[发明专利]用于组合制备氨合成气和二氧化碳的方法和装置

说明书

本发明涉及用于由烃来源组合制备氨合成气和二氧化碳的方法和装置。更具体而言，本发明涉及由通过将烃，特别是天然气重整而制备的合成气组合制备氨合成气和二氧化碳的方法。

本发明还涉及用于联合制备氨和二氧化碳的方法和装置，以及用于尿素制备的方法和装置。

所有纯度百分数为摩尔％。

由WO-A-06/054008中已知如何通过处理来自反向转化的气体而由PSA尾气制备二氧化碳。

氨合成中的主要步骤是：

1.将天然气(或另一含碳燃料)蒸汽重整。

2.在空气中二次重整/部分氧化以加入用于氨合成反应的氮气。

3.使CO在催化剂下反应成CO₂和H₂。

4.通过用溶剂洗涤而萃取CO₂(本菲尔德法等)。

5.将痕量CO和CO₂在催化剂下使用高氢气过量而甲烷化成CH₄和H₂O(CO和CO₂为催化剂的毒物)。

6.以两个可能的变化方案合成氨：

a.干燥+用氮气洗涤以将H₂/N₂比调整至3并萃取剩余CH₄、氩气和N₂+借助催化反应器的NH₃合成回路，

b.或者：借助催化反应器的NH₃合成回路+在PSA上处理抽空CH₄、氩气和过量N₂的清洗流以回收H₂。

当想要进一步使用在步骤4中萃取的CO₂(例如以使油萃取更容易或者制备化学品如尿素等)时，或者如果想要隔离(sequester)它以降低温室气体排放，则必须加入对于在步骤4中萃取的CO₂的压缩和干燥步骤。

本发明的目的是在必须将CO₂压缩以进一步如上所述使用时显著降低NH₃制备成本。

因此，需要制备氨合成气和二氧化碳的经济可行方法。

根据本发明的一个目的，提供由烃混合物组合制备氨合成气和二氧化碳的方法，所述方法包括至少：

-一个提纯步骤：将来自反向转化的冷混合物在通过压力调节的吸附单元(或PSA)中提纯，容许产生纯度至少等于98％的富氢气流，和在约1-3巴绝对压力下的包含二氧化碳、氮气、甲烷和一氧化碳的称为“PSA尾气”的尾气

和处理步骤：处理所述PSA尾气以产生富二氧化碳流体，其包括至少：

-一个压缩步骤：将PSA尾气压缩至大于重整压力的压力并使得所含CO₂的分压包含在约25至35巴之间；

-干燥步骤：通过消除所含水而将压缩的PSA尾气干燥以产生干气体；

-一个或多个连续冷凝/分离步骤，使得：

·各步骤本身包括：

-将来自先前步骤的气体中所含的所有或一部分CO₂冷凝的步骤，其后

-任选通过蒸馏将富CO₂冷凝物与包含不可冷凝化合物的气相分离的步骤，

·且

-所述一个或多个步骤在包含在室温与-56℃之间的温度下进行，

-CO₂贫化步骤：使来自至少一个分离步骤，例如渗透分离的气相贫化以产生贫CO₂流和富CO₂流，

-甲烷化步骤：将贫CO₂流甲烷化以产生包含氮气和甲烷的气体，和

-将至少一部分富氢气流与至少一部分包含氮气和甲烷的气体混合以形成氨合成气的步骤。

根据其它任选特征：

-将贫CO₂流在至少35巴下送入甲烷化，

-将来自CO₂贫化步骤的富CO₂流送入通过压力调节的吸附单元中，

-方法包括对于合成气的蒸汽反向转化步骤以将它包含的主要部分的一氧化碳氧化成二氧化碳，同时相应地产生氢气，和

-方法包括对于烃混合物的重整步骤以产生包含至少二氧化碳、氢气、一氧化碳、甲烷和蒸汽的合成气。

根据本发明另一目的，提供如上所述氨和二氧化碳制备方法，其中将氨合成气在处理单元中处理以提供氨流和包含甲烷和氮气的气体。

任选：