制氢系统和方法
【专利说明】制氨系统和方法 WW] 背景 通常需要燃气满轮W产生电能用于新的工业装置，或扩展现有的工业操作装置。现场 产生的电能可用于补充或用于替代来自局域运行电网的电力。
[0002] 已知联合制氨设备联产电和有时还产生蒸汽。例如，AirPro化Cts在化K Arthur,Texas运行联合氨/联产装置，如描述于Robe;rtPeltier的论文，叩o;rtArthurII IntegratedHydrogen/CogenerationFaciIity,PortArthur,Texas"，在POWERMagazine， 2007 年 9 月 15 日，可在线获取，http://www.powermag.com/化；rt-A;rthu;r-II-Integrated-hy化ogencogeneration-facility-Port-Arthur-Texas/。在该设备中，燃气满轮排气分开， 一部分进入热量回收蒸汽发生器作为燃烧氧化剂，其中产生蒸汽，和第二部分进入蒸汽甲 烧重整器如燃烧氧化剂。
[0003] 在较早的出版物中，Terrible等人公开了燃气满轮与蒸汽甲烧重整器的组合，在 i仑文"Considerusinghydrogenplantstoco邑ener曰tepowerneeds，，，Hydrocarbon Processing, 1999年12月。在该文中，公开了一种实施方案，其中来自燃气满轮的废气进入 重整器的福射区。该文指出，在538°C下，燃气满轮排气仍包含13%的氧并用作重整器的燃 烧空气，且因为该流是热的，重整器的燃料消耗减少。
[0004] 工业需要有效率的系统和方法用于制氨并联产电能。
[0005] 工业需要利用来自燃气满轮排气的热量用于改进的能量效率。
[0006] 工业需要与燃气满轮联合的制氨系统和方法的可靠操作，特别是当燃气满轮意外 停机时。
[0007] 概要 本发明设及生产含&产物的设备和方法。本发明的若干方面概述如下。在下文中，本 发明的具体方面概述如下。在括号中设定的附图标记和表达是指在W下进一步参考附图解 释的示例实施方案。然而，附图标记和表达仅为说明性的且不将所述方面限制为示例实施 方案的任何特定组分或特征。所述方面可如权利要求阐明，其中在括号中设定的附图标记 和表达酌情被省略或被其它替代。
[0008] 方面1.生产含&产物的设备，所述设备包含： 燃气满轮（10)，其具有从燃气满轮（10)取出排气流（12)的出口； 强制通风扇（20)，其具有排出氧化剂流（21)的出口； 阀口组件（25)，其用于提供通风空气流（27);和 重整器炉（30)，其操作连接到燃气满轮（10)、强制通风扇（20)和阀口组件（25)，和 操作布置用于接收来自燃气满轮（10)的排气流（12)的至少一部分（19)、来自强制通风扇 (20)的氧化剂流（21)的至少一部分和来自阀口组件（25)的通风空气流（27)。
[0009] 方面2.方面1的设备，其进一步包含： 第二强制通风扇（60)，其具有用于排出第二氧化剂流化1)的出口； 第二阀口组件化5)，其用于提供第二通风空气流化7);和 第二重整器炉（70)，其操作连接于燃气满轮（10)、第二强制通风扇化0)和第二阀口组 件化5)，和操作布置用于接收来自燃气满轮（10)的排气流（12)的第二部分巧9)、来自第 二强制通风扇化0)的第二氧化剂流化1)的至少一部分和来自第二阀口组件化5)的第二 通风空气流化7)。
