專利名稱：生產(chǎn)氨的方法
生產(chǎn)氨的方法本發(fā)明涉及以改進(jìn)的熱集成來由烴類原料生產(chǎn)氨的方法，其中烴類原料首先通過 蒸汽重整轉(zhuǎn)化為合成氣，合成氣隨后轉(zhuǎn)化為氨。本發(fā)明還涉及一種新的蒸汽過熱器，特別適 合用于該方法，尤其是用于具有至少2000MTPD生產(chǎn)能力的大型氨設(shè)備。傳統(tǒng)用于生產(chǎn)氨的設(shè)備通常分為兩個(gè)主要的部分，重整部分，其中烴類原料如天 然氣在30至80巴、通常為30至40巴范圍的壓力下轉(zhuǎn)化為含有氫氣和氮?dú)饣旌衔锏暮?成氣，以及氨合成部分，其中具有合適比例氫氣和氮?dú)獾暮铣蓺?氨合成氣)在被壓縮至 120-200巴后催化轉(zhuǎn)化為隨后通過冷卻而濃縮的氨。在重整部分中，當(dāng)利用帶有初級(jí)、自熱或次級(jí)重整器的傳統(tǒng)工藝布置時(shí)，在高溫例 如在約1000°C或更高的溫度下生產(chǎn)含有氫氣的合成氣。在所述重整器中產(chǎn)生的合成氣必須 要冷卻，而這通常是通過將氣體穿過許多廢熱鍋爐或蒸汽過熱器來實(shí)現(xiàn)。這些裝置是昂貴 而高度復(fù)雜的換熱器，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)以使與金屬塵化、氫蝕和應(yīng)力腐蝕有關(guān)的機(jī)械和材料 的相關(guān)故障的風(fēng)險(xiǎn)最小化。特別地，重整部分中的蒸汽過熱器是昂貴的裝置，其中即使精心 構(gòu)建這些單元金屬塵化也難以避免。當(dāng)在重整部分中采用過熱器時(shí)，金屬塵化的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)際 上是固有的。在氨合成部分中，由包含在合成氣中的氫氣和氮?dú)獾幕旌衔锎呋a(chǎn)氨。氨的轉(zhuǎn) 化發(fā)生在熱量產(chǎn)生的條件下，其利用廢熱鍋爐和任選地蒸汽過熱器產(chǎn)生高壓蒸汽，其進(jìn)一 步用于驅(qū)動(dòng)氨合成部分的壓縮器。在氨合成部分中的廢熱鍋爐和蒸汽過熱器也是昂貴而高 度復(fù)雜的換熱器，其被專門設(shè)計(jì)以使與氫蝕、滲氮和應(yīng)力腐蝕有關(guān)的機(jī)械和材料的相關(guān)故 障的風(fēng)險(xiǎn)最小化。廢熱鍋爐尤其要遭受滲氮和應(yīng)力腐蝕，因?yàn)檫@些單元通常安置在氨轉(zhuǎn)化 器的下游。金屬塵化、應(yīng)力腐蝕和滲氮是災(zāi)難性的或者至少是嚴(yán)重形式的腐蝕，其必須通過 適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和材料選取避免。金屬塵化通常發(fā)生在氣體中存在一氧化碳的情況下，氣體與 金屬接觸且當(dāng)金屬的溫度相當(dāng)?shù)蜁r(shí)，通常4000C至8000C，更具體地500°C至750°C，與氣體 的相互作用導(dǎo)致金屬分解為細(xì)顆粒。在當(dāng)來自氣體中的氮?dú)馀c金屬接觸，擴(kuò)散到金屬材料中并生成氮化物時(shí)發(fā)生金屬 滲氮。由此形成堅(jiān)硬的表面層，其易于斷裂并且在最壞的情況下斷裂貫穿整個(gè)金屬。因此， 遭受滲氮的材料更加瞬時(shí)地變得易碎。滲氮層的厚度取決于溫度、時(shí)間以及金屬合金。通 常認(rèn)為薄金屬板約380°C以上以及厚金屬板400°C以上的金屬溫度會(huì)顯著增加低合金碳鋼 的金屬滲氮傾向。更高的溫度下，需要材料如不銹鋼或因科鎳合金(Inconel)。應(yīng)力腐蝕代表當(dāng)奧氏體材料如不銹鋼接觸到水時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是當(dāng)水中含有雜質(zhì) 如氯時(shí)。當(dāng)采用低合金碳鋼時(shí)應(yīng)力腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更小。隨著設(shè)備被設(shè)計(jì)為生產(chǎn)2000，3000，5000MTPD或更多的氨，氨設(shè)備的生產(chǎn)能力穩(wěn) 定的提高，設(shè)計(jì)越來越大型的蒸汽過熱器已經(jīng)成為一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。在這些大型的氨設(shè)備 中蒸汽過熱器的規(guī)格是一個(gè)問題，因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)下過熱器管板的直徑和厚度變得僅僅是 過大以致于它的生產(chǎn)在技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上是行不通的。這種安裝大型設(shè)備的趨勢也引發(fā)了為驅(qū)動(dòng)設(shè)備中的壓縮器提供蒸汽的必要性。這
