TW201529477A - 使用離子輸送膜、氣化器及氨合成單元的氨生產系統及方法 - Google Patents

使用離子輸送膜、氣化器及氨合成單元的氨生產系統及方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201529477A
TW201529477A TW104100999A TW104100999A TW201529477A TW 201529477 A TW201529477 A TW 201529477A TW 104100999 A TW104100999 A TW 104100999A TW 104100999 A TW104100999 A TW 104100999A TW 201529477 A TW201529477 A TW 201529477A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
product
nitrogen
oxygen
transport membrane
ion transport
Prior art date
Application number
TW104100999A
Other languages
English (en)
Inventor
Shankar Nataraj
John Michael Repasky
Charles Mitchell Woods
Original Assignee
Air Prod & Chem
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Prod & Chem filed Critical Air Prod & Chem
Publication of TW201529477A publication Critical patent/TW201529477A/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C01B13/0251—Physical processing only by making use of membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/36—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0495—Composition of the impurity the impurity being water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/068—Ammonia synthesis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C10J2300/092—Wood, cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal
    • C10J2300/0936—Coal fines for producing producer gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0943—Coke
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1656—Conversion of synthesis gas to chemicals
    • C10J2300/1668—Conversion of synthesis gas to chemicals to urea; to ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1678—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with air separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/04—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment reducing the carbon monoxide content, e.g. water-gas shift [WGS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

本發明關於利用氣化器製造合成氣以提供氫給氨反應器之氨生產系統。使用離子輸送膜組合件及任意低溫空氣分離單元提供氧給氣化器。該離子輸送膜組合件也提供高壓氮以便用於該氨反應器。

Description

使用離子輸送膜、氣化器及氨合成單元的氨生產系統及方法 關於聯邦政府資助的研發之說明
本發明憑藉著政府支持在氣體產品及化學品股份有限公司與美國能源部之間的合作協定編號DE-FC26-98FT40343的規範之下完成。美國政府對於本發明有一定的權利。
本發明關於利用氣化器製造合成氣以提供氫給氨反應器之氨生產系統。
使氮和氫反應以提供氨乃眾所周知。在1990年代早期便已經發展出氨的工業生產。氨係藉由氫氣和氮氣在以鐵為基礎的觸媒存在的情況下直接反應：3H2+N2→2NH3。氨合成反應屬於放熱性。因而，當反應溫度降低時平衡狀態將會移向氨的生成。然而，如同實務經驗，該反應溫度必須保持於夠高的水準以便能基於反應動力學於適當短時間內合 成得到可接受量的產物。即使是按習慣使用觸媒來加速反應速率也是一樣。熱力學的動機也偏好於高壓下，通常在約1.5至約34.6MPa的範圍中進行該反應。這些高壓需要相當大量能量，通常依照水蒸氣或電力的形式，來壓縮。
一般，氨的工業合成有兩個主要步驟。第一，準備氨合成原料氣體。這涉及產生氫氣和氮氣的混合物，及移除雜質和可能毒化觸媒的組分。毒化氨觸媒的主要氣體包括二氧化碳及一氧化碳，但是硫和分子氧(dioxygen)也可能毒化該氨觸媒。該氣體中的一氧化碳係利用水-煤氣轉化反應(water-gas shift reaction)轉化成氫和二氧化碳，其涉及一氧化碳與水蒸氣在轉化觸媒上面的反應。二氧化碳能藉由不同氣體純化技術來移除。第二，使該氨合成原料氣體通過該氨合成反應器。使該離開氨合成反應器的氨產物氣體冷卻，回收該氨產物，並且將未反應的氨合成氣體(亦即H2和N2)再循環至該氨合成反應器。
水蒸氣甲烷重組(SMR)衍然已經成為氨合成的傳統氫來源，但是僅適用於原料是輕質烴例如天然氣的情形。該以天然氣為基礎的氨產業使用天然氣同時當成原料及能量(燃料)供應源。然而，在這個世界的某些區域無法取得天然氣造成各氨生產者得使用替代性原料及生產方法。
汽化漸漸變成引人注目的產生供氨生產設備所需的氫量之方法。汽化能用以使碳質原料例如煤、石油焦、殘油、都市廢棄物、生物質、木材及其他材料產生合成氣。該碳質原料係於氧存在的情形下汽化。氧通常藉由從空氣移 除氮而生成純化氧的低溫空氣分離單元產生。美國專利申請案公開US 2006/0228284描述汽化及氨生產的示範製程整合。
可由空氣分離得到氮及可由汽化得到含氫的合成氣導致汽化成為供應氨合成用的氫和氮原料的手段。該氣化器生產的合成氣能前往轉化反應段，在那裡CO藉著與水蒸氣在轉化觸媒上反應轉化為H2和CO2。轉化而成的氣體可以被進一步精煉，經常藉由分離生成純化的氫氣流。舉例來說，該轉化而成的合成氣流能於酸氣移除及純化段中純化，而且該純化的氫產物能被供應至該氨合成單元。該合成氣流能被加工以獲得大於99.9莫耳百分比純度的氫氣流。副產物氮氣可以從低溫空氣分離單元取出，純化，並且接著與氫氣混合以產生該氨合成進料氣體。
低溫空氣分離單元(ASU)能相當有效地於周遭壓力下剔除氮。即使是高壓塔中產生實質量的純氮，經常於約0.6MPa，該壓力也能用以經由膨脹渦輪提供冷凍作用給低溫蒸餾製程。或者，該壓力能被保持以提供氮產物，在該案例中必須有差別地提供冷凍作用。當來自該ASU的氮係當該氨合成單元的進料使用時，來自該ASU的產物氮必須從約0.6MPa壓縮至該氨合成單元壓力。
工業想要適用於該氨合成單元的壓力之氮。
工業想要將氮進料壓縮到該氨合成單元所需的能量最小化。
相關揭示內容包括US 2006/0228284、US7300642、EP0916385及WO 2012/025767。
本發明關於一種氨生產系統。
在以下，將概述該系統的特定態樣。置於圓括弧中的參考符號及措辭指進一步在下文參照圖式解釋的示範具體實施例。然而，該等參考符號及措辭僅為例示而且不會將該態樣限於該示範具體實施例的任何指定組件或特徵。該等態樣能按照申請專利範圍般陳述，其中置於圓括弧中的參考符號及措辭能視情況省略或由其他者取代。
該方法的數個態樣如下文概述。
態樣1. 一種氨生產系統，該系統包含：一離子輸送膜組合件(70)，其包含輸送膜層並且具有將包含氧和氮的第一進料氣體(71)引進該離子輸送膜組合件(70)的入口、從該離子輸送膜組合件抽出氮產物(73)的第一出口及從該離子輸送膜組合件(70)抽出氧產物(75)的第二出口；一氣化器(20)，其在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氧產物(75)，該氣化器用於使碳質材料(21)與實質量的氧反應，該氧由該至少一部分氧產物(75)提供以生產包含H2、CO2、CO和H2O的合成氣(23)；一轉化反應器(30)，其在操作上佈置成能接收來自該氣化器(20)的至少一部分合成氣(23)，該轉化反應器(30)用於使該至少一部分合成氣中的CO與H2O(31)在轉化觸媒存在的情形下反應以生產該至少一部分合成氣(23)中的額外H2和CO2；一分離器(50)，其在操作上佈置成能接收來自該轉化反應 器(30)的至少一部分合成氣(23)，該分離器(50)用於分離該至少一部分合成氣(23)以生成氫產物(51)及至少包含CO2、H2S和H2O的副產物(53)；及一氨合成單元(60)，其在操作上佈置成能接收來自該分離器(50)的至少一部分氫產物(51)並且在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氮產物(73)，該氨合成單元(60)用於使該至少一部分氫產物(51)與該氨合成單元的至少一部分氮產物(73)反應以生產氨產物(63)。
態樣2. 如態樣1之系統，其另外包含：一低溫空氣分離單元(10)，其係用於生產第二氧產物(13)及含氮的副產物(15)；其中該氣化器(20)除了在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分第一氧產物(75)之外，還在操作上佈置成能接收來自該低溫空氣分離單元(10)的至少一部分第二氧產物(13)，其中該氣化器(20)用於使該碳質材料(21)與除了來自該離子輸送膜組合件(70)的氧產物(75)以外還有該第二氧產物(13)反應以生產包含H2、CO2、CO和H2O的合成氣(23)。
