[发明专利]用于生产合成气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从天然气原料生产含氢合成气的方法、相关设备以及改造相关设备的方法。本发明特别涉及生产包含约3:1的摩尔比的氢和氮的氨合成气。

背景技术

由烃原料生产合成气通常涉及组合重整方法，其中初级重整器被供应有脱硫烃和蒸汽，次级重整器接收来自初级重整器的部分重整的气体和合适的氧化剂流，氧化剂例如空气或氧气。

然后通常在一系列下游设备项目中处理离开次级重整器的重整气体，以获得具有适合于特定用途的组成的合成气。

例如，氨(NH₃)的合成需要包含约3:1的合适摩尔比的氢(H₂)和氮(N₂)的合成气，即所谓的补充气。关于具有上述组成的合成气，通常使用术语氨合成气。

氨合成气通常在前端工段产生，并且所述合成气转化为氨在合成回路中进行。

从效率的观点来看，用于生产氨合成气的非常合适的烃原料是天然气，因为它的特点是所有化石燃料中氢含量最高的一个。

在EP 2 065 337中公开了从天然气开始生产氨合成气的方法的实例。

氨合成气的生产需要燃烧一定量的燃料以产生重整热；通常使用另外量的燃料以产生蒸汽并且为驱动机器(诸如泵或压缩机(包括空气压缩机和气体压缩机))的蒸汽轮机提供动力，该压缩机将产生的补充气体的压力升高到氨合成的压力。

为此，基于天然气的设备的通常方法是使用一部分天然气原料作为燃料。天然气总消耗量的大约30％至40％通常用作燃料，特别地用于初级重整器的燃烧。该设备还可以包括天然气燃烧辅助锅炉，以产生该过程所需的另外的蒸汽。

EP 2 662 327描述了一种用于生产氨的方法，其中供给到设备的天然气基本上分成两部分：第一部分(称为工艺部分)用作重整过程的反应物，第二部分(称为燃料部分)用于设备的运行。

然而，近来出现了天然气数量的限制和国际烃市场的增加的不稳定性。因此，在天然气昂贵和/或有限量可用的地方，合成气设备必须使天然气的消耗最小化。因此，现在可用的方法可能太昂贵而无法运行，尤其是在天然气成本高的地方。

为了解决如何维持或增加面临有限天然气供应的合成气的生产的问题，对替代烃源技术的兴趣一直在增加。在可用的源中，由于其广泛的可用性和廉价性，煤引起了人们的极大兴趣，其代表了用于生产含氢合成气和氨合成气的可行的替代原料。

已经提出了煤制氨设备，其中在蒸汽和有限量的氧存在下，煤在高压和高温下气化，并且提供主要包含一氧化碳和氢气的合成气。然后，所述气体通过一系列步骤纯化，该步骤包括例如去除颗粒、酸性气体变换(其中CO转化为CO₂)、在酸性气体去除单元中去除CO₂和H₂S。

煤制氨设备的缺点在于它们比基于气体的设备昂贵得多。所述技术的一个不足是通过煤的气化产生的气体还含有显著量的硫成分(主要是H₂S和COS)和其他杂质(包括氯化物、HCN、氨、金属)，其必须完全去除以使用所述气体作为工艺气体。然而，没有大量的和昂贵的改造，现有氨设备的前端通常不能够处理这种基于煤的工艺气体。因此，现有技术的煤制氨技术需要高的投资成本，并且对现有设备的改造不具有吸引力。

发明内容

本发明旨在克服如上所讨论的现有技术的不足。特别地，本发明提出减少总天然气消耗量，同时产生足够纯的含氢合成气以避免大量的纯化处理(大量的纯化处理将意味着工艺设备暴露于有害物质)、提供煤和其他碳质原料作为能量来源的环境更友好的使用、节省资金成本并降低能源消耗。

这些目的通过根据权利要求1的从天然气原料生产含氢合成气的方法以及根据所附权利要求的设备和改造方法来实现。在从属权利要求中公开了优选的实施方式。

所述方法包括将天然气转化成产物气体，然后将产物气体适当地纯化。对于所述方法的至少部分热输入通过燃料的燃烧来提供，并且至少部分所述燃料是通过碳质原料的转化而获得的气态燃料。

天然气仍然用作生产含氢合成气的工艺原料，而燃料至少部分地通过碳质原料的转化提供。因此，本发明的主要优点之一是先前用作燃料的天然气可以重新定向以用作工艺原料。

所述热输入可以包括例如初级重整器的工艺热量、和/或用于生产蒸汽以驱动用于压缩机、泵等的蒸汽轮机的热量。