用于生產(chǎn)氫的設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及用于生產(chǎn)氫的設(shè)備，設(shè)備包括：具有爐的蒸汽重整反應(yīng)器；和至少一個(gè)清潔裝置，蒸汽重整反應(yīng)器經(jīng)由至少一個(gè)供給管路連接到所述至少一個(gè)清潔裝置。在所述至少一個(gè)清潔裝置中的一個(gè)清潔裝置的上游，設(shè)置至少一個(gè)粗合成氣體返回管路，所述至少一個(gè)粗合成氣體返回管路從供給管路分支并返回到蒸汽重整反應(yīng)器的爐。利用該設(shè)備，甚至在連接在蒸汽重整反應(yīng)器下游的清潔裝置出故障的情形下，蒸汽重整反應(yīng)器的操作也能夠繼續(xù)維持。
【專利說明】
用于生產(chǎn)氨的設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及用于生產(chǎn)氨的設(shè)備，該設(shè)備包括:具有爐的蒸汽重整反應(yīng)器；W及 至少一個(gè)清潔裝置，蒸汽重整反應(yīng)器經(jīng)由至少一個(gè)供給管路被連接到所述至少一個(gè)清潔裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 所有能夠用作合成反應(yīng)的初始材料的含氨氣體混合物原則上稱為合成氣體。合成 氣體所用于的典型合成是甲醇和氨的合成。合成氣體分解成單獨(dú)組分C0、也、C〇2、也0和C也 同樣形成用于重整設(shè)備的廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003] 合成氣體的生產(chǎn)原則上能夠從固體、液體和氣體初始材料進(jìn)行。從氣體反應(yīng)物產(chǎn) 生合成氣體的最重要方法(所謂的重整)通常利用天然氣作為反應(yīng)物。天然氣基本上是氣態(tài) 控的混合物，其成分根據(jù)原始場(chǎng)所變化，其中主要組分始終是甲燒(C也），且作為另外的組 分，例如，能夠存在具有兩個(gè)或更多個(gè)碳原子的較高的控W及諸如硫的雜質(zhì)。
[0004] 為了重整天然氣W形成合成氣體，主要使用所謂的蒸汽重整，其中存在的甲燒在 催化劑存在時(shí)主要根據(jù)W下反應(yīng)方程式進(jìn)行轉(zhuǎn)化W形成氨化2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳 (C〇2)：
[0005]
[0006]
[0007]
[0008] 當(dāng)使用合適的催化劑時(shí)，且蒸汽被添加時(shí)，此外，根據(jù)所謂的富氣體反應(yīng)發(fā)生形成
￥燒的古*吉的'口'的効&忍.
[0009]
[0010] 利用水進(jìn)行的甲燒轉(zhuǎn)化W形成一氧化碳的較高吸熱特性控制蒸汽重整的總洽。該 過程所需的能量輸入(其因此是總體吸熱的)通常經(jīng)由外部加熱器(所謂的爐)實(shí)現(xiàn)。為此目 的，碳能量載體的總蒸汽被分割且第一部分作為反應(yīng)物引入蒸汽重整中，而第二部分作為 燃料氣體供給到爐中。原則上，而且，不同的碳能量載體能夠被供給到蒸汽重整和爐中。
[0011] 甲燒轉(zhuǎn)化能夠通過增加蒸汽-碳比率，即通過超化學(xué)計(jì)量地添加蒸汽來產(chǎn)生。
[0012] 隨后對(duì)合成氣體的凈化取決于合成氣體的成分。如果合成氣體包含在下游過程中 進(jìn)一步使用的氨，則為了凈化氨，壓力擺動(dòng)吸附(通常也為PSA)通常被執(zhí)行。
[0013] 壓力擺動(dòng)吸附（PSA)是借助于吸附在壓力下分離氣體混合物的物理方法。專用多 孔材料(比如，例如，沸石或活性碳)此處用作吸附劑。氣體在10到80己的高壓力下引入填充 有吸附劑的固定床反應(yīng)器，并且因此氣體流過固定床。混合物的一個(gè)或更多個(gè)組分(所謂的 重質(zhì)組分)然后被吸附。在床的出口處，所謂的輕質(zhì)組分(在該情形中氨)能夠被取出。在一 定時(shí)間之后，吸附器床基本上飽和，且某些重質(zhì)組分共存。此時(shí)，經(jīng)由閥，該過程W輕質(zhì)組分 的出口被關(guān)閉且重質(zhì)組分的出口被打開運(yùn)樣的方式被切換。運(yùn)伴隨壓力下降。經(jīng)由低的壓 力，然后，吸附的氣體被再次解吸且能夠在出口處被脫去。通常，兩個(gè)交替地加載的和排放 的吸附器被連接，且因此連續(xù)的操作是可能的。
[0014] 如果合成氣體還包含一氧化碳，凈化通常還包括C〇2去除器、合成氣體干燥單元和 低溫合成氣體分離設(shè)備或低溫合成氣體分離設(shè)備(CO冷箱）。
[0015] 0)2去除器通常是洗涂器，其中胺或碳酸鹽被用作洗涂介質(zhì)。在該情形中，在第一 步驟中，0)2積聚在洗涂介質(zhì)中并且然后與洗涂介質(zhì)一起被轉(zhuǎn)移到第二分離步驟。在第二步 驟中，洗涂介質(zhì)和C〇2再次彼此分離，據(jù)此C〇2能夠W濃縮形式被脫去。
[0016] 在干燥中，仍源自蒸汽重整的水從合成氣體去除。干燥單元通常是溫度擺動(dòng)吸附 單元(TSA)。