[0010] 方面3.方面1或方面2的设备，其中重整器炉（30)包含多个含催化剂的重整器 管，其中多个含催化剂的重整器管操作布置用于接收重整器进料气流（34)，而重整器炉操 作布置用于接收排气流（12)的至少一部分（19)、氧化剂流（21)的至少一部分、通风空气流 (27)和燃料流（32)，所述燃料流（32)用于在多个含催化剂的重整器管外部的燃烧空间内 将其燃烧，其中重整器炉具有第一出口，用于取出在多个含催化剂的重整器管中由重整器 进料气流（34)形成的重整产物流（36)，和其中重整器炉（30)具有第二出口，用于从燃烧空 间取出燃烧产物气流（38)，所述燃烧产物气流（38)通过燃料流（32)的燃烧形成。
[0011] 方面4.方面2或方面3的设备，其中第二重整器炉（70)包含多个含催化剂的重 整器管，其中第二重整器炉（70)的多个含催化剂的重整器管操作布置用于接收第二重整 器进料气流（74)，和第二重整器炉操作布置用于接收排气流（12)的第二部分巧9)、第二 氧化剂流化1)的至少一部分、第二通风空气流化7)和第二燃料流（72)，所述第二燃料流 (72)用于在第二重整器炉（70)的多个含催化剂的重整器管外部的燃烧空间内将其燃烧， 其中第二重整器炉（70)具有第一出口，用于取出在第二重整器炉（70)的多个含催化剂的 重整器管中由第二重整器进料气流（74)形成的第二重整产物流（76)，和其中第二重整器 炉具有第二出口，用于从第二重整器炉（70)的燃烧空间取出第二燃烧产物气流，第二燃烧 产物气流通过第二燃料流（72)的燃烧形成。
[0012] 方面5.方面1-4任一项的设备，其进一步包含： 换热器（22)，其操作布置在强制通风扇（20)和重整器炉（30)之间，其中换热器（22) 操作布置用于接收来自强制通风扇（20)的氧化剂流（21)的至少一部分，和重整器炉（30) 操作布置用于接收来自换热器（22)的氧化剂流（21)的至少一部分。
[0013] 方面6.方面5的设备，其中换热器（22)操作布置用于提供在氧化剂流（21)的至 少一部分和W下至少之一之间的间接热传递：来自重整器炉（30)的燃烧产物气流（38)的 部分或全部，和来自重整器炉（30)的多个含催化剂的重整器管的重整产物流（36)的部分 或全部。
[0014] 方面7.方面2-6任一项的设备，其进一步包含： 操作布置在第二强制通风扇化0)和第二重整器炉（70)之间的第二换热器化2)，其中 第二换热器化2)操作布置用于接收来自第二强制通风扇化0)的第二氧化剂流化1)的至 少一部分，和第二重整器炉（70)操作布置用于接收来自所述第二换热器化2)的第二氧化 剂流化1)的至少一部分。
[0015] 方面8.方面7的设备，其中第二换热器化2)操作布置用于提供在第二氧化剂流 化1)的至少一部分和W下至少之一之间的间接热传递：来自第二重整器炉（70)的第二燃 烧产物气流（78)的部分或全部，和来自第二重整器炉（70)的多个含催化剂的重整器管的 第二重整产物流（76)的部分或全部。
[0016] 方面9.方面1-8任一项的设备，其进一步包含： 引风扇（50)，其操作布置用于接收来自重整器炉（30)的燃烧产物气流（38)。
[0017] 方面10.方面2-9任一项的设备，其进一步包含： 第二引风扇（90)，其操作布置用于接收来自第二重整器炉（70)的第二燃烧产物气流 (78)。
[0018] 方面11.方面1-10任一项的设备，其中阀口组件（25)适用于从燃气满轮（10)排 出包含氧化剂流（21)的至少一部分和排气流（12)的至少一部分的共混氧化剂流（26)。
[0019] 方面12.方面2-11任一项的设备，其中第二阀口组件化5)适用于从燃气满轮 (10)排出包含第二氧化剂流化1)的至少一部分和排气流（12)的第二部分巧9)的部分或 全部的第二共混氧化剂流化6)。
[0020] 方面13.方面1-12任一项的设备，其进一步包含： 阀口组件（15)，用于控制燃气满轮（10)的排气流（12)，阀口组件（15)操作用于控制 排气流（12)的至少一部分（19)的流速。