態樣3. 一種氨生產系統，該系統包含：一離子輸送膜組合件(70)，其包含輸送膜層並且具有將包含氧和氮的第一進料氣體(71)引進該離子輸送膜組合件(70)的入口、從該離子輸送膜組合件抽出氮產物(73)的第一出口及從該離子輸送膜組合件(70)抽出氧產物(75)的第二出口；一低溫空氣分離單元(10)，其係用於生產第二氧產物(13) 及含氮的副產物(15)；一氣化器(20)，其在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氧產物(75)及來自該低溫空氣分離單元(10)的至少一部分第二氧產物(13)，該氣化器用於使碳質材料(21)與該至少一部分氧產物(75)和該至少一部分第二氧產物(13)反應以生產包含H2、CO2、CO和H2O的合成氣；一轉化反應器(30)，其在操作上佈置成能接收來自該氣化器(20)的至少一部分合成氣(23)，該轉化反應器(30)用於使該氣化器的至少一部分合成氣中的CO與H2O(31)在轉化觸媒存在的情形下反應以生產該至少一部分合成氣(23)中的額外H2和CO2；一分離器(50)，其在操作上佈置成能接收來自該轉化反應器(30)的至少一部分合成氣(23)，該分離器(50)用於分離該至少一部分合成氣(23)以生成氫產物(51)及至少包含CO2、H2S和H2O的副產物(53)；及一氨合成單元(60)，其在操作上佈置成能接收來自該分離器(50)的至少一部分氫產物(51)並且在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氮產物(73)，該氨合成單元(60)用於使該至少一部分氫產物(51)與該氨合成單元(60)的至少一部分氮產物(73)反應以生產氨產物(63)。
態樣2. 如態樣1之系統，其另外包含：一低溫清洗單元(90)，該低溫清洗單元(90)在操作上佈置成能接收來自該分離器(50)的至少一部分氫產物(51)並且在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一 部分氮產物(73)，以生成包含氫和氮的混合物(95)及至少包含CO的副產物(93)；其中該氨合成單元(60)在操作上佈置成能接收來自該低溫清洗單元(90)的至少一部分包含氫和氮的混合物(95)以致於該氨轉化器因此在操作上佈置成能經由該低溫清洗單元(90)接收來自該分離器(50)段的至少一部分氫產物(51)及來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氮產物(73)。
態樣5. 一種氨生產系統，該系統包含：一離子輸送膜組合件(70)，其包含輸送膜層並且具有將包含氧和氮的第一進料氣體(71)引進該離子輸送膜組合件(71)的入口、從該離子輸送膜組合件抽出氮產物(73)的第一出口及從該離子輸送膜組合件(70)抽出氧產物(75)的第二出口；一低溫空氣分離單元(10)，其係用於生產第二氧產物(13)及含氮的副產物(15)；一氣化器(20)，其在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氧產物(75)及來自該低溫空氣分離單元(10)的至少一部分第二氧產物(13)，該氣化器用於使碳質材料(21)與低於化學計量的氧反應，該氧由該至少一部分氧產物(75)和該至少一部分第二氧產物(13)提供以生產包含H2、CO2、CO和H2O的合成氣(23)；一轉化反應器(30)，其在操作上佈置成能接收來自該氣化器(20)的至少一部分合成氣(23)，該轉化反應器(30)用於使該至少一部分合成氣(23)中的CO與H2O(31)在轉化觸媒存在的情形下反應以生產該至少一部分合成氣(23)中的額外H2和 CO2；一分離器(50)，其在操作上佈置成能接收來自該轉化反應器(30)的至少一部分合成氣(23)，該分離器(50)用於分離該至少一部分合成氣(23)以生成氫產物(51)及至少包含CO2、H2S和H2O的副產物(53)；一低溫清洗單元(90)，該低溫清洗單元(90)在操作上佈置成能接收來自該分離器(50)的至少一部分氫產物(51)並且在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氮產物(73)，以生成包含氫和氮的混合物(95)及至少包含CO的副產物(93)；及一氨合成單元(60)，其在操作上佈置成能接收來自該低溫清洗單元(90)的至少一部分包含氫和氮的混合物(95)，該氨合成單元(60)用於使該至少一部分包含氫和氮的混合物(95)於該氨合成單元(60)中反應以生產氨產物(63)。
態樣6. 如態樣4或態樣5之系統，其中來自該低溫清洗單元(90)的副產物(93)包含氧、氬及甲烷中的至少一者。
態樣7. 如態樣1至6中任一態樣之系統，其中該氣化器係自熱式重組器(autothermal reformer)。當該氣化器係自熱式重組器時，該碳質材料可能包含天然氣或可能包含甲烷。
態樣8. 如態樣1至7中任一態樣之系統，其中該碳質材料包含煤、石油焦及天然氣中的至少一者。
態樣9. 如態樣1至8中任一態樣之系統，其中 該碳質材料包含甲烷。
態樣10. 如態樣1至9中任一態樣之系統，其另外包含：一第二分離器(80)，其在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氮產物(73)，該第二分離器(80)用於分離該至少一部分氮產物(73)以生成富氮產物(83)及包含該氮產物(73)中的至少一污染物的副產物(85)，其中該氨合成單元(60)在操作上佈置成能接收該富氮產物(83)當成來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氮產物(73)。
態樣11. 如態樣10之系統，其中該氮產物(73)中的至少一污染物係雙原子氧(diatomic oxygen)，(O2)。
態樣12. 如態樣11之系統，其中該第二分離器(80)包含對雙原子氧具有選擇性的吸附劑。
態樣13. 如態樣11之系統，其中該第二分離器(80)包含用於移除氧的電子驅動離子輸送膜。
態樣14. 如態樣11之系統，其中該第二分離器(80)包含用於移除氧的經反應洗淨的離子輸送膜。
態樣15. 如態樣10之系統，其中該第二分離器(80)包含用於移除雙原子氧及/或氬的低溫蒸餾設備，其中該至少一污染物係雙原子氧及/或氬。
態樣16. 如態樣1至15中任一態樣之系統，其另外包含在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件(70)的氮產物(73)的燃燒器，該燃燒器(100)藉由使雙原子氧與燃料(101)反應來降低該氮產物(73)中的雙原子氧濃度。該氨合 成單元(60)在操作上佈置成能接收來自該燃燒器(100)且該雙原子氧濃度已經降低的至少一部分氮產物(73)。
態樣17. 如態樣16之系統，其中該燃燒器(100)包含能促進該燃料(101)與該雙原子氧的燃燒之觸媒。
態樣18. 如態樣16或態樣17之系統，其中該燃燒器(100)在操作上佈置成能接收一部分合成氣(23)(舉例來說，至少一部分氫產物(51))當成至少一部分燃料(101)。
態樣19. 如態樣1至18中任一態樣之系統，其中該分離器(50)包含電子驅動膜或反應驅動膜。
態樣20. 如態樣1至19中任一態樣之系統，其中該分離器(50)包含聚合性膜。
態樣21. 如態樣1至20中任一態樣之系統，其中該分離器(50)包含低溫蒸餾裝置。
態樣22. 如態樣1至21中任一態樣之系統，其另外包含：一熱交換器(40)，其藉由與該合成氣(23)的間接熱轉移自煮沸器進料水(41)產生水蒸氣(45)，該熱交換器(40)在操作上佈置在該分離器(50)的上游。
態樣23. 一種製造氨之方法，該方法包含：(a)於包含離子輸送膜層的離子輸送膜組合件(70)中分離包含氧和氮的第一進料氣體(71)以生成氮產物(73)及氧產物(75)；(b)於低溫空氣分離單元(10)中分離包含氧和氮的第二進料氣體(11)以生成第二氧產物(13)及含氮副產物(15)； (c)使碳質材料(21)與氧在足以生產包含H2、CO2、CO和H2O的合氣體(23)的反應條件之下反應，其中該氧係依低於該碳質材料完全燃燒所需的化學計量的量提供，而且該氧係由來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氧產物(75)及來自該低溫空氣分離單元(10)的至少一部分第二氧產物(13)提供；(d)使來自步驟(c)的至少一部分合成氣(23)中的CO與H2O(31)在轉化觸媒存在的情形下反應以生產該至少一部分合成氣(23)中的額外H2和CO2；(e)分離來自步驟(d)的至少一部分合成氣(23)以生成氫產物(51)及至少包含CO2、H2S和H2O的副產物(53)；及(f)使至少一部分氫產物(51)與來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氮產物(73)在足以生產氨產物(63)的反應條件之下反應。
態樣24. 如態樣23之方法，其另外包含：於低溫清洗單元(90)中摻合自步驟(e)的至少一部分氫產物(61)及來自步驟(a)的至少一部分氮產物(73)，該至少一部分氫產物(51)及該至少一部分氮產物(73)依照介於2.9至3.1的H2對N2莫耳比摻合，而且在低溫下清洗該摻合物以生成包含氫和氮的混合物(95)及至少包含CO的第二副產物(93)；其中該混合物(95)的至少一部分係於步驟(f)中反應的至少一部分氫產物(51)及至少一部分氮產物(73)。
態樣25. 一種氨生產方法，該方法包含：(i)於包含離子輸送膜層的離子輸送膜組合件(70)中分 離包含氧和氮的第一進料氣體(71)以生成氮產物(73)及氧產物(75)；(ii)於低溫空氣分離單元(10)中分離包含氧和氮的第二進料氣體(11)以生成第二氧產物(13)及含氮副產物(15)；(iii)使碳質材料(21)與氧在足以生產包含H2、CO2、CO和H2O的合氣體(23)的反應條件之下反應，其中該氧係依低於該碳質材料完全燃燒所需的化學計量的量提供，而且該氧係由來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氧產物(75)及來自該低溫空氣分離單元(10)的至少一部分第二氧產物(13)提供；(iv)使來自步驟(iii)的至少一部分合成氣(23)中的CO與H2O(31)在轉化觸媒存在的情形下反應以生產該至少一部分合成氣(23)中的額外H2和CO2；(v)分離來自步驟(iv)的至少一部分合成氣(23)以生成氫產物(51)及至少包含CO2、H2S和H2O的副產物(53)；(vi)摻合來自步驟(v)的至少一部分氫產物(51)及來自步驟(a)的至少一部分氮產物(73)以於低溫清洗單元(90)中生成摻合物，該至少一部分氫產物(51)及該至少一部分氮產物(73)依照介於2.9至3.1的H2對N2莫耳比摻合，而且在低溫下清洗該摻合物以生成包含氫和氮的混合物(95)及至少包含CO的第二副產物(93)；及(vii)使至少一部分混合物(95)在足以生產氨產物(63)的反應條件之下反應。
