JP2019151545A - アンモニア製造プラント - Google Patents

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Abstract

【課題】アンモニア合成プラントおよびシステムのための新規な圧縮トレイン構成を提供する。【解決手段】アンモニア製造プラント１は、供給ガス圧縮セクションと、プロセス空気圧縮セクション２２と、合成ガス圧縮セクション３４と、冷媒圧縮セクションとを備える。これらの圧縮セクションの少なくとも２つは、共に組み合わせられて、単一のドライバによって駆動される複合圧縮トレイン６１を形成し、アンモニア製造プラントの一般的な構成を簡素化する。【選択図】図１３

Description

本開示は、アンモニア合成プラントに関する。具体的には、アンモニア合成プラントおよびシステムのための新規な圧縮トレイン構成が本明細書に開示される。
アンモニアは、水溶液中でしばしば使用される、水への溶解度が高いガスである。アンモニア（ＮＨ３）は、とりわけ、硝酸、尿素、および硝酸塩、リン酸塩などの他のアンモニア塩の製造のために、いくつかの工業用途で使用される。アンモニア誘導体は、農業において広く使用されている。アンモニア製造の約８０％は、肥料の製作に使用される。
一般に、アンモニアは、以下の発熱反応（すなわち、熱を放出する反応）により窒素と水素との合成によって生成される：
Ｎ２＋３Ｈ２⇔２ＮＨ３＋ΔＨ
式中、ΔＨは、反応によって放出される熱である。
アンモニア製造は、通常、供給ガスから開始し、供給ガスは、例えばメタンのような水素源を提供する。窒素は、空気から得られる。アンモニア製造プロセスの詳細は、当業者に知られており、本明細書に開示されるシステムの新たな態様をよりよく理解するため、ならびに現行技術のプラントに対するその様々な利点および有益な効果をよりよく認識するために、プラントおよびプロセスのいくつかの特徴が後に想起されるであろう。
大まかに言えば、空気および供給ガスからアンモニアを製造するために行われる様々な処理ステップは、いくつかの圧縮トレインを必要とする。本明細書で理解されるように、「圧縮トレイン」という用語は、少なくとも１つのドライバと、ドライバによって駆動されて１つまたは複数のガス状流体を処理する１つまたは複数の圧縮機とを備える機械集合体を示す。本明細書で理解されるガス状流体またはガスは、任意の圧縮可能な流体である。
より具体的には、現行技術のアンモニア製造プラントでは、第１の圧縮トレインが、メタンなどの供給ガスを圧縮し、圧縮した供給ガスを一次水蒸気改質器および二次水蒸気改質器に送達するために必要である。第２の圧縮トレインが、プロセス空気を圧縮し、圧縮したプロセス空気を二次改質器に送達するために設けられる。シフト変換から得られた生合成ガス（合成ガス）は、第３の圧縮トレインによって圧縮される。さらなる第４の圧縮トレインが、アンモニア変換器内の合成ガスから生成されたアンモニアを冷却する冷媒流体を処理するために必要である。
図１は、現行技術による圧縮トレイン構成を有する、アンモニア製造プラント１の概略図を示す。運転中、供給ガス、例えばメタン（ＣＨ４）は、供給ガス圧縮トレイン３を通って一次触媒水蒸気改質器５に送達される。供給ガス圧縮トレイン３は、第１のドライバ７と、供給ガス圧縮セクション８とを備える。後者は、圧縮機９を備えることができる。
プロセス水蒸気は、１１において一次触媒水蒸気改質器５に送達され、供給ガスが水蒸気と反応し、反応により一酸化炭素および水素を発生する
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ＋３Ｈ２
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２
一次改質器５は、二次水蒸気改質器１５に流体結合され、二次水蒸気改質器１５は、プロセス空気入口ライン１７からのプロセス空気に加えて一次改質器５からの反応生成物を受け取る。プロセス空気は、プロセス空気圧縮トレイン１９によって圧縮される。
プロセス空気圧縮トレイン１９は、プロセス空気圧縮セクション２２を駆動することができる第２のドライバ２１を備える。この後者は、例えば直列に配置された第１のプロセス空気圧縮機２３および第２のプロセス空気圧縮機２５を含むことができる。インタークーラ２７は、第１のプロセス空気圧縮機２３と第２のプロセス空気圧縮機２５との中間に配置することができる。
二次水蒸気改質器１５では、一次触媒水蒸気改質器５からの未反応ＣＨ４は、燃焼により一酸化炭素（ＣＯ）および二酸化炭素（ＣＯ２）に変換される。得られたガス混合物は生合成ガスであり、シフト変換ユニット２９に送達される。
シフト変換ユニット２９では、一酸化炭素は、以下の反応により二酸化炭素に変換される
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２
得られたガス混合物は、スクラバ３１に送達され、ここで二酸化炭素が除去され、得られたガス混合物はメタン化セクション３３に送達される。スクラバ３１からのガス流中に含まれる残留一酸化炭素は、メタン化セクション３３における水素化によって変換され、反応によりＣＨ４およびＨ２Ｏを発生する
ＣＯ＋３Ｈ２⇔ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ
Ｏ２＋４Ｈ２⇔ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ
このようにして得られたガス混合物は、ドライヤ３５を通って供給され、得られた純粋な合成ガスは、主に窒素および水素を含み、合成ガス圧縮セクション３４によって圧縮される。
