制氢系统和方法_3

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数据和第=操作方式期间取得的氧浓度数据;和 调节引风扇巧0)的速度,响应第=操作方式期间取得的第一压力数据、第=操作方式 期间取得的第二压力数据和第=操作方式期间取得的氧浓度数据。
[0066] 方面59.方面44-58任一项的方法,其进一步包含: 在第一操作方式期间,取得包含燃气满轮排气的第二共混氧化剂流化6)的第一压力 数据; 在第一操作方式期间,取得对第二重整器炉(70)中多个含催化剂的重整器管外部的 压力响应的第二压力数据; 在第一操作方式期间,取得第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据; 打开和关闭第二阀口组件化5),响应第一操作方式期间取得的第二共混氧化剂流 化6)的第一压力数据、第一操作方式期间取得的对第二重整器炉(70)中的压力响应的第 二压力数据和第一操作方式期间取得的第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据; 调节强制通风扇(20)的速度,响应第一操作方式期间取得的第二共混氧化剂流化6) 的第一压力数据、第一操作方式期间取得的对第二重整器炉(70)中的压力响应的第二压 力数据和第一操作方式期间取得的第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据;和 调节引风扇巧0)的速度,响应第一操作方式期间取得的第二共混氧化剂流化6)的第 一压力数据、第一操作方式期间取得的对第二重整器炉(70)中的压力响应的第二压力数 据和第一操作方式期间取得的第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据。
[0067] 方面60.方面44-59任一项的方法,其进一步包含: 在第二操作方式期间取得包含通风空气的第二共混氧化剂流化6)的第一压力数据; 在第二操作方式期间,取得对第二重整器炉(70)内多个含催化剂的重整器管外部的 压力响应的第二压力数据; 在第二操作方式期间,取得第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据; 打开和关闭第二阀口组件化5),响应第二操作方式期间取得的第二共混氧化剂流 化6)的第一压力数据、第二操作方式期间取得的对第二重整器炉(70)中的压力响应的第 二压力数据和第二操作方式期间取得的第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据; 调节强制通风扇(20)的速度,响应第二操作方式期间取得的第二共混氧化剂流化6) 的第一压力数据、第二操作方式期间取得的对第二重整器炉(70)中的压力响应的第二压 力数据和第二操作方式期间取得的第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据;和 调节引风扇巧0)的速度,响应第二操作方式期间取得的第二共混氧化剂流化6)的第 一压力数据、第二操作方式期间取得的对第二重整器炉(70)中的压力响应的第二压力数 据和第二操作方式期间取得的第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据。
[0068]方面61.方面48-60任一项的方法,其进一步包含: 在第=操作方式期间取得包含通风空气的第二共混氧化剂流化6)的第一压力数据; 在第=操作方式期间,取得对第二重整器炉(70)中多个含催化剂的重整器管外部的 压力响应的第二压力数据; 在第=操作方式期间,取得第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据; 打开和关闭第二阀口组件化5),响应第=操作方式期间取得的第二共混氧化剂流 化6)的第一压力数据、第=操作方式期间取得的对第二重整器炉(70)中的压力响应的第 二压力数据和第=操作方式期间取得的第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据; 调节强制通风扇(20)的速度,响应第=操作方式期间取得的第二共混氧化剂流化6) 的第一压力数据、第=操作方式期间取得的对第二重整器炉(70)中的压力响应的第二压 力数据和第=操作方式期间取得的第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据;和 调节引风扇巧0)的速度,响应第=操作方式期间取得的第二共混氧化剂流化6)的第 一压力数据、第=操作方式期间取得的对第二重整器炉(70)中的压力响应的第二压力数 据和第=操作方式期间取得的第二燃烧产物气流(78)的氧浓度数据。 W例几个附图的简述 图1为说明了具有任选的第二重整器炉的本发明实施方案的工艺流程图。