[0017] 在低溫分離設(shè)備中，CO氣體從仍存在于合成氣體中的其它組分分離。
[0018] 除CO氣體之外，在低溫分離設(shè)備中，富含氨的流和一種或更多種殘留氣體流產(chǎn)生。 為了凈化富含氨的流，通常使用壓力擺動(dòng)吸附，其將氨從所謂的PSA殘留氣體分離出來。
[0019] 根據(jù)單獨(dú)凈化階段的可能連接變量，殘留氣體包含未反應(yīng)的甲燒、較高值的控、 C〇2、出0、惰性氣體(比如氮和氣W及還有未分離的氨。
[0020] 殘留氣體再循環(huán)到吸熱蒸汽重整爐。所需的另外燃料氣體的量因此能夠減少，因 為殘留氣體通常具備重要的熱值。此外，W該方式，殘留氣體不需要進(jìn)一步增加或在火焰中 燃燒。
[0021] US 2,667,410描述了用于控制從蒸汽重整過程產(chǎn)生的合成氣體的質(zhì)量的方法，集 中于在凈化中形成的殘留氣體。在該情形中，通過測(cè)量未反應(yīng)的甲燒和反應(yīng)溫度，W形成的 合成氣體總是具有下游氨合成所需的相同成分運(yùn)樣的方式調(diào)節(jié)供應(yīng)的甲燒的量。
[0022] US 2010/0255432 Al公開了用于啟動(dòng)蒸汽重整反應(yīng)器的方法，其中燃料氣體和惰 性氣體的混合物被產(chǎn)生，其具有一種成分，使得加熱輸出對(duì)應(yīng)于在利用殘留氣體的再循環(huán) 的穩(wěn)態(tài)操作中的加熱輸出的25%。蒸汽重整器的爐子在啟動(dòng)期間使用該混合物操作。
[0023] 殘留氣體再循環(huán)的問題是利用清潔裝置可能總是出現(xiàn)故障。然而，蒸汽重整反應(yīng) 器對(duì)在爐室中的壓力波動(dòng)非常敏感?？刂品秶ǔＢ缘陀谠?1至-IOmm水的壓力。在氣體清 潔過程中的一個(gè)故障的情況下，故障的清潔階段且也可能所有隨后的清潔階段必須立即關(guān) 閉。通常，然后，粗合成氣體簡(jiǎn)單地在火焰中燃燒。由于殘留氣體的損失，當(dāng)一個(gè)或更多個(gè)清 潔階段被切斷時(shí)，引入爐中的燃料氣體的總量下降，該氣體在標(biāo)準(zhǔn)操作期間由燃料氣體和 再循環(huán)殘留氣體組成。運(yùn)導(dǎo)致燃燒室中的壓力下降，作為壓力下降的結(jié)果，整個(gè)重整器設(shè)備 的緊急關(guān)?？赡馨l(fā)生。
[0024] 此處的問題是假如整個(gè)蒸汽重整出故障，則出現(xiàn)24小時(shí)和更多的閑置時(shí)間。運(yùn)遠(yuǎn) 遠(yuǎn)超過對(duì)于清潔階段的重新啟動(dòng)所需要的閑置時(shí)間（例如，低溫合成氣體分離設(shè)備4至8小 時(shí)，0)2洗涂1-3小時(shí)，壓力擺動(dòng)吸附1至3小時(shí)）。因此，避免由于來自一個(gè)清潔設(shè)備的一個(gè)再 循環(huán)流的損失造成的整個(gè)過程被切斷是絕對(duì)必要的。
[0025] 在源自凈化的殘留氣體的損失的情況下的壓力突然下降的問題現(xiàn)今實(shí)際上已經(jīng) 通常被解決，因?yàn)樵谡羝卣鳡t上打開錯(cuò)誤的氣瓣，借此，錯(cuò)誤的空氣被抽入爐中。
[0026] 然而，該程序的缺點(diǎn)是通過抽入冷環(huán)境空氣，爐室和燃料氣體廢熱系統(tǒng)中的溫度 極大地下降。因此，在重整器爐的爐側(cè)和過程側(cè)上可能發(fā)生相當(dāng)大的溫度波動(dòng)，由于該原 因，然后無論如何最終必須切斷重整過程。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0027] 因此，本實(shí)用新型的目的是提供一種設(shè)備，利用該設(shè)備，甚至在連接在蒸汽重整反 應(yīng)器下游的清潔裝置出故障的情形下，蒸汽重整反應(yīng)器的操作也能夠繼續(xù)維持。
[0028] 該目的通過一種用于生產(chǎn)氨的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，根據(jù)本實(shí)用新型第一方面的用于生產(chǎn)氨 的設(shè)備包括：蒸汽重整反應(yīng)器，所述蒸汽重整反應(yīng)器具有爐；和至少一個(gè)清潔裝置，所述蒸 汽重整反應(yīng)器經(jīng)由至少一個(gè)供給管路被連接到所述清潔裝置，其特征在于，在所述至少一 個(gè)清潔裝置中的一個(gè)清潔裝置的上游，設(shè)置至少一個(gè)粗合成氣體返回管路，所述至少一個(gè) 粗合成氣體返回管路從所述至少一個(gè)供給管路分支并返回到所述蒸汽重整反應(yīng)器的所述 爐。
