.5, un esperto del settore pu? comprendere che il metodo di sintesi oggetto della presente invenzione prevede che l?azoto freddo (5a,5b) sia dosato nel punto di miscelamento (2) e nella quarta unit? (U4) in modo che le operazioni di sintesi siano ottimizzate; in altre parole, la quantit? totale di azoto presente nella corrente del gas di sintesi finale (10) ? ottenuta regolando la quantit? di azoto relativa alla prima e alla seconda corrente (5a,5b). With reference to the embodiment of Fig.5, an expert in the field can understand that the synthesis method which is the object of the present invention provides that the cold nitrogen (5a,5b) is dosed at the mixing point (2) and in the fourth unit (U4) so that the synthesis operations are optimised; in other words, the total quantity of nitrogen present in the final synthesis gas stream (10) is obtained by regulating the quantity of nitrogen relating to the first and second streams (5a,5b).

La Fig.6 mostra lo schema di processo del metodo per sintetizzare un gas di processo, con raffreddamento diretto con azoto, utile alla susseguente produzione di ammoniaca in accordo con una seconda forma realizzativa. Pi? specificatamente, la Fig.6 si riferisce ad uno schema di processo per produrre ammoniaca mediante l?ossidazione adiabatica con una miscela di ossigeno/azoto di idrocarburi, ossia mediante un reattore di reforming autotermico o un reattore di ossidazione parziale o di ossidazione parziale catalitica (U1). Fig.6 shows the process scheme of the method for synthesizing a process gas, with direct nitrogen cooling, useful for the subsequent production of ammonia in accordance with a second embodiment. More specifically, Fig.6 refers to a process scheme for producing ammonia by adiabatic oxidation with an oxygen/nitrogen mixture of hydrocarbons, i.e. by means of an autothermal reforming reactor or a partial oxidation reactor or a catalytic partial oxidation reactor (U1).

Lo schema di processo di Fig.6 ? equivalente a quello della Fig.5 salvo per l?installazione di una terza corrente di azoto (5c); in altre parole, gli elementi e la relativa numerazione dello schema di processo mostrato in Fig.6 sono equivalenti a quelli dello schema di processo mostrato in Fig.5. Inoltre, le operazioni o unit? principali di Fig.6 sono equivalenti a quelle di Fig.5. Quindi, per semplicit? di descrizione, viene parzialmente omessa la descrizione dello schema di processo di Fig.6 e il relativo metodo. The process diagram of Fig.6 is equivalent to that of Fig.5 except for the installation of a third nitrogen stream (5c); in other words, the elements and the relative numbering of the process diagram shown in Fig.6 are equivalent to those of the process diagram shown in Fig.5. Furthermore, the main operations or units of Fig.6 are equivalent to those of Fig.5. Therefore, for simplicity of description, the description of the process diagram of Fig.6 and the relative method are partially omitted.

In accordo alla forma realizzativa di Fig.6, una terza corrente di azoto (5c), ottenuta dalla unit? di separazione aria (ASU), ? collegata alla corrente di ossigeno (7); la terza corrente di azoto (5c) ? provvista di un terzo sistema di regolazione di flusso (6c). La terza corrente di azoto (5c) ? miscelata con la corrente di ossigeno (7) per ottenere una miscela di ossigeno/azoto (12). La miscela di ossigeno/azoto (12) ? immessa nella prima unit? (U1) per eseguire l?ossidazione adiabatica degli idrocarburi. La possibilit? di miscelare ossigeno e azoto consente di regolare temperatura e resa della reazione di ossidazione adiabatica. Come un esperto del settore pu? comprendere, la quantit? totale di azoto presente nella corrente del gas di sintesi finale (10) ? ottenuta regolando la quantit? di azoto relativa alla prima, alla seconda e alla terza corrente (5a,5b,5c). Giova rilevare che l?azoto relativo alla terza corrente (5c) ha, preferibilmente, una temperatura pi? elevata di quella della prima e seconda corrente di azoto (5a,5b) per promuovere la reazione di ossidazione. Preferibilmente, la temperatura della corrente ossigeno/azoto (12) ? superiore a 150?C e, preferibilmente, superiore a 250?C. In accordance with the embodiment of Fig.6, a third nitrogen stream (5c), obtained from the air separation unit (ASU), is connected to the oxygen stream (7); the third nitrogen stream (5c) is provided with a third flow regulation system (6c). The third nitrogen stream (5c) is mixed with the oxygen stream (7) to obtain an oxygen/nitrogen mixture (12). The oxygen/nitrogen mixture (12) is fed into the first unit (U1) to perform the adiabatic oxidation of the hydrocarbons. The possibility of mixing oxygen and nitrogen allows the temperature and yield of the adiabatic oxidation reaction to be adjusted. As a person skilled in the art can understand, the total amount of nitrogen present in the final synthesis gas stream (10) is obtained by adjusting the amount of nitrogen relative to the first, second and third streams (5a,5b,5c). It is worth noting that the nitrogen in the third stream (5c) preferably has a higher temperature than the first and second nitrogen streams (5a,5b) to promote the oxidation reaction. Preferably, the temperature of the oxygen/nitrogen stream (12) is higher than 150?C and, preferably, higher than 250?C.