[0070]图2为说明了具有任选的热量回收蒸汽发生器的本发明实施方案的工艺流程图。
[0071] 优选实施方案详述 W下详述仅提供优选的示例性实施方案,而不旨在限制本发明的范围、应用或构造。相 反地,优选示例性实施方案的W下详述为本领域技术人员提供了补充本发明的优选示例性 实施方案的可实现的说明,应理解在不离开权利要求限定的本发明的范围的情况下,在要 素的功能和排列上可进行不同的改变。
[0072]当应用于本说明书和权利要求描述的本发明的实施方案中的任何特征时,本文所 用的冠词"一个"和"一种"是指一个或多个。"一个"和"一种"的使用未将意义限制为单 一特征,除非特别声明运些限制。在单数或者复数名词或者名词短语前面的冠词"该"表示 特定的具体特征,且可具有单数或者复数含义,取决于使用该词的上下文。
[0073] 形容词"任意"是指无论什么数量的无差别的一个、一些或全部。
[0074] 第一实体和第二实体之间放置的术语"和/或"指W下之一 :(1)第一实体,(2)第 二实体,和(3)第一实体与第二实体。放置在3个或更多实体的列举中的最后两个实体之 间的术语"和/或"是指列举中的实体的至少之一,包括在该列举中实体的任意特定组合。
[0075]术语"多个"是指"两个或更多个"。
[0076]短语"至少一部分"是指"部分或全部"。流的至少一部分可具有相同的组成,每个 物类的浓度与其衍生自的流相同。流的至少一部分可具有与其衍生自的流不同的组成。流 的至少一部分可包括其衍生自的流的特定组分。
[0077]本文所用的流的"分开的部分"是具有与其取自的流相同的化学组成和物类浓度 的部分。
[0078]本文所用的流的"分离的部分"是具有与其取自的流不同的化学组成和不同的物 类浓度的部分。
[00巧]本文所用的"第一"、"第二"、"第等用于区分多个步骤和/或特征,且不是指总 数量,或时间和/或空间上的相对位置,除非明确声明如此。
[0080] 术语"耗减的"是指所说明的气体比形成该气体的流具有更少的摩尔%浓度。"耗 减的"是指所述流不完全缺乏所说明的气体。
[0081] 术语"富"或"富集"是指所说明的气体比形成该气体的流具有更大的摩尔%浓度。
[0082] 为了简单及清楚的目的,熟知的装置、线路和方法的详细说明被省略,W避免不必 要的细节模糊本发明的描述。
[0083] 本发明设及生产含&产物的设备和方法。设备可为氨和/或合成气生产设施。在 制氨设施中,如本文所用,可生产经净化的氨产物和/或生产包含氨的合成气。
[0084] 参考附图,其中遍及附图,类似的附图标记指代类似的要素,图1为显示了生产含 氨产物的设备组件的工艺流程图。
[0085] 所述设备包含燃气满轮10,其具有用于从燃气满轮10取出排气流12的出口。燃 气满轮为本领域熟知的且市售可得,例如来自GeneralElectricCompany。本领域技术人 员可容易选择适合的燃气满轮。空气和燃料(通常为天然气)引入到燃气满轮中。通过燃气 满轮生产热排气流12和电力。通过燃气满轮生产的电力可用于制氨设施和/或输出。
[0086] 所述设备可包含阀口组件15,其用于控制来自燃气满轮10的排气流12。阀口组 件15包括活动部分,其打开、关闭或部分阻碍阀口组件15中的一个或多个口或通路。因为 冠词"一个"是指"一个或多个",阀口组件15可包含多于一个阀,如所示。阀口组件15可 包含=通阀和/或四通阀。阀口组件15可操作用于控制排气流12的至少一部分19的流 速。
[0087]设备可包含燃气满轮排气口 17 (即,局部排气烟道)。燃气满轮排气口 17可操作 布置用于经由阀口组件15从燃气满轮10选择性接收排气流12的部分或全部,阀口组件15 用于控制排气流12。阀口组件15可为分流气闽组件,且可在燃气满轮的出口包括分流气闽 W将废气引导至一个或多个重整器炉或燃气满轮排气口 17。
[008引所述设备可包含控制器100。控制器100可为计算机、可编程逻辑控制器任LC)等。 可使用本领域已知的任何适合的控制器。因为冠词"一个"指"一个或多个",控制器100可 包含多于一个计算机和/或化C。多控制器装置可按主/从关系或级联控制关系连接。 [0089]所述设备可包含传感器14,其操作连接于控制器100。传感器14可检测排气流12 的特征。传感器14可为压力传感器。传感器14可为流速传感器。
[0090] 控制器100可操作连接于阀口组件15,W响应来自传感器14的信号,控制阀口组 件15的打开和关闭。
[0091] 传感器14可为压力传感器,且可与控制器100 -起作为自动压力控制器,其监控 管压,并且如果管内的压力超过预定的最高压力则打开至满轮排气口 17的分流气闽。
[0092] 传感器14可为流速传感器,且可与控制器100-起作为自动流速控制器,其监控 流速,并且如果管内的流速超过预定的最大流率则打开至满轮排气口17的分流气闽。
[0093] 所述设备包含强制通风扇20,其具有用于排出氧化剂流21的出口。强制通风扇为 本领域熟知的且市售可得,例如来自RobinsonFans或化T-B油cock。本领域技术人员可容 易地选择适合的强制通风扇。