態樣26. 如態樣24或態樣25之方法，其中該第 二副產物(93)另外包含氧、氬、甲烷及一氧化碳中的至少一者。
態樣27. 如態樣23至26中的任一態樣之方法，其中該副產物(53)另外包含CO。
態樣28. 如態樣23至27中的任一態樣之方法，其中該碳質材料包含煤、石油焦、天然氣、都市廢棄物、木材及生物質中的至少一者。
態樣29. 如態樣23至27中的任一態樣之方法，其中該碳質材料包含甲烷。
態樣30. 如態樣23至28中的任一態樣之方法，其另外包含：分離來自步驟(i)的至少一部分氮產物(73)以生成富氮產物(83)及包含該氮產物(73)中的至少一污染物的第三副產物(85)，其中該於步驟(vi)中摻合的至少一部分氮產物包含至少一部分富氮產物(83)。
態樣31. 如態樣23、24及26至29中的任一態樣之方法，其另外包含：分離來自步驟(a)的至少一部分氮產物(73)以生成富氮產物(83)及包含該氮產物(73)中的至少一污染物的第三副產物(85)，其中該於步驟(f)中反應的至少一部分氮產物包含至少一部分富氮產物(83)。
態樣32. 如態樣30或態樣31之方法，其中該氮產物(73)中的至少一污染物係雙原子氧，(O2)，而且該至少一部分氮產物(73)係利用對氧具有選擇性的吸附劑來分離。
態樣33. 如態樣30或態樣31之方法，其中該氮 產物(73)中的至少一污染物係雙原子氧，(O2)，而且該至少一部分氮產物(73)係利用對氧具有選擇性的電子驅動離子輸送膜來分離。
態樣34. 如態樣30或態樣31之方法，其中該氮產物(73)中的至少一污染物係雙原子氧，(O2)，而且該至少一部分氮產物(73)係利用能從該氮產物移除氧的經反應洗淨的離子輸送膜來分離。
態樣35. 如態樣30或態樣31之方法，其中該氮產物(73)中的至少一污染物係氬，而且該至少一部分氮產物(73)係利用低溫清洗塔(90)來分離。
態樣36. 如態樣23至25中的任一態樣之方法，其中來自步驟(a)的氮產物(73)包含雙原子氧，該方法另外包含：使該雙原子氧與燃料(101)於燃燒器(100)中反應以降低該氮產物(73)中的雙原子氧濃度。
態樣37. 如態樣36之方法，其中該雙原子氧與該燃料係於促進該燃料與該雙原子氧燃燒的觸媒存在的情形下反應。
態樣38. 如態樣36或態樣37之方法，其中該燃料包含該合成氣(23)的一部分，舉例來說，該氫產物(51)。
態樣39. 如態樣23至38中的任一態樣之方法，其另外包含：將來自步驟(c)或步驟(iii)的至少一部分合成氣(23)的熱於熱交換器(40)中轉移至煮沸器進料水(41)以在分離該至少 一部分合成氣(23)之前藉由間接熱轉移生成水蒸氣(45)。
態樣40. 如態樣23至39中的任一態樣之方法，其中來自該離子輸送膜組合件(70)的至少一部分氧產物(75)係於壓縮器(77)中壓縮，而且該氣化器(20)在操作上佈置成能接收來自該壓縮器(77)的至少一部分壓縮氧產物(75)。
態樣41. 如態樣1至22中的任一態樣之系統，其另外包含用於壓縮該至少一部分氧產物(75)的壓縮器(77)，其中該氣化器(20)在操作上佈置成能接收來自該壓縮器(77)的至少一部分壓縮第一氧產物(75)。
10‧‧‧低溫空氣分離單元
11‧‧‧第二進料氣體
13‧‧‧氧產物
15‧‧‧含氮副產物
20‧‧‧氣化器
21‧‧‧碳質材料
23‧‧‧合氣體
30‧‧‧轉化反應器
31‧‧‧補充流
40‧‧‧熱交換器
41‧‧‧煮沸器給水
45‧‧‧水蒸氣
50‧‧‧分離器
51‧‧‧氫產物
53‧‧‧副產物
60‧‧‧氨合成單元
63‧‧‧氨產物
65‧‧‧洗淨流
70‧‧‧離子輸送膜組合件
71‧‧‧第一進料氣體
73‧‧‧氮產物
75‧‧‧氧產物
77‧‧‧壓縮器
80‧‧‧氨合成單元
83‧‧‧富氮產物
84‧‧‧液相
85‧‧‧副產物
86‧‧‧蒸氣相
90‧‧‧低溫清洗單元
93‧‧‧至少包含CO的副產物
95‧‧‧含有氫和氮的混合物
100‧‧‧燃燒器
101‧‧‧燃料
102‧‧‧氧
110‧‧‧第二離子輸送膜組合件
113‧‧‧氮產物
115‧‧‧燃燒產物
200‧‧‧多物流熱交換器
251‧‧‧超熱蒸氣流
300‧‧‧清洗塔
圖1係顯示根據本發明的氨生產系統之流程圖。
圖2係顯示根據本發明的氨生產系統之流程圖。
圖3係該低溫清洗單元之示意圖。
隨後的詳細說明僅提供較佳示範具體實施例，而且無意限制本發明的範疇、可應用性或組態。而是，該等較佳示範具體實施例將提供熟悉此技藝者能實行本發明的較佳示範具體實施例的說明，咸瞭解多數元件的功能及排列可以做不同變化而不會悖離申請專利範圍所界定的發明範疇。
當應用於說明書和申請專利範圍所述的發明具體實施例的任何特徵時本文所用的冠詞“一”意指一或更多。 該“一”的運用除非明確指明此限制，否則不限於單一特徵的意義。該冠詞“該”前置單數或複數名詞或名詞片語表示特別指定的特徵並且可能視其運用的上下文關係具有單數或複數涵義。該形容詞“任何”意指一、一些或所有不加以區分的任何量。於第一實體與第二實體之間的措辭“及/或”意指(1)該第一實體、(2)該第二實體及(3)該第一實體和該第二實體中之其一。置於3或更多實體的清單最後二實體之間的措辭“及/或”意指包括清單中的至少一實體，該至少一實體包括此清單中的實體的任何指定組合。
該片語“至少一部分”意指“一部分或全部”。該至少一部分物流可能具有與其起源的物流相同的組成。該至少一部分物流可能具有與其起源的物流不同的組成。該至少一部分物流可能包括其起源的物流的指定組分。
本文所用的物流的“分割部分”係化學組成和組分濃度與起源的物流相同的部分。
如本文所用的，除非明確指明，否則“第一”、“第二”、“第三”等等係用以使多數步驟及/或特徵有所區分，而且並非指示總數目或時間及/或空間的相對位置。
為了協助描述本發明，方向措辭可用於說明書及申請專利範圍中描述本發明的部件(例如，上方、頂部、下方、底部、左側、右側等等)。這些方向措辭僅意欲協助描述並請求本發明，而且無意依任何方式限制本發明。除此之外，加在說明書中與圖式關聯的參考編號可能在一或更多後繼圖式中重複出現而不需於說明書中額外描述以提供上下文的關聯 給其他特徵。
在申請專利範圍中，字母或羅馬數字可用以鑑別請求的步驟(例如(a)、(b)及(c)或(i)、(ii)、(iii))。這些字母或羅馬數字係用以協助表示該方法步驟，而且除非申請專利範圍中明確列舉出順序，否則無意指示請求的步驟進行的順序。
該措辭“耗盡”意指具有比形成指示氣體的原始物流更低的指示氣體莫耳%濃度。“耗盡”並非意指該物流完全沒有指示的氣體。
該措辭“富含”意指具有比形成指示氣體的原始物流更高的指示氣體莫耳%濃度。
“下游”及“上游”表示所輸送的製程流體預期的流動方向。若該製程流體的預期流動方向係從第一裝置往第二裝置，該第二裝置係於下游與該第一裝置流體流動連通。在再循環流的案例中，下游和上游表示該製程流體的第一流程。
除非另行指明，否則所有壓力值及範圍均表示絕對壓力。
本發明關於一種氨生產系統及方法。
該氨生產系統及方法將引用圖式來描述。
該氨生產系統包含離子輸送膜組合件70。該離子輸送膜組合件70包含離子輸送膜層並且具有將包含氧和氮的進料氣體71引進該離子輸送膜組合件70的入口、從該離子輸送膜組合件70抽出氮產物73的第一出口及從該離子輸送膜組合件70抽出氧產物75的第二出口。該進料氣體71經常為經加熱的壓縮氣體。進料氣體71可能藉由間接或直接熱傳 遞來加熱。藉由直接熱傳遞加熱可能，舉例來說，利用大幅過量的空氣燃燒氣態燃料，藉以生成進料氣體71而完成。
該氨生產方法包含於該離子輸送膜組合件70中分離包含氧和氮的第一進料氣體71以生成氮產物73及氧產物75。
離子輸送膜層係陶瓷膜材料的作用層，該作用層包含能於提高溫度下輸送或滲透氧離子的混合金屬氧化物。該離子輸送膜層也可輸送電子以及氧離子，而且此類型的離子輸送膜層經常被描述成混合導體膜層。該離子輸送膜層也可包括一或更多元素金屬以生成複合材料膜。
該膜層，非常薄，經常由多孔性層支撐結構及/或加肋條的支撐結構來支撐。該支撐結構一般係由相同材料製成(亦即其具有相同化學組成)，以便避免熱膨脹失配。然而，該支撐結構可能包含與該膜層不同的化學組成。
膜單元，也叫做膜結構，包含進料區、氧產物區及佈置於該進料區與該氧產物區之間的膜層。將含氧氣體送進該進料區並且觸及該膜層的一側，使氧通過該膜層輸送，並且從該進料區抽出氧耗盡的氣體。從該膜單元的氧產物區抽出氧氣體產物，其可能含有至少99.0體積%氧。該膜單元可能具有此技藝中已知的任何組態。當該膜單元具有平面組態時，其經常叫做“晶圓”。
膜模組，有時候叫做“膜堆疊體”，包含多數膜單元。本離子輸送膜組合件70中的膜模組可能具有此技藝中已知的任何組態。
“離子輸送膜組合件”，也叫做“離子輸送膜組合系統”，包含一或更多膜模組、含有該一或更多膜模組的壓力容器及加入一或更多進料流和抽出該一或更多進料流所形成的二或更多流出流之其他組件。該等其他組件可包含此技藝中已知的污染物導管、絕緣體、歧管等等。當使用二或更多膜模組時，離子輸送膜組合件中的二或更多膜模組可依並聯及/或串聯的方式排列。
美國專利第5,681,373號及第7,179,323號中有描述示範性離子輸送膜層、膜單元、膜模組及離子輸送膜組合件(系統)。
該離子輸送膜組合件可藉由將包含氧和氮的進料氣體71來操作。進入該離子輸送膜組合件70的進料氣體71可能具有介於750℃至950℃的溫度及/或介於0.6MPa至4.2MPa的壓力。該進料氣體可能是已知與離子輸送膜組合件一起應用的任何含氧-和氮-氣體。該進料氣體可能是，舉例來說，空氣、氧耗盡的空氣或富氧空氣。該進料氣體71可能是來自燃燒器的廢氣，該燃燒器係於燃料貧乏的情形下操作(而且因此具有超過燃燒所有燃料所需的氧量)。
該進料氣體71中的氧係通過一或更多膜單元輸送以使該一或更多膜單元的進料側生成氮產物73而且該一或更多膜單元的產物側生成氧產物75。該方法包含從該離子輸送膜組合件70抽出該氮產物73，並且從該離子輸送膜組合件70抽出該氧產物75以提供該氣化器20所需的總體氧產物的至少一部分。該氮產物73係於與該進料氣體71實質相同的 壓力下抽出。由於流體流過配管、熱交換器、膜模組等等本來會引起的壓降使該氮產物73係處於稍低的壓力。較佳地，總體壓降限制低於700kPa。較佳地，該總體壓降係小到使出口處的氮產物73壓力係該離子輸送膜組合件70的入口處之進料氣體71的至少70%。操作該方法可以在達到該氣化器20中的最終使用壓力之任何冷卻和再壓縮步驟之前於介於約20kPa至約172kPa的壓力下抽出該氧產物75。該氧產物75可以在壓縮器77中壓縮。