4要求更高的蒸汽壓力進(jìn)而需要更高的蒸汽溫度。結(jié)果是，不得不采用能夠應(yīng)對(duì)更高的蒸汽 溫度的用于蒸汽過熱器的昂貴材料如銹鋼或因科鎳合金。美國專利No. 4，213，954記載了一種生產(chǎn)氨的方法，包括重整部分和氨合成部分。 兩個(gè)部分共用一個(gè)普通的汽包(steam drum)用作設(shè)備中重整和氨合成部分中廢熱鍋爐的 蒸汽分離單元。蒸汽，產(chǎn)生于重整部分，由此用于氨合成部分，而來自次級(jí)重整器的工藝氣 體經(jīng)由廢熱鍋爐和過熱器一體的體系冷卻。蒸汽也被用于膨脹機(jī)以回收能量。美國專利No. 4，545, 976記載了一種通過減少蒸汽輸出的烴類蒸汽重整以生產(chǎn)氨 合成氣的方法，其中采用一系列的蒸汽過熱器冷卻來自次級(jí)重整器的工藝氣體。我們的EP-A-1，610，081公開了一種用于蒸汽重整階段下游附近的換熱器。該換 熱器包括含有低合金碳鋼管束的第一較冷加熱區(qū)以及含有由耐高溫和腐蝕的合金如奧氏 體鎳/氯/鐵合金制成的管束的第二較熱加熱區(qū)。蒸汽穿過換熱器的管程，而重整氣(合 成氣)經(jīng)過殼程。較冷和較熱的加熱區(qū)對(duì)于蒸汽流和重整氣流均以串聯(lián)連接。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種生產(chǎn)氨的方法，其具有改進(jìn)的熱集成并對(duì)廢熱鍋 爐和特別是設(shè)備的蒸汽過熱器中的金屬塵化、滲氮和應(yīng)力腐蝕具有降低的趨勢。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種生產(chǎn)氨的方法，其具有通過減少蒸汽輸出的改 進(jìn)的熱集成，且其與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比更具成本效益。本發(fā)明的還一個(gè)目的在于提供一種方法，其穩(wěn)定并且對(duì)氨部分的設(shè)備跳閘較不敏感。本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種適合用于大型氨設(shè)備的蒸汽過熱器，同時(shí)能夠 經(jīng)受腐蝕，尤其是滲氮和應(yīng)力腐蝕。這些以及其它目的通過本發(fā)明得到解決。在第一個(gè)方面，我們提供了一種由烴類原料生產(chǎn)氨的方法，該方法包括以下步 驟(a)將烴類原料通過重整部分并從所述的重整部分回收合成氣；(b)在不采用蒸汽過熱器的情況下，將所述的合成氣通過一個(gè)或多個(gè)廢熱鍋爐，且 合成氣與水-蒸汽混合物在其中間接換熱，從所述的廢熱鍋爐回收蒸汽并將所述蒸汽傳送 至一個(gè)或多個(gè)汽包中；(c)將步驟(b)由此冷卻的合成氣通過變換轉(zhuǎn)化階段，該階段用于將合成氣中的 一氧化碳轉(zhuǎn)化為氫氣并隨后通過洗滌工藝除去合成氣中剩余的二氧化碳、一氧化碳和甲 烷，并回收含有氮?dú)夂蜌錃獾暮铣蓺猓?d)將步驟(C)產(chǎn)生的合成氣通過氨合成部分，其包括由通過一個(gè)或多個(gè)氨轉(zhuǎn)換 器中的催化床將合成氣催化轉(zhuǎn)化為氨，并回收來自一個(gè)或多個(gè)催化床含有氨的工藝氣體；(e)將所述的含有氨的工藝氣體通過一個(gè)或多個(gè)蒸汽過熱器，使來自步驟(b)的 一個(gè)或多個(gè)汽包中的蒸汽在其中過熱，并從所述的一個(gè)或多個(gè)蒸汽過熱器回收過熱蒸汽 流；(f)將步驟(e)由此冷卻的工藝氣體通過一個(gè)或多個(gè)廢熱鍋爐，工藝氣體與水-蒸 汽混合物在其中間接換熱，回收來自一個(gè)或多個(gè)廢熱鍋爐的蒸汽并將所述的蒸汽傳送至步 驟(b)的一個(gè)或多個(gè)汽包中。因此，所有在步驟(b)和(f)的廢熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽在步驟(e)的一個(gè)或多個(gè)過熱器中過熱。