[0094] 排气流12的至少一部分19和氧化剂流21可在连接23处共混。
[00巧]所述设备包含用于提供通风空气流27的阀口组件25。阀口组件25可W是所谓的 气闽组件。阀口组件25包括活动部分,其打开、关闭或部分阻碍一个或多个阀口组件中的 口或通路。阀口组件25可操作连接于具有开口的管,其可用作流体的入口和出口。所述开 口可具有通气帽W阻止雨和其它不期望的物质从开口回到阀口组件25。
[0096] 阀口组件25还可适于排出共混氧化剂流26,所述共混氧化剂流26包含氧化剂流 21的至少一部分和来自燃气满轮10的排气流12的至少一部分。
[0097] 在正常操作条件下,阀口组件25是关闭的,并且通过燃气满轮排气和来自强制通 风扇20的氧化剂流21将燃烧氧化剂提供至重整器炉30,W便利用换热器22来加热氧化剂 流21,用于改进的能量效率。来自阀口组件25的通风空气未经预热,通常意图在异常操作 条件(即当燃气满轮停机时)期间供应燃烧氧化剂。
[0098] 所述设备包含重整器炉30。重整器炉操作连接于燃气满轮10、强制通风扇20和 阀口组件25。重整器炉30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。 排气流12的部分19可为分开的部分。
[0099] 重整器炉30可W是所谓的催化蒸气重整炉,用于生产氨和/或合成气。催化蒸气 重整炉还被称为蒸汽甲烧重整器,本文定义为用于将包含元素氨和碳的重整器进料在燃料 燃烧提供的热量下通过与蒸汽在催化剂上反应转换为合成气的任意燃烧炉。重整器进料的 原料可为天然气、甲烧、石脑油、丙烷、炼油厂燃料气体、炼油厂废气或本领域已知的其它适 合的重整器原料。重整器进料可在预重整器中(未显示)预重整。预重整器可为绝热预重 整器。催化蒸汽重整器和预重整器的适合的操作条件为本领域已知的。 阳100] 具有多个含催化剂的重整器管的重整器炉,即管状重整器,为本领域熟知的。构造 的适合材料和方法为已知的。在含催化剂的重整器管中的催化剂可为本领域已知的任何适 合的催化剂,例如,包含儀的担载催化剂。 阳101] 重整器炉30可包含多个含催化剂的重整器管,其中所述多个含催化剂的重整器 管操作布置用于接收包含控原料和蒸汽的重整器进料气流34,用于它们在重整催化剂上反 应W形成重整产物流。如本文所用,重整产物流为由控和蒸汽的重整反应形成的包含氨和 一氧化碳的任意流。重整器炉30具有用于取出重整产物流36的出口,所述重整产物流36 在多个含催化剂的重整器管中由重整器进料气流34的反应形成。含催化剂的重整器管中 的操作溫度可为入口处350°C-650°C和出口处750°C-950°C。含催化剂的重整器管中的操 作压力可为1-50大气压。 阳102] 重整器炉30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的燃 料流32。在操作期间的任意时间,不需要在同一时间将全部氧化剂蒸汽提供至重整器炉。 例如,燃料可与排出气流的至少一部分和氧化剂流21的至少一部分燃烧,没有任何通风空 气。或燃料可与氧化剂流21的至少一部分和通风空气流燃烧,没有任何排出气。或燃料可 与排出气流的至少一部分和通风空气流燃烧,没有任何氧化剂流21。 阳103]重整器炉30具有用于从燃烧空间取出燃烧产物气流38的出口。燃烧产物气流38由燃料流32与不同的氧化剂流的任意组合燃烧形成。
[0104] 重整产物流36和燃烧产物气流38还可在处理单元40中处理。重整产物流还可 经处理W将更多的重整产物流转化为&,产生含氧气体,和/或产生氨产物。含氧气体还可 经处理W制备合成气产物。燃烧产物气流38还可经处理W回收废热,例如用于制备蒸汽。 处理单元40操作布置用于接收重整产物流36和燃烧产物气流38。处理单元40可包含在 制氨设施中用于处理重整产物和/或燃烧产物气体的任何已知装置。例如,处理单元40可 包含一个或多个变换反应器、包括蒸汽鼓的蒸汽发生系统、多个换热器、脱气器、变压吸附 单元、脱C〇2单元、低溫分离器(例如含氧气体冷箱)和分离鼓。
[01化]所述设备还可包含换热器22,其操作布置在强制通风扇20和重整器炉30之间。 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。 阳106]氧化剂流21在换热器22中加热。氧化剂流可通过与任何适合的热流间接热传递 来加热。氧化剂流21可通过与来自重整器炉30的燃烧产物气流38的部分或全部的间接 热传递来加热。氧化剂流21和燃烧产物气流的部分或全部两者可通到换热器22,用于流 之间的间接热传递。备选地,氧化剂流21可经由工作流体(即蒸汽)通过与燃烧产物气流 38的部分或全部间接热传递来加热。例如,燃烧产物气流38可用于产生蒸汽,并将流的部 分或全部通到换热器22W加热氧化剂流21。 阳107] 氧化剂流21可通过与来自重整器炉30的重整产物流36的部分或全部的间接热 传递来加热。氧化剂流21和重整产物流的部分或全部两者可通到换热器22,用于流之间的 间接热传递。备选地,氧化剂流21可通过与重整产物流的部分或全部经由工作流体(即蒸 汽)间接热传递来加热。例如,重整产物流36可用于产生蒸汽,并将流的部分或全部通到 换热器22W加热氧化剂流21。 阳10引因为冠词"一个"是指"一个或多个",多于一个换热器22可用于加热氧化剂流21。 阳109] 所述设备可包含管道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。