La Fig.7 mostra lo schema di processo del metodo per sintetizzare un gas di processo, con raffreddamento diretto con azoto, utile alla susseguente produzione di ammoniaca in accordo con una terza forma realizzativa. Pi? specificatamente, la Fig.7 si riferisce ad uno schema di processo per produrre ammoniaca mediante l?ossidazione adiabatica di idrocarburi con aria, ossia mediante un reattore di reforming autotermico o di reforming secondario (U1). Fig.7 shows the process scheme of the method for synthesizing a process gas, with direct nitrogen cooling, useful for the subsequent production of ammonia in accordance with a third embodiment. More specifically, Fig.7 refers to a process scheme for producing ammonia by the adiabatic oxidation of hydrocarbons with air, i.e. by means of an autothermal reforming reactor or secondary reforming reactor (U1).

Lo schema di processo di Fig.7 ? equivalente a quello della Fig.5 salvo per l?iniezione di aria (4b) anzich? ossigeno nella prima unit? (U1) e l?installazione di una sesta unit? (U6); in altre parole, gli elementi e la relativa numerazione dello schema di processo mostrato in Fig.7 sono equivalenti a quelli dello schema di processo mostrato in Fig.5. Inoltre, le operazioni o unit? principali di Fig.7 sono equivalenti a quelle di Fig.5. Quindi, per semplicit? di descrizione, viene parzialmente omessa la descrizione dello schema di processo di Fig.7 e il relativo metodo. The process diagram of Fig.7 is equivalent to that of Fig.5 except for the injection of air (4b) instead of oxygen in the first unit (U1) and the installation of a sixth unit (U6); in other words, the elements and the relative numbering of the process diagram shown in Fig.7 are equivalent to those of the process diagram shown in Fig.5. Furthermore, the main operations or units of Fig.7 are equivalent to those of Fig.5. Therefore, for simplicity of description, the description of the process diagram of Fig.7 and the relative method are partially omitted.

In base alla forma realizzativa di Fig.7, il metodo di sintesi della presente invenzione sostanzialmente comprende le medesime operazioni relative alla Fig.5 salvo l?operazione di immissione di aria (4b) nella prima unit? (U1), per effettuare la ossidazione adiabatica degli idrocarburi, e l?operazione di metanazione nella sesta unit? (U6), installata fra la terza e la quarta unit? (U3,U4). Di conseguenza, nella unit? di separazione dell?aria (ASU) ? immessa una prima corrente di aria (4a) mentre nella prima unit? (U1) ? immessa una seconda corrente di aria (4b). La sesta unit? (U6) riceve la quinta corrente del gas di processo (3e), uscente dalla terza unit? (U3); nella sesta unit? (U6) ? effettuata l?operazione di metanazione, secondo le reazioni generali CO+3H2 ?CH4+H2O e CO2+4H2 ?CH4+2H2O, per eliminare completamente o quasi completamente gli ossidi di carbonio dal gas di processo, formando metano e acqua, in presenza di catalizzatore solido. Dalla sesta unit? (U6) esce una sesta corrente di gas di processo (3f) che viene immessa nella quarta unit? (U4) per la purificazione del gas di processo e per l?eventuale iniezione di una seconda corrente di azoto freddo, (5b), preferibilmente liquido, in contatto diretto col gas di processo (3f). According to the embodiment of Fig.7, the synthesis method of the present invention substantially comprises the same operations as those of Fig.5 except for the operation of introducing air (4b) into the first unit (U1), to carry out the adiabatic oxidation of the hydrocarbons, and the operation of methanation in the sixth unit (U6), installed between the third and fourth units (U3,U4). Consequently, a first stream of air (4a) is introduced into the air separation unit (ASU) while a second stream of air (4b) is introduced into the first unit (U1). The sixth unit (U6) receives the fifth stream of process gas (3e), exiting from the third unit (U3); in the sixth unit (U6) a second stream of process gas (3e) is introduced into the air separation unit (ASU). the methanation operation is carried out, according to the general reactions CO+3H2 ?CH4+H2O and CO2+4H2 ?CH4+2H2O, to completely or almost completely eliminate the carbon oxides from the process gas, forming methane and water, in the presence of a solid catalyst. From the sixth unit (U6) a sixth stream of process gas (3f) exits and is fed into the fourth unit (U4) for the purification of the process gas and for the possible injection of a second stream of cold nitrogen, (5b), preferably liquid, in direct contact with the process gas (3f).

Come un esperto del settore pu? comprendere, la forma realizzativa di Fig.7 pu? essere facilmente modificata iniettando la corrente di ossigeno (7) nella seconda corrente di aria (4b) per ottenere aria arricchita in ossigeno da iniettare nella prima unit? (U1); conseguentemente, la prima unit? (U1) effettua una ossidazione adiabatica degli idrocarburi mediante aria arricchita. As a person skilled in the art can appreciate, the embodiment of Fig.7 can be easily modified by injecting the oxygen stream (7) into the second air stream (4b) to obtain oxygen-enriched air to be injected into the first unit (U1); consequently, the first unit (U1) carries out an adiabatic oxidation of the hydrocarbons by means of enriched air.