儘管該氣化器20的所有氧必備條件均可為該離子輸送膜組合件70所接受，但是這可能會導致大幅過量的高壓N2產物流73，在化學計量上比氨生產所需量多很多的N2。於是無法以不“浪費”此過量N2流固有的壓力能的方式提供-因此本發明的益處是將該離子輸送膜組合件70產生的過量N2流減至最少，並且真正地去除。單單藉由縮小該離子輸送膜組合件70的尺寸來免去此過量問題以符合該N2要求可能會使氧的氣化器20有不足之處。
在本發明中，該氧化器氧必備條件還沒實現的部分是要能滿足該低溫空氣分離單元10。該系統包含用於生產氧產物13及含氮副產物15的低溫空氣分離單元10。在此產業中已經知道低溫空氣分離單元。如本文所用的，低溫空氣分離單元使用蒸餾作用生成氧產物(舉例來說，具有高於95莫耳%或高於99.5莫耳%氧的產物)及任意氮產物及/或氬產物的任何空氣分離設備。
該方法包含於該低溫空氣分離單元10中分離包 含氧和氮的第二進料氣體11以生成該第二氧產物13及該含氮副產物15。
如圖1所示，第二進料氣體11，經常為空氣，係引進低溫空氣分離單元10以生成氧產物13及含氮副產物15。該第二進料氣體11(例如，空氣)可以被壓縮，過濾，乾燥並且冷卻以便按照此技藝已知的方式於低溫溫度下蒸餾。
引進該離子輸送膜組合件的第一進料氣體71可能與引進該低溫空氣分離單元10的第二進料氣體11相同。引進該離子輸送膜組合件的第一進料氣體71可能與引進該低溫空氣分離單元10的第二進料氣體11不同。
該系統包含氣化器10。該氣化器20在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件70的至少一部分氧產物75及來自該低溫空氣分離單元10的至少一部分第二氧產物13。碳質材料21係引進該氣化器20並且於該氣化器20中與化學計量的氧反應，其中該氧係由來自該離子輸送膜組合件的至少一部分氧產物75及來自該低溫空氣分離單元10的至少一部分第二氧產物13提供以生產包含H2、CO2、CO和H2O的合成氣。任意地，溫度調節劑，例如水蒸氣、二氧化碳及/或氮也可加入該氣化器20。
該方法包含使該碳質材料21與氧在足以生產包含H2、CO2、CO和H2O的合氣體23的反應條件之下反應。該氧係依低於該碳質材料完全燃燒所需的化學計量的量提供，而且該氧係由來自該離子輸送膜組合件70的至少一部分氧產物75及來自該低溫空氣分離單元10的至少一部分第二 氧產物13提供。
將氧和碳質材料21引進該氣化器的正確方式係於此技藝的技術範圍以內。氧產物13及氧產物75可以被摻合並且引進氣化器20或分開引進氣化器20。該低溫空氣分離單元10、該離子輸送膜組合件70及該氣化器20可能是操作上藉由輸送管或其他流體緊閉式流體輸送裝置連接的獨立裝置。該離子輸送膜組合件70的離子輸送膜可能在該氣化器20外側並且與該氣化器70分開。因為該離子輸送膜材料係係混合式傳導材料，所以其所生產的氧一般係處於比該氣化器20所需更低的壓力。因此，可能需要壓縮器77。如圖1所示，該壓縮器77在操作上係連接至該離子輸送膜組合件70以在該氧送到該氣化器20之前提高來自該離子輸送膜組合件70的氧產物壓力。該壓縮器77可於近周遭溫度下運轉以防止該離子輸送膜組合件70、壓縮器77及氣化器20合而為一。未加工的合成氣23可能包含其他雜質例如，舉例來說，硫化氫、硫化羰(carbonyl suflide)、甲烷、氨、氰化氫、氯化氫、汞、砷及其他金屬，其取決於該碳質材料來源及氣化器類型。除了氣化器之外，本系統可能包含水-煤氣轉化反應器、高溫氣體冷卻裝備、淬冷洗滌裝備、灰分/熔渣處理裝備、二氧化碳、硫和酸氣移除段、氣體過濾器及洗滌器。
該措辭“碳質”在此中係用以描述含碳的不同適當原料而且預期包括氣態、液態和固態烴類、含烴材料及其混合物。實質上任何可燃性含碳有機材料或其漿料均可能被包括在該措辭“碳質”的定義範圍以內。固態、氣態及液態進 料可能混在一起並且同時使用；而且這些可能包括任何比例的石蠟烴屬、烯烴屬、炔屬、環烴屬及芳香族化合物。在該措辭“碳質”的定義範圍以內也包括氧化碳質有機材料，其包括碳水化合物、纖維素材料、醛類、有機酸類、醇類、酮類、氧化燃料油、來自含氧化碳質有機材料的化學製程之廢液和副產物及其混合物。煤、包括石油焦和其他碳質材料之石油為基礎的原料、廢棄烴類、殘油及重質原油的副產物通常都用於氣化反應。都市廢棄物、木材及生物質也可能用於該等氣化反應。當該原料係氣體，例如天然氣或低沸點流體(例如萘)寺，該氣化器常常指“部分氧化”或“POX”單元。另外，在許多這些案例中，該氣化器能具有重組觸媒，其中該氣化器可能指“自熱式重組器”或ATR。
數個已知氣化器中的任一者，能利用或需要實質富氧氣體當成氧化劑，均能併入本發明的系統中。這些氣化方法一般劃在下述廣義分類中，例如，舉例來說，如“Gasification”的第5章中規劃的，(C.Higman and M.van der Burgt,Elsevier,2003)。實例係移動床氣化器例如魯奇(Lurgi)乾灰化製程、British Gas/Lurgi化渣氣化器、Ruhr 100氣化器；流體化床氣化器例如溫克勒(Winkler)及高溫溫克勒製程、Kellogg Brown and Root(KBR)輸送氣化器、魯奇循環流體化床氣化器、U-Gas凝集流體化床製程及Kellogg Rust Westinghouse凝集流體化床製程；及夾帶流動氣化器例如Texaco、Shell、Prenflo、Noell、E-Gas(或Destec)、CCP、Eagle、Koppers Totzek製程。並非所有氣化器均能以氧當成氧化劑運 轉-有些可能僅使用空氣。使用非氧富集的空氣之氣化器並未構成本發明的一部分。有些氣化器利用以濕式漿料形式供入的碳質材料運轉，像是Texaco，現在的GE(General Electric)或ECUST(East China University)氣化器。或者，碳質材料可按照在Shell、Siemens及HTL氣化器中進行的方式乾燥地供給該氣化器。預計用於該系統的氣化器可在介於約0.1至10.4MPa絕對壓力和400℃至2000℃的壓力和溫度範圍中運轉。典型地，該高壓氣化器具有2.2至8.4MPa的壓力操作範圍。於該氣化器出口處的溫度經常在約900℃至1700℃的範圍，而且更常在約1100℃至約1500℃的範圍。
根據該氣化器中使用的碳質原料及用以產生該氣態一氧化碳、二氧化碳及氫的氣化器類型，原料的製備可包含研磨，及乾燥、使磨細的原料於適當流體(例如，水、有機液體、超臨界流體或液態二氧化碳)中漿化當中的一或更多單元操作。該等碳質燃料係與反應性富氧氣體，例如具有高於約90莫耳百分比氧之實質上純的氧，反應。
該系統包含在操作上佈置成能接收來自該氣化器20的至少一部分合成氣23之轉化反應器30。該至少一部分合成氣中的CO係於該轉化反應器30中與H2O在轉化觸媒存在的情形下反應以生產該至少一部分合成氣23中的額外H2和CO2。與該CO反應的H2O可能存在於該至少一部分合成氣中，而且任意地供入補充流31。該“CO轉化”反應也被稱作“水-煤氣轉化”反應。
該方法包含使來自該氣化器20的至少一部分合 成氣23中的CO與H2O在轉化觸媒存在的情形下反應以生產該至少一部分合成氣23中的額外H2和CO2。
該轉化反應器30可包含一或更多製程單元，例如反應器、冷凝器、熱交換器等等。與該轉化反應器30中的CO反應之H2O可能在引進其他裝備例如整合於該氣化器或在該氣化器下游及該轉化反應器30上游的淬冷器及洗滌器之前就存在於該合成氣23中。該合成氣中的CO與水(經常呈水蒸氣的形式)在適當觸媒存在的情形下反應以藉著該CO轉化反應將CO和H2O轉化成CO2及額外的H2。來自該轉化反應器30的合成氣23可能含有4至50莫耳百分比CO2，該CO2必須與該合成氣23中的H2分離。
該CO轉化反應可在觸媒上面利用已知的轉化觸媒藉由此技藝已知的方法完成。除了某些氣態原料之外，由於硫化合物存於來自大部分碳質材料的合成氣中，所以可運用“抗硫(sulfur-tolerant)”或“酸轉化(sour-shift)”觸媒。酸轉化觸媒之一實例係適當支撐物上硫化鈷-鉬，該硫化鈷-鉬係當成活性材料。這些觸媒係工業用而且眾所周知。關於該等硫化合物濃度夠低的案例(例如可能是利用在氣化之前脫硫的天然氣原料的案例)，可以使用“無硫(sweet)”轉化觸媒例如鐵-鉻觸媒。
由於該CO轉化反應的高放熱性本質，水蒸氣可藉由從排出該轉化反應器30的合成氣23回收熱而產生。該CO轉化反應可能依照此技藝中已知的任何反應器形式進行以便控制放熱反應的熱釋放。適當反應器形式的實例係單階 段絕熱性固定床反應器、利用中間冷卻的多階段絕熱性固定床反應器、水蒸氣產生或冷射(coldshotting)、利用水蒸氣產生或冷卻的管式固定床反應器或流體化床。
該轉化反應器30能於不同壓力及過熱程度下產生高壓水蒸氣。據瞭解本文所用的措辭“高壓”意指約2.2MPa或更高的壓力。該轉化反應段30可能產生的飽和水蒸氣壓力之實例係約2.2MPa至約6.3MPa。舉例來說，4.2MPa飽和水蒸氣可能由該CO轉化段30產生。該4.2MPa飽和水蒸氣提供彈性及有效率的整合給該氨水蒸氣系統。
該系統也包含在操作上佈置成能接收來自該轉化反應器30的至少一部分合成氣23的分離器50。該至少一部分合成氣23被分離以生成氫產物51及至少含有CO2和H2O和端視原料而定的H2S之副產物53。
該方法包含分離來自該轉化反應器30的至少一部分合成氣23以生成氫產物51及至少包含CO2和H2O和端視原料而定的H2S之副產物53。
該二氧化碳可藉由此技藝中已知能於製程預計的任何壓力下從氣態物流移除二氧化碳的許多方法從該合成氣23移除。舉例來說，該二氧化碳可藉由化學吸附方法移除，舉例如使用苛性鈉水溶液、碳酸鉀或其他無機鹼類或烷醇胺類。這些方法可藉由使該合成氣23與此技藝已知的任何適當液-氣接觸器，舉例來說，含板或填料的塔，中的液態吸收介質接觸完成。關於本發明的適當烷醇胺類實例包括含有總共至多10個碳原子並且具有低於約250℃的標準沸點之一級和 二級胺基醇類。特定實例係列示於US 2006/0228284 A1。
或者，該合成氣23中的二氧化碳可於分離器50中藉由物理吸收方法移除。適當物理吸收劑溶劑的實例係甲醇(“RectisolTM”)和其他烷醇類、碳酸丙二酯和其他碳酸烷酯類、2至12個甘醇單元的聚乙二醇二甲基醚類及其混合物(普遍認知為商品名SelexolTM的溶劑)、正甲基吡咯烷酮(“PurisolTM”)；及環丁碸(“SulfinorTM”)。物理及化學吸收方法可合併應用，舉例如使用環丁碸和烷醇胺當吸收劑的SulfinolTM方法，或使用單乙醇胺和甲醇當吸收劑的AmisolTM方法。已確立的二氧化碳移除方法之其他實例包括“Amine GuardTM”、“BenfieldTM”、“Benfield-DEATM”、“VetrocokeTM”及“CatacarbTM”。