合成ガス圧縮セクション３４は、第３のドライバによって駆動される１つまたは複数の圧縮機を備えることができる。図１の概略図において、合成ガス圧縮セクション３４は、第３のドライバ３９によって駆動される、第１の圧縮機３６および第２の圧縮機３７を備える。圧縮機３６、３７および第３のドライバ３９は、合成ガス圧縮トレイン４１を形成する。インタークーラ４２、４４は、圧縮セクションの間および／または合成ガス圧縮セクション３４の圧縮機の間に設けることができる。
圧縮した合成ガスは、アンモニア変換器４３に送達され、アンモニア合成反応により所望の最終生成物アンモニアを発生する
３Ｈ２＋Ｎ２⇔２ＮＨ３
アンモニア変換器４３からのアンモニアは、チラー４５で冷却される。冷却は、冷媒圧縮トレイン４８を備える冷凍サイクルによって達成される。冷媒圧縮トレイン４８は、冷媒圧縮セクション４６と、第４のドライバ４７とを備える。冷媒圧縮セクション４６は、第１の圧縮機４９と、第２の圧縮機５１とを含むことができ、それらの間にインタークーラ５３を備えることができる。
冷却されたアンモニアは、液体／ガスセパレータ５５を通って流れ、ここでガス状アンモニアが除去され、再循環ライン５７によって図式的に表されるように、合成ガス圧縮トレインを通って再循環される。
上記で簡単に説明したアンモニア製造システムは複雑であり、４つの圧縮トレインを必要とし、各々が４つの圧縮セクション、すなわち、供給ガス圧縮セクション８、プロセス空気圧縮セクション２２、合成ガス圧縮セクション３４、および冷媒圧縮セクション４６の１つを用いる。各圧縮セクションには、それぞれのドライバ、すなわち第１のドライバ７、第２のドライバ２１、第３のドライバ３９および第４のドライバ４７が設けられ、４つの圧縮トレイン、すなわち供給ガス圧縮トレイン３、プロセス空気圧縮トレイン１９、合成ガス圧縮トレイン４１および冷媒圧縮トレイン４８を形成する。
いくつかの圧縮トレインの要件は、アンモニア製造プラントを複雑かつ高価にする。したがって、アンモニア製造プラントの一般的な構成を簡素化することが望ましい。
一態様では、本明細書に開示される主題は、複数の圧縮セクション、またはいわゆる「サービス」を備える、アンモニア製造プラントを対象とする。プラントは、供給ガス圧縮セクションと、プロセス空気圧縮セクションと、合成ガス圧縮セクションと、冷媒圧縮セクションとを含むことができる。本明細書に開示される実施形態によれば、前記圧縮セクションの少なくとも２つが組み合わせられ、単一のドライバによって駆動される複合圧縮トレインを形成する。したがって、プラントの複雑性が低減される。ドライバの数が削減され、これはプラントのコスト削減につながり得る。
いくつかの実施形態によれば、３つの圧縮セクションは、単一のドライバによって駆動される、単一の複合圧縮トレインに組み合わせられる。
別の態様では、本明細書に開示される主題は、複数のガス圧縮セクション、例えば、供給ガス圧縮セクションと、プロセス空気圧縮セクションと、合成ガス圧縮セクションと、アンモニア冷媒圧縮セクションとを備える、アンモニア製造プラントを対象とする。いくつかの実施形態では、冷媒圧縮セクションは、低コストおよび高効率の点で特別な利点を提供する、ギヤ内蔵型圧縮機を備える。
特徴および実施形態が、本明細書において以下で開示され、本明細書の一体の一部分を形成する添付の特許請求の範囲にさらに記載される。以上の簡単な説明は、以下の詳細な説明をよりよく理解できるようにするため、および本発明の技術的貢献をよりよく理解できるようにするために、本発明の様々な実施形態の特徴を記載している。当然ながら、以下で説明され、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の他の特徴も存在する。この点で、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の様々な実施形態が、それらの応用において、以下の説明に記載され、あるいは図面に示される構造の詳細および構成要素の構成に制限されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施および実行することができる。また、本明細書で用いられる表現および専門用語は説明を目的とするものであり、限定とみなすべきではないことを理解されたい。
このように、当業者であれば、本開示が基づく構想が、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、および／またはシステムを設計する基礎として容易に利用することができることを理解するであろう。したがって、本発明の趣旨および範囲から逸脱しない限り、特許請求の範囲はこのような等価な構造を含むとみなすことが重要である。
開示される本発明の実施形態およびそれらに付随する多くの利点のさらに完全な認識が、それらが以下の詳細な説明を参照し、添付の図面と併せて検討することによってよりよく理解されるときに、容易に得られるであろう。
上述したように、現行技術のアンモニア製造プラントの概略図である。 本開示による複合圧縮トレインの第１の概略図である。 本開示による複合圧縮トレインの第２の概略図である。 本開示による複合圧縮トレインの第３の概略図である。 本開示による複合圧縮トレインの第４の概略図である。 本開示による複合圧縮トレインの第５の概略図である。 本開示による複合圧縮トレインの第６の概略図である。 図７の圧縮トレインの圧縮機の詳細を示す図である。 本開示による複合圧縮トレインの第７の概略図である。 本開示による複合圧縮トレインの第８の概略図である。 本開示による複合圧縮トレインの第９の概略図である。 本開示による複合圧縮トレインの第１０の概略図である。 本開示による複合圧縮トレインの第１１の概略図である。 冷媒圧縮セクションおよび供給ガス圧縮セクションをグループ化した複合圧縮トレインを有する、本開示によるアンモニア製造プラントの概略図である。 合成ガス圧縮セクションおよび冷媒圧縮セクションをグループ化した複合圧縮トレインを有する、本開示によるアンモニア製造プラントのさらなる概略図である。 供給ガス圧縮セクション、冷媒圧縮セクションおよびプロセス空気圧縮セクションをグループ化した複合圧縮トレインを有する、本開示によるアンモニア製造プラントの別のさらなる概略図である。