[0110] 所述设备可包含对管道16内的压力响应的传感器24。控制器100可操作连接到 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可操作连接于传感器24,并响应来自传感器24的信号。传感器24可与控制器 子单元组合W形成接收来自主控制器的控制指令的压力控制单元。当传感器24检测到压 力小于预定下限目标压力时,控制器可命令阀口组件25打开W便允许通风空气通至重整 器炉30。当传感器24检测到压力大于预定上限目标压力时,控制器可命令阀口组件25打 开W便允许出口流28通过阀口组件25到出口 18。当传感器24检测到压力在目标范围内 时,控制器可命令阀口组件25关闭或保持关闭。 阳111] 包含传感器24的压力控制单元可用作压力控制器,且连接用于改变强制通风扇 20的风扇速度,W便将重整器炉30的燃烧空气压力保持在大气压力或稍微低于大气压力。 变速粘性禪合可用于改变强制通风扇20的速度和流量。变速粘性禪合对来自控制器的速 度命令的变化具有相对慢的响应时间,并且因此在扰动(例如燃气满轮切断(trip))期间 不能响应快速的变化条件。
[0112] 当通过传感器24检测的压力减少至低于所需压力,压力控制单元可使强制通风 扇20的风扇速度提高,并使阀口组件25打开更多。如果传感器24检测的压力提高太多 (即正压),压力控制单元还可使阀口组件25打开。
[0113] 在燃气满轮切断的情况下,来自阀口组件25的通风空气27用于保持燃烧空气供 应至重整器炉30。在满轮切断检测时,阀口组件25可打开至基于在切断时燃气满轮操作 速率的预定位置。阀口组件25/控制器100可设置回至自动压力控制,在最小的压力控制 器(下限器)中具有较高压力设定点,W便将燃烧空气恢复流动至重整器炉并将压力扰动 最小化。该设定点的初始目标可低于强制通风扇的压力控制器设定点约0. 25kPa(l英寸水 柱),并且低于大气压力。通过设置强制通风扇的较高的压力设定点,强制通风扇速度增加, 试图将燃烧空气压力回到它的标准设定点并减少来自阀口组件25的通风空气。强制通风 扇可提高至强制通风扇20的最大能力。 阳114]在来自强制通风扇20的氧化剂被中断的情况下,阀口组件25可按类似的方式响 应W向重整器炉30供应补充的燃烧氧化剂。
[0115] 所述设备还可包含引风扇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。引风扇为本领域熟知的且市售可得,例如来自RobinsonFans或化T-B油cock。本 领域技术人员可容易地选择适合的引风扇。
[0116] 所述设备还可包含传感器35,其对重整器炉30的燃烧空间内的压力响应。控制器 100可操作连接用于接收来自传感器35的信号。引风扇50和/或强制通风扇20可操作连 接于控制器100W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。控 制器100可配置用W改变引风扇50的速度和/或强制通风扇20的速度,其响应重整器炉 30的燃烧空间内的压力变化。
[0117] 对于在常规平衡通风重整器炉中,重整器炉燃烧空间内的压力可通过引风扇50 控制。引风扇50可通过变速粘性禪合操作,通过传感器35和控制器100的组合操控所述变 速粘性禪合W改变风扇速度和引风扇能力,在重整器炉30的燃烧空间内保持所需的压力。 通过传感器35测量,当重整器炉燃烧空间内的压力提高至高于目标上限压力时,控制器可 使引风扇50的风扇速度提高。通过传感器35测量,当重整器炉燃烧空间内的压力减少至 低于目标下限压力时,控制器可使引风扇50的风扇速度降低。
[0118] 所述设备还可包含传感器52,其响应来自重整器炉30的燃烧产物气流38内的氧 浓度。控制器100可操作连接用于接收来自传感器52的信号。引风扇50和/或强制通风 扇20可操作连接于控制器100W接收来自控制器100的信号,控制器100响应来自传感器 52的信号。控制器100可配置用W改变引风扇50的速度和/或强制通风扇20的速度,响 应来自重整器炉30的燃烧产物气流内的氧浓度变化。
[0119] 可控制燃烧产物气流38中的氧浓度W保证有足够的氧化剂提供至重整器炉来支 持燃料
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