[0029] 根據(jù)本實(shí)用新型第一方面的用于生產(chǎn)氨的設(shè)備具有蒸汽重整反應(yīng)器，在該蒸汽重 整反應(yīng)器中，水和至少一種碳能量載體(優(yōu)選地由按重量計(jì)至少80%的甲燒組成的氣體)反 應(yīng)W形成含氨的粗合成氣體。該反應(yīng)吸熱地進(jìn)行，由于該原因，蒸汽重整反應(yīng)器配備有爐， 至少一種加熱劑(優(yōu)選地可燃燒氣體(也稱為燃料氣體））被引入爐中并在其中燃燒。產(chǎn)生的 熱提供蒸汽重整反應(yīng)所需的熱。此外，該設(shè)備包括至少一個(gè)清潔裝置，在粗合成氣體中存在 的至少一種組分(例如氨)在所述至少一個(gè)清潔裝置中凈化，所述粗合成氣體從所述蒸汽重 整反應(yīng)器經(jīng)由至少一個(gè)供給管路被供給到所述清潔裝置。最后，在所述至少一個(gè)清潔裝置 中的一個(gè)清潔裝置的上游，至少一個(gè)返回管路從所述至少一個(gè)供給管路分支，粗合成氣體 能夠在通過至少一個(gè)清潔階段之前通過所述至少一個(gè)返回管路被至少部分地再循環(huán)到蒸 汽重整反應(yīng)器的爐中。利用該設(shè)備，甚至在連接在蒸汽重整反應(yīng)器下游的清潔裝置出故障 的情形下，蒸汽重整反應(yīng)器的操作也能夠繼續(xù)維持。
[0030] 優(yōu)選地，在至少一個(gè)清潔器具中，至少部分地可燃燒的殘留氣體被分離出。為了利 用該殘留氣體的熱值，殘留氣體能夠經(jīng)由管路再循環(huán)到爐中。然后，如果該清潔裝置出故 障，則再循環(huán)到爐中的殘留氣體也不存在。通過根據(jù)本實(shí)用新型的再循環(huán)，現(xiàn)在能夠替代該 殘留氣體，因?yàn)榇趾铣蓺怏w的一部分在清潔階段的上游分支且再循環(huán)到爐。
[0031] 為了本實(shí)用新型的目的，粗合成氣體被考慮為此處指源自蒸汽重整反應(yīng)器的還沒 有通過存在的所有清潔階段的含氨氣體(即，包括部分清潔的氣體）。
[0032] 殘留氣體成分根據(jù)使用的清潔過程變化并且通常具有在所述范圍內(nèi)的W下成分：
[0034] 如果使用了多個(gè)清潔裝置，則它們優(yōu)選地串聯(lián)地連接W便整理整個(gè)氣體流。
[0035] 根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面的用于生產(chǎn)氨的設(shè)備基于第一方面的用于生產(chǎn)氨的 設(shè)備，其特征在于所述至少一個(gè)清潔裝置包括壓力擺動(dòng)吸附器，所述蒸汽重整反應(yīng)器經(jīng)由 所述至少一個(gè)供給管路連接到所述壓力擺動(dòng)吸附器。根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面，一個(gè)清 潔裝置(特別是優(yōu)選地最后串聯(lián)連接的清潔裝置)是壓力擺動(dòng)吸附器。在壓力擺動(dòng)吸附器 中，殘留氣體從氨分離出。有利地，該殘留氣體然后再循環(huán)到蒸汽重整反應(yīng)器的爐并且將在 那里部分地替代燃料氣體。結(jié)果是，該方法的能量效率能夠明顯提高。
[0036] 優(yōu)選地，合成氣體包含一氧化碳和氨。在蒸汽重整反應(yīng)器中，至少一種碳能量載體 (其優(yōu)選地由按重量計(jì)至少80%的甲燒組成）與水一起反應(yīng)W給予包含一氧化碳和氨的合 成氣體。運(yùn)種反應(yīng)具有的優(yōu)點(diǎn)是:存在于能量載體中的碳原子不需要WC〇2的形式從系統(tǒng)中 排放，而是另外為有價(jià)值的產(chǎn)物(C0)。一氧化碳和氨是化學(xué)工業(yè)的實(shí)質(zhì)上主要的產(chǎn)物且例 如作為用于甲醇合成的反應(yīng)物被需要。然后，在甲燒-締控方法的過程中，由此能夠產(chǎn)生締 控，作為用于產(chǎn)生較長(zhǎng)鏈分子的重要結(jié)構(gòu)單元。
[0037] 根據(jù)本實(shí)用新型的第=方面的用于生產(chǎn)氨的設(shè)備基于第二方面的用于生產(chǎn)氨的 設(shè)備，其特征在于至少一個(gè)另外的清潔裝置是除C〇2洗涂器、除水干燥器或低溫合成氣體分 離設(shè)備，所述蒸汽重整反應(yīng)器經(jīng)由所述至少一個(gè)供給管路連接到所述除C〇2洗涂器，所述蒸 汽重整反應(yīng)器經(jīng)由所述至少一個(gè)供給管路連接到所述除水干燥器，所述蒸汽重整反應(yīng)器經(jīng) 由所述至少一個(gè)供給管路連接到所述低溫合成氣體分離設(shè)備。另外的清潔裝置優(yōu)選地為 0)2去除器、干燥和/或冷室。借助于運(yùn)些另外的清潔裝置，特別是在不僅包含氨而且也包含 一氧化碳的合成氣體的產(chǎn)生中，所有有價(jià)值的產(chǎn)物(C0、出)能夠W高的純度分離出。優(yōu)選地， 運(yùn)些另外的清潔裝置按C〇2去除器、干燥和/或冷室的順序相互連接。運(yùn)種相互連接是合乎 常理的，特別是在產(chǎn)生一氧化碳和氨的方法的情況下，W便能夠充分地凈化兩種有價(jià)值的 產(chǎn)物。然而，根據(jù)尋求的合成氣體和產(chǎn)物種類的成分，其它相互連接也是可設(shè)想的。