[0021] 方面14.方面13的设备，其中阀口组件（15)用于控制燃气满轮（10)的排气流 (12)，进一步操作用于控制排气流的第二部分巧9)的流速。
[0022] 方面15.方面13或方面14的设备，其进一步包含： 燃气满轮排气口（17)，其操作布置用于选择性地经由用于控制排气流（12)的阀口组 件（15)接收来自燃气满轮（10)的排气流（12)的部分或全部，其中用于控制排气流（12) 的阀口组件（15)进一步操作用于选择性地将排气流（12)的至少一部分转向到燃气满轮排 气口（17)。
[0023] 方面16.方面1-15任一项的设备，其进一步包含： 管道（16)，其操作布置用于将来自燃气满轮（10)的排气流（12)的至少一部分（19)、 来自强制通风扇（20)的氧化剂流（21)的至少一部分和来自阀口组件（25)的通风空气流 (27)传输至重整器炉（30); 传感器（24)，其响应管道（16)中的压力；和 控制器（100)，其操作连接到用于提供通风空气流（27)的阀口组件（25)和用于控制排 气流（12)的阀口组件（15)的至少之一，控制器（100)操作连接到传感器（24)并响应来自 传感器（24)的信号。
[0024] 方面17.方面2-16任一项的设备，其进一步包含： 第二管道（56)，其操作布置用于将来自燃气满轮（10)的排气流（12)的第二部分 (59)、来自第二强制通风扇化0)的第二氧化剂流化1)的至少一部分和来自第二阀口组件 化5)的第二通风空气流化7)传输至第二重整器炉（70); 第二传感器化4)，其响应第二管道巧6)中的压力；和 控制器（100)，其操作连接到用于提供第二通风空气流化7)的第二阀口组件化5)和 用于控制排气流（12)的阀口组件（15)的至少之一，控制器（100)操作连接到第二传感器 化4)并响应来自第二传感器化4)的信号。 阳0巧]方面18.方面1-17任一项的设备，其进一步包含： 处理单元（40)，其操作布置用于接收重整产物流（36)和燃烧产物气流（38)，所述处理 单元包含W下至少之一：变换反应器、蒸汽发生系统、脱气器、变压吸附单元、脱C〇2单元、低 溫分离器和分离鼓。 阳〇%] 方面19.方面18的设备，其中处理单元（40)包含变压吸附单元。
[0027] 方面20.方面2-19任一项的设备，其进一步包含： 第二处理单元（80)，其操作布置用于接收第二重整产物流（76)和第二燃烧产物气流 (78)，所述第二处理单元（80)包含W下至少之一：变换反应器、蒸汽发生系统、脱气器、变 压吸附单元、脱C〇2单元、低溫分离器和分离鼓。
[0028] 方面21.方面20的设备，其中第二处理单元（80)包含与第一处理单元（40)的变 压吸附单元分开的变压吸附单元。
[0029] 方面22.方面16的设备，其进一步包含： 传感器（35)，其响应重整器炉（30)的燃烧空间中的压力，其中控制器（100)操作连接 用于接收来自传感器（35)的信号； 其中引风扇巧0)操作布置用于接收来自重整器炉（30)的燃烧产物气流（38)，其中引 风扇巧0)操作连接用于接收来自控制器（100)的信号，控制器（100)响应来自传感器（35) 的信号，传感器（35)响应重整器炉（30)内的压力。控制器可配置用W改变引风扇的速度。
[0030] 方面23.方面22的设备，其进一步包含： 传感器巧2)，其响应来自重整器炉（30)的燃烧产物气流（38)中的氧浓度，其中控制器 (100)操作连接用于接收来自传感器巧2)的信号，传感器巧2)响应燃烧产物气流（38)中 的氧浓度； 其中引风扇操作连接用于接收来自控制器（100)的信号，控制器（100)响应来自传感 器巧2)的信号，传感器巧2)响应燃烧产物气流（38)中的氧浓度。