除了二氧化碳以外，硫，通常依照含硫化合物的形式例如，舉例來說硫化氫，及存在於該合成氣中的其他酸氣也可於分離器50中藉由此技藝中眾所周知的方法及系統來移除。舉例來說，含硫化合物可於硫移除區中藉由化學吸收方法，舉例如使用苛性鈉水溶液、碳酸鉀或其他無機鹼類或烷醇胺類，從該合成氣回收。關於本發明的適當烷醇胺類實例包括含有總共至多10個碳原子並且具有低於約250℃的標準沸點之一級和二級胺基醇類。特定實例係列示於US 2006/0228284 A1。
或者，含硫化合物可於分離器50中藉由物理吸收系統及方法移除。適當物理吸收劑溶劑的實例係甲醇和其他烷醇類、碳酸丙二酯和其他碳酸烷酯類、2至12個甘醇單 元的聚乙二醇二甲基醚類及其混合物(普遍認知為商品名SelexolTM的溶劑)、正甲基吡咯烷酮；及環丁碸。物理及化學吸收方法可合併應用，舉例如使用環丁碸和烷醇胺當吸收劑的SulfinolTM方法，或使用單乙醇胺和甲醇當吸收劑的AmisolTM方法。典型地，使該合成氣與該溶劑於氣-液接觸器中接觸，該氣-液接觸器可能是此技藝習知的任何類型，包括填充塔或具有板的塔。此酸移除接觸器的操作在此技藝中屬於已知。
該合成氣23中的含硫化合物也可於分離器50中藉由固體吸收法使用舉例如鈦酸鋅、鐵酸鋅、氧化錫、氧化鋅、氧化鐵、氧化銅、氧化鈰或其混合物之類的固體之固定、流體化或移動床來移除。該硫移除裝備可藉由一或更多氣體冷卻步驟進行以降低於其中利用的特定硫移除技術所需的合成氣溫度。該合成氣的顯熱能量(sensible heat energy)可透過冷卻裝置中產生水蒸氣藉由此技藝已知的手段回收。該進料氣體中典型地至少90%，更常地至少98%的硫能藉由上述移除系統及方法移除。
上述以溶劑為基礎的酸氣移除系統從該合成氣移除實質上全部含硫化合物及CO2能做得非常好。要移除殘餘量的CO2、CO和H2O可能必須運用其他手段，因為這些含氧化合物(oxygenate)將會毒化該氨合成觸媒。移除CO2和CO之一典型方法係甲烷化。在此案例中，把該合成氣加熱至約300℃並且送到甲烷化器(methanator)。該甲烷化器係裝填富鎳甲烷化觸媒的反應器。CO和CO2與過量的H2反應以製造CH4 及H2O。水透過冷凝作用分離，而且該合成氣係於裝填乾燥劑的乾燥器中乾燥。該乾燥器的流出物51，其可能在該分離器50大部分組件的下游，主要為H2及小量的CH4、N2和Ar。該CH4不會毒化該NH3合成觸媒。
分離器50可能包含一或更多吸附器。該等吸附器能裝填選擇性地吸附污染物H2O(假設是乾燥器的功能性)、CO(假設是代替甲烷化器移除CO的功能性)、CO2(假設是代替甲烷化器及以溶劑為基礎的系統移除CO2的功能性)和H2S(假設是酸氣移除系統的功能性)中的一或多者之不同吸附劑。這些吸附劑，其可能是合成或天然沸石、礬土及活性碳中的一或多者，乃眾所周知。
該分離器50所生成的副產物53可能另外包含CO。
該系統也包含氨合成單元60，該氨合成單元60在操作上佈置成能接收來自該分離器50的至少一部分氫產物51並且在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件70的至少一部分氮產物73。該至少一部分氫產物51係與該氨合成單元60的至少一部分氮產物73反應以生產氨產物63。
該方法包含使至少一部分氫產物51與來自該離子輸送膜組合件70的至少一部分氮產物73在足以生產氨產物63的反應條件之下反應。該等足以生產氨產物63的反應條件包含介於1.5MPa至35MPa的壓力及介於300℃至550℃的溫度。
該氨合成單元60包含氨合成反應器及用於將氨 純化的相關組件分離器。
將該氫產物51從該分離器50當成進料送至用於製造氨63的氨合成單元60。典型地，該氫產物51係具有約2至7MPa的壓力之高壓氣流。
該至少一部分氮產物73及該至少一部分氫產物51可大體上藉由氨補充進料(MUF)壓縮器加入氨合成單元60。氨合成單元於提高壓力下運轉。若該至少一部分氮產物73及該至少一部分氫產物51係處於約相同壓力，便可有益地在壓縮之前合併該二物流。或者，能分開地壓縮彼等。在另一替代例中，其一者可於第一階段壓縮時被壓縮並且接著與供合併壓縮用的另一物流合併。該氫和氮反應物係依照介於約2.7：1至約3.2：1的莫耳比提供，更常地介於約2.8：1至約3.1：1，而且最常地介於約2.9：1至約3.0：1。
典型地，在習用的氨設備中，使用介於約1.5MPa與約34.6MPa之間的壓力。更常地，該等壓力係介於約4.2MPa與約34.6MPa之間，而且最常地，介於約5.9MPa與約16.7MPa之間。該氨合成原料氣體係通過能催化氮加氫成氨的反應之氨合成觸媒上面。該觸媒能收納於一或更多管式或床反應器，而且這些反應器可安裝於一套一或更多反應器。在這樣的案例中，可以給在氨合成單元之間的氣體提供冷卻作用。該氨合成觸媒可能是已知在此產業中用於合成氨的任何類型例如，舉例來說，美國專利第5,846,507號所描述者。
從該氨合成單元60回收氨產物63。將該氨合成反應器中未反應的H2和N2壓縮並且再循環回該氨合成反應 器。該氨產物63的回收一般係藉由冷凝作用，但是此技藝中已知的任何方法，包括水或溶劑洗滌，均可運用。冷凝作用可藉由使氣體膨脹，或利用該低溫空氣分離單元10的冷凍劑、冷卻水或液態氮來冷卻而獲得幫助。
將藉以形成該氨產物63的NH3與未反應的H2和N2分離以形成該再循環流之常見技術係運用能使用閉合環路或開環路中的NH3當成冷凍劑的冷凍循環。該冷凍循環應用眾所周知的壓縮、冷卻-冷凝、膨脹閥和汽化操作。
洗淨流65可從未反應的H2和N2的再循環流採取。為了控制可能累積於該氨合成環路中的Ar和CH4的量需要小洗淨。在此將H2和N2通過該氨反應器、氨產物的回收及未反應的H2和N2的再循環稱為該氨合成環路。
該洗淨流65可任意被送至該低溫清洗單元90(在下文討論)以移除並且降低該氨合成氣體環路中的非反應性物種例如氬及/或甲烷濃度。任意地，一部分的洗淨流65可用以加燃料於該燃燒器100。任意地，一部分的洗淨流65能當燃料使用以直接或間接加熱送至該離子輸送膜組合件70的氧化劑進料。
來自該氨合成單元60的氨產物63可經進一步純化，以藉由舉例來說相繼地閃蒸至更低壓力來移除小溶解量的N2、H2或Ar。該氨產物63可在儲存或輸送之前進一步冷凍。冷凍作用可藉由使用一部分產生的NH3當成閉合或開冷凍環路中的工作流體而整合於該氨合成單元80的NH3純化段。
在用於生產氨的習用方法中，用於生產氨的唯一N2反應物來源係低溫空氣分離單元(ASU)。在本發明中，至少實質上所有N2反應物係由該離子輸送膜組合件70來提供，而且幾乎沒有或沒有N2反應物係由該低溫空氣分離單元10來提供。頃發現令人驚訝的是對照氨所需的所有氣化器O2和N2只來自低溫空氣分離單元之傳統方法，該氣化器氧部分來自該離子輸送膜組合件70而且部分來自該低溫空氣分離單元10，然而同時該氨合成單元60的所有或至少大部分N2來自該離子輸送膜組合件滯留物73能節省功率消耗。
來自該離子輸送膜組合件70的氮產物73可能含有低於10體積%氧的殘餘濃度，而且較佳地低於5體積%氧，而且更佳地低於2體積%氧。除此之外，來自該離子輸送膜組合件的氮產物73可能含有濕氣及CO2。因為當與燃料例如H2或NH3合併時雙原子氧會出現爆炸危險，而且因為含氧化合物會毒化該氨合成觸媒，所以這些雜質可能必須從用於該氨合成單元60的氮進料分離出來。該氮產物73也可能包含Ar。儘管Ar不會損害該氨合成觸媒，但是其傾向累積於該氨合成單元60，而且因此最終會降低該氨生產速率。因此氮產物可能送至第二分離器80以生成富氮產物83，該富氮產物83基本上不含O2、CO2及H2O，而且任意地具有降低的Ar含量。
該系統可另外包含在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件70的至少一部分氮產物73的第二分離器80。該至少一部分氮產物73係於該第二分離器80中分離以生成富氮產物83及含有該氮產物73中的至少一污染物的 副產物85。該氨合成單元60在操作上佈置成能接收該富氮產物83當成來自該離子輸送膜組合件70的至少一部分氮產物73。
該方法可另外包含分離來自該離子輸送膜組合件70的至少一部分氮產物73以生成富氮產物83及含有該氮產物73中的至少一污染物的副產物85。於該氨合成單元60中反應的至少一部分氮產物包含至少一部分富氮產物83。
於該氮產物73中的殘餘量的雙原子氧、濕氣(H2O)及二氧化碳係利用任何已知技術自氮分離以生成具有足敷該氨合成單元60所需的純度及數量的富氮產物83。該富氮產物83較佳具有高於99體積%氮的濃度。
該第二分離器80可包含已填充對O2的吸收具有選擇性的吸附劑，舉例來說，碳分子篩(CMS)，之二或更多吸附器容器。
該第二分離器80可包含低溫蒸餾設備，其中來自該離子輸送膜組合件70的產物流73係蒸餾以從氮分離出氧和氬，藉以產生適用於供料給該氨合成單元60的富氮產物83。
或者或附帶地，該第二分離器80可包含在移除任何殘餘的CO2和H2O時非常有效的吸收劑例如礬土或分子篩。
該富氮產物83可從該第二分離器80當成進料送至用於製造氨產物63的氨合成單元60。典型地，該富氮產物83係具有約2至4MPa的壓力之高壓氣流。頃發現該離子輸 送膜組合件70、氣化器20和該氨合成單元60之間有意想不到的協同效應，其中對照更傳統的氮進料來源，使用來自該離子輸送膜組合件70的高壓氮產物73當成該氨合成單元的氮進料來源將避免實質的壓縮功率。
相比之下，低溫空氣分離單元(ASU)也可能擔任該氣化器20的O2來源及該氨合成單元60的N2。在此替代性版本中，來自該低溫空氣分離單元的N2經常具有低於約0.5MPa的壓力。因為該氨合成單元於非常高壓下運轉，典型地在介於約5.6MPa與約16.7MPa之間的範圍中，所以使用來自該低溫空氣分離單元的氮使該氨合成單元中必需使用非常大量的壓縮功率。
該系統可另外包含在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件70的至少一部分氮產物73的燃燒器100，如圖1所示。該燃燒器100可能所謂的去氧單元(DeOxo unit)。該氮產物73中的雙原子氧濃度可能藉由使該氮產物73中的雙原子氧與該燃燒器100中的燃料101反應來降低。
該方法可另外包含使來自該離子輸送膜組合件70的氮產物73中之雙原子氧與該燃燒器100中的燃料101反應，藉以使該氮產物73中之雙原子氧濃度降低。
該燃燒器100可包含促進該燃料與該雙原子氧的燃燒之觸媒。該雙原子氧接著與該燃料在促進該燃料與該雙原子氧的燃燒之觸媒存在的情形下反應。該觸媒可能是，舉例來說，能促進低溫下的燃料與小量氧的燃燒之以鈀為基礎的觸媒。