[0038] 根據(jù)本實(shí)用新型的第四方面的用于生產(chǎn)氨的設(shè)備基于前述任一方面的用于生產(chǎn) 氨的設(shè)備，其特征在于用于生產(chǎn)氨的所述設(shè)備進(jìn)一步包括至少一個(gè)殘留氣體返回管路，所 述至少一個(gè)殘留氣體返回管路從所述至少一個(gè)清潔裝置返回到所述蒸汽重整反應(yīng)器的所 述爐。在每一種情形中，至少一個(gè)另外的返回管路從運(yùn)種另外的清潔裝置分支，并且將在清 潔中產(chǎn)生的流往回再循環(huán)到蒸汽重整反應(yīng)器的爐中。
[0039] 在該情形中，特別地有利的是管路引導(dǎo)，該管路引導(dǎo)還具有在相應(yīng)的清潔階段的 每一個(gè)供給管路的上游的返回管路，其中返回管路往回引導(dǎo)到蒸汽重整反應(yīng)器的爐中。因 此，在每一個(gè)單獨(dú)的清潔階段出故障的情形下，合成氣體能夠至少部分地再循環(huán)到爐且在 那里替代來自壓力擺動(dòng)吸附器的不可利用的殘留氣體。因而，能夠?qū)γ恳粋€(gè)清潔階段的故 障作出靈活反應(yīng)，W分別關(guān)停它們并且盡可能快地再次啟動(dòng)它們，并且蒸汽重整反應(yīng)能夠 照樣在標(biāo)準(zhǔn)條件下繼續(xù)。
[0040] 在不產(chǎn)生產(chǎn)物的情況下蒸汽重整設(shè)備進(jìn)一步使用碳能量載體的簡(jiǎn)要的進(jìn)一步操 作從經(jīng)濟(jì)方面比關(guān)停和重啟設(shè)備更有利。
[0041] 根據(jù)本實(shí)用新型的第五方面的用于生產(chǎn)氨的設(shè)備基于第一方面至第=方面中的 任一方面的用于生產(chǎn)氨的設(shè)備，其特征在于在所述至少一個(gè)粗合成氣體返回管路中設(shè)置再 循環(huán)氣體計(jì)量裝置。在至少一個(gè)返回管路中設(shè)置了計(jì)量裝置，優(yōu)選地為具有流量計(jì)量的速 率控制閥，該計(jì)量裝置計(jì)量再循環(huán)的粗合成氣體的速率。W該方式，能夠防止太多或太少的 氨往回傳送到蒸汽重整反應(yīng)器中。運(yùn)種情形可能具有包括使蒸汽重整反應(yīng)受到嚴(yán)重波動(dòng)的 效果或者可能甚至使關(guān)停必要。
[0042] 根據(jù)本實(shí)用新型的第六方面的用于生產(chǎn)氨的設(shè)備基于第二方面的用于生產(chǎn)氨的 設(shè)備，其特征在于用于生產(chǎn)氨的所述設(shè)備進(jìn)一步包括殘留氣體返回管路、碳能量載體供入 管路、第一體積流速測(cè)量裝置和第二體積流速測(cè)量裝置，所述殘留氣體返回管路從所述壓 力擺動(dòng)吸附器連接到所述蒸汽重整反應(yīng)器的所述爐，所述碳能量載體供入管路被連接到所 述蒸汽重整反應(yīng)器的所述爐，所述第一體積流速測(cè)量裝置被設(shè)置在所述殘留氣體返回管路 中，所述第二體積流速測(cè)量裝置被設(shè)置在所述碳能量載體供入管路中。提供了至少一個(gè)測(cè) 量裝置，其確定碳能量載體進(jìn)入蒸汽重整反應(yīng)器的爐中的體積流速。運(yùn)樣的值允許確定再 循環(huán)的粗合成氣體的另外要求且因此該值能夠被連續(xù)地控制或者另外被一次性選擇。
[0043] 根據(jù)本實(shí)用新型的第屯方面的用于生產(chǎn)氨的設(shè)備基于第一方面至第=方面中的 任一方面的用于生產(chǎn)氨的設(shè)備，其特征在于用于生產(chǎn)氨的所述設(shè)備進(jìn)一步包括空氣供給管 路和空氣體積流速測(cè)量裝置，所述空氣供給管路被連接到所述蒸汽重整反應(yīng)器的所述爐， 所述空氣體積流速測(cè)量裝置被設(shè)置在所述空氣供給管路中。存在用于包含氧的氣體進(jìn)入 蒸汽重整反應(yīng)器的爐中的供給管路，因?yàn)樾枰踝鳛橛糜谡谶M(jìn)行的燃燒的反應(yīng)伙伴。
[0044] 在該供給管路中，有利地同樣設(shè)置了測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置W運(yùn)樣的方式確定包 含氧的氣體的體積流速，使得總共可利用的氧量能夠被計(jì)算且同樣能夠作為在閉環(huán)或開環(huán) 控制下粗合成氣體再循環(huán)的因子。
[0045] 根據(jù)本實(shí)用新型的第八方面的用于生產(chǎn)氨的設(shè)備基于第五方面的用于生產(chǎn)氨的 設(shè)備，其特征在于：用于生產(chǎn)氨的所述設(shè)備進(jìn)一步包括空氣供給管路和碳能量載體供入管 路，所述空氣供給管路和所述碳能量載體供入管路均被連接到所述蒸汽重整反應(yīng)器的所述 爐，并且所述再循環(huán)氣體計(jì)量裝置可W被W如下方式構(gòu)造，所述方式使得所述再循環(huán)氣體 計(jì)量裝置基于理論值Vsi設(shè)定再循環(huán)的合成氣體的體積，其中：
[0046]
[0047]
[004引
[0049] 其中F具有在0.7和1.2之間(優(yōu)選在0.9和1之間）的值。
[0050] 支持該計(jì)算的是經(jīng)由熱值計(jì)算從壓力擺動(dòng)吸附器開始再循環(huán)的殘留氣體的量W 及再循環(huán)具有相同熱值的粗合成氣體的量的概念。結(jié)果是，溫度下降和由此在蒸汽重整反 應(yīng)中反應(yīng)條件改變或者反應(yīng)的停止能夠被可靠地避免。