La Fig.8 mostra lo schema di processo del metodo per sintetizzare un gas di processo, con raffreddamento diretto con azoto, utile alla susseguente produzione di ammoniaca in accordo con una quarta forma realizzativa. Pi? specificatamente, la Fig.8 si riferisce ad uno schema di processo per produrre ammoniaca mediante reforming con vapore e/o CO2 degli idrocarburi. Fig.8 shows the process scheme of the method for synthesizing a process gas, with direct nitrogen cooling, useful for the subsequent production of ammonia according to a fourth embodiment. More specifically, Fig.8 refers to a process scheme for producing ammonia by steam and/or CO2 reforming of hydrocarbons.

Lo schema di processo di Fig.8 comprende almeno: The process diagram in Fig.8 includes at least:

- Una prima unit? (U1) comprendente almeno un reattore chimico; - A first unit (U1) comprising at least one chemical reactor;

- Una unit? di scambio termico (HE) comprendente almeno uno scambiatore di calore; - A heat exchange unit (HE) comprising at least one heat exchanger;

- Una seconda unit? (U2) comprendente almeno un reattore chimico; - A second unit (U2) comprising at least one chemical reactor;

- Una terza unit? (U3) comprendente almeno una apparecchiatura per purificare il gas di processo; - A third unit (U3) comprising at least one piece of equipment for purifying the process gas;

- Una quarta unit? (U5) comprendente apparecchiature per la produzione dell?ammoniaca; - A fourth unit (U5) comprising equipment for the production of ammonia;

- Una unit? di separazione dell?aria (ASU). - An air separation unit (ASU).

La prima unit? (U1) riceve almeno una corrente di reagenti chimici (1). La prima unit? (U1) ? collegata alla unit? di scambio termico (HE) mediante una prima e una seconda corrente del gas di processo (3a,3b) poste in serie, la unit? di scambio termico (HE) ? collegata alla seconda unit? (U2) mediante una terza corrente del gas di processo (3c), la seconda unit? (U2) ? collegata alla terza unit? (U3) mediante una quarta corrente del gas di processo (3d), la terza unit? (U3) ? collegata alla quarta unit? (U5) mediante una quinta corrente del gas di processo (3e) e mediante una corrente di gas di sintesi finale (10) poste in serie. La unit? di separazione aria (ASU) ? collegata alla prima corrente del gas di processo (3a) e alla quinta corrente del gas di processo (3e) rispettivamente mediante una prima e una seconda corrente di azoto freddo (5a,5b) e rispettivamente in un primo e un secondo punto di miscelamento (2a,2b). La prima e la seconda corrente di azoto freddo (5a,5b) sono provviste di sistema di regolazione del flusso, quali flussimetri e/o valvole (6a,6b). The first unit (U1) receives at least one stream of chemical reagents (1). The first unit (U1) is connected to the heat exchange unit (HE) by means of a first and a second stream of process gas (3a,3b) placed in series, the heat exchange unit (HE) is connected to the second unit (U2) by means of a third stream of process gas (3c), the second unit (U2) is connected to the third unit (U3) by means of a fourth stream of process gas (3d), the third unit (U3) is connected to the fourth unit (U5) by means of a fifth stream of process gas (3e) and by means of a final synthesis gas stream (10) placed in series. The air separation unit (ASU) is connected to the second unit (U2). connected to the first process gas stream (3a) and to the fifth process gas stream (3e) respectively by means of a first and a second cold nitrogen stream (5a,5b) and respectively in a first and a second mixing point (2a,2b). The first and the second cold nitrogen stream (5a,5b) are provided with a flow regulation system, such as flow meters and/or valves (6a,6b).

In base alla forma realizzativa di Fig.8, il metodo di sintesi della presente invenzione sostanzialmente comprende le seguenti operazioni: Based on the embodiment of Fig.8, the synthesis method of the present invention substantially comprises the following operations:

- La separazione dell?aria (4) mediante l?unit? di separazione (ASU) per ottenere correnti di ossigeno (7) e azoto freddo (5a,5b); - Separation of air (4) by means of the separation unit (ASU) to obtain streams of oxygen (7) and cold nitrogen (5a,5b);

- L?immissione di reagenti chimici (1), comprendenti idrocarburi, vapore e/o CO2, nella prima unit? (U1); - The introduction of chemical reagents (1), including hydrocarbons, steam and/or CO2, into the first unit (U1);

- Il reforming con vapore e/o CO2 degli idrocarburi, nella prima unit? (U1), per sintetizzare una prima corrente del gas di processo ad alta temperatura (3a) e ricca in H2/CO; - Il raffreddamento della prima corrente del gas di processo (3a) uscente dalla prima unit? (U1) mediante miscelamento con una prima corrente di azoto freddo (5a), in un primo punto di miscelamento (2a), per ottenere una seconda corrente del gas di processo (3b) avente un contenuto di azoto superiore e una temperatura inferiore rispetto alla prima corrente del gas di processo (3a); - Reforming of hydrocarbons with steam and/or CO2, in the first unit (U1), to synthesize a first stream of process gas at high temperature (3a) and rich in H2/CO; - Cooling of the first stream of process gas (3a) exiting the first unit (U1) by mixing it with a first stream of cold nitrogen (5a), in a first mixing point (2a), to obtain a second stream of process gas (3b) having a higher nitrogen content and a lower temperature than the first stream of process gas (3a);