例示的な実施形態についての以下の詳細な説明では、添付の図面を参照する。別々の図面における同じ参照番号は、同じかまたは同様の要素を表す。加えて、図面は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
本明細書の全体を通して、「一実施形態」、「実施形態」または「いくつかの実施形態」への言及は、ある実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造または特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通して様々な場所で「一実施形態では」または「実施形態では」または「いくつかの実施形態では」という表現が現れても、必ずしも同じ実施形態（単数および複数）を指すものではない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせられてもよい。
アンモニア製造プラントのための構成が本明細書に開示され、通常、プラントの「サービス」とも呼ばれる少なくとも２つの圧縮セクションは、単一の圧縮トレインに組み合わせられ、それにより圧縮トレインおよび関連するドライバの総数が削減され、プラントが大幅に簡素化される。
いくつかの実施形態では、２つのサービス、すなわち２つの圧縮セクションのみが、共通の単一のドライバによって駆動される単一の圧縮トレインに組み合わせられる。他の実施形態では、３つの圧縮セクション、またはサービスが単一の圧縮トレインに組み合わせられ、それにより単一のドライバが３つのサービス、または圧縮セクションに動力を供給し、プラント全体の設置面積および複雑性をさらに低減する。
いくつかの特に有益な構成では、１つまたは複数の圧縮セクションは、ギヤ内蔵型圧縮機を含むことができる。これらの圧縮機は、ドライバに駆動結合された中央ブルギアを特徴とする。ブルギアは、複数のピニオンと噛合する。各ピニオンは、１つまたは複数の圧縮機ホイールを回転させる。圧縮機は、異なる圧縮機段の異なる回転速度を提供する歯車装置を含むので、ギヤ内蔵型と呼ばれる。本明細書に開示される構成では、ギヤ内蔵型圧縮機は、標準的なビーム遠心圧縮機よりも安価かつ効率的であり得る。
本明細書で理解されるように、ドライバは、圧縮機または圧縮トレインを駆動して回転させるように適合される機械的動力発生機械である。いくつかの実施形態では、ドライバは、ガスタービンエンジンを含むことができる。他の実施形態では、ドライバは、電気モータを含むことができる。本明細書に開示される実施形態では、ドライバは、蒸気タービンを含むことができる。
通常、２つ以上の圧縮トレインが必要とされるので、典型的には、少なくとも２つの圧縮トレイン、２つ以上のドライバがプラントに存在する。ドライバは、性質が同様であっても、異なっていてもよい。例えば、すべてのドライバが蒸気タービンでもよいが、これは必須ではない。いくつかの実施形態では、２つ以上の異なる種類のドライバ、例えば、電気モータ、蒸気タービン、ガスタービンを同じプラントで組み合わせることができる。
いくつかの実施形態では、ドライバには、スルーシャフト、すなわちドライバの両側から軸方向に延びる駆動シャフト部分またはシャフト端部を設けることができ、それにより従動機械、すなわち圧縮機は、ドライバの両側に配置することができ、したがって圧縮トレインのシャフトラインに沿って中間位置に位置する。
業界に適用可能な新たなアンモニアプラントが発明された。図２、図３、図４、図５、図６、図７、図７Ａ、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４および図１５を参照して以下に説明されるその実施形態は、新たな本発明のアンモニアプラントが圧縮セクションの簡素化された、新規かつ有用な構成を提供するという点で、図１を参照して上述した現行技術のアンモニアプラントとは異なる。
より具体的には、以下の説明から明らかになるように、２つ以上の圧縮セクションを複合圧縮トレインに組み合わせることができ、それにより１つの同じドライバが２つ以上の圧縮セクションを動作させる駆動力を提供することができる。したがって、以下に開示される構成は、全体的な設置面積および必要な機械の総数の減少により、システムの簡素化された構成をもたらす。
本開示の様々な実施形態は、圧縮セクションおよび関連するドライバの構成に関する限り、詳細に説明される。アンモニア製造システムの残りのセクションおよび構成要素の全体的なレイアウトは、図１に示すように残ることができる。いくつかの可能なレイアウトのみが、図１３、図１４および図１５を参照して後で説明される。
いくつかの実施形態によれば、図２に概略的に示すように、供給ガス圧縮セクション８と冷媒圧縮セクション４６は、単一のドライバ６３によって駆動される複合圧縮トレイン６１において互いに組み合わせられる。
供給ガス圧縮セクション８は、１つまたは複数の圧縮機を備えることができる。図２の実施形態では、供給ガス圧縮セクション８は、単一の供給ガス圧縮機６２を備える。いくつかの実施形態では、供給ガス圧縮機６２は、ギヤ内蔵型圧縮機とすることができる。
冷媒圧縮セクション４６は、１つまたは複数の圧縮機を備えることができる。図２の実施形態では、冷媒圧縮セクション４６は、単一の冷媒圧縮機６４を備える。いくつかの実施形態では、冷媒圧縮機６４は、ギヤ内蔵型圧縮機とすることができる。