由此在氨合成部分進(jìn)行盡可能多的冷卻。我們發(fā)現(xiàn)通過在氨轉(zhuǎn)換器的下游引入一個(gè)或多個(gè)過熱器，用于冷卻含有氨的工藝 氣體并使在重整部分的廢熱鍋爐中產(chǎn)生的所有蒸汽過熱，這使得向設(shè)備的重整部分中另有 要求的廢熱鍋爐和氨合成部分中的廢熱鍋爐特別是過熱器提供更加簡單而便宜的構(gòu)造成 為可能。因此，本發(fā)明具有顯著的優(yōu)勢，其不需要加熱合成氣的蒸汽過熱器(加熱工藝氣體 的過熱器)，或者簡單地，設(shè)備的重整部分中的蒸汽過熱器來冷卻產(chǎn)生的合成氣。過熱器的 冷卻能力就其本身而言從設(shè)備的重整部分移動(dòng)至氨合成部分。當(dāng)在重整部分中采用蒸汽過 熱器時(shí)實(shí)際上固有的金屬塵化的風(fēng)險(xiǎn)因而被完全消除了。此外，由于在氨合成部分進(jìn)行了盡可能多的冷卻，該方法能夠冷卻來自蒸汽過熱 器中氨轉(zhuǎn)換器的工藝氣體，優(yōu)選以U型管換熱器的形式冷卻至約380°C以下，借以避免了安 裝在下游的廢熱鍋爐的滲氮。如上文所述，約380°C以上的金屬溫度顯著地增加滲氮效應(yīng)的 趨勢?，F(xiàn)冷卻具有380°C溫度以下的工藝氣體的氨合成部分的廢熱鍋爐就可以用例如合金 碳鋼方便地構(gòu)建為U型管換熱器，從而也消除了與另有要求的奧氏體材料的應(yīng)力腐蝕有關(guān) 的問題。因而可以用更加便宜的材料構(gòu)建其它非常昂貴的廢熱鍋爐和蒸汽過熱器。本發(fā)明的一個(gè)顯著優(yōu)勢在于對(duì)設(shè)備跳間狀況例如氨合成部分的氨生產(chǎn)停止而重 整部分保持運(yùn)行，包括重整和氨部分的設(shè)備變得更加穩(wěn)定。按照傳統(tǒng)方法的設(shè)計(jì)，當(dāng)氨部分 發(fā)生這樣的設(shè)備跳間時(shí)，重整部分的蒸汽生成立刻受到影響。為了彌補(bǔ)這種影響，重整部分 中冷卻次級(jí)重整器下游合成氣的廢熱鍋爐通常明顯超出尺寸。通過本發(fā)明的方法減少對(duì)重 整部分中蒸汽生成的這種影響是可能的。如果在氨部分存在設(shè)備跳間，現(xiàn)在在重整部分平 衡蒸汽生成是可能的并且結(jié)果是在這部分的次級(jí)重整器下游的廢熱鍋爐不需要明顯地超 出尺寸?？梢圆捎酶∵M(jìn)而更便宜的廢熱鍋爐。像其在現(xiàn)有技術(shù)中是常規(guī)的，重整部分可以在一個(gè)或多個(gè)步驟中包括烴類原料的 重整。因此烴類進(jìn)料可以在接著初級(jí)和次級(jí)重整后例如經(jīng)受預(yù)重整的步驟，或者烴類進(jìn)料， 例如天然氣，可以直接通過自熱重整步驟以產(chǎn)生熱合成氣。在一個(gè)或多個(gè)廢熱鍋爐中生產(chǎn) 高壓蒸汽的情況下被冷卻之前，回收來自自熱或次級(jí)重整步驟溫度在1000°c以上的合成氣。本文所用的術(shù)語含有氮?dú)夂蜌錃獾暮铣蓺庖庵赴焙铣蓺?，例如具有合適比例的氫 氣和氮?dú)庥米靼鞭D(zhuǎn)換器原料的合成氣。 本文所用的術(shù)語次級(jí)重整和自熱重整可交換使用，因?yàn)榇渭?jí)重整通常是在自熱重 整器(ATR)中進(jìn)行。然而嚴(yán)格來說，術(shù)語自熱重整僅在沒有初級(jí)重整時(shí)有適當(dāng)?shù)暮x。本文所用的術(shù)語初級(jí)重整意指在傳統(tǒng)的燃燒管式重整器(輻射爐)中重整烴類原 料。根據(jù)本發(fā)明也將理解，離開催化氨轉(zhuǎn)換器的工藝氣體首先通過蒸汽過熱器并隨后 通過廢熱鍋爐。重整部分的廢熱鍋爐中產(chǎn)生的所有蒸汽，以及氨合成部分的廢熱鍋爐中產(chǎn) 生的蒸汽被輸送至安裝在催化氨轉(zhuǎn)換器下游的第一蒸汽過熱器中。至少部分來自所述蒸汽 過熱器的蒸汽可以用作設(shè)備重整部分的工藝蒸汽，優(yōu)選作為初級(jí)重整階段的廢熱部分的工 藝蒸汽。在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟(a)涉及將烴類原料通過重整部分并從所述 重整部分回收合成氣并包括以下步驟將烴類原料通過初級(jí)重整步驟以生產(chǎn)部分重整的氣體，將所述的部分重整的氣體通過換熱重整步驟和次級(jí)重整步驟并從所述的換熱重整階段 回收產(chǎn)生的合成氣流，其中通過換熱重整階段的部分重整的氣體與從所述次級(jí)重整步驟回 收的合成氣間接換熱重整。