[发明专利]用于深冷纯化生产氨的设备和方法及相关的改造方法

权利要求书

1.一种从含有氢气和氮气的补充气合成氨的方法，所述方法包括以下步骤：

在前端工段（2）内产生含有摩尔比低于3的氢气和氮气的合成气（8、9）；

将所述合成气进行第一深冷纯化，所述第一深冷纯化适于去除氮气并将所述合成气的氢气/氮气摩尔比提高到预定值；

将纯化的合成气（10）压缩至合成压力；

在合成回路（6）内将合成气转化为氨（13），从所述回路中提取含有氢气和惰性气体的净化流（14）；

其特征在于：

通过适合于回收包含在所述净化流中的氢气的至少一部分，并产生含有回收的氢气的至少一个流（15、15a、16、18）和至少一个废物流（17）的工艺，进行所述净化流（14）的至少一部分的第二纯化，

将所述含有回收的氢气的至少一个流（15、15a、16、18）再循环到所述方法中，以增加氨产量，

其中，通过与进行所述第一深冷纯化步骤的气体流（8、9）合并（18），将所述含有回收的氢气的至少一个流的至少一部分再循环。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于为3的氢气/氮气摩尔化学计量比，来自所述前端工段（2）的所述合成气（8、9）含有至少25%的过量的氮气。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少50%的所述净化流（14）经历所述第二纯化。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二纯化包括以下中的至少一者：深冷分离工艺；通过可渗透氢气且不可渗透所述惰性气体的膜的渗透工艺；使用对所述惰性气体具有高亲和力并对氢气具有低亲和力的材料的吸附工艺。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二纯化通过包括深冷分离或通过膜的渗透的多级工艺进行，所述多级工艺包括在不同压力下分别地运行的多个深冷分离级或渗透分离级，并得到在彼此不同的压力下的含有回收的氢气的多个流（15、15a、16、18）。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过直接供给所述含有回收的氢气的至少一个流（15、15a、16）至合成步骤，将所述含有回收的氢气的至少一个流的一部分再循环。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，来自所述前端工段（2）的气体流（8、9）的一部分经历所述第一深冷纯化，并且所述气体流（8、9）的剩余部分（20）与从所述合成回路中提取的所述净化流（14）一起，直接进行所述第二纯化，所述第二纯化包括深冷分离工艺。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二深冷纯化包括在接近或高于以下中的最小压力的压力下进行的低压纯化级：第一纯化的进入流（9）、第一纯化的输出流（10）和用于压缩所述合成气（10）的级（5a）的进料，并且所述气体流（8、9）的所述剩余部分（20）被供给至所述低压纯化级。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，来自第二纯化步骤的所述废物流（17）的一部分（19）与来自所述前端工段（2）的气体流（8、9）合并而被再循环。

10.一种用于改造用于从含有氢气和氮气的补充气合成氨的设备的方法，

其中，所述设备包括：

产生含有摩尔比低于3的氢气和氮气的合成气（8、9）的前端工段（2）；

从所述合成气（9）中去除氮气并将氢气/氮气摩尔比提高到预定值的深冷净化工段（4）；

用于将所述合成气提高到预定的合成压力的压缩单元（5）；

在所述合成压力下运行的合成回路（6），所述回路产生氨流（13）和含有氢气和惰性气体的净化流（14）；

所述方法的特征在于：

添加用于分离氢气的回收单元（7），所述回收单元被供给所述净化流（14）的至少一部分并产生含有回收的氢气的至少一个流（15、15a、16、18）和包括惰性气体的废物流（17）；

安装用于将所述含有回收的氢气的至少一个流（15、15a、16、18）的至少一部分在第一深冷纯化工段的上游再循环到所述设备的管线。