いくつかの実施形態では、供給ガス圧縮セクション８および冷媒圧縮セクション４６は、ドライバ６３の一方の側にのみ配置され得るが、現在の好ましい実施形態では、図２に概略的に示すように、ドライバ６３は、第１のシャフト端部６５Ａおよび第２のシャフト端部６５Ｂを備える両頭ドライバである。２つのシャフト端部６５Ａ、６５Ｂは、ドライバ６３を通って延びる１つの同じシャフトの端部とすることができる。他の実施形態では、ドライバ６３は、互いに独立して回転し、ドライバの対向する側に突出する２つのシャフトを含むことができる。いくつかの実施形態では、ドライバから突出する２つのシャフトは、必要に応じて異なる回転速度で回転することができる。
例えば、ドライバ６３は、１つまたは複数の回転タービンホイールを有するタービンとすることができる。いくつかの実施形態では、ドライバ６３は、蒸気タービンであってもよい。タービンは、２つのグループのタービンホイールを備えることができ、各グループは、同じまたは異なる回転速度で回転する別々のシャフトに取り付けることができる１つまたは複数のホイールを含む。各シャフトは、ドライバケーシングの２つの軸方向の対向する側のそれぞれの１つからそれぞれのシャフト端部に突出し、供給ガス圧縮セクション８および冷媒圧縮セクション４６のそれぞれの１つに駆動結合される。
図３を参照すると、さらなる実施形態によれば、供給ガス圧縮セクション８は、プロセス空気圧縮セクション２２と組み合わせて、単一のドライバ７３を備える複合圧縮トレイン７１を形成することができる。供給ガス圧縮セクション８は、１つまたは複数の圧縮機を備えることができる。図３の実施形態では、供給ガス圧縮セクション８は、単一の供給ガス圧縮機７２、例えばギヤ内蔵型圧縮機を備える。プロセス空気圧縮セクション２２は、１つまたは複数の圧縮機を備えることができる。図３の実施形態では、プロセス空気圧縮セクション２２は、単一のプロセス空気圧縮機７４、例えばギヤ内蔵型圧縮機を備える。
いくつかの実施形態では、供給ガス圧縮セクション８およびプロセス空気圧縮セクション２２は、ドライバ７３の一方の側にのみ配置され得るが、現在の好ましい実施形態では、図２に概略的に示すように、ドライバ７３は、第１および第２のシャフト端部７５Ａ、７５Ｂとそれぞれ供給ガス圧縮セクション８およびプロセス空気圧縮セクション２２に機械結合される両頭ドライバである。ドライバ７３は、図２に関連して上述したドライバ６３として構成することができる。
さらなる実施形態によれば、図４に示すように、複合圧縮トレイン８１は、単一のドライバ８３に駆動結合される冷媒圧縮セクション４６およびプロセス空気圧縮セクション２２を備えることができる。
図２および図３に関連して説明したものと同様に、図４の冷媒圧縮セクション４６は、１つまたは複数の圧縮機を備えることができる。図４の実施形態では、冷媒圧縮セクション４６は、単一の冷媒圧縮機８２を備える。いくつかの実施形態では、冷媒圧縮機８２は、ギヤ内蔵型圧縮機とすることができる。他の実施形態では、冷媒圧縮セクション４６は、直列の２つの圧縮機と、場合によってはそれらの間に配置されたインタークーラとを備えることができる。
プロセス空気圧縮セクション２２は、１つまたは複数の圧縮機を備えることができる。図４の実施形態では、プロセス空気圧縮セクション２２は、単一のプロセス空気圧縮機８４を備える。いくつかの実施形態では、プロセス空気圧縮機８４は、ギヤ内蔵型圧縮機とすることができる。
いくつかの実施形態では、プロセス空気圧縮セクション２２および冷媒圧縮セクション４６は、ドライバ８３の一方の側にのみ配置され得るが、現在の好ましい実施形態では、図４に概略的に示すように、かつ図２および図３と同様に、ドライバ８３は、第１のシャフト端部８５Ａおよび第２のシャフト端部８５Ｂを備える両頭ドライバである。２つのシャフト端部８５Ａ、８５Ｂは、それぞれ冷媒圧縮セクション４６およびプロセス空気圧縮セクション２２に駆動結合される。
さらなる実施形態では、３つ以上の圧縮セクションを、単一のドライバによって駆動される１つの複合圧縮トレインに配置することができる。
図５には、２つのシャフト端部９５Ａ、９５Ｂを有する単一のドライバ９３を含む、複合圧縮トレイン９１を備える実施形態が示されている。複合圧縮トレイン９１は、冷媒圧縮セクション４６、供給ガス圧縮セクション８およびプロセス空気圧縮セクション２２の圧縮機によって形成される。図５の実施形態では、冷媒圧縮セクション４６は、単一の圧縮機９６、例えばギヤ内蔵型圧縮機を備える。供給ガス圧縮セクション８は、単一の圧縮機９７、例えば垂直に分割された遠心圧縮機または水平に分割された遠心圧縮機などの、ドライブスルーを有するベアリング間遠心圧縮機を備える。
本明細書で使用する場合、「ドライブスルー圧縮機（ｄｒｉｖｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）」という用語は、圧縮機ケーシングを通って延び、ケーシングの対向する側から突出する第１のシャフト端部および第２のシャフト端部を有するシャフトを備える圧縮機として理解することができ、それにより圧縮機ロータは、圧縮機の両側に配置された機械に駆動結合することができ、機械的動力が圧縮機を通って流れることができる。本明細書で使用する場合、「ベアリング間圧縮機」という用語は、その２つの端部で２つのベアリング構成によって支持され、２つのベアリング構成の間に配置された複数の圧縮機インペラを支持するシャフトを有する圧縮機として理解することができる。
圧縮機９７のドライブシャフトは、機械的動力をドライバ９３の２つのシャフト端部９５Ａ、９５Ｂの１つから圧縮機９６に伝達するように、圧縮機ケーシングを通って延びる。
プロセス空気圧縮セクション２２は、単一の圧縮機９８、例えばギヤ内蔵型圧縮機を備えることができる。