換熱重整能夠使來自初級(jí)和次級(jí)重整步驟的熱量進(jìn)一步用于重整氣體而非將熱 量簡單地用于產(chǎn)生蒸汽。因此，顯著的降低蒸汽生產(chǎn)并實(shí)際上降到幾乎精確滿足氨合成部 分要求的量也是可能的。結(jié)果是避免了不合適的蒸汽輸出。如上文所述，通常公認(rèn)當(dāng)金屬溫度在400 V至800 V、更具體地500 °C至750 V的范 圍時(shí)金屬塵化的風(fēng)險(xiǎn)最高。因此，優(yōu)選地從重整部分回收的合成氣流、尤其是從所述換熱重 整階段回收的合成氣流具有約800°C或更高的溫度，該溫度高得足以降低換熱器自身金屬 塵化的風(fēng)險(xiǎn)以及避免位于下游的廢熱鍋爐金屬塵化。優(yōu)選地，在一個(gè)或多個(gè)包含雙管(double-tubes)的換熱反應(yīng)器中進(jìn)行換熱重整。 雙管基本上是兩個(gè)實(shí)際上同心管的排列。管壁之間的空間形成了一個(gè)環(huán)形腔，通過其換熱 介質(zhì)(從所述次級(jí)重整步驟回收的合成氣)能夠流動(dòng)。床中的固體催化劑可以布置在雙管 的外部和/或內(nèi)部。因此，在另一個(gè)實(shí)施例中本發(fā)明同樣包括在具有大量雙管的一個(gè)或多個(gè)換熱反應(yīng) 器中，優(yōu)選在一個(gè)或多個(gè)換熱反應(yīng)器的底部通過將從所述次級(jí)重整步驟回收的合成氣與離 開至少在一個(gè)或多個(gè)換熱反應(yīng)器的雙管之外配置的催化床的重整氣混合來形成混合氣，其 中雙管用于實(shí)施所述換熱重整步驟，以及將所述的混合氣通過所述雙管的環(huán)形空間對(duì)所述 的催化床間接加熱。隨后回收生成的合成氣流并通過一個(gè)或多個(gè)安裝在重整部分下游的廢 熱鍋爐。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)換熱反應(yīng)器的催化床的固體催化顆粒不僅安置在雙管的外 部，還安裝在內(nèi)部，例如還在雙管的內(nèi)管里。在又一個(gè)實(shí)施例中，在卡口式反應(yīng)器中實(shí)施換熱重整步驟。在卡口管式重整器的 一個(gè)具體的實(shí)施方案中，在該重整器中的至少一個(gè)重整管具有一個(gè)外管和一個(gè)內(nèi)管，外管 具有一個(gè)用于引入要重整的工藝氣體的進(jìn)口端和一個(gè)封閉的出口端，內(nèi)管的兩端都是開放 的并同軸地安裝在外管內(nèi)并將外管空間分離，在外管和內(nèi)管之間的環(huán)形空間間填充有重整 催化劑，內(nèi)管適于回收合成氣流流出物，外管任選地被一個(gè)與外管空間分離的套管同心環(huán) 繞并通過將來自次級(jí)重整器的合成氣流引入套管和外管之間的空間使外管適于使來自次 級(jí)重整器通過的熱合成氣流與外管中的要重整的工藝氣體(反應(yīng)原料)有熱傳導(dǎo)關(guān)系。例 如在我們的EP-A-O 535 505中公開了這種卡口式反應(yīng)器的一個(gè)具體實(shí)施例。在本發(fā)明的還一個(gè)實(shí)施例中，將步驟(a)中要重整的烴類原料并行地通過一個(gè) 或多個(gè)換熱重整步驟和自熱或次級(jí)重整步驟，并且其中將從所述自熱或次級(jí)重整階段回 收的熱合成氣在所述一個(gè)或多個(gè)換熱重整步驟中用作換熱介質(zhì)，如在我們的美國專利 No. 6，726,851 中的記載。在本發(fā)明的第二個(gè)方面中，我們提供了一種用于該方法的蒸汽過熱器，更具體地 是一種用于按照方法的步驟(e)，亦即在氨催化轉(zhuǎn)換器下游的蒸汽過熱器。因此，本發(fā)明還包括一種蒸汽過熱器30，其包括第一和第二隔室301，302，其中第一隔室具有外殼305，管板303，后端307，管束 309，擋板317以及適用于外殼305的蒸汽進(jìn)口 315，而在第二隔室302中具有外殼306，管板304，后端308，管束310，擋板317以及適用于外殼306的蒸汽出口 316 ；將第一和第二隔室分開的過渡室311，其通過在管板303，304之間的空間定義；通過管板303，304并進(jìn)而通過過渡室311的輸送管312，其沿著蒸汽過熱器30的 長軸320從第一隔室301延伸至第二隔室302 ；位于進(jìn)口室318和出口室319之間的分隔壁321 ；所述的過渡室311具有延伸至過渡室的進(jìn)口室318中的工藝流體進(jìn)口 313，進(jìn)口 室318被限制在輸送管312的管壁、在一邊的管板303的板壁和在相反一邊的管板304的 板壁之間，其中第一隔室301的管束309延伸至管板303內(nèi)，第二隔室302的管束310延伸 至管板304內(nèi)；所述的過渡室311具有自過渡室的出口室319延伸的工藝氣體出口 314，出口室 319被限制在輸送管312的管壁、在一邊的管板303的板壁和在相反一邊的管板304的板壁 之間，其中第一隔室301的管束309延伸至管板303內(nèi)，第二隔室302的管束310延伸至管 板304內(nèi)；并且其中第一和第二隔室301，302對(duì)于蒸汽流以串聯(lián)連接而對(duì)于工藝氣體流以 并聯(lián)連接。