- Il raffreddamento della seconda corrente del gas di processo (3b) nella unit? di scambio termico (HE), mediante scambio termico indiretto con almeno un fluido ausiliario, per ottenere una terza corrente del gas di processo (3c) ulteriormente raffreddata; - Cooling of the second process gas stream (3b) in the heat exchange unit (HE), by indirect heat exchange with at least one auxiliary fluid, to obtain a further cooled third process gas stream (3c);

- L?immissione della terza corrente del gas di processo (3c) nella seconda unit? (U2) per effettuare reazioni di spostamento del gas d?acqua (water gas shift) e ottenere una quarta corrente del gas di processo (3d) povera in, o esente da, CO e ricca in CO2; - The injection of the third process gas stream (3c) into the second unit (U2) to carry out water gas shift reactions and obtain a fourth process gas stream (3d) poor in, or free from, CO and rich in CO2;

- L?immissione della quarta corrente del gas di processo (3d) nella terza unit? (U3) per rimuovere CO2, specie chimiche acide, impurit? e specie chimiche in eccesso (8) e per ottenere una quinta corrente del gas di processo (3e) essenzialmente costituita da idrogeno o da idrogeno e azoto; - L?eventuale miscelamento della quinta corrente di gas di processo (3e) con una seconda corrente di azoto (5b), nel secondo punto di miscelamento (2b), per ottenere una corrente di gas di sintesi finale (10) essenzialmente costituita da idrogeno e azoto, e con un rapporto molare di circa 3:1 fra idrogeno e azoto; - The injection of the fourth process gas stream (3d) into the third unit (U3) to remove CO2, acid chemical species, impurities and excess chemical species (8) and to obtain a fifth process gas stream (3e) essentially consisting of hydrogen or hydrogen and nitrogen; - The possible mixing of the fifth process gas stream (3e) with a second nitrogen stream (5b), at the second mixing point (2b), to obtain a final synthesis gas stream (10) essentially consisting of hydrogen and nitrogen, and with a molar ratio of approximately 3:1 between hydrogen and nitrogen;

- L?immissione della corrente del gas di sintesi finale (10) nella quarta unit? (U5) per sintetizzare ammoniaca (11). - The final synthesis gas stream (10) is fed into the fourth unit (U5) to synthesize ammonia (11).

In riferimento alla forma realizzativa di Fig.8, un esperto del settore pu? comprendere che il metodo di sintesi oggetto della presente invenzione prevede che l?azoto freddo (5a,5b) sia dosato nei punti di miscelamento (2a,2b) in modo che le operazioni di sintesi siano ottimizzate; in altre parole, la quantit? totale di azoto presente nella corrente del gas di sintesi finale (10) ? ottenuta regolando la quantit? di azoto relativa alla prima e alla seconda corrente (5a,5b). Giova rilevare che, per la forma realizzativa di Fig.8, l?azoto relativo alla seconda corrente (5b) ha, preferibilmente, una temperatura pi? elevata di quella della prima corrente di azoto (5a); giova sottolineare che la seconda corrente di azoto (5b) ha, preferibilmente, lo scopo di aggiustare la composizione del gas di sintesi finale (10) piuttosto che raffreddare il gas di processo (3e). With reference to the embodiment of Fig.8, an expert in the field can understand that the synthesis method of the present invention provides that the cold nitrogen (5a,5b) is dosed at the mixing points (2a,2b) so that the synthesis operations are optimised; in other words, the total quantity of nitrogen present in the final synthesis gas stream (10) is obtained by adjusting the quantity of nitrogen relating to the first and second streams (5a,5b). It should be noted that, for the embodiment of Fig.8, the nitrogen relating to the second stream (5b) preferably has a higher temperature than that of the first nitrogen stream (5a); it should be underlined that the second nitrogen stream (5b) preferably has the purpose of adjusting the composition of the final synthesis gas (10) rather than cooling the process gas (3e).

Per le forme realizzative delle Figg.5-8, la seconda corrente di azoto (5b) ? mostrata tratteggiata. Giova infatti rilevare che la seconda corrente di azoto relativa alle Figg.5-8 ? opzionale. La seconda corrente di azoto (5b) relativa alle Figg.5-8 ? utile per aggiustare la composizione del gas di sintesi finale (10) e/o per realizzare una purificazione finale del gas di processo in condizioni criogeniche. In quest?ultimo caso, la seconda corrente di azoto (5b) ? in condizioni criogeniche e, preferibilmente, allo stato liquido cos? da realizzare un lavaggio del gas di processo ed eliminare le specie chimiche residue indesiderate (per esempio, metano, acqua, ossidi di carbonio, incondensabili). For the embodiments of Figs.5-8, the second nitrogen stream (5b) is shown in dashed lines. It is worth noting that the second nitrogen stream relating to Figs.5-8 is optional. The second nitrogen stream (5b) relating to Figs.5-8 is useful for adjusting the composition of the final synthesis gas (10) and/or for carrying out a final purification of the process gas in cryogenic conditions. In the latter case, the second nitrogen stream (5b) is in cryogenic conditions and, preferably, in the liquid state so as to carry out a scrubbing of the process gas and eliminate the unwanted residual chemical species (for example, methane, water, carbon oxides, non-condensables).