當該系統包含燃燒器100時，該氮產物73中的氧濃度較佳為降至低於1ppm。催化性去氧反應器在高於1體積% O2濃度自己開始。該反應係放熱性，而且吾人可能想要將反應溫度控制於某些極限，所以該溫度不會超過反應器冶金學允許的設計溫度。許多去氧觸媒本身能操作到至少600℃。該反應溫度可能，舉例來說，藉由插入水蒸氣煮沸器的絕熱式反應器的多階段來控制。該燃燒器100(例如去氧反應器)可能佈置先前討論過的O2選擇性吸附單元的下游。除了或代替分離器80，能安裝此O2選擇性吸附單元。該吸附單元可能將該氮產物73中的氧濃度降至10ppm至1體積%的範圍，而且該燃燒器100可能耗掉此氣體至低於1ppm O2。在此方法中，該燃燒器100中的溫度升高及該燃燒器所用的燃料縮減了。
該燃燒器100所用的燃料101，若存在的話，可能是任何適於與該燃燒器100中的雙原子氧反應的燃料。燃料可依照高於與該氮產物73中的所有雙原子氧反應所需的量提供。該燃料可能是天然氣。該燃料可能是該合成氣23的一部分。
該燃燒器100可能在操作上佈置成能接收該合成氣23的一部分當成至少一部分燃料。
引進該燃燒器100的合成氣23部分可能是適於與該雙原子氧反應的任何可燃性混合物。引進該燃燒器100的合成氣23部分可以從介於該氣化器20與該轉化反應器30之間、介於該轉化反應器30與該分離器50之間的系統，從 該分離器50(該氫產物51及/或該副產物53)、從該氨合成單元60(亦即氨合成環路及/或來自該氨合成單元的副產物流)、從該低溫清洗單元90(亦即含有氫及氮的混合物及/或至少含有CO的副產物93)及/或從該氨合成單元下游純化段(沒顯示)(亦即來自該純化段的副產物流)抽出。
除了或替代該燃燒器100，該系統可另外包含如圖2所示用於從該氮產物73分離氧的第二離子輸送膜組合件110。該第二離子輸送膜組合件110的結構特徵(膜單元、膜模組、膜層等等)可能如同該離子輸送膜組合件70的描述。該第二離子輸送膜組合件110可能是EP 0 916 385 A1所述的經反應洗淨的離子輸送分離器。
該第二離子輸送膜組合件110包含離子輸送膜層。該第二離子輸送膜組合件110具有從包含氧和氮的離子輸送膜組合件70將該氮產物73引進該第二離子輸送膜組合件110的入口。該第二離子輸送膜組合件110具有從該第二離子輸送膜組合件110抽出氮產物113的第一出口，及從該第二離子輸送膜組合件110抽出氧產物或燃燒產物115的第二出口。該第二離子輸送膜組合件110可能具有用於將燃料引進該第二離子輸送膜組合件110以與已經通過該膜層輸送的氧反應以生成燃燒產物115的第二入口。
該方法可能另外包含分離該氮產物73，該氮產物73包含該第二離子輸送膜組合件110中的氧和氮以生成富氮產物113及氧產物或燃燒產物115。當燃料101被引進該第二離子輸送膜組合件110的陽極側時可能會生成燃燒產物115。 當沒有燃料被引進該第二離子輸送膜組合件110的陽極側時可能會生成氧產物115。
該氮產物73中的雙原子氧濃度可能藉由將氧輸送通過該膜並且任意地使該氮產物73中的雙原子氧與該第二離子輸送膜組合件110的陽極側的燃料101反應而降低。該經反應洗淨的第二離子輸送膜組合物110擔任去氧單元的工作，該去氧單元藉由離子輸送通過該離子輸送膜層到陽極側使氧在那裡與該燃料101反應以產生非常低的氧偏壓並且藉以增進氧移除而從該氮產物73分離殘餘氧。
該第二離子輸送膜組合件110可於介於700℃至1000℃的溫度及介於0.11MPa至4.2MPa的壓力下運轉。
使用經反應洗淨的第二離子輸送膜組合件110代替該燃燒器100的益處是該燃料與該氮產物73中的氧之反應所得到的CO2和H2O與氮被分開而且該經反應洗淨的第二離子輸送膜組合件110不需要用於分離CO2和H2O的獨立分離器。
該第二離子輸送膜組合件110可能包含US 5,338,623及US 5,750,279所述的電子驅動輸送膜以供移除至少一部分任何殘餘氧。當沒使用燃料101時此膜係有用的。代替燃料，於該陽極側與該陰極側之間施加適當電位從該氮流抽吸氧以將氮純化。
該系統可另外包含低溫清洗單元90。該低溫清洗單元90在操作上佈置成能接收來自該分離器50的至少一部分氫產物51並且在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組 合件70的至少一部分氮產物73。該低溫清洗單元90生成含有氫和氮的混合物95及至少包含CO的副產物93。當該系統包含低溫清洗單元90時，該氨合成單元60在操作上佈置成能接收來自該低溫清洗單元90的至少一部分含有氫和氮的混合物95以致於該氨轉化器因此在操作上佈置成能經由該低溫清洗單元90接收來自該分離器50段的至少一部分氫產物51及來自該離子輸送膜組合件70的至少一部分氮產物73。
該方法可另外包含於該低溫清洗單元90中摻合來自分離器50的至少一部分氫產物51及來自該離子輸送膜組合件70的至少一部分氮產物73以於該低溫清洗單元90中生成摻合物。該至少一部分氫產物51及該至少一部分氮產物73可依照介於2.7至3.2的H2對N2莫耳比摻合。該摻合物係於該低溫清洗單元90中低溫清洗以生成含有氫和氮的混合物95及至少包含CO的副產物93。
該低溫清洗單元90可包含如圖3所示的多物流熱交換器200及清洗塔300。
低溫清洗單元90可與該第二分離器80聯合使用。
來自該第二分離器80的富氮產物83，其已經被移除CO2、H2S和H2O，係於熱交換器200中冷卻至使至少一部分液化的溫度。若壓力高於N2的臨界壓力，則該富氮產物83被冷卻至低於N2的臨界溫度，以致於其具有類似液體的密度。若該壓力低於N2的臨界壓力，則該富氮產物83被冷卻至存有至少一些液相84的溫度。蒸氣相86也可能存在或該 富氮產物83可被冷卻至使該液相84過冷而且蒸氣相不存在的溫度。該液相84可被引進清洗塔300的某個頂部部位以提供清洗回流給該清洗塔300。若存有，該蒸氣部分86可於低於引進該液相84的位置之位置處引進該清洗塔300。
較佳地，O2也，舉例來說，使用該燃燒器100從該富氮產物83移除。儘管送到該低溫清洗單元90的進料中容許小量的氧，舉例來說，低於100ppm氧，但是該富氮產物83卻不得含有這麼多氧以便預防該清洗塔300中的爆炸危險。較佳地，有低於1ppm氧存於該富氮產物83中。即使小量的氧也會於該清洗塔的底部濃縮十倍或更多。典型地，該富氮產物83包含小量的氬。
來自分離器50的氫產物51，CO2、H2O和溶劑已經從那裡移除，也於熱交換器200中冷卻至高於該氫產物51冷凝的溫度並且被引進清洗塔300的某個底部部位當成超熱蒸氣流251。該氫產物51可能包含CO，其會損害該氨合成觸媒。該氫產物51也可能包含CH4和氫，彼等相對於該氨合成觸媒係惰性的。
來自該氨合成單元60之包含N2、H2和Ar的洗淨流65也可於熱交換器200中冷卻並且引進該清洗塔300那個底部部位。該洗淨流65必須於熱交換器200中被冷卻之前洗滌NH3並且完全排除NH3和H2O以預防冷凍問題。該洗淨流65基本上沒有NH3而且沒有H2O。
清洗塔300係根據眾所周知的兩相多階段分餾原理來操作。混合物95係從塔300抽出當成塔頂蒸氣，該混合 物具有約3至1的H2對N2莫耳比。該混合物95實質上不含CO，較佳地低於10ppm CO而且更佳地低於1ppm CO。該混合物95不含O2而且可能含有小量Ar和CH4。
該混合物95係於熱交換器200中加熱，藉以提供大部分的冷卻任務，壓縮，並且送至該氨合成單元60。
實質上所有CO、所有O2(若有的話)及至少一些Ar和CH4係呈液體從該清洗塔300的底部抽出當成副產物93。該液態副產物93可通過閥閃蒸汽化至較低壓力並且送至熱交換器200藉以於熱交換器200中提供一部分的冷卻任務。副產物93基本上係稀薄的燃料並且可以被排除，搖曳地燃燒，或用作該設施中的燃料。
該系統可另外包含熱交換器40。水蒸氣45可能藉由該合成氣23與煮沸器給水41之間的間接熱轉移來轉移熱而產生於該熱交換器40中。該熱交換器40在操作上佈置於該轉化反應器30的下游以接收來自該轉化反應器30的合成氣23。該熱交換器40在操作上佈置於該分離器50的上游，所以熱交換器40接收到來自任意熱交換器40的合成氣23。
該方法可另外包含將來自氣化器20的至少一部分合成氣23的熱轉移至熱交換器40中的煮沸器給水以在分離器50中分離至少一部分合成氣23之前藉由間接熱轉移生成水蒸氣45。
本氨生產系統可用於新的“未開發的(greenfield)”氨/氣化設備或可應用於現有的氨設備，該等氨設備被改裝成以氣化器當成高壓氫來源及離子輸送膜組合件當 成氧和高壓氮來源。舉例來說，典型以天然氣為基礎的氨設備之氨合成環路可以藉由更換預定擁有氣化和氨系統之間的水蒸氣整合優點之現行多數水蒸氣膨脹渦輪驅動器和壓縮器予以改造。因此，在一具體實施例中，本發明另外包含以一個水蒸氣渦輪驅動器及一個包含單缸的壓縮器更換用於氨製造方法中壓縮氫和氮原料的現行多數水蒸氣膨脹渦輪驅動器和壓縮器。
實施例1
將每天約7050立方噸的煤21供入該氣化器20。該氣化器流出物23，經過適當處理之後，提供足夠的氫以生產每天約5000立方噸的氨63。適當處理包括移除該合成氣23中的微粒及其他污染物，以及酸轉化以於轉化反應器30中將CO轉化成額外的H2，酸氣移除以移除H2S和CO2，及乾燥以於分離器50中移除最後的微量CO2和H2O。在此實施例中，將所有的氫產物51送至該低溫清洗單元90以在送至氨轉化器60之前移除CO並且與N2摻合。
將空氣71加熱並且壓縮至約3.6MPa並且供至該離子輸送膜組合件70以生產每天約1365立方噸的氧，其係該氣化器20的氧需求量的約25%。該離子輸送膜組合件滯留物係富氮的氮產物73而且實質上係處於高壓下。該氮產物73具有約2%的殘餘O2含量。該氮產物73係送至燃燒器100(亦即去氧單元)，其中該O2濃度係藉由與燃料101一起燃燒降至微量水準。
該富氮流係於分離器80中純化以移除CO2和H2O，並且生成富氮產物83。富氮產物83係於低溫清洗單元90中液化，並且負責從塔300中的氫產物51洗掉CO，同時生成CO含量<1ppm之約3：1的H2：N2混合物95。
該混合物95係壓縮至約16MPa的氨轉化器壓力，並且當成補充進料引進該氨轉化器60的氨合成環路。該補充進料與該合成氣體環路中的再循環反應物氣體混合並且被送至該氨轉化器60內的氨合成反應器。N2和H2反應以生成具有約18莫耳%氨和未反應的反應物氣體之氣體。該氨和未反應的N2和H2之混合物係冷卻並且驟凍至約0℃，所以使大部分的NH3凝結並且從該氨合成環路被移除以便進一步處理。還含有約4.6莫耳% NH3的殘餘氣體係於該氨合成環路中再循環。
從該氨合成環路取出少數洗淨流65(約0.8%莫耳流速於該氨合成環路中的氣體)，所以Ar的量被控制成於該氨合成環路中介於4與5莫耳%。將該洗淨流65送至該低溫清洗塔300，在那裡洗去該洗淨流65的Ar，並且保留剩下的有用組分(N2和H2)當成該補充進料的一部分。
