本發(fā)明涉及通過設置使用來自水電解的氧氣并結(jié)合次級蒸汽重整以生產(chǎn)氨合成氣來改善現(xiàn)有氨合成氣裝置或新型氨合成氣裝置的效率的方法。

本申請涉及氨合成氣的制備。更具體地，本發(fā)明是通過將水的電解與烴原料的常規(guī)初級和次級蒸汽重整相結(jié)合以制備含氫和氮的氨合成氣來改善常規(guī)氨合成氣裝置的效率的方法。

氨合成氣通常通過使烴進料(通常為天然氣和/或高級烴)在燃燒的(fired)管式初級蒸汽重整器中通過與蒸汽重整催化劑接觸而進行吸熱蒸汽重整反應來制備。然后將經(jīng)初級重整的氣體進料到次級絕熱重整器中，其中來自初級蒸汽重整的氣體中的在初級蒸汽重整中形成的一部分氫和殘留量的烴被空氣和蒸汽部分氧化，并且隨后在次級重整催化劑的存在下被重整。從次級重整器中取出粗合成氣，其含有在原料的上述蒸汽重整反應的反應過程中形成的氫氣、一氧化碳和二氧化碳，以及在次級重整步驟中通過添加空氣而被引入的氮氣。

初級和次級重整過程的缺點是，用于在燃燒的初級蒸汽重整器中加熱吸熱的初級蒸汽重整的烴原料和燃料的消耗較高，因此來自用于加熱重整器的燃燒器的煙道氣中的CO₂排放較大。可以從該過程中捕獲二氧化碳產(chǎn)品，并將其用于下游過程，例如尿素生產(chǎn)或提高石油采收率。

但是，工業(yè)中仍經(jīng)常采用初級和次級蒸汽重整，特別是在現(xiàn)有的用于生產(chǎn)氨合成氣的重整裝置中。

次級蒸汽重整包括使用含氧氣氛將經(jīng)初級重整的進料氣體部分氧化為CO、CO₂、H₂、H₂O和剩余的烴，然后將烴進行蒸汽重整以形成粗合成氣。

近來，至少在專利文獻中，已經(jīng)設想了將用于生產(chǎn)氫氣的電解水與用于生產(chǎn)氮氣的空氣分離相結(jié)合，來制備氨合成氣。如此產(chǎn)生的氫氣和氮氣以化學計量比結(jié)合以形成用于氨生產(chǎn)的合成氣。然而，電解和空氣分離相結(jié)合的缺點在于，氧氣在電解和空氣分離中均作為副產(chǎn)物產(chǎn)生，其在氨合成中沒有用途，并且可被認為是能量損失。

通常，如上所述，現(xiàn)有的工業(yè)氨合成氣裝置(即所謂的氨裝置的前端)包括燃燒的初級蒸汽重整器、在氣體入口側(cè)帶有燃燒器且在氣體出口側(cè)帶有蒸汽重整催化劑床的次級蒸汽重整器。燃燒器通常使用空氣操作。

從次級蒸汽重整器中取出的粗氨合成氣隨后在水煤氣變換單元中進行處理，以通過已知的水煤氣變換反應進一步生產(chǎn)氫氣并將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。

然后，在二氧化碳去除過程中，去除變換后的氨合成氣中包含的二氧化碳。

在將一氧化碳和/或二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的化學反應中，通過甲烷化作用去除來自二氧化碳去除過程的氨合成氣中剩余的二氧化碳和/或一氧化碳。

將如此制備的氨合成氣引入到氨補充氣體壓縮機中，并送入氨生產(chǎn)單元中。

本發(fā)明是基于設置燃燒的初級蒸汽重整過程和次級重整過程以及新的電解水的執(zhí)行步驟的組合來生產(chǎn)氨合成氣，其在次級重整燃燒器的操作中使用空氣或富氧空氣。

因此，本發(fā)明提供了改善氨合成氣裝置的效率的方法，該氨合成氣裝置包括燃燒的初級蒸汽重整器和用含氧氣氛運行的次級蒸汽重整器、水煤氣變換單元、二氧化碳去除單元、甲烷化步驟和氨合成氣壓縮機，所述方法包括以下步驟：

(a)設置電解單元，并通過電解水制備單獨的含氫氣流和單獨的含氧氣流；

(b)設置用于將單獨的含氫氣流從電解單元輸送到合成氣壓縮機和/或甲烷化步驟的氣體管道；和

(c)設置用于將至少一部分單獨的氧氣流從電解單元輸送到次級重整器中的燃燒器的氣體管道。