In accordo a una forma realizzativa alternativa del metodo oggetto della presente invenzione e relativo alle forme realizzative delle Figg.5-8, il gas di processo caldo scaricato dalla prima unit? (U1) ? raffreddato mediante miscelamento con azoto freddo a valle della unit? di scambio termico (HE); in altre parole, il punto di miscelamento (2) ? posto a valle della unit? di scambio termico (HE). According to an alternative embodiment of the method of the present invention and relating to the embodiments of Figs.5-8, the hot process gas discharged from the first unit (U1) is cooled by mixing with cold nitrogen downstream of the heat exchange unit (HE); in other words, the mixing point (2) is located downstream of the heat exchange unit (HE).

In accordo a una forma realizzativa alternativa del metodo oggetto della presente invenzione e relativo alle forme realizzative delle Figg.5-8, il gas di processo caldo scaricato dalla prima unit? (U1) ? raffreddato mediante pi? miscelamenti con azoto freddo; in altre parole, il gas di processo caldo ? miscelato con l?azoto freddo mediante plurimi e distinti punti di miscelamento. In accordance with an alternative embodiment of the method of the present invention and relating to the embodiments of Figs.5-8, the hot process gas discharged from the first unit (U1) is cooled by multiple mixings with cold nitrogen; in other words, the hot process gas is mixed with cold nitrogen by multiple and distinct mixing points.

Giova rilevare che, per tutte le forme realizzative relative alle Figg.1-8, la prima unit? (U1) dove si svolge l?operazione di reforming/ossidazione, pu? comprendere pi? di un reattore di reforming/ossidazione. Per esempio, come un esperto in materia conosce, per la produzione di idrogeno, ammoniaca, metanolo o prodotti da sintesi Fischer Tropsch, a volte si utilizza un reattore di reforming con vapore/CO2 e un reattore di ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno disposti in serie o in parallelo. It is worth noting that, for all embodiments relating to Figs. 1-8, the first unit (U1) where the reforming/oxidation operation takes place, may comprise more than one reforming/oxidation reactor. For example, as an expert in the field will know, for the production of hydrogen, ammonia, methanol or Fischer Tropsch synthesis products, a steam/CO2 reforming reactor and an adiabatic oxidation reactor with oxygen-containing gas arranged in series or in parallel are sometimes used.

Come un esperto del settore pu? comprendere, per tutte le forme realizzative del metodo di sintesi qui descritto, apparecchiature e/o unit? aggiuntive possono essere inserite fra una unit? e l?altra, quali scambiatori di calore, separatori di fase, compressori o pompe, colonne di lavaggio o rettifica, senza modificare il concetto inventivo della presente invenzione. As one skilled in the art can understand, for all embodiments of the synthesis method described herein, additional equipment and/or units may be inserted between one unit and another, such as heat exchangers, phase separators, compressors or pumps, scrubbing or rectification columns, without modifying the inventive concept of the present invention.

Come un esperto del settore pu? comprendere, le unit? (U1,U2,U3,U4,U5,U6,HE,H31,HE2,ASU) descritte nelle forme realizzative del metodo di sintesi del gas di processo possono includere diverse apparecchiature, quali serbatoi, scambiatori di calore, colonne di rettifica, separatori di fase, macchine rotanti, senza modificare il concetto inventivo della presente invenzione. As one skilled in the art can understand, the units (U1,U2,U3,U4,U5,U6,HE,H31,HE2,ASU) described in the embodiments of the process gas synthesis method may include various equipment, such as tanks, heat exchangers, rectification columns, phase separators, rotating machines, without modifying the inventive concept of the present invention.

L?operazione di raffreddamento del gas di processo, scaricato ad alta temperatura dal reattore di reforming/ossidazione, mediante contatto diretto con azoto freddo presenta le seguenti caratteristiche: The cooling operation of the process gas, discharged at high temperature from the reforming/oxidation reactor, by direct contact with cold nitrogen has the following characteristics:

- Il raffreddamento del gas di processo ? rapido e avviene con una perdita di carico limitata; - Process gas cooling is rapid and occurs with limited pressure drop;

- L?azoto ? una specie chimica inerte, quindi non modifica sostanzialmente il chimismo di sintesi e non attacca gli acciai da costruzione; - Nitrogen is an inert chemical species, therefore it does not substantially modify the synthesis chemistry and does not attack construction steels;

- L?azoto di raffreddamento si pu? successivamente eliminare dal gas di processo con un metodo di separazione fisica; - Nel caso il gas di processo sia utilizzato per la susseguente produzione di ammoniaca, l?azoto di raffreddamento ? utilizzato quale reagente chimico nell?unit? di produzione dell?ammoniaca (U5). - The cooling nitrogen can be subsequently removed from the process gas by a physical separation method; - If the process gas is used for subsequent ammonia production, the cooling nitrogen is used as a chemical reagent in the ammonia production unit (U5).