[0031] 方面24.方面16的设备，其进一步包含： 传感器（75)，其响应第二重整器炉（70)中的压力，其中控制器（100)操作连接用于接 收来自传感器（75)的信号； 其中第二引风扇巧0)操作布置用于接收来自第二重整器炉（70)的第二燃烧产物气流 (78)，其中第二引风扇巧0)操作连接用于接收来自控制器（100)的信号，控制器（100)响 应来自传感器（75)的信号，传感器（75)响应第二重整器炉（70)中的压力。
[0032] 方面25.方面24的设备，其进一步包含： 传感器巧2)，其响应来自第二重整器炉（70)的第二燃烧产物气流（78)中的氧浓度，其 中控制器（100)操作连接用于接收来自传感器巧2)的信号，传感器巧2)响应第二燃烧产 物气流（78)中的氧浓度； 其中第二引风扇巧0)操作连接用于接收来自控制器（100)的信号，控制器（100)响应 来自传感器巧2)的信号，传感器巧2)响应第二燃烧产物气流（78)中的氧浓度。
[0033] 方面26.方面1的设备，其进一步包含： 第二强制通风扇（160)，其具有用于排出第二氧化剂流（161)的出口； 用于提供第二通风空气流（167)的第二阀口组件（165);和 热量回收蒸汽发生器（170)，其操作连接于燃气满轮（10)、第二强制通风扇（160)和 第二阀口组件（165)，和操作布置用于接收来自燃气满轮（10)的排气流（12)的第二部分 (159)、来自第二强制通风扇（160)的第二氧化剂流（161)的至少一部分和来自第二阀口组 件（165)的第二通风空气流（167)。
[0034] 方面27.方面26的设备，其进一步包含： 操作布置在第二强制通风扇（160)和热量回收蒸汽发生器（170)之间的第二换热器 (162)，其中第二换热器（162)操作布置用于接收来自第二强制通风扇（160)的第二氧化剂 流（161)的至少一部分，和热量回收蒸汽发生器（170)操作布置用于接收来自第二换热器 (162)的第二氧化剂流（161)的至少一部分。
[0035] 方面28.方面27的设备，其中第二换热器（162)操作布置用于提供在第二氧化剂 流（161)的至少一部分和W下至少之一之间的间接热传递：来自重整器炉（30)的燃烧产物 气流的部分或全部，和来自重整器炉（30)的多个含催化剂的重整器管的重整产物流的部 分或全部。
[0036] 方面29.方面26-28任一项的设备，其进一步包含： 第二引风扇（190)，其操作布置用于接收来自热量回收蒸汽发生器（170)的排气流 (178)。
[0037] 方面30.方面26-29任一项的设备，其进一步包含： 第二管道，其操作布置用于将来自燃气满轮（10)的排气流（12)的第二部分（159)、来 自第二强制通风扇（160)的第二氧化剂流（161)的至少一部分和来自第二阀口组件（165) 的第二通风空气流（167)传输至热量回收蒸汽发生器（170); 响应第二管道内的压力的第二传感器（164);和 控制器（100)，其操作连接到用于提供第二通风空气流（167)的第二阀口组件（165)和 用于控制排气流（12)的阀口组件（15)的至少之一，控制器（100)操作连接到第二传感器 (164)并响应来自第二传感器（164)的信号。
[0038] 方面31.方面30的设备，其进一步包含： 响应热量回收蒸汽发生器（170)中的压力的传感器（175)，其中控制器（100)操作连接 用于接收来自传感器（175)的信号； 第二引风扇（190)操作布置用于接收来自热量回收蒸汽发生器（170)的排气流（178)， 其中第二引风扇巧0)操作连接用于接收来自控制器（100)的信号，控制器（100)响应来自 传感器（75)的信号，所述传感器（75)响应热量回收蒸汽发生器（170)中的压力。