排出該合成環路的粗製液態NH3係閃蒸至周遭壓力以移除揮發性雜質，再冷凍至其起沸點(bubble point)以供儲存及輸送。藉由使用該氨本身的一部分當成此冷凍技藝中常見的壓縮-冷凝-閃蒸-汽化循環中的冷凍劑來提供冷凍作用。
每天約4100立方噸的氧係從低溫空氣分離單元 10提供給該氣化器20。
要製造每天約5000立方噸NH3的總功率消耗係約180.2MW。這包括與GOX生產相關的壓縮(將空氣進料壓縮至該離子輸送膜組合件70，及將離開該離子輸送膜組合件的氧壓縮至該氣化器20，以及該低溫空氣分離單元的淨功率需求量)；將新鮮補充進料壓縮至該氨合成環路；與再循環物相關的壓縮；及氨的冷凍。
實施例2-比較例
除了沒有離子輸送膜組合件70以外，實施例2與用於生產每天5000立方噸氨的實施例1相同。用於該氣化器的所有氧均由低溫空氣分離單元10來提供，而且用於氨合成的所有N2均由該低溫空氣分離單元10來生產。將每天約7050立方噸煤及每天約5460立方噸來自該低溫空氣分離單元的O2供入該氣化器。約67,000Nm3/hr的N2係由該低溫空氣分離單元10提供以供低溫清洗(cryowashing)及氨合成。
該氨合成環路不需要洗淨流65，但是類似的低溫清洗單元係用以清洗來自該分離器50的H2進料中的CO並且產生H2：N2的3：1混合物。
實施例2的總功率消耗係181.8MW，比實施例1更高。該實施例2中的功率消耗正好比得上該實施例1中的功率消耗，因為其包括相同範圍的O2和N2生產量、氨轉化器中的壓縮及與氨冷凍相關的壓縮。
10‧‧‧低溫空氣分離單元
11‧‧‧第二進料氣體
13‧‧‧氧產物
15‧‧‧含氮副產物
20‧‧‧氣化器
21‧‧‧碳質材料
23‧‧‧合氣體
30‧‧‧轉化反應器
31‧‧‧補充流
40‧‧‧熱交換器
41‧‧‧煮沸器給水
45‧‧‧水蒸氣
50‧‧‧分離器
51‧‧‧氫產物
53‧‧‧副產物
60‧‧‧氨合成單元
63‧‧‧氨產物
65‧‧‧洗淨流
70‧‧‧離子輸送膜組合件
71‧‧‧第一進料氣體
73‧‧‧氮產物
75‧‧‧氧產物
77‧‧‧壓縮器
80‧‧‧氨合成單元
83‧‧‧富氮產物
85‧‧‧副產物
90‧‧‧低溫清洗單元
93‧‧‧至少包含CO的副產物
95‧‧‧含有氫和氮的混合物
100‧‧‧燃燒器
101‧‧‧燃料
102‧‧‧氧

Claims (20)

  1. 一種氨生產系統，該系統包含：一離子輸送膜組合件，其包含輸送膜層並且具有將包含氧和氮的第一進料氣體引進該離子輸送膜組合件的入口、從該離子輸送膜組合件抽出氮產物的第一出口及從該離子輸送膜組合件抽出第一氧產物的第二出口；一低溫空氣分離單元，其係用於生產第二氧產物及含氮的副產物；一氣化器，其在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件的至少一部分第一氧產物及來自該低溫空氣分離單元的至少一部分第二氧產物，該氣化器用於使碳質材料與該至少一部分第一氧產物和該至少一部分第二氧產物反應以生產包含H2、CO2、CO和H2O的合成氣；一轉化反應器，其在操作上佈置成能接收來自該氣化器的至少一部分合成氣，該轉化反應器用於使該氣化器的至少一部分合成氣中的CO與H2O在轉化觸媒存在的情形下反應以生產該至少一部分合成氣中的額外H2和CO2；一分離器，其在操作上佈置成能接收來自該轉化反應器的至少一部分合成氣，該分離器用於分離該至少一部分合成氣以生成氫產物及至少包含CO2、H2S和H2O的副產物；及一氨合成單元，其在操作上佈置成能接收來自該分離器的至少一部分氫產物並且在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件的至少一部分氮產物，該氨合成單元用於使該至少一部分氫產物與該氨合成單元的至少一部分氮產物反應 以生產氨產物。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其另外包含：一低溫清洗單元，該低溫清洗單元在操作上佈置成能接收來自該分離器的至少一部分氫產物並且在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件的至少一部分氮產物，以生成包含氫和氮的混合物及至少包含CO的副產物；其中該氨合成單元在操作上佈置成能接收來自該低溫清洗單元的至少一部分包含氫和氮的混合物以致於該氨轉化器因此在操作上佈置成能經由該低溫清洗單元接收來自該分離器段的至少一部分氫產物及來自該離子輸送膜組合件的至少一部分氮產物。
  3. 一種氨生產系統，該系統包含：一離子輸送膜組合件，其包含輸送膜層並且具有將包含氧和氮的第一進料氣體引進該離子輸送膜組合件的入口、從該離子輸送膜組合件抽出氮產物的第一出口及從該離子輸送膜組合件抽出第一氧產物的第二出口；一低溫空氣分離單元，其係用於生產第二氧產物及含氮的副產物；一氣化器，其在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件的至少一部分第一氧產物及來自該低溫空氣分離單元的至少一部分第二氧產物，該氣化器用於使碳質材料與該至少一部分第一氧產物和該至少一部分第二氧產物反應以生產 包含H2、CO2、CO和H2O的合成氣；一轉化反應器，其在操作上佈置成能接收來自該氣化器的至少一部分合成氣，該轉化反應器用於使該氣化器的至少一部分合成氣中的CO與H2O在轉化觸媒存在的情形下反應以生產該至少一部分合成氣中的額外H2和CO2；一分離器，其在操作上佈置成能接收來自該轉化反應器的至少一部分合成氣，該分離器用於分離該至少一部分合成氣以生成氫產物及至少包含CO2、H2S和H2O的副產物；一低溫清洗單元，該低溫清洗單元在操作上佈置成能接收來自該分離器的至少一部分氫產物並且在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件的至少一部分氮產物，以生成包含氫和氮的混合物及至少包含CO的副產物；及一氨合成單元，其在操作上佈置成能接收來自該低溫清洗單元的至少一部分包含氫和氮的混合物，該氨合成單元用於使該至少一部分包含氫和氮的混合物於該氨合成單元中反應以生產氨產物。
  4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該氣化器係自熱式重組器。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，其另外包含：一第二分離器，其在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件的至少一部分氮產物，該第二分離器用於分離該至少一部分氮產物以生成富氮產物及包含該氮產物中的至少 一非氮組分的副產物，其中該氨合成單元在操作上佈置成能接收該富氮產物當成來自該離子輸送膜組合件的至少一部分氮產物。
  6. 如申請專利範圍第5項之系統，其中該第二分離器包含對氧具有選擇性的吸附劑、用於移除氧的電子驅動離子輸送膜及當該氮產物中的至少一非氮組分係氧時用於移除氧的經反應洗淨的離子輸送膜當中之至少一者。
  7. 如申請專利範圍第5項之系統，其中該第二分離器包含當該氮產物中的至少一非氮組分係氧及/或氬時用於移除氧及/或氬的低溫蒸餾設備。
  8. 如申請專利範圍第1項之系統，其另外包含在操作上佈置成能接收來自該離子輸送膜組合件的至少一部分氮產物的燃燒器，該燃燒器藉由使雙原子氧(diatomic oxygen)與燃料反應來降低該氮產物中的雙原子氧濃度。
  9. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該燃燒器包含能促進該燃料與該雙原子氧的燃燒之觸媒。
  10. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該燃燒器在操作上佈置成能接收一部分合成氣當成至少一部分燃料。
  11. 一種氨生產方法，該方法包含：(a)於包含離子輸送膜層的離子輸送膜組合件中分離包含氧和氮的第一進料氣體以生成氮產物及第一氧產物；(b)於低溫空氣分離單元中分離包含氧和氮的第二進料氣體以生成第二氧產物及含氮副產物；(c)使碳質材料與氧在足以生產包含H2、CO2、CO和H2O的合氣體的反應條件之下反應，其中該氧係依低於該碳質材料完全燃燒所需的化學計量的量提供，而且該氧係由來自該離子輸送膜組合件的至少一部分第一氧產物及來自該低溫空氣分離單元的至少一部分第二氧產物提供；(d)使來自步驟(c)的至少一部分合成氣中的CO與H2O在轉化觸媒存在的情形下反應以生產該至少一部分合成氣中的額外H2和CO2；(e)分離來自步驟(d)的至少一部分合成氣以生成氫產物及至少包含CO2、H2S和H2O的副產物；及(f)使至少一部分氫產物與來自該離子輸送膜組合件的至少一部分氮產物在足以生產氨產物的反應條件之下反應。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其另外包含：於低溫清洗單元中摻合自步驟(e)的至少一部分氫產物及來自步驟(a)的至少一部分氮產物，該至少一部分氫產物及該至少一部分氮產物依照介於2.9至3.1的H2對N2莫耳比摻合，同時在低溫下清洗該摻合物以生成包含氫和氮的混合物及至少包含CO的第二副產物； 其中該混合物的至少一部分係於步驟(f)中反應的至少一部分氫產物及至少一部分氮產物。
  13. 一種氨生產方法，該方法包含：(i)於包含離子輸送膜層的離子輸送膜組合件中分離包含氧和氮的第一進料氣體以生成氮產物及第一氧產物；(ii)於低溫空氣分離單元中分離包含氧和氮的第二進料氣體以生成第二氧產物及含氮副產物；(iii)使碳質材料與氧在足以生產包含H2、CO2、CO和H2O的合氣體的反應條件之下反應，其中該氧係依低於該碳質材料完全燃燒所需的化學計量的量提供，而且該氧係由來自該離子輸送膜組合件的至少一部分第一氧產物及來自該低溫空氣分離單元的至少一部分第二氧產物提供；(iv)使來自步驟(iii)的至少一部分合成氣中的CO與H2O在轉化觸媒存在的情形下反應以生產該至少一部分合成氣中的額外H2和CO2；(v)分離來自步驟(iv)的至少一部分合成氣以生成氫產物及至少包含CO2、H2S和H2O的副產物；(vi)摻合來自步驟(v)的至少一部分氫產物及來自步驟(a)的至少一部分氮產物以於低溫清洗單元中生成摻合物，該至少一部分氫產物及該至少一部分氮產物依照介於2.7至3.2的H2對N2莫耳比摻合，同時在低溫下清洗該摻合物以生成包含氫和氮的混合物及至少包含CO的第二副產物；及(vii)使至少一部分混合物在足以生產氨產物的反應條 件之下反應。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其另外包含：分離來自步驟(i)的至少一部分氮產物以生成富氮產物及包含該氮產物中的至少一部分非氮組分的第三副產物，其中於步驟(iv)中摻合的至少一部分氮產物包含至少一部分富氮產物。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該氮產物中的至少一非氮組分係雙原子氧，而且該至少一部分氮產物係利用對氧具有選擇性的吸附劑、對氧具有選擇性的電子驅動離子輸送膜及從該氮產物移除氧的經反應洗淨的離子輸送膜當中之至少一者來分離。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該氮產物中的至少一非氮組分係氧及/或氬而且該至少一部分氮產物係利用低溫蒸餾設備來分離。