蒸汽經(jīng)過過熱器的殼程，而來自氨轉(zhuǎn)換器的工藝氣體經(jīng)過管程。優(yōu)選地，在蒸汽過熱器的外殼305，306中過渡室311的工藝氣體進(jìn)口 313和工藝 氣體出口 314相互之間徑向相對(duì)設(shè)置，并且更優(yōu)選所述的工藝氣體進(jìn)口和出口 313，314相 互之間徑向相對(duì)設(shè)置并沿著蒸汽過熱器的長軸320位于相同的位置。位于進(jìn)口室318和出口室319之間的分隔壁321優(yōu)選沿著并通過輸送管312的長 度方向延伸。該壁有助于防止進(jìn)口室318的工藝氣體直接通過進(jìn)入出口室319。優(yōu)選地，過 熱器各個(gè)室中的管束為U型管束。管束延伸進(jìn)入各個(gè)管板并因此在其中得到支撐。這將理解為管束穿過管板。因此 管與接受來自氨轉(zhuǎn)換器傳入的熱工藝氣體的過渡室的進(jìn)口室，或者與冷卻的工藝氣體由此 回收的過渡室的出口室流體連通。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，出口室319進(jìn)一步包括安置于其中的閥322，323并且其 與第一和第二隔室301，302的管束309，310直接流體連通。閥優(yōu)選為節(jié)流閥。在出口室提 供閥能夠使合適比例的來自氨轉(zhuǎn)換器的工藝氣體供應(yīng)給蒸汽過熱器的第一(冷)和第二 (熱)隔室并因而使在蒸汽出口 316通過簡單的方式調(diào)整離開蒸汽過熱器的蒸汽的溫度是 可行的。優(yōu)選地，將40wt%的工藝氣體通過第一隔室而將60wt%通過第二隔室。通過調(diào)整 過熱器中蒸汽出口的溫度，其可以為約375°C，在蒸汽經(jīng)過其被進(jìn)一步加熱至例如515°C的 最終過熱溫度的初級(jí)重整器的沸熱部分后，調(diào)整該蒸汽的最終過熱溫度也是可行的。該最 終蒸汽溫度實(shí)際上是一個(gè)需要調(diào)整的溫度，并且現(xiàn)在這樣的調(diào)整通過在蒸汽出口 316簡單 的調(diào)整離開過熱器的蒸汽的溫度變得可行?？梢员苊庹{(diào)整該最終過熱溫度的不必要的選 擇，例如在蒸汽通過初級(jí)重整器的沸熱部分時(shí)增加鍋爐給水(BFW)以急冷蒸汽。本發(fā)明的方法能夠使飽和蒸汽在一個(gè)相對(duì)較低的溫度(323°C )被引入到過熱器 的第一隔室中。該蒸汽將含有一些來自汽包的水滴形式的剩余物。這能夠?qū)е逻^熱器內(nèi)部 金屬零件的應(yīng)力腐蝕，如果這些金屬零件是由奧氏體材料如不銹鋼制成。然而，在本發(fā)明的 蒸汽過熱器中，內(nèi)部金屬零件，主要是第一隔室中的管束，優(yōu)選由低合金鋼制成。既然因?yàn)橐肜鋮s蒸汽(323°C)能夠使第一(冷)隔室保持在380°C以下，采用低合金鋼例如低合 金碳鋼是可行的，并且沒有滲氮效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。由于滲氮的風(fēng)險(xiǎn)，在第二(熱)隔室中的內(nèi)部 金屬零件，主要是管束，由不銹鋼制成，因?yàn)樵谡麄€(gè)該室中溫度不能保持在380°C以下。在該 室中應(yīng)力腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)不再相關(guān)，因?yàn)橐氲恼羝惺Ｓ嗟乃卧谕ㄟ^其經(jīng)過的第一隔室中 已經(jīng)被加熱，因此蒸汽是干燥的。因此，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例，第一隔室的管束由低合金鋼例如鐵素體鐵、 鉻、鉬以及碳鋼制成，而第二隔室中的管束由不銹鋼制成。優(yōu)選地，低合金鋼為低合金碳鋼。