In accordo alla descrizione dettagliata di cui sopra, risulta quindi chiaro che il metodo per sintetizzare un gas di processo mediante raffreddamento diretto con azoto, oggetto della presente invenzione, consente di ottenere i vantaggi gi? esposti. In particolare, nel caso di impianti di produzione esistenti, il metodo oggetto della presente invenzione offre i seguenti vantaggi specifici: In accordance with the detailed description above, it is therefore clear that the method for synthesizing a process gas by direct nitrogen cooling, which is the subject of the present invention, allows obtaining the advantages already set out. In particular, in the case of existing production plants, the method which is the subject of the present invention offers the following specific advantages:

- Nel caso di picchi di temperatura o reazioni incontrollate nella prima unit? (U1), dove il gas di processo ? sintetizzato ad alta temperatura, il raffreddamento diretto con azoto consente di mitigare la temperatura del gas di processo in ingresso nella unit? successiva (HE,U2) e quindi di salvaguardarla da eventuali surriscaldamenti e/o danneggiamenti. In tal caso, il metodo oggetto della presente invenzione ha una funzione di raffreddamento d?emergenza o di salvaguardia; - In the event of temperature peaks or uncontrolled reactions in the first unit (U1), where the process gas is synthesized at high temperature, direct cooling with nitrogen allows to mitigate the temperature of the process gas entering the subsequent unit (HE,U2) and therefore to safeguard it from possible overheating and/or damage. In this case, the method of the present invention has an emergency or safeguard cooling function;

- Le condizioni termo-idrauliche e termo-meccaniche delle apparecchiature comprese nella unit? di scambio termico (HE), ossia degli scambiatori di calore, sono mitigate, e quindi le apparecchiature lavorano in condizioni meno severe e la loro vita operativa pu? essere estesa. In tal caso, il metodo oggetto della presente invenzione pu? essere utilizzato per un ammodernamento e/o un potenziamento dell?impianto esistente; - The thermo-hydraulic and thermo-mechanical conditions of the equipment included in the heat exchange unit (HE), i.e. the heat exchangers, are mitigated, and therefore the equipment works in less severe conditions and its operating life can be extended. In this case, the method of the present invention can be used for a modernization and/or an enhancement of the existing plant;

- Qualora l?unit? di scambio termico (HE) comprenda caldaie di processo, la produzione di vapore pu? essere diminuita. In tal caso, il metodo oggetto della presente invenzione pu? essere utilizzato per un ammodernamento dell?impianto esistente; - If the heat exchange unit (HE) includes process boilers, the steam production can be decreased. In this case, the method of the present invention can be used for a modernization of the existing plant;

- Qualora uno scambiatore di calore atto a raffreddare il gas di processo mediante scambio termico indiretto subisca un guasto o una diminuzione prestazionale, il raffreddamento diretto con azoto consente di sopperire parzialmente o totalmente al mancato scambio termico da parte dello scambiatore di calore. In tal caso, il metodo oggetto della presente invenzione ha una funzione di raffreddamento d?emergenza o temporanea. - If a heat exchanger designed to cool the process gas by indirect heat exchange fails or suffers a decrease in performance, direct cooling with nitrogen makes it possible to partially or totally compensate for the lack of heat exchange by the heat exchanger. In this case, the method of the present invention has an emergency or temporary cooling function.

Il metodo per sintetizzare un gas di processo mediante raffreddamento diretto con azoto, come concepito e descritto, ? passibile in ogni caso di numerose modifiche e varianti, tutte riconducibili al medesimo concetto inventivo. Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti con elementi tecnicamente equivalenti. The method for synthesizing a process gas by direct nitrogen cooling, as conceived and described, is in any case susceptible to numerous modifications and variations, all of which can be traced back to the same inventive concept. Furthermore, all the details can be replaced with technically equivalent elements.

Lo scopo di protezione della presente invenzione ? definito dalle rivendicazioni allegate. The scope of protection of the present invention is defined by the appended claims.

Esempio Example

Si riporta qui di seguito la composizione chimica e le condizioni operative tipiche di un gas di processo scaricato da un reattore di reforming autotermico, ossia da un reattore per l?ossidazione adiabatica con ossigeno di una carica idrocarburica in presenza di catalizzatore solido, per la susseguente produzione di ammoniaca: The chemical composition and typical operating conditions of a process gas discharged from an autothermal reforming reactor, i.e. a reactor for the adiabatic oxidation with oxygen of a hydrocarbon feedstock in the presence of a solid catalyst, for the subsequent production of ammonia, are reported below:

In accordo a un metodo di sintesi convenzionale, a valle del reattore di ossidazione adiabatica il gas di processo ? convenzionalmente raffreddato da almeno una caldaia di processo (process gas boiler ? PGB) a fascio tubiero, con il gas lato tubi e l?acqua lato mantello in ebollizione tipicamente a temperatura di 320?C. Dopo il raffreddamento convenzionale, il gas di processo ? sottoposto ad una operazione unitaria. According to a conventional synthesis method, downstream of the adiabatic oxidation reactor the process gas is conventionally cooled by at least one shell and tube process gas boiler (PGB), with the tube side gas and shell side water boiling typically at 320?C. After conventional cooling, the process gas is subjected to a unit operation.

Il metodo di sintesi convenzionale ? modificato in accordo alla presente invenzione; pi? specificatamente, il presente esempio consiste nell?inserire fra il reattore di ossidazione e il PGB un punto di miscelamento per raffreddare direttamente il gas di processo caldo con azoto freddo. The conventional synthesis method is modified in accordance with the present invention; more specifically, this example consists of inserting a mixing point between the oxidation reactor and the PGB to directly quench the hot process gas with cold nitrogen.

L?azoto a disposizione per il raffreddamento diretto del gas di processo ? alla temperatura di -140?C e alla pressione di 3,0MPa(a); l?azoto di raffreddamento ? in fase gas e viene miscelato col gas di processo a monte del PGB. The nitrogen available for direct cooling of the process gas is at a temperature of -140?C and a pressure of 3.0MPa(a); the cooling nitrogen is in gas phase and is mixed with the process gas upstream of the PGB.