  17. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該第二副產物另外包含氧、氬及甲烷中的至少一者。
  18. 如申請專利範圍第11項之方法，其另外包含：分離來自步驟(a)的至少一部分氮產物以生成富氮產物及包含該氮產物中的至少一非氮組分的第三副產物，其中該於 步驟(f)中反應的至少一部分氮產物包含至少一部分富氮產物。
  19. 如申請專利範圍第11項之方法，其中來自步驟(a)的氮產物包含雙原子氧，該方法另外包含：使該雙原子氧與燃料反應以降低至少一部分氮產物中的雙原子氧濃度。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該雙原子氧與該燃料係於促進該燃料與該雙原子氧燃燒的觸媒存在的情形下反應。
TW104100999A 2014-01-17 2015-01-12 使用離子輸送膜、氣化器及氨合成單元的氨生產系統及方法 TW201529477A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/157,619 US20150203359A1 (en) 2014-01-17 2014-01-17 System and Process for Producing Ammonia Using an Ion Transport Membrane, Gasifier, and Ammonia Synthesis Unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201529477A true TW201529477A (zh) 2015-08-01

Family

ID=53544177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104100999A TW201529477A (zh) 2014-01-17 2015-01-12 使用離子輸送膜、氣化器及氨合成單元的氨生產系統及方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20150203359A1 (zh)
CN (1) CN104787778A (zh)
CA (1) CA2877924A1 (zh)
TW (1) TW201529477A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI714406B (zh) * 2018-12-27 2020-12-21 日商三菱日立電力系統股份有限公司 流體輸送裝置及流體輸送裝置的改造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014134246A2 (en) * 2013-02-28 2014-09-04 Air Products And Chemicals, Inc. Process and apparatus for producing oxygen and nitrogen using ion transport membranes
EP3411327B1 (en) * 2016-02-02 2021-12-08 Haldor Topsøe A/S Atr based ammonia process
NZ760484A (en) * 2017-07-25 2024-05-31 Haldor Topsoee As Method for the preparation of ammonia synthesis gas
CN114146563B (zh) * 2021-11-29 2024-01-23 青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司 高压lng燃料船舶发动机尾气处理系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4934148A (en) * 1989-05-12 1990-06-19 Union Carbide Corporation Dry, high purity nitrogen production process and system
US20050019244A1 (en) * 2003-07-23 2005-01-27 Spiegelman Jeffrey J. Method for the point of use production of ammonia from water and nitrogen
JP5465913B2 (ja) * 2009-04-08 2014-04-09 トヨタ自動車株式会社 アンモニア合成装置及び方法
CN101602649A (zh) * 2009-07-27 2009-12-16 福州大学 一种中低压醇、醚联氨生产工艺
CN101643220A (zh) * 2009-07-29 2010-02-10 董宏光 一种天然气型合成氨节能减排工艺技术

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI714406B (zh) * 2018-12-27 2020-12-21 日商三菱日立電力系統股份有限公司 流體輸送裝置及流體輸送裝置的改造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA2877924A1 (en) 2015-07-17
CN104787778A (zh) 2015-07-22
US20150203359A1 (en) 2015-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2018364702B2 (en) Systems and methods for production and separation of hydrogen and carbon dioxide
KR102446845B1 (ko) 암모니아 합성 가스의 제조 방법
US4409196A (en) Synthesis gas for ammonia production
EP2401052B1 (en) Improved method for the capture and disposal of carbon dioxide in an energy conversion process
AU778215B2 (en) Hydrogen recycle and acid gas removal using a membrane
KR101751570B1 (ko) 합성가스 제조 시스템과 방법 및 합성가스 생성물
JP2008520524A (ja) 水素および二酸化炭素の複合製造のための方法および装置
WO2022229838A1 (en) Process for producing hydrogen from a hydrocarbon feedstock
TW201529477A (zh) 使用離子輸送膜、氣化器及氨合成單元的氨生產系統及方法
KR20240017359A (ko) 이산화탄소 배출량을 낮추면서 증기 개질에 의해 순수 수소를 생산하기 위한 방법 및 플랜트
GB2457970A (en) Energy conversion process for sequestration of carbon dioxide
WO2015104532A1 (en) Hydrogen production processing
US9458014B2 (en) Sytems and method for CO2 capture and H2 separation with three water-gas shift reactions and warm desulfurization
JP4065413B2 (ja) 空気からのクリプトン及びキセノン回収方法
GB2048840A (en) Synthesis Gas for Ammonia Production
WO2015160609A1 (en) Method and system for oxygen transport membrane enhanced integrated gasifier combined cycle (igcc)
WO2021046321A1 (en) Method and apparatus for an improved carbon monoxide cold box operation
AU2021286875B2 (en) Method for the production of hydrogen
CN113891850B (zh) 用于分离一氧化碳、氢气和至少一种酸性气体的混合物的方法和装置
EP2896598A1 (en) System and process for producing ammonia using an ion transport membrane, gasifier, and ammonia synthesis unit
US12109527B2 (en) Process and apparatus for the separation of two gaseous streams each containing carbon monoxide, hydrogen and at least one acid gas
ES2831352T3 (es) Doble producción de H2 y CO con regulación de CO
US20230322549A1 (en) Methods and systems for cryogenically separating carbon dioxide and hydrogen from a syngas stream
GB2121775A (en) Synthesis gas for ammonia production
JP2001342161A (ja) 炭鉱ガスからジメチルエーテルの製造方法