除了解決腐蝕問題外，對(duì)于在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)下過熱器的尺寸太大以致于它們簡直變得 無法制造的大型氨設(shè)備，本發(fā)明的過熱器是特別有益的。通過本發(fā)明的過熱器，來自氨轉(zhuǎn)換 器的工藝氣流分別進(jìn)入第一和第二隔室。換句話說，僅有一部分工藝氣流經(jīng)過各個(gè)管板并 且同時(shí)管板由沿著過熱器的長軸從一個(gè)隔室擴(kuò)展到其它隔室的輸送管支撐。與采用傳統(tǒng)單 管板的情況相比，這導(dǎo)致了相當(dāng)可觀的管板厚度的減小。本發(fā)明因而也能夠是更加簡單而 便宜的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的過熱器實(shí)際上能夠在任何專業(yè)化的車間裝配。本文所用的術(shù)語“大型氨設(shè)備”意指具有等于或大于2000MTPD例如3000， 5000MTPD甚至更多生產(chǎn)能力的氨設(shè)備。方便起見，過熱器的取向通常與重管板水平并且頭部通常安裝在靠近過熱器的后 端。然而這樣的水平方向可能傳遞腐蝕問題，特別是安裝在過熱器中間部分的金屬零件。特 別是在當(dāng)蒸汽過熱器的金屬零件在沒有經(jīng)過暖機(jī)即啟動(dòng)的情況下，包含有雜質(zhì)例如氯的水 滴可能在其中積累并濃縮。由于這樣的金屬零件通常不是由抗腐蝕材料制成，因此嚴(yán)重的 腐蝕問題可能出現(xiàn)。 通過本發(fā)明，通過簡單地縱向安裝過熱器可能進(jìn)一步防止這類腐蝕問題。本發(fā)明 過熱器中這種取向更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹饕苁闹亟饘倭慵蛟O(shè)備的中間安裝。在 第一或第二隔室中過熱器的底部積累并收集潛在的含有雜質(zhì)的水滴。積聚的水隨后通過安 裝在那里的出口管道簡單地回收。因此，在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，蒸汽過熱器的取向是縱向的并且第一或第二 隔室在其后端還包括除去積聚水的水出口。優(yōu)選地，在這種縱向的蒸汽過熱器中底部部分 為第二(熱)隔室。

圖1表示合成氨設(shè)備的方法中一個(gè)具體實(shí)施例的框圖，顯示了引入換熱重整器及 二次重整器的重整部分I和氨合成部分II。圖2表示根據(jù)本發(fā)明用于設(shè)備氨合成部分的過熱器的示意圖。在圖1中，在初級(jí)重整器20中將烴類原料1如天然氣與加入的蒸汽一起通過初級(jí) 重整步驟。從初級(jí)重整器20中回收部分重整的氣體2并部分地分成氣流3和4。氣流3被 輸送至具有雙管的換熱重整器21的頂部，其中在雙管的外面和里面放置了催化劑顆粒，而 氣流4通過次級(jí)重整器22。在換熱重整器21的底部，來自次級(jí)重整器的熱流出物氣體與 在換熱重整器中與在重整器的底部離開催化床的經(jīng)轉(zhuǎn)化的工藝氣體混合。通過在重整器中 向上地通過所述的混合氣體，使混合氣體用于配置于其中的催化床的間接換熱。隨著其穿 過換熱重整器，混合氣體被冷卻并作為合成氣流5離開。隨后在廢熱鍋爐23中采用給水6 進(jìn)料，氣流5被冷卻，并且合成氣在其中與蒸汽進(jìn)行間接換熱。在該部分中沒有采用蒸汽過 熱器。來自廢熱鍋爐23的蒸汽-水混合物被引入至汽包M。在水煤氣變換部分25中冷卻的合成氣流富集氫氣并隨后經(jīng)過洗滌部分以除去合成氣中剩余的一氧化碳、二氧化碳和甲 烷。進(jìn)而產(chǎn)生包括合適比例的氫氣和氮?dú)獾暮铣砂睔饬?并被輸送至設(shè)備的氨合成部分、 包括大量氨催化床觀的催化氨轉(zhuǎn)化器27。從催化轉(zhuǎn)化器回收在460°C含有氨的工藝氣體 9并通過穿過蒸汽過熱器30和廢熱鍋爐四的系統(tǒng)冷卻。在蒸汽過熱器30后，工藝氣體被 冷卻至約380°C。產(chǎn)生的過熱蒸汽10在約375°C離開并可用于驅(qū)動(dòng)設(shè)備中的壓縮器，而來 自廢熱鍋爐四的蒸汽11被輸送至汽包M中。鍋爐給水(BFW)以流12添加，而來自汽包 24的流13被用于在廢熱鍋爐四中產(chǎn)生蒸汽。所有的蒸汽，產(chǎn)生于重整部分的廢熱鍋爐23 以及氨合成部分的廢熱鍋爐四，在氨合成部分的蒸汽過熱器30中經(jīng)由蒸汽流14在323°C 沸點(diǎn)下以高壓蒸汽形式過熱?；厥绽鋮s的含有氨的工藝氣體作為流15?，F(xiàn)轉(zhuǎn)向圖2，顯示了圖1的蒸汽過熱器30的示意圖。