[0051] 如果在爐中用作燃料氣體且在蒸汽重整中用作反應(yīng)物的氣體的氣體質(zhì)量有波動(dòng)， 則從壓力擺動(dòng)吸附器再循環(huán)的殘留氣體的成分也能夠極大地改變。通常，運(yùn)種波動(dòng)通過合 適地控制燃料氣體的供給來反應(yīng)。
[0052] 再循環(huán)的粗合成氣體的體積流速Vm是在相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)處測(cè)量的體積流速。
[0053] 根據(jù)本實(shí)用新型的第九方面，也可W基于理論值Vs2設(shè)定再循環(huán)的合成氣體的體 積：
[0化4]
[0化5] 其中
LUU3/」 共Ta只巧化i .UOWi . iO之W的1且?；瘋?cè)林:化'吸的羊W子化義巧tL丹側(cè)砰的征/曰' 成氣體。否則，將是至少部分地可燃燒的殘留物的濃縮，運(yùn)在設(shè)備操作中是個(gè)問題。
[005引已經(jīng)證明此處特別有利的是不僅基于需要的熱值計(jì)算再循環(huán)的合成氣體的需求， 而且也基于供入的氧量確定最大可能的再循環(huán)速率W及然后根據(jù)運(yùn)兩個(gè)計(jì)算模式中較小 的理論值確定實(shí)際再循環(huán)的粗合成氣體的量。W該方式，另外的熱值的最大可能需求能夠 被涵蓋而不會(huì)由于氧不足而缺乏反應(yīng)。
[0059] 已經(jīng)證明W斜坡(優(yōu)選地線性斜坡)選擇再循環(huán)的合成氣體的量W便W該方式避 免蒸汽重整反應(yīng)器的過程程序中突然變化是合理的。當(dāng)殘留氣體的再循環(huán)同樣W斜坡狀的 方式減少時(shí)，該斜坡方式是特別有利的，使得再循環(huán)的合成氣體的理論值被選擇所利用的 斜坡往復(fù)地運(yùn)行到用于關(guān)停再循環(huán)的合成氣體的斜坡。
[0060] 通常，運(yùn)種斜坡在短的且有限的時(shí)間間隔（例如40秒）內(nèi)運(yùn)行，因?yàn)檫\(yùn)給予迅速地 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)值且盡管如此沒有過程條件的突然變化的危險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
[0061] 在再循環(huán)的合成氣體的再循環(huán)的體積流速的理論值Vsi或Vs2的單一計(jì)算之后，運(yùn) 能夠基于空氣量進(jìn)一步連續(xù)地計(jì)算，或者一次性計(jì)算的值在完成斜坡之后(特別優(yōu)選地在 完成40秒之后)設(shè)定為固定的控制值。
[0062] 作為化，代替空氣（=燃燒空氣）的體積流速，通常也能夠采用包含氧的氣體的體 積流速。當(dāng)使用其它氣體時(shí)，要采用相同的公式。
[0063] 特別有利的是根據(jù)本實(shí)用新型的設(shè)備的實(shí)施方式，其具有用于測(cè)量計(jì)算Vsi和Vs2 所需的值的裝置和計(jì)量裝置，該計(jì)量裝置W運(yùn)樣的方式構(gòu)造，使得其W兩個(gè)值Vsi和VS2中較 小的量將殘留氣體再循環(huán)到爐。
[0064] 根據(jù)本實(shí)用新型的設(shè)備能用在下游的清潔階段之一的故障的情況下。如已經(jīng)描 述，W該方式，能夠在沒有蒸汽重整反應(yīng)器由于壓力下降需要關(guān)停的情況下和設(shè)備的非常 長(zhǎng)和非常昂貴的閑置時(shí)間出現(xiàn)的情況下對(duì)故障作出反應(yīng)。
[0065] 根據(jù)本實(shí)用新型，該設(shè)備也能夠在用于生產(chǎn)氨的設(shè)備的啟動(dòng)期間使用，因?yàn)榇颂?蒸汽重整反應(yīng)器首先被啟動(dòng)。隨后，提供的所有的清潔階段W它們相互連接的順序相繼地 打開。結(jié)果是，能夠節(jié)省相當(dāng)大量的燃料氣體，因?yàn)楂@得的粗合成氣體能夠至少部分地替代 碳能量載體。啟動(dòng)操作從而W明顯更成本有利的方式布置，因?yàn)槿詻]有從清潔過程可利用 的殘留氣體。
[0066] 純氨的產(chǎn)生的示例表明通常在壓力擺動(dòng)吸附器的試運(yùn)轉(zhuǎn)期間，生產(chǎn)的所有粗合 成氣體必須在1至化小時(shí)的時(shí)段內(nèi)燒掉。在該時(shí)間點(diǎn)處合成氣體產(chǎn)生在名義負(fù)載的約40%運(yùn) 行。
[0067] 純一氧化碳的產(chǎn)生的示例表明通常在低溫合成氣體分離設(shè)備的試運(yùn)轉(zhuǎn)期間，在標(biāo) 準(zhǔn)操作中，生產(chǎn)的合成氣體必須在高達(dá)12小時(shí)的時(shí)段內(nèi)燒掉。通過再循環(huán)合成氣體，此處， 相對(duì)應(yīng)地，能夠節(jié)省很多燃料氣體。在該時(shí)間點(diǎn)處合成氣體產(chǎn)生在名義負(fù)載的約40%運(yùn)行。