Assumendo una portata del gas di processo caldo in uscita dal reattore di 10000kg/h e un miscelamento realizzato in condizioni termodinamiche e fluidodinamiche ideali, il raffreddamento diretto con azoto consente di ottenere approssimativamente i parametri operativi mostrati nel seguente Grafico 1. Assuming a hot process gas flow rate exiting the reactor of 10000kg/h and mixing carried out under ideal thermodynamic and fluid dynamic conditions, direct nitrogen cooling allows to obtain approximately the operating parameters shown in the following Graph 1.

Specificatamente, il Grafico 1 mostra il profilo della produzione di vapore nel PGB (?Prod vapore in PGB?), della temperatura del gas di processo all?ingresso del PGB (?Temp gas ingresso PGB?) e del flusso termico all?ingresso dei tubi del PGB (?Flusso termico ingresso PGB?) al variare della portata di azoto freddo (in ascissa) miscelata con il gas di processo caldo uscente dal reattore. Specifically, Graph 1 shows the profile of the steam production in the PGB (?Steam Prod in PGB?), of the process gas temperature at the inlet of the PGB (?Temp gas inlet PGB?) and of the heat flux at the inlet of the PGB tubes (?Heat flux inlet PGB?) as the flow rate of cold nitrogen (on the x-axis) mixed with the hot process gas exiting the reactor varies.

I tre parametri operativi sono al 100% senza iniezione e raffreddamento diretto con azoto, ossia nel caso di metodo di sintesi convenzionale. Come evidenzia il Grafico 1, in base al metodo di sintesi oggetto della presente invenzione, il raffreddamento diretto con azoto consente di diminuire i tre parametri operativi. Ad esempio, iniettando e miscelando una portata di azoto freddo pari al 25% (2500kg/h) della portata del gas di processo caldo, ? possibile ridurre il flusso termico e la temperatura del gas all?ingresso del PGB di oltre il 10% e ridurre la produzione di vapore nel PGB di quasi il 10%. Conseguentemente, le condizioni termo-meccaniche e termo-idrauliche operative del PGB sono mitigate in quanto: The three operating parameters are 100% without injection and direct nitrogen cooling, i.e. in the case of a conventional synthesis method. As shown in Chart 1, based on the synthesis method of the present invention, direct nitrogen cooling allows to decrease the three operating parameters. For example, by injecting and mixing a cold nitrogen flow rate equal to 25% (2500kg/h) of the hot process gas flow rate, it is possible to reduce the heat flux and the gas temperature at the PGB inlet by more than 10% and reduce the steam production in the PGB by almost 10%. Consequently, the thermo-mechanical and thermo-hydraulic operating conditions of the PGB are mitigated because:

- le temperature metalliche dei tubi all?ingresso del PGB diminuiscono sensibilmente, - the metal temperatures of the tubes at the entrance of the PGB decrease significantly,

- il titolo di vapore nel PGB diminuisce e il raffreddamento bifase dell?acqua migliora sensibilmente. - the vapor content in the PGB decreases and the two-phase cooling of the water improves significantly.

Un esperto del settore pu? comprendere che l?esempio numerico qui descritto ?, per esempio, conveniente nel caso di un PGB avente una porzione di tubi scambiatori fuori uso. In tal caso, al carico nominale dell?impianto, il PGB lavora in condizioni termo-idrauliche e termo-meccaniche pi? critiche in quanto la portata totale del gas di processo caldo attraversa solo una porzione dei tubi scambiatori. Utilizzando il metodo di sintesi oggetto della presente invenzione, ossia realizzando un raffreddamento diretto con azoto a monte del PGB, ? possibile mitigare le condizioni operative del PGB e continuare a esercire l?impianto senza rischi di ulteriori danneggiamenti ai tubi del PGB. A skilled person in the art can understand that the numerical example described here is, for example, convenient in the case of a PGB having a portion of exchanger tubes out of use. In this case, at the nominal load of the plant, the PGB works in more critical thermo-hydraulic and thermo-mechanical conditions since the total flow rate of the hot process gas passes through only a portion of the exchanger tubes. By using the synthesis method object of the present invention, i.e. by realizing a direct cooling with nitrogen upstream of the PGB, it is possible to mitigate the operating conditions of the PGB and continue to operate the plant without risk of further damage to the PGB tubes.

Claims (11)