図５の実施形態では、冷媒圧縮セクション４６および供給ガス圧縮セクション８は、ドライバ９３の一方の側に配置され、プロセス空気圧縮セクション２２は、ドライバ９３の他方の側に配置されているが、他の構成も可能である。例えば、供給ガス圧縮セクション８およびプロセス空気圧縮セクション２２は、ドライバ９３の同じ側に配置されてもよく、冷媒圧縮セクション４６は、その反対側に配置される。
図６は、さらなる複合圧縮トレイン１０１を示し、図５と同じ圧縮セクションが設けられ、シャフト端部１０５Ａ、１０５Ｂを有する単一のドライバ１０３に駆動結合される。しかし、圧縮セクションの並びは異なる。図６の実施形態では、図５を引き続き参照すると、冷媒圧縮セクション４６は、ドライバ１０３と供給ガス圧縮セクション８との間に配置された単一の圧縮機１０６を備えることができ、これは単一の供給ガス圧縮機１０７を備えることができる。冷媒圧縮機１０６は、動力をドライバ１０３から供給ガス圧縮機１０７に伝達するために、ドライブシャフトが通って延びるベアリング間圧縮機、例えば垂直に分割されたまたは水平に分割された遠心圧縮機とすることができる。この後者は、例えば、ギヤ内蔵型圧縮機とすることができる。プロセス空気圧縮セクション２２は、ドライバ１０３の反対側に配置され、単一の圧縮機、例えばギヤ内蔵型圧縮機１０８を含むことができる。
ドライバ９３または１０３は、図２および図３に関連して上述したように構成することができる。
図２、図３、図４、図５および図６に示す実施形態では、複合圧縮トレインに配置されていないプラント１のそれらの圧縮セクションは、現行技術に従って設計することができる。しかし、他の実施形態では、それらは第２の複合圧縮トレインに組み合わせることができ、それにより２つの圧縮トレインおよび２つのドライバのみが同じプラント１に設けられる。例えば、冷媒圧縮セクション４６と供給ガス圧縮セクション８を単一の複合圧縮トレイン６１に組み合わせる場合には、合成ガス圧縮セクション３４とプロセス空気圧縮セクション２２を別の複合圧縮トレインに組み合わせることができる。
合成ガス圧縮セクション３４を含む圧縮トレインの例示的な実施形態を、以下に開示する。
図７は、合成ガス圧縮セクションと、冷媒圧縮セクションとを含む複合圧縮トレイン１１１の実施形態を示す。図７の実施形態は、本明細書に開示される他の実施形態と組み合わせることができる。
図７の圧縮トレイン１１１は、シャフト端部１１５Ａ、１１５Ｂを有する単一のドライバ１１３からなる。複合圧縮トレイン１１１は、合成ガス圧縮セクション３４と、冷媒圧縮セクション４６とを含む。いくつかの実施形態では、図７に示すように、圧縮セクション３４、４６は、単一のドライバ１１３の対向する側に配置される。他の実施形態では、圧縮セクション３４、４６は、ドライバ１１３の同じ側に配置することができる。
いくつかの実施形態では、合成ガス圧縮セクション３４は、２つの合成ガス圧縮機１１６および１１７を備えることができる。例えば、圧縮機１１６は、高圧比圧縮機とすることができる。本明細書で使用する場合、「高圧比圧縮機」という用語は、４０を超える、好ましくは約５０以上の圧縮比を有する遠心圧縮機として理解することができる。
いくつかの実施形態では、合成ガス圧縮機１１６、１１７の１つ、例えば高圧比圧縮機１１６は、リサイクルインペラを含むことができる。リサイクルインペラは、エンドベアリングによって支持されるシャフトの突出する端部にオーバーハング式に取り付けられ、圧縮機段は、ベアリング間に配置される。図７Ａは、ベアリング１１６．３によってケーシング１１６．１に支持された中央シャフト１１６．５を有する遠心圧縮機１１６を概略的に示す。圧縮機インペラ１１６．２は、シャフト１１６．５にベアリング間構成で配置される。シャフト１１６．５の端部は、オーバーハングしたリサイクルインペラ１１６．４を支持する。
第２の圧縮機１１７は、ドライバ１１３を圧縮機１１６に接続する、スルーシャフトを有する垂直に分割されたまたは水平に分割された遠心圧縮機とすることができる。
冷媒圧縮セクション４６は、単一の圧縮機１１９を備えることができる。図７の実施形態では、圧縮機１１９は、ギヤ内蔵型圧縮機である。
図８は、合成ガス圧縮セクション３４と、プロセス空気圧縮セクション２２とを備える複合圧縮トレイン１２１のさらなる実施形態を示す。図８の圧縮トレイン１２１は、ドライバ１２３をそれぞれ合成ガス圧縮セクション３４およびプロセス空気圧縮セクション２２に接続するシャフト端部１２５Ａ、１２５Ｂを有する単一のドライバ１２３からなる。図示されていないいくつかの実施形態では、圧縮セクション３４、２２は、ドライバ１２３の同じ側に配置することができる。図７と同様に、圧縮トレイン１２１のいくつかの実施形態では、合成ガス圧縮セクション３４は、２つの合成ガス圧縮機１２６および１２７を備えることができる。例えば、圧縮機１２６は、高圧比圧縮機とすることができる。いくつかの実施形態では、高圧比圧縮機は、リサイクルインペラを含むことができる。第２の圧縮機１２７は、ドライバ１２３を圧縮機１２６に接続する、スルーシャフトを有する垂直に分割されたまたは水平に分割された遠心圧縮機とすることができる。
プロセス空気圧縮セクション２２は、単一の圧縮機１２９を備えることができる。図８の実施形態では、圧縮機１２９は、ギヤ内蔵型圧縮機である。
図９は、合成ガス圧縮セクションと、冷媒圧縮セクションとを含む複合圧縮トレイン１１１の実施形態を示す。図９の実施形態は、本明細書に開示される他の実施形態と組み合わせることができる。
図９の圧縮トレイン１１１は、シャフト端部１１５Ａ、１１５Ｂを有する単一のドライバ１１３からなる。複合圧縮トレイン１１１は、合成ガス圧縮セクション３４と、冷媒圧縮セクション４６とを含む。いくつかの実施形態では、図９に示すように、圧縮セクション３４、４６は、単一のドライバ１１３の対向する側に配置される。他の実施形態では、圧縮セクション３４、４６は、ドライバ１１３の同じ側に配置することができる。
