[其他]氨合成气的生产方法和装置

说明书

烃原料流与过量空气反应而转化成含有氢和一氧化碳的混合气，其中还含有所述空气中的氮气。经高温变换将所述一氧化碳转化成氢和二氧化碳后，混合气通入变压吸附系统，用以生产含氢气和氮气的非纯化氨合成气，其中在较高的操作压力下，把过量氮气分离出，并与由该系统所脱除的杂质一起排放。由变压吸附系统的清洗排放气可通入膨胀透平以供发电用。而氨合成气可送入甲烷化反应器以进行最后净化，并生成氨合成气，过程中不需要使用空气分离或制氮设备。

本发明涉及氨合成气的生产，更具体地说涉及一种结合了变压吸附技术而应用于生氨合成气的改进了的方法和装置。

常规的氨合成气的生产是基于天然气或石脑油的蒸汽转化，然后进一步用空气进行第二次转化。近年来，由于能源价格大幅度增涨，因此，人们努力试图改进该生产方法和节约能源。在本技术领域内，应用作为氢的纯化的变压吸附技术（Pressure Swing Adsorpton，P.S.A.）来简化生产过程的可能性得到了重视。由于在化学工业中，氨的生产是耗氢量最大的生产，因此上述PSA技术具有特别重大的经济意义。PSA方法与其它包括了各种组合的洗涤系统、甲烷化等的方法不同，它可通过单一的净化过程，基本上就可以从含氢气流中基本上将所有的杂质脱除。

在合成氨生产中，一般优选用天然气和石脑油的蒸汽转化进行烃原料的转化。而将烃原料进行部分氧化的转化方法也是可取的。目前在一些工业生产中也有一种倾向，即用氧气对石油重馏分和煤炭进行部分氧化。在合成氨生产操作中，不论是采用蒸汽转化或采用部分氧化，其中需要将空气分离系统或制氮装置结合起来成为整个系统中不可缺少的组成部分。因此由该系统出来的氧气可用于烃原料的部分氧化，而且该系统回收的氮气则与从变压系统来的净化氢气混合，组成所需的氨合成气。

已经发现在氨合成气的生产中应用PSA技术是很有利的。鉴于仍需要不断地发展和改进生产方法以降低昂贵的能源耗量，为此已提出在合成氨操作中，将外部氮源作为纯化氢气的变压吸附过程中的清洗气。采用该方法，可方便地在变压吸附系统中应用较高的吸附压力，将氮气随同净化的氢气由PSA系统回收。应用了在高压力下作为清洗气的氮气，由PSA系统排出的清洗排放气可用来发电，所产生的电力可用来压缩通入空气分离或制氮装置的空气，由此回收的氮气，可在提高的压力下，方便地作为外部氮源用作PSA系统的清洗气。而回收的氧气按需要可用于第二转化装置，或用于部分氧化装置或制氢装置。由此可以看出，通过该方法可得到完整统一的流程，包括制氢、PSA-氢纯化，氨合成和空气分离等，从而把烃原料转化成氨合成气。与用现有技术的其它方法相比较，采用该完整的工艺流程来生产氨合成气和氨产品，可以节省能源。应用提高压力下的氮气作为清洗气，可使PSA系统设计简化，这是其所用的吸附床层压力降较低的结果。尽管有以上许多优点，但是在生产氨合成气中需要采用变压吸附技术以进一步改进和加强整个生产系统和过程，实际上为了能更经济地生产氨合成气和产品氨，从而降低能源的消耗，则必须不断地改进生产方法和流程，以满足世界范围内的工业生产的需要。

本发明的一个目的是提供一种生产氨合成气的改进的方法和装置。

本发明的另一个目的是为生产氨合成气过程提供方法和装置，用于强化变压吸附技术的应用。

本发明的进一步目的是提供方法和装置，以使在用烃原料转化所需的氨合成气的整个生产系统中，能使成本降低。

根据上述目的和其它方面的作用，本发明将予以详细说明，而本发明的新的特征，将在权利要求书中叙述。

在第二转化或部分氧化操作过程之中应用了空气，由此所生成的通入向下流的PSA系统的混合气中含相当数量氮气。该氮气的一部分与氢气一起由PSA系统回收，作为部分净化的氨合成气。而过量的氮气则与废气一起从系统中排出。经在提高压力下进行清洗操作，含有过量氮气的清洗排放气可用于发电。在PSA系统中过量的氮气可提高氢气的回收率，而且不需采用空气分离设备或制氮设备。