[发明专利]生产合成气的方法

说明书

本发明涉及由天然气原料制造含氢合成气的方法，其包括将所述天然气转化为粗产物气体并纯化所述产物气体，该方法具有由燃料燃烧提供的热输入；所述方法包括转化碳质原料的步骤，并且所述燃料的至少一部分是通过转化所述碳质原料的步骤获得的气态燃料，并且所述燃料的沃泊指数通过二氧化碳去除和甲烷化的步骤来得以提高。

技术领域

本发明涉及由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。本发明尤其涉及包含约3:1摩尔比的氢气和氮气的氨合成气的生产。

背景技术

由烃原料生产合成气通常涉及组合的重整方法，其中初级重整器用脱硫烃和蒸汽进料，次级重整器接收来自初级重整器的经部分重整的气体和合适的氧化剂(例如空气或氧气)的流。

然后，典型地，离开次级重整器的经重整的气体在一系列下游装置中被处理，以获得具有适合特定用途的组成的合成气。

例如，氨(NH₃)的合成需要包含以约3:1的合适摩尔比的氢气(H₂)和氮气(N₂)的合成气，即所谓的补充气体。术语“氨合成气”通常参考具有上述组成的合成气来使用。

氨合成气通常在前端的区段中产生，并且所述合成气体到氨的转化在合成回路中进行。

从效率的角度来看，用于制造氨合成气的理想的烃原料是天然气，因为其特征在于其为在所有化石燃料当中氢含量最高的其中一种。

从天然气开始生产氨合成气的方法的一个实例公开于EP 2 065 337中。

氨合成气的生产需要燃烧一定量的燃料以产生重整热；另外量的燃料通常用于产生蒸汽以对蒸汽轮机提供动力，蒸汽轮机驱动机器，例如泵或压缩机(诸如空气压缩机和气体压缩机)，其使所产生的补充气体的压力升高到氨合成和氨制冷压缩机的压力。氨通常转化为其衍生物之一，通常是尿素。尿素工艺还需要大量蒸汽作为汽提蒸汽和用于二氧化碳压缩机蒸汽轮机。

为此目的，基于天然气的设备的常用方法是使用一部分天然气原料作为燃料。天然气总消耗量的约30-40％通常用作燃料，特别是用于初级重整器的燃烧。设备还包含天然气燃烧辅助锅炉，以产生该方法和蒸汽轮机所需的额外蒸汽。

EP 2 662 327描述了生产氨的方法，其中进料到该设备的天然气基本上分成两部分：第一部分(称为工艺部分)，用作重整工艺的反应物；以及第二部分(称为燃料部分)，用于设备的运行。

然而，近来出现了对天然气量的限制和国际烃市场不稳定性的增加。因此，处于在天然气昂贵和/或可获得量有限的所在地的合成气设备必须使天然气的消耗最小化。因此，目前可用的工艺可能太昂贵而无法运行，特别是在天然气成本高的情况下。

为了解决面临有限天然气供应时如何维持或增加合成气的生产的问题，对替代烃来源技术的兴趣一直在增加。在可获得的来源当中，由于广泛的可用性和廉价性，煤是非常令人感兴趣的，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，其中将煤在高压和高温下在蒸汽和有限量的氧存在下气化，并提供主要含有一氧化碳和氢气的合成气。然后通过包括如下一系列步骤纯化所述气体：例如除去颗粒物、酸气变换(其中CO转化为CO₂)、在酸性气体去除单元中除去CO₂和H₂S。

煤制氨设备的缺点是它们比基于气体的设备昂贵得多。所述技术的缺点之一是由煤气化产生的气体还含有大量的硫组分(主要是H₂S和COS)和其他杂质(包括氯化物、HCN、氨、金属)，为了使用所述气体作为工艺气体，必须将这些硫组分和其他杂质完全去除。然而，在没有大规模且昂贵的改造的情况下，现有的氨设备的前端通常不能处理这种基于煤的工艺气体。