いくつかの実施形態では、合成ガス圧縮セクション３４は、２つの合成ガス圧縮機１１６および１１７を備えることができる。例えば、圧縮機１１６は、高圧比圧縮機とすることができる。いくつかの実施形態では、高圧比圧縮機は、リサイクルインペラを含むことができる。第２の圧縮機１１７は、ドライバ１１３を圧縮機１１６に接続する、スルーシャフトを有する垂直に分割されたまたは水平に分割された遠心圧縮機とすることができる。
図９の実施形態では、冷媒圧縮セクション４６は、高圧比圧縮機を備えることができる。
図１０は、合成ガス圧縮セクション３４と、プロセス空気圧縮セクション２２とを備える複合圧縮トレイン１２１のさらなる実施形態を示す。
図１０の圧縮トレイン１２１は、ドライバ１２３をそれぞれ合成ガス圧縮セクション３４およびプロセス空気圧縮セクション２２に接続するシャフト端部１２５Ａ、１２５Ｂを有する単一のドライバ１２３からなる。図示されていないいくつかの実施形態では、圧縮セクション３４、２２は、ドライバ１２３の同じ側に配置することができる。
図９と同様に、圧縮トレイン１２１のいくつかの実施形態では、合成ガス圧縮セクション３４は、２つの合成ガス圧縮機１１６および１１７を備えることができる。例えば、圧縮機１１６は、高圧比圧縮機とすることができる。いくつかの実施形態では、高圧比圧縮機は、リサイクルインペラを含むことができる。第２の圧縮機１２７は、ドライバ１１３を圧縮機１１６に接続する、スルーシャフトを有する垂直に分割されたまたは水平に分割された遠心圧縮機とすることができる。
図１０は、図８の実施形態と実質的に同様の実施形態を示す。図１０において、プロセス空気圧縮セクション２２は、高圧比圧縮機１２９を備える。
図１１は、合成ガス圧縮セクション３４を含む複合圧縮トレインのさらなる実施形態を示す。図１１の圧縮トレインは、全体として符号１３１で示され、２つのシャフト端部１３５Ａ、１３５Ｂを有することができる単一のドライバ１３３を備えることができ、それにより圧縮トレイン１３１内に組み合わせられた２つの圧縮セクションがドライバ１３３の対向する側に配置される。図示されていない他の実施形態では、圧縮トレイン１３１の圧縮機は、すべてドライバ１３３の同じ側に配置することができる。
シャフト端部１３５Ａは、１つまたは２つの圧縮機を含むことができる合成ガス圧縮セクション３４を駆動する。図１１に示す実施形態では、合成ガス圧縮セクション３４は、第１の圧縮機１３６と、第２の圧縮機１３７とを備える。第１の圧縮機１３６は、例えば、リサイクルインペラを有する高圧比圧縮機とすることができ、第２の圧縮機１３７は、ドライブスルーシャフトを有するベアリング間圧縮機、例えば垂直に分割されたまたは水平に分割された遠心圧縮機とすることができる。２つの圧縮機１３６および１３７は、直列に配置することができ、第２の圧縮機１３７は、第１の圧縮機１３６の上流に配置される。図８および図１０の圧縮機１２６、１２７および図９の圧縮機１１６、１１７についても同様の直列構成を設けることができる。
供給ガス圧縮セクション８は、単一の圧縮機、例えばギヤ内蔵型圧縮機１３９を含むことができる。
他の実施形態では、供給ガス圧縮セクション８は、ベアリング間圧縮機を含むことができ、図１２に示すように、さらなる複合圧縮トレイン１４１が示される。圧縮トレイン１４１は、順に配置された第１の圧縮機１４６および第２の圧縮機１４７からなる合成ガス圧縮セクション３４を備え、第２の圧縮機１４７は、第１の圧縮機１４６の上流に配置される。圧縮トレイン１４１は、ベアリング間圧縮機、例えば垂直に分割されたまたは水平に分割された遠心圧縮機を含む供給ガス圧縮セクション８をさらに備える。圧縮セクション３４および８は、ドライバ１４３の対向する側に配置され、それぞれ第１のシャフト端部１４５Ａおよび第２のシャフト端部１４５Ｂに駆動結合される。図示されていない他の実施形態では、圧縮機は、すべて共通のドライバ１４３の同じ側に配置することができる。
図２、図３、図４、図５、図６、図７、図７Ａ、図８、図９、図１０、図１１および図１２は、例示的な圧縮トレインを隔離して示しているが、図１３、図１４および図１５は、本開示の複合圧縮トレインを使用するアンモニア製造プラント１を例として示す。
より具体的には、図１３は、図１のアンモニア製造プラント１の主要構成要素を示し、供給ガス圧縮セクションおよび冷媒圧縮セクションは、図２に示す複合圧縮トレイン６１に共に集められる。図１および図２で使用される同じ参照番号は、図１３の同じまたは対応する構成要素または要素を示す。プロセス空気圧縮トレイン１９および合成ガス圧縮トレイン４１は、図１のように構成される。
図１４は、図１のアンモニア製造プラント１の主要構成要素を示し、合成ガス圧縮セクションおよび冷媒圧縮セクションは、図７または図９に関連して上述した構造を有する単一の圧縮トレイン１１１に共に集められる。供給ガス圧縮セクションおよびプロセス空気圧縮セクションは、上述の図３に示すように、単一の圧縮トレイン７１に共に集められる。
図１５は、アンモニア製造プラント１の概略図を再び示し、供給ガス圧縮セクション、冷媒圧縮セクションおよびプロセス空気圧縮セクションは、図６に示すレイアウトを有する単一の複合圧縮トレイン１０１に集められる。
本明細書で説明される主題の開示された実施形態が図面に示され、いくつかの例示的な実施形態と結び付けて具体的かつ詳細に上で十分に説明されてきたが、多くの修正、変更、および省略が、本明細書に記載された新たな教示、原理および概念、ならびに添付の特許請求の範囲に述べられる主題の利点から著しく逸脱することなく可能であることが当業者には明らかであろう。したがって、開示される技術革新の適切な範囲は、すべてのそのような修正、変更、および省略を含むように、添付の特許請求の範囲を最も広く解釈することによってのみ定められるべきである。加えて、プロセスまたは方法のあらゆるステップの順序または並びは、代替の実施形態によれば、変更されてもよく、または並べ直されてもよい。