過熱器包括第一(冷)隔室 301和第二 (熱)隔室302，兩個(gè)管板303，304，兩個(gè)具有各自后端307，308的外殼305，306， 兩個(gè)U型管束309，310以及過渡室311和輸送管312。該輸送管沿著過熱器的長軸320從 第一隔室301延伸至第二隔室302。過熱器還包括作為過渡室311的一部分而配置的工藝 氣體進(jìn)口 313和工藝氣體出口 314，以及配置在第一室301的外殼305中的蒸汽進(jìn)口 315和 配置在第二室302的外殼306的蒸汽出口 316。擋板317被布置在第一和第二隔室中以使 蒸汽流偏轉(zhuǎn)并進(jìn)而提高熱傳遞。擋板也對(duì)管束提供支持。過渡室311包括一個(gè)直接延伸至 工藝氣體進(jìn)口 313并與延伸至管板303，304中的管束309，310以流體連通的進(jìn)口室318。 過渡室311還包括一個(gè)直接延伸至工藝氣體出口 314中的進(jìn)口室319，該進(jìn)口室319也與 延伸至管板303，304中的管束309，310以流體連通。分隔壁321沿著輸送管部分312延伸 使進(jìn)口和出口室318，319分開。因此，第一和第二隔室對(duì)于蒸汽流以串聯(lián)連接而對(duì)于工藝 氣體流以并聯(lián)連接。位于出口室319的節(jié)流閥322和323用于控制穿過第一(冷)和第二 (熱)隔室的工藝氣體的量并進(jìn)而控制在蒸汽出口 316的蒸汽出口溫度。本發(fā)明的方法能夠亦即以相對(duì)低的溫度(323°C )向過熱器提供飽和蒸汽。以該溫 度進(jìn)入的蒸汽穿過靠近第一(冷)隔室的后端的蒸汽進(jìn)口 315，在該處然后其流經(jīng)其殼程。 因此蒸汽過熱至345°C并在該溫度下經(jīng)由輸送管312送至蒸汽過熱器的第二(熱)隔室。該 蒸汽進(jìn)一步過熱并在375°C作為過熱蒸汽經(jīng)過蒸汽出口 316離開。來自氨轉(zhuǎn)換器的工藝氣 體進(jìn)入過熱器，在460°C通過工藝氣體進(jìn)口 313進(jìn)入過渡室311的進(jìn)口室318。將工藝氣體 分開并送至第一和第二隔室，經(jīng)由管板303，304進(jìn)入U(xiǎn)型管束309，310。在經(jīng)過U型管后， 工藝氣體經(jīng)由管板303，304經(jīng)過節(jié)流閥322，323進(jìn)入出口室319。來自第一隔室的工藝氣 體在373°C進(jìn)入出口室319，而來自第二隔室的工藝氣體在403°C進(jìn)入。在該室中的混合氣 體達(dá)到380°C的溫度并經(jīng)過工藝氣體出口 314離開用于在下游的廢熱鍋爐中進(jìn)一步冷卻。
權(quán)利要求
1.一種由烴類原料生產(chǎn)氨的方法，包括以下步驟(a)將烴類原料通過重整部分并從所述的重整部分回收合成氣；(b)在不采用蒸汽過熱器的情況下，將所述的合成氣通過一個(gè)或多個(gè)廢熱鍋爐，且合成 氣與水-蒸汽混合物在其中間接換熱，從所述的廢熱鍋爐回收蒸汽并將所述蒸汽傳送至一 個(gè)或多個(gè)汽包中；(c)將步驟(b)由此冷卻的合成氣通過變換轉(zhuǎn)化階段，該階段用于將合成氣中的一氧 化碳轉(zhuǎn)化為氫氣并隨后通過洗滌工藝除去合成氣中剩余的二氧化碳、一氧化碳和甲烷，并 回收含有氮?dú)夂蜌錃獾暮铣蓺猓?d)將步驟(c)產(chǎn)生的合成氣通過氨合成部分，該部分包括由通過在一個(gè)或多個(gè)氨轉(zhuǎn) 換器中的催化床將合成氣催化轉(zhuǎn)化為氨，并從一個(gè)或多個(gè)催化床回收含有氨的工藝氣體；(e)將所述的含有氨的工藝氣體通過一個(gè)或多個(gè)蒸汽過熱器，使來自步驟(b)的一個(gè) 或多個(gè)汽包的蒸汽在其中過熱，并從所述的一個(gè)或多個(gè)蒸汽過熱器回收過熱蒸汽流；(f)將步驟(e)由此冷卻的工藝氣體通過一個(gè)或多個(gè)廢熱鍋爐，所述工藝氣體與水-蒸 汽混合物在其中間接換熱，從所述一個(gè)或多個(gè)廢熱鍋爐回收蒸汽并將所述的蒸汽傳送至步 驟(b)的一個(gè)或多個(gè)汽包中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)包括如下步驟將烴類原料通過初級(jí)重整步 驟以生產(chǎn)部分重整的氣體，將所述部分重整的氣體通過換熱重整步驟和次級(jí)重整步驟并從 所述換熱重整階段回收得到的合成氣流，其中通過換熱重整階段的部分重整的氣體與從所 述次級(jí)重整步驟回收的合成氣通過間接換熱而重整。