[0068] 本實(shí)用新型的另外的特征、優(yōu)點(diǎn)和可能應(yīng)用從附圖的隨后說明和示例性實(shí)施方式 中得到。在該情形中，單獨(dú)或W任何組合描述和/或繪圖給出的所有特征是本實(shí)用新型的主 題，獨(dú)立于其在權(quán)利要求中的概述和其從屬參考。
【附圖說明】
[0069] 在附圖中：
[0070] 圖1顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的用于生產(chǎn)氨的設(shè)備;并且
[0071] 圖2顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的用于生產(chǎn)氨和一氧化碳的設(shè)備。
[0072] 附圖標(biāo)記列表
[0073] 10、11 管路
[0074] 12 累
[0075] 20 具有爐的蒸汽重整反應(yīng)器
[0076] 21 管路
[0077] 22 壓縮機(jī)
[007引 23、24 管路
[0079] 25 熱交換器
[0080] 26、27 管路
[0081 ] 30 洗涂器
[0082] 31、32 管路
[008；3] 33 干燥器
[0084] 34 管路
[008日]35 低溫合成氣體分離設(shè)備
[0086] 36、37 管路
[0087] 40 壓力擺動(dòng)吸附器
[008引 41 管路
[0089] 42-47 返回管路
[0090] 51、52 計(jì)量裝置
[0091] 61-63 測(cè)量裝置
【具體實(shí)施方式】
[0092] 圖I顯示了蒸汽重整反應(yīng)器20,首先，碳能量載體，優(yōu)選地由按重量計(jì)至少80%的 甲燒組成的氣體經(jīng)由管路10供給到蒸汽重整反應(yīng)器20中。經(jīng)由管路26W及經(jīng)由管路24,該 能量載體的部分被分支并且作為燃料氣體引入蒸汽重整反應(yīng)器20的爐中。
[0093] 經(jīng)由管路21和壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)22,燃料氣體從蒸汽重整反應(yīng)器20的爐室撤出并且 在該情形中，同時(shí)，爐室中的壓力被控制。
[0094] 經(jīng)由管路11和壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)12,此外，空氣被引入系統(tǒng)中。有利地，如所示，空氣 首先被傳送通過在蒸汽重整反應(yīng)器的燃料氣體廢熱系統(tǒng)中的熱交換器25,并且在空氣傳送 預(yù)熱到管路23中之前W該方式吸收來自從蒸汽重整反應(yīng)器20逸出的排氣的熱。然后，空氣 從管路23被供給到實(shí)際的蒸汽重整反應(yīng)器20中。
[00M]經(jīng)由管路27,產(chǎn)生的粗合成氣體從蒸汽重整反應(yīng)器20撤出并且傳送到壓力擺動(dòng)吸 附器40中。在此處，獲得了具有99mol % (優(yōu)選地99.9mol %，特別優(yōu)選地99.99mol % )純度程 度的氨，并且氨經(jīng)由管路41撤出。來自壓力擺動(dòng)吸附器的殘留氣體經(jīng)由管路42再循環(huán)到蒸 汽重整反應(yīng)器20的爐。
[0096] 經(jīng)由管路46,粗合成氣體能夠在通過壓力擺動(dòng)吸附器40之前分支并且被引導(dǎo)到蒸 汽重整反應(yīng)器20的爐中。在該情形中，管路46能夠通到返回管路42中，或者另外直接通到蒸 汽重整反應(yīng)器20的爐中。
[0097] 圖2代表了根據(jù)本實(shí)用新型的用于產(chǎn)生一氧化碳和氨的設(shè)備。碳能量載體經(jīng)由管 路10供入，燃料氣體的一部分從管路10經(jīng)由管路26被引入蒸汽重整反應(yīng)器20的爐中。用作 碳能量載體的氣體包含按重量計(jì)至少80%的甲燒。
[0098] 用于燃燒的空氣經(jīng)由管路11和一個(gè)壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)12供給到蒸汽重整反應(yīng)器20 的爐中。優(yōu)選地，在該情形中，在蒸汽重整反應(yīng)器20的存儲(chǔ)器中的空氣經(jīng)由熱交換器25傳送 并且然后經(jīng)由管路23被供給到蒸汽重整反應(yīng)器20的爐中。
[0099] 在蒸汽重整反應(yīng)器20中產(chǎn)生的粗合成氣體經(jīng)由管路27供給到C〇2洗涂器30。此處 分離出的C〇2經(jīng)由管路31再循環(huán)到蒸汽重整反應(yīng)器20W便在此在CO變換反應(yīng)中至少部分地 進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為一氧化碳。
[0100] 凈化的粗合成氣體經(jīng)由管路32供給到干燥器33,在干燥器33中，仍源自蒸汽重整 的水被去除。