DOMANDA DI BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE Titolo: SINTESI DI GAS DI PROCESSO MEDIANTE RAFFREDDAMENTO DIRETTO CON AZOTO RIVENDICAZIONI 1. Metodo di sintesi di un gas di processo, per la susseguente produzione di almeno una delle sostanze chimiche fra idrogeno, ammoniaca, metanolo, olefine/paraffine/alcoli da sintesi Fischer Tropsch, acido nitrico, acido cianidrico, formaldeide, comprendente le seguenti operazioni: - L?immissione di almeno una corrente di reagenti chimici contenente idrocarburi e/o ammoniaca e/o metanolo in una prima unit? (U1); - Il reforming con vapore e/o CO2, o l?ossidazione adiabatica con gas contenente ossigeno, di detti idrocarburi e/o ammoniaca e/o metanolo per sintetizzare il gas di processo a alta temperatura nella prima unit? (U1); - Il raffreddamento del gas di processo; - L?immissione del gas di processo raffreddato in una seconda unit? (U2) per ulteriori operazioni unitarie di sintesi; detto metodo essendo caratterizzato dal fatto che detto raffreddamento comprende almeno una operazione di miscelamento del gas di processo con una corrente pi? fredda costituita, o essenzialmente costituita, da azoto. PATENT APPLICATION FOR INDUSTRIAL INVENTION Title: SYNTHESIS OF PROCESS GAS BY DIRECT COOLING WITH NITROGEN CLAIMS 1. Method of synthesis of a process gas, for the subsequent production of at least one of the chemical substances among hydrogen, ammonia, methanol, olefins/paraffins/alcohols from Fischer Tropsch synthesis, nitric acid, hydrocyanic acid, formaldehyde, comprising the following operations: - The introduction of at least one stream of chemical reagents containing hydrocarbons and/or ammonia and/or methanol into a first unit (U1); - The reforming with steam and/or CO2, or the adiabatic oxidation with gas containing oxygen, of said hydrocarbons and/or ammonia and/or methanol to synthesize the process gas at high temperature in the first unit (U1); - The cooling of the process gas; - The introduction of the cooled process gas into a second unit (U2) for further unit synthesis operations; said method being characterized in that said cooling comprises at least one operation of mixing the process gas with a cooler stream consisting, or essentially consisting, of nitrogen. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, dove il gas di processo uscente da detta prima unit? (U1) contiene idrogeno (H2) e monossido di carbonio (CO) aventi rispettivamente una concentrazione molare almeno del 20% e 3%, o ossidi di azoto (NOx) aventi una concentrazione molare totale almeno del 3%, o acido cianidrico (HCN) avente una concentrazione molare almeno del 3%, o formaldeide (CH2O) avente una concentrazione molare almeno del 3%. 2. Method according to claim 1, wherein the process gas exiting said first unit (U1) contains hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO) having a molar concentration of at least 20% and 3% respectively, or nitrogen oxides (NOx) having a total molar concentration of at least 3%, or hydrogen cyanide (HCN) having a molar concentration of at least 3%, or formaldehyde (CH2O) having a molar concentration of at least 3%. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, dove detto reforming o ossidazione adiabatica procede secondo almeno una delle reazioni chimiche generali seguenti: 3. A method according to claim 1 or 2, wherein said reforming or adiabatic oxidation proceeds according to at least one of the following general chemical reactions: 4. Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, dove il gas di processo uscente da detta prima unit? (U1) ha una temperatura uguale o superiore a 500?C. 4. Method according to claim 2 or 3, wherein the process gas exiting said first unit (U1) has a temperature equal to or greater than 500?C. 5. Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, dove il gas di processo uscente da detta prima unit? (U1) ha una pressione uguale o superiore a 250000Pa assoluti. 5. Method according to claim 2 or 3, wherein the process gas exiting said first unit (U1) has a pressure equal to or greater than 250,000 Pa absolute. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, dove detto raffreddamento comprende anche una operazione di scambio termico indiretto mediante almeno uno scambiatore di calore. 6. Method according to any of claims 1 to 5, wherein said cooling also comprises an indirect heat exchange operation by means of at least one heat exchanger. 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, dove detto almeno uno scambiatore di calore ? una caldaia di processo raffreddante il gas di processo mediante ebollizione di acqua pressurizzata. 7. The method of claim 6, wherein said at least one heat exchanger is a process boiler cooling the process gas by boiling pressurized water. 8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, dove detta corrente di azoto ? prodotta in una unit? di separazione dell?aria. 8. A method according to any of claims 1 to 7, wherein said nitrogen stream is produced in an air separation unit. 9. Metodo secondo la rivendicazione 4 o 5, dove in detta seconda unit? (U2) il gas di processo ? sottoposto alla reazione chimica di spostamento del gas d?acqua per convertire monossido di carbonio (CO) in biossido di carbonio (CO2). 9. The method according to claim 4 or 5, wherein in said second unit (U2) the process gas is subjected to the water gas displacement chemical reaction to convert carbon monoxide (CO) into carbon dioxide (CO2). 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, comprendente a valle di detta seconda unit? (U2) le ulteriori operazioni seguenti: - la rimozione del monossido di carbonio, del biossido di carbonio, dell?acqua e degli idrocarburi dal gas di processo; - la preparazione di una miscela costituita da, o essenzialmente costituita da, idrogeno e azoto con un rapporto molare di 3:1 circa; - la produzione di ammoniaca. 10. A method according to claim 9, comprising downstream of said second unit (U2) the following further operations: - removing carbon monoxide, carbon dioxide, water and hydrocarbons from the process gas; - preparing a mixture consisting of, or essentially consisting of, hydrogen and nitrogen with a molar ratio of approximately 3:1; - producing ammonia. 11. Metodo secondo la rivendicazione 1, dove detto gas contenente ossigeno ? aria atmosferica, o aria atmosferica arricchita in ossigeno, o una miscela di ossigeno e azoto, o ossigeno. 11. The method of claim 1, wherein said oxygen-containing gas is atmospheric air, or atmospheric air enriched in oxygen, or a mixture of oxygen and nitrogen, or oxygen.
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