[0039] 方面32.方面31的设备，其进一步包含： 响应来自热量回收蒸汽发生器（170)的排气流（178)中的氧浓度的传感器（192)，其中 控制器（100)操作连接用于接收来自对排气流（178)中的氧浓度响应的传感器（192)的信 号； 其中第二引风扇（190)操作连接用于接收来自控制器（100)的信号，控制器（100)响 应来自传感器（192)的信号，传感器（192)响应排气流（178)中的氧浓度。
[0040] 方面33.制氨方法，其包含： 第一操作方式，所述第一操作方式包含： 将来自强制通风扇（20)的氧化剂流（21)的第一量与来自燃气满轮（10)的排气流 (12)的至少一部分（19)的第一量共混W形成包含燃气满轮排气的共混氧化剂流（26)的第 一量； 将重整器进料气流（34)的第一量引入至重整器炉（30)中的多个含催化剂的重整器管 内，在重整反应中使重整器进料气流（34)的第一量反应，所处的反应条件有效形成包含&、 C0、CHa和HzO的重整产物流（36)的第一量，并从所述重整器炉（30)的多个含催化剂的重 整器管中取出重整产物流（36)的第一量；和 将燃料流（32)的第一量与包含燃气满轮排气的共混氧化剂流（26)的第一量的至少一 部分，在重整器炉（30)中在多个含催化剂的重整器管外部燃烧，所处的条件有效燃烧燃料 流（32)的第一量W形成燃烧产物气流（38)的第一量，并产生热量W供应能量，使多个含催 化剂的重整器管内部的重整器进料气流（34)的第一量反应，并从重整器炉（30)取出燃烧 产物气流（38)的第一量； 第二操作方式，当来自燃气满轮（10)的排气流（12)变得中断或变得另外不可用时，开 始第二操作方式，第二操作方式包含： 打开阀口组件（25)并将通风空气流（27)的第一量与氧化剂流（21)的第二量共混W形成包含通风空气的共混氧化剂流（29)的第一量； 将重整器进料气流（34)的第二量引入至重整器炉（30)中的多个含催化剂的重整器管 内，在重整反应中使重整器进料气流（34)的第二量反应，所处的反应条件有效形成包含&、 CO、CHa和HzO的重整产物流（36)的第二量，并从重整器炉（30)的多个含催化剂的重整器 管中取出重整产物流（36)的第二量；和 将燃料流（32)的第二量与包含通风空气的共混氧化剂流（29)的第一量的至少一部 分，在重整器炉（30)中在多个含催化剂的重整器管外部燃烧，所处的条件有效燃烧燃料流 (32)的第二量W形成燃烧产物气流（38)的第二量，并产生热量W供应能量，用于使多个含 催化剂的重整器管内部的重整器进料气流（34)的第二量反应，并从第一重整器炉（30)取 出燃烧产物气流（38)的第二量。
[0041] 方面34.方面33的方法，其中在第二操作方式开始时，阀口组件（25)打开至预定 位置，所述预定位置取决于第二操作方式开始之前燃气满轮的操作速率。
[0042] 方面35.方面33或方面34的方法，其进一步包含： 将来自强制通风扇（20)的氧化剂流（21)的第一量通到换热器（22)，然后将来自所述 强制通风扇（20)的氧化剂流（21)的第一量与排气流（12)的至少一部分（19)的第一量共 混，从而加热来自所述强制通风扇（20)的氧化剂流（21)的第一量；和 将来自所述强制通风扇（20)的氧化剂流（21)的第二量通到所述换热器（22)，然后将 通风空气流（27)的第一量与氧化剂流（21)的第二量共混，从而加热来自所述强制通风扇 (20)的氧化剂流（21)的第二量。
[0043] 方面36.方面35的方法，其中氧化剂流（21)在换热器（22)中通过与W下至少之 一的间接热传递加热：来自重整器炉（30)的燃烧产物气流（38)的一部分或全部和来自重 整器炉（30)的多个含催化剂的重整器管的重整产物流（36)的一部分或全部。
[0044] 方面37.方面33-36任一项的方法 其中重整器炉（30)