１ アンモニア製造プラント
３ 供給ガス圧縮トレイン
５ 一次触媒水蒸気改質器、一次改質器
７ 第１のドライバ
８ 供給ガス圧縮セクション
９ 圧縮機
１５ 二次水蒸気改質器
１７ プロセス空気入口ライン
１９ プロセス空気圧縮トレイン
２１ 第２のドライバ
２２ プロセス空気圧縮セクション
２３ 第１のプロセス空気圧縮機
２５ 第２のプロセス空気圧縮機
２７ インタークーラ
２９ シフト変換ユニット
３１ スクラバ
３３ メタン化セクション
３４ 合成ガス圧縮セクション
３５ ドライヤ
３６ 第１の圧縮機
３７ 第２の圧縮機
３９ 第３のドライバ
４１ 合成ガス圧縮トレイン
４２ インタークーラ
４３ アンモニア変換器
４４ インタークーラ
４５ チラー
４６ 冷媒圧縮セクション
４７ 第４のドライバ
４８ 冷媒圧縮トレイン
４９ 第１の圧縮機
５１ 第２の圧縮機
５３ インタークーラ
５５ 液体／ガスセパレータ
５７ 再循環ライン
６１ 複合圧縮トレイン
６２ 供給ガス圧縮機
６３ ドライバ
６４ 冷媒圧縮機
６５Ａ 第１のシャフト端部
６５Ｂ 第２のシャフト端部
７１ 複合圧縮トレイン
７２ 供給ガス圧縮機
７３ ドライバ
７４ プロセス空気圧縮機
７５Ａ 第１のシャフト端部
７５Ｂ 第２のシャフト端部
８１ 複合圧縮トレイン
８２ 冷媒圧縮機
８３ ドライバ
８４ プロセス空気圧縮機
８５Ａ 第１のシャフト端部
８５Ｂ 第２のシャフト端部
９１ 複合圧縮トレイン
９３ ドライバ
９５Ａ シャフト端部
９５Ｂ シャフト端部
９６ 圧縮機
９７ 圧縮機
９８ 圧縮機
１０１ 複合圧縮トレイン
１０３ ドライバ
１０５Ａ シャフト端部
１０５Ｂ シャフト端部
１０６ 冷媒圧縮機
１０７ 供給ガス圧縮機
１０８ ギヤ内蔵型圧縮機
１１１ 複合圧縮トレイン
１１３ ドライバ
１１５Ａ シャフト端部
１１５Ｂ シャフト端部
１１６ 合成ガス圧縮機、遠心圧縮機、高圧比圧縮機
１１６．１ ケーシング
１１６．２ 圧縮機インペラ
１１６．３ ベアリング
１１６．４ リサイクルインペラ
１１６．５ 中央シャフト
１１７ 合成ガス圧縮機、第２の圧縮機
１１９ 圧縮機
１２１ 複合圧縮トレイン
１２３ ドライバ
１２５Ａ シャフト端部
１２５Ｂ シャフト端部
１２６ 合成ガス圧縮機
１２７ 合成ガス圧縮機、第２の圧縮機
１２９ 高圧比圧縮機
１３１ 複合圧縮トレイン
１３３ ドライバ
１３５Ａ シャフト端部
１３５Ｂ シャフト端部
１３６ 第１の圧縮機
１３７ 第２の圧縮機
１３９ ギヤ内蔵型圧縮機
１４１ 複合圧縮トレイン
１４３ ドライバ
１４５Ａ 第１のシャフト端部
１４５Ｂ 第２のシャフト端部
１４６ 第１の圧縮機
１４７ 第２の圧縮機

Claims (16)

  1. 供給ガス圧縮セクション（８）と、
    プロセス空気圧縮セクション（２２）と、
    合成ガス圧縮セクション（３４）と、
    冷媒圧縮セクション（４６）と
    を備え、
    前記圧縮セクション（８、２２、３４、４６）の少なくとも２つは、組み合わせられて単一のドライバ（６３、７３、８３、９３、１０３、１１３、１２３、１３３、１４３）によって駆動される複合圧縮トレイン（６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１２１、１３１、１４１）を形成する、アンモニア製造プラント（１）。
  2. 前記単一のドライバ（６３、７３、８３、９３、１０３、１１３、１２３、１３３、１４３）が、蒸気タービンである、請求項１に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  3. 前記単一のドライバ（６３、７３、８３、９３、１０３、１１３、１２３、１３３、１４３）が、ドライバケーシングの対向する側の第１のシャフト端部（６５Ａ、７５Ａ、８５Ａ、９５Ａ、１０５Ａ、１１５Ａ、１２５Ａ、１３５Ａ、１４５Ａ）および第２のシャフト端部（６５Ｂ、７５Ｂ、８５Ｂ、９５Ｂ、１０５Ｂ、１１５Ｂ、１２５Ｂ、１３５Ｂ、１４５Ｂ）を備える両頭ドライバであり、前記少なくとも２つの圧縮セクション（８、２２、３４、４６）の第１の圧縮セクション（８、２２、３４、４６）が、前記第１のシャフト端部（６５Ａ、７５Ａ、８５Ａ、９５Ａ、１０５Ａ、１１５Ａ、１２５Ａ、１３５Ａ、１４５Ａ）に駆動結合され、前記少なくとも２つの圧縮セクション（８、２２、３４、４６）の第２の圧縮セクション（８、２２、３４、４６）が、前記第２のシャフト端部（６５Ｂ、７５Ｂ、８５Ｂ、９５Ｂ、１０５Ｂ、１１５Ｂ、１２５Ｂ、１３５Ｂ、１４５Ｂ）に駆動結合される、請求項１または２に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  4. 前記複合圧縮トレイン（６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１２１、１３１、１４１）が、前記合成ガス圧縮セクション（３４）を備え、前記合成ガス圧縮セクション（３４）が、直列に配置された２つの圧縮機（１４６、１４７）を備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  5. 前記合成ガス圧縮セクション（３４）が、オーバーハングした構成のリサイクルインペラ（１１６．４）と、ベアリング（１１６．３）間のドライブスルー圧縮機（１１６）とを備える、請求項４に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  6. 