[0101] 然后，粗合成氣體經(jīng)由管路34傳送到低溫合成氣體分離設(shè)備35中，在低溫合成氣 體分離設(shè)備35中，粗合成氣體被分離成富含氨的氣體37、一氧化碳36和各種殘留氣體流45。 富含氨的氣體經(jīng)由管路37供給到壓力擺動(dòng)吸附器40,在壓力擺動(dòng)吸附器40中，氨產(chǎn)物經(jīng)由 管路41被去除。W-種形式設(shè)計(jì)各種清潔過程使得產(chǎn)物純度的所需程度容易實(shí)現(xiàn)。
[0102] 殘留氣體然后經(jīng)由返回管路42往回傳送到蒸汽重整爐子的爐中。
[0103] 此外，返回管路43、44、45和45'W運(yùn)種方式從相應(yīng)的清潔階段30、33和35分支，使 得從低溫合成氣體分離設(shè)備35經(jīng)由返回管路45和45'、從干燥器經(jīng)由返回管路44和從C〇2洗 涂器30經(jīng)由返回管路43,同樣在每一種情形中，粗合成氣體能夠分支并且轉(zhuǎn)移到返回管路 42,粗合成氣體然后通過返回管路42傳送到蒸汽重整器的爐中。
[0104] 各種燃料氣體24、26、42、44、45、45 '、46、47到蒸汽重整反應(yīng)器20的燃燒器的再循 環(huán)不必在共享的收集管路中發(fā)生，而是也能夠單獨(dú)地實(shí)施。例如，運(yùn)借助于在不同的壓力水 平下的兩個(gè)不同的收集來進(jìn)行。
[0105] 經(jīng)由返回管路47,粗合成氣體也能夠甚至在通過清潔裝置30、33、35、40中的任何 一個(gè)之前再循環(huán)到蒸汽重整器的爐。因此，在任何清潔階段出故障的情形下，粗合成氣體能 夠W運(yùn)樣的方式被分流并再循環(huán)到爐，使得供給到爐的能量的量W及供給的氣體流保持恒 定并且在蒸汽重整器自身中沒有發(fā)生波動(dòng)。
[0106] 結(jié)果是，在下游的清潔階段中的一個(gè)出故障的情形下長(zhǎng)的閑置時(shí)間能夠被可靠地 防止。此外，在啟動(dòng)期間，清潔階段可W逐步地切換且氣體向蒸汽重整器的爐內(nèi)的再循環(huán)可 W總是在整個(gè)設(shè)備正運(yùn)行之前被打開。結(jié)果是，可W節(jié)省相當(dāng)大量的碳能量載體，運(yùn)否則必 須用于爐。
[0107] 而且，在管路11、26和42中設(shè)置了測(cè)量裝置W便確定流過運(yùn)些管路11、36和42的氣 體的相應(yīng)體積流。詳細(xì)地，在該情形中，使用測(cè)量裝置63測(cè)量通過管路11供入的空氣的體積 流，使用測(cè)量裝置61測(cè)量通過管路42再循環(huán)到蒸汽重整反應(yīng)器20的爐中的殘留氣體流的體 積流，并且使用測(cè)量裝置62測(cè)量通過管路26引導(dǎo)到蒸汽重整反應(yīng)器20的爐中的能量載體的 體積流。合適的測(cè)量裝置特別是滿輪計(jì)量器、旋轉(zhuǎn)葉片計(jì)量器、直接位移計(jì)量器、皮托管、科 里奧利計(jì)量器和超聲流量計(jì)量方法。
[0108] 在運(yùn)些值的基礎(chǔ)上，W所示的方式，能夠計(jì)算經(jīng)由管路46和/或47再循環(huán)的粗合成 氣體流的體積的理論值。該理論值經(jīng)由在返回管路46中的計(jì)量裝置51(優(yōu)選地閥）和在返回 管路47中的計(jì)量裝置52(優(yōu)選地閥）在閉環(huán)或開環(huán)控制下。此處，也能夠使用具有集成的質(zhì) 量流或體積流測(cè)量的計(jì)量裝置。
[0109] 示例性實(shí)施方式
[0110] 表1顯示了根據(jù)圖1的用于生產(chǎn)氨的根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)成的設(shè)備的相應(yīng)管路中的 體積流的成分(按mo 1 %計(jì)）。
[0111] 表2顯示了根據(jù)圖2的用于生產(chǎn)氨和一氧化碳的根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)成的設(shè)備的相 應(yīng)管路中的體積流的成分(按mol%計(jì)）
[0112] 表1:根據(jù)本實(shí)用新型的用于生產(chǎn)氨的結(jié)構(gòu)的管路中的流成分
[0113]
[0114] (I)在濃縮沉積之后干燥
[0115] 表2:根據(jù)本實(shí)用新型的用于生產(chǎn)氨和一氧化碳的結(jié)構(gòu)的管路中的流成分
[0116]
[0117] 、丄；1工寺化巧曰"Ltr、合/ 口下戰(zhàn)[011引表2的繼續(xù)