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法包括在具有大量雙管的一個(gè)或多個(gè)換熱反應(yīng)器中通過將從 所述自熱重整步驟或次級(jí)重整步驟回收的合成氣與離開至少在一個(gè)或多個(gè)換熱反應(yīng)器的 雙管之外配置的催化床的重整氣混合來形成混合氣，其中雙管用于實(shí)施所述換熱重整步 驟，以及將所述的混合氣通過所述雙管的環(huán)形空間對(duì)所述的催化床間接加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在卡口式反應(yīng)器中實(shí)施所述換熱重整步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將步驟(a)中要重整的烴類原料并行的通過一個(gè)或多 個(gè)換熱重整步驟和自熱或次級(jí)重整步驟，并且其中將從所述自熱或次級(jí)重整階段回收的熱 合成氣在所述一個(gè)或多個(gè)換熱重整步驟中用作換熱介質(zhì)。
6.蒸汽過熱器(30)包括第一和第二隔室(301，302)，其中第一隔室(301)具有外殼(305)，管板(303)，后端 (307)，管束(309)，擋板(317)以及適用于外殼(305)的蒸汽進(jìn)口(315)，且其中第二隔室 (302)具有外殼(306)，管板(304)，后端(308)，管束(310)，擋板(317)以及適用于外殼 (306)的蒸汽出口(316)；將所述第一和第二隔室分開的過渡室(311)，其由在管板(303，304)之間的空間限定；通過管板(303，304)并由此通過過渡室(311)的輸送管(312)，其沿著所述蒸汽過熱器 (30)的長軸(320)從第一隔室(301)延伸至第二隔室(302)；位于進(jìn)口室(318)和出口室(319)之間的分隔壁(321)；所述的過渡室(311)具有延伸至過渡室的進(jìn)口室(318)中的工藝流體進(jìn)口(313)，進(jìn) 口室(318)被限制在輸送管(312)的管壁、在一邊的管板(303)的板壁和在相反一邊的管 板(304)的板壁之間，其中第一隔室(301)的管束(309)延伸至管板(303)內(nèi)，而第二隔室(302)的管束(310)延伸至管板(304)內(nèi)；所述的過渡室(311)具有自過渡室的出口室(319)延伸的工藝氣體出口(314)，出口 室(319)被限制在在輸送管(312)的管壁、在一邊的管板(303)的板壁和在相反一邊的管 板(304)的板壁之間，其中第一隔室(301)的管束(309)延伸至管板(303)內(nèi)，而第二隔室 (302)的管束(310)延伸至管板(304)內(nèi)；并且其中所述第一和第二隔室(301,30 對(duì)于蒸汽流以串聯(lián)連接而對(duì)于工藝氣體流 以并聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的蒸汽過熱器，其中出口室(319)還包括安置于其中的閥(322， 323)并且其與第一和第二隔室(301，302)的管束(309，310)直接流體連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的蒸汽過熱器，其中第一隔室中的管束由低合金鋼制成，而第二 隔室中的管束由不銹鋼制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)的蒸汽過熱器，其中蒸汽過熱器的取向是縱向的，且所 述第一或第二隔室還包括在其后端的用于除去積聚水的水出口。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的蒸汽過熱器在權(quán)利要求1的方法中的用途。
全文摘要
由烴類原料生產(chǎn)氨的方法，設(shè)備的重整和氨部分的廢熱鍋爐中產(chǎn)生的所有蒸汽在位于設(shè)備的氨部分的氨轉(zhuǎn)換器下游的蒸汽過熱器中過熱。在設(shè)備的重整部分中不需要蒸汽過熱器冷卻合成氣。還提供了一種用于該方法的蒸汽過熱器。該過熱器包括兩個(gè)隔室，其中第一和第二隔室對(duì)于蒸汽流以串聯(lián)連接而對(duì)于工藝氣體流以并聯(lián)連接。
文檔編號(hào)F28F9/26GK102137817SQ200980124135
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者H·O·斯塔爾, P·A·漢 申請(qǐng)人:赫多特普索化工設(shè)備公司