前記複合圧縮トレイン（９１、１０１）が、前記単一のドライバ（９３、１０３）によって回転駆動される、前記供給ガス圧縮セクション（８）、プロセス空気圧縮セクション（２２）、合成ガス圧縮セクション（３４）、冷媒圧縮セクション（４６）の３つを備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  7. 前記複合圧縮トレイン（９１、１０１）が、前記冷媒圧縮セクション（４６）、前記供給ガス圧縮セクション（８）および前記プロセス空気圧縮セクション（２２）を組み合わせて備える、請求項６に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  8. 前記複合圧縮トレイン（９１、１０１）の第１の前記圧縮セクション（８、２２、４６）が、前記単一のドライバ（９３、１０３）の第１のシャフト端部（９５Ａ、１０５Ａ）に駆動結合され、前記複合圧縮トレイン（９１、１０１）の第２の前記圧縮セクション（８、２２、４６）が、前記単一のドライバ（９３、１０３）の第２のシャフト端部（９５Ｂ、１０５Ｂ）に駆動結合され、前記複合圧縮トレイン（９１、１０１）の第３の前記圧縮セクション（８、２２、４６）が、前記第１の圧縮セクション（８、２２、４６）に駆動結合され、前記第１の圧縮セクション（８、２２、４６）が、ドライブスルー圧縮機（１１６）を備える、請求項６または７に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  9. 前記複合圧縮トレイン（６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１２１、１３１、１４１）の前記圧縮セクション（８、２２、３４、４６）の少なくとも１つが、ギヤ内蔵型圧縮機（１０８、１３９）を備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  10. 前記複合圧縮トレイン（６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１２１、１３１、１４１）に含まれる以下の圧縮セクション（８、２２、４６）の少なくとも１つが、前記ギヤ内蔵型圧縮機（１０８、１３９）：
    前記冷媒圧縮セクション（４６）と、
    前記供給ガス圧縮セクション（８）と、
    前記プロセス空気圧縮セクション（２２）と
    を備える、請求項９に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  11. 前記複合圧縮トレイン（６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１２１、１３１、１４１）の前記圧縮セクション（８、２２、３４、４６）の少なくとも２つが、それぞれのギヤ内蔵型圧縮機（１０８、１３９）を備える、請求項９または１０に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  12. 前記少なくとも２つの圧縮セクション（８、２２、３４、４６）の前記ギヤ内蔵型圧縮機（１０８、１３９）が、前記単一のドライバ（６３、７３、８３、９３、１０３）の対向する側に配置され、前記単一のドライバ（６３、７３、８３、９３、１０３）の対向する第１のシャフト端部（６５Ａ、７５Ａ、８５Ａ、９５Ａ、１０５Ａ）および第２のシャフト端部（６５Ｂ、７５Ｂ、８５Ｂ、９５Ｂ、１０５Ｂ）に駆動結合される、請求項１１に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  13. 前記複合圧縮トレイン（６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１２１、１３１、１４１）が、少なくとも前記供給ガス圧縮セクション（８）と、前記冷媒圧縮セクション（４６）とを備え、前記供給ガス圧縮セクション（８）と前記冷媒圧縮セクション（４６）の両方が、それぞれのギヤ内蔵型圧縮機（１０８、１３９）を備える、請求項１１または１２に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  14. 前記複合圧縮トレイン（６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１２１、１３１、１４１）が、少なくとも前記供給ガス圧縮セクション（８）と、前記プロセス空気圧縮セクション（２２）とを備え、前記供給ガス圧縮セクション（８）と前記プロセス空気圧縮セクション（２２）の両方が、それぞれのギヤ内蔵型圧縮機（１０８、１３９）を備える、請求項１１または１２に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  15. 前記複合圧縮トレイン（６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１２１、１３１、１４１）が、少なくとも前記冷媒圧縮セクション（４６）と、前記プロセス空気圧縮セクション（２２）とを備え、前記冷媒圧縮セクション（４６）と前記プロセス空気圧縮セクション（２２）の両方が、それぞれのギヤ内蔵型圧縮機（１０８、１３９）を備える、請求項１１または１２に記載のアンモニア製造プラント（１）。
  16. 供給ガス圧縮セクション（８）と、
    プロセス空気圧縮セクション（２２）と、
    合成ガス圧縮セクション（３４）と、
    冷媒圧縮セクション（４６）と
    を備え、
    前記冷媒圧縮セクション（４６）は、ギヤ内蔵型圧縮機（１０８、１３９）を備える、アンモニア製造プラント（１）。
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