[0119]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用于生產(chǎn)氫的設(shè)備，包括:蒸汽重整反應(yīng)器(20)，所述蒸汽重整反應(yīng)器（20)具有爐； 和至少一個(gè)清潔裝置（30、33、35、40)，所述蒸汽重整反應(yīng)器（20)經(jīng)由至少一個(gè)供給管路 (27、32、34、37)被連接到所述清潔裝置，其特征在于，在所述至少一個(gè)清潔裝置(30、33、35、 40)中的一個(gè)清潔裝置的上游，設(shè)置至少一個(gè)粗合成氣體返回管路(46、47)，所述至少一個(gè) 粗合成氣體返回管路(46、47)從所述至少一個(gè)供給管路(27、32、34、37)分支并返回到所述 蒸汽重整反應(yīng)器(20)的所述爐。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)氫的設(shè)備，其特征在于所述至少一個(gè)清潔裝置(30、 33、35、40)包括壓力擺動(dòng)吸附器(40)，所述蒸汽重整反應(yīng)器(20)經(jīng)由所述至少一個(gè)供給管 路(27、32、34、37)連接到所述壓力擺動(dòng)吸附器(40)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于生產(chǎn)氫的設(shè)備，其特征在于至少一個(gè)另外的清潔裝置 (30、33、35)是除C02洗滌器(30)、除水干燥器(33)或低溫合成氣體分離設(shè)備(35)，所述蒸汽 重整反應(yīng)器(20)經(jīng)由所述至少一個(gè)供給管路(27、32、34、37)連接到所述除〇) 2洗滌器(30)， 所述蒸汽重整反應(yīng)器(20)經(jīng)由所述至少一個(gè)供給管路(27、32、34、37)連接到所述除水干燥 器(33)，所述蒸汽重整反應(yīng)器(20)經(jīng)由所述至少一個(gè)供給管路(27、32、34、37)連接到所述 低溫合成氣體分離設(shè)備(35)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的用于生產(chǎn)氫的設(shè)備，其特征在于用于生產(chǎn)氫的 所述設(shè)備進(jìn)一步包括至少一個(gè)殘留氣體返回管路(42、43、44、45、45'），所述至少一個(gè)殘留 氣體返回管路(42、43、44、45、45'）從所述至少一個(gè)清潔裝置(30、33、35、40)返回到所述蒸 汽重整反應(yīng)器(20)的所述爐。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的用于生產(chǎn)氫的設(shè)備，其特征在于在所述至少 一個(gè)粗合成氣體返回管路(46、47)中設(shè)置再循環(huán)氣體計(jì)量裝置(51、52)。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于生產(chǎn)氫的設(shè)備，其特征在于用于生產(chǎn)氫的所述設(shè)備進(jìn)一 步包括殘留氣體返回管路(42)、碳能量載體供入管路(26)、第一體積流速測(cè)量裝置(61)和 第二體積流速測(cè)量裝置(62)，所述殘留氣體返回管路(42)從所述壓力擺動(dòng)吸附器(40)連接 到所述蒸汽重整反應(yīng)器(20)的所述爐，所述碳能量載體供入管路(26)被連接到所述蒸汽重 整反應(yīng)器(20)的所述爐，所述第一體積流速測(cè)量裝置(61)被設(shè)置在所述殘留氣體返回管路 (42)中，所述第二體積流速測(cè)量裝置(62)被設(shè)置在所述碳能量載體供入管路(26)中。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的用于生產(chǎn)氫的設(shè)備，其特征在于用于生產(chǎn)氫的 所述設(shè)備進(jìn)一步包括空氣供給管路（11)和空氣體積流速測(cè)量裝置(63)，所述空氣供給管路 (11)被連接到所述蒸汽重整反應(yīng)器(20)的所述爐，所述空氣體積流速測(cè)量裝置(63)被設(shè)置 在所述空氣供給管路(11)中。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于生產(chǎn)氫的設(shè)備，其特征在于：用于生產(chǎn)氫的所述設(shè)備進(jìn)一 步包括空氣供給管路(11)和碳能量載體供入管路(26 )，所述空氣供給管路(11)和所述碳能 量載體供入管路(26)均被連接到所述蒸汽重整反應(yīng)器(20)的所述爐，并且所述再循環(huán)氣體 計(jì)量裝置(51、52)被以如下方式構(gòu)造，所述方式使得所述再循環(huán)氣體計(jì)量裝置(51、52)基于 理論值定再循環(huán)的合成氣體的體積，其中其中并且F具有在0.7和1.2之間的值， 或者基于理論值VS2設(shè)定再循環(huán)的合成氣體的體積，其中其中并且a具有在1.05和1.15之間的值。
【文檔編號(hào)】C01B3/32GK205419767SQ201520915409
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月17日
【發(fā)明人】迪特爾·烏爾伯, 亞歷山大·勒施, 艾哈邁德·薩里, 揚(yáng)·科博
【申請(qǐng)人】喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司