用于制备合成气及其产物的系统和方法

用于制备合成气及其产物的系统和方法
【专利摘要】一种方法可以包括在第一重整炉内燃烧膨胀的轮机废气和第一燃料以产生第一废气。可以在第一重整炉内重整烃以产生重整的烃并且可以将热从第一废气传递到第一介质。可以使用来自加热的第一介质的热能来发动制冷装置并且可以冷却第二介质。可以将热从一种或多种氧化剂传递到冷却的第二传递介质以产生冷却的第一氧化剂和第二氧化剂。可以将冷却的第一氧化剂和第二燃料引入到燃气轮机装置以产生膨胀的轮机废气和机械动力。可以在使用机械动力发动的压缩机中压缩所述冷却的第二氧化剂并且可以将压缩的第二氧化剂和重整的烃引入到第二重整炉以产生合成气。
【专利说明】用于制备合成气及其产物的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2011年2月I日提交的序列号为13/019027的美国专利申请的优先权，将其引入本文作为参考。
[0003]直量
[0004]本文描述的实施方案一般涉及用于制备合成气的系统和方法。更具体地，这样的实施方案涉及用于增加合成气的产量和由其制备的产物的系统和方法。
_5] 相关领域的描述
[0006]传统的合成气工厂使用燃气轮机来驱动例如将经压缩的工艺空气提供给次级重整炉进行反应的压缩机。使用氨生产作为实例，构架-5 (frame-5)燃气轮机可以发动足够尺寸的压缩机使得每天产生1，850吨的氨。可以通过增加通过压缩机提供给次级重整炉的经压缩的空气的质量流速来提高工厂生产能力。例如，构架-6燃气轮机具有比构架-5燃气轮机更大的功率输出，因此，构架-6燃气轮机可以提供从压缩机到次级重整炉的经压缩的空气的升高的质量流速。然而，构架-5燃气轮机和构架-6燃气轮机之间的输出差异是如此巨大以致构架-6燃气轮机由于其不可以被完全利用而不经济。
[0007]增加氨产量的一个方法是将经冷却的空气提供给燃气轮机和压缩机，其增加了引入到次级重整炉的经压缩的空气的质量流速。然而，使用当前的冷却系统制备的额外的氨是不经济的，因为冷却空气需要的能量成本超过了由额外的氨产生的收益。
[0008]因此，需要用于增加合成气产量的系统和方法。
[0009]附图简沭
[0010]图描绘了根据描述的一种或多种实施方案，用于制备合成气及其产物的说明性系统的示意图。
[0011]迦
[0012]提供了用于重整烃的系统和方法。所述方法可以包括:在第一重整炉内燃烧至少一部分膨胀的轮机废气和第一燃料以产生第一重整炉废气。可以在足以产生第一重整的烃的条件下，在一种或多种第一催化剂和蒸汽的存在下，在第一重整炉内重整烃。可以通过间接地将来自第一重整炉废气的热传递到一种或多种第一传递介质来加热一种或多种第一传递介质。可以使用来自一种或多种加热的第一传递介质的热能来发动一个或多个制冷装置。可以冷却在一个或多个制冷装置内的一种或多种第二传递介质以产生一种或多种冷却的第二传递介质。可以将来自氧化剂的热传递到一种或多种冷却的第二传递介质以产生冷却的第一氧化剂和冷却的第二氧化剂。可以将第一冷却的氧化剂和第二燃料弓I入到燃气轮机装置以产生膨胀的轮机废气和机械动力。可以使用机械动力来发动压缩机。可以在压缩机中压缩所述冷却的第二氧化剂以生成压缩的第二氧化剂。可以将压缩的第二氧化剂和第一重整的烃引入到第二重整炉以产生合成气产物。
[0013]图描绘了根据的一种或多种实施方案，用于产生合成气的说明性系统100的示意图。系统100可以包括一个或多个燃气轮机装置148、一个或多个压缩机155、一个或多个制冷装置(显示了三个:123、127、131)、一个或多个热交换器(显示了两个:136、137)、一个或多个第一或“初级”重整炉102和一个或多个第二或“次级”重整炉161。初级重整炉102可以是蒸汽甲烷重整炉(“SMR”)，所述蒸汽甲烷重整炉可以包括辐射重整炉和对流重整炉的组合。例如,初级重整炉102可以包括一个或多个辐射加热的重整炉管(显示了一个，104)，其可以被放置在任何方向，例如水平的或垂直的。重整炉管104可以是单壁管。重整炉管104可以包含第一催化剂或第一重整催化剂。在一种或多种实施方案中，初级重整炉102可以包括约200或更多、约400或更多、约600或更多、约800或更多或约1000或更多个重整炉管104。
[0014]通过管线106的燃料可以引入到初级重整炉102并在初级重整炉102内燃烧以生成热和废气。管线106中的燃料可以包括一种或多种含碳物质如烃。适于在燃料中使用的说明性的烃可以包括但不限于:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷或任何其它包含约一至约六十个碳原子(C1至C6tl)的烃或其任何混合物。在另一个实例中，管线106中的燃料可以包括但不限于=C1至C2tl烃或其任何混合物。在另一个实例中，管线106中的燃料可以包括但不限于:天然气、甲烷、脱硫的天然气、脱硫的甲烷、其混合物或其任意组合。在另一个实例中，管线106中的燃料可以包括但不限于:低级燃料源，而不是新鲜天然气或其它高质量烃进料。适合的低级燃料源可以包括但不限于:生物质(即，植物和/或动物物质和/或植物和/或动物衍生的物质)、煤(例如，高钠和低钠褐煤、褐煤、次烟煤和/或无烟煤)、油页岩、焦炭、石油焦炭、焦油、浙青质、低灰或无灰聚合物、来自炼油厂和石油化工厂的重质烃淤渣和塔底产物(例如，烃蜡、其共混物和其组合)、烃基聚合材料、石油焦炭或其任意组合。其它适合的低级燃料源可以包括由生物质(即，植物和/或动物物质和/或植物和/或动物衍生的物质)、煤(例如，高钠和低钠褐煤、褐煤、次烟煤和/或无烟煤)、油页岩、焦炭、石油焦炭、焦油、浙青质、低灰或无灰聚合物、来自炼油厂和石油化工厂的重质烃淤渣和塔底产物(例如，烃蜡、其共混物和其组合)、烃基聚合材料、石油焦炭或其任意组合的气化产生的废气。所述烃基聚合材料可以包括但不限于，热塑性塑料、弹性体、橡胶，聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯，其它聚烯烃、均聚物、共聚物、嵌段共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚共混物或其任意组合。
[0015]来自初级重整炉102的加热的废气可以通过排气道108和通过管线111离开并通过烟囱110进入大气中。尽管未显示，通过管线111的废气可以被引入到一个或多个净化系统，所述净化系统可以去除至少一部分的包含在废气中的一种或多种杂质。由于加热的废气可以流过排气道108，废气可以流经或者接触热交换器112、114、116、118、120，所述热交换器112、114、116、118、120可以至少部分地位于或放置在排气道108内。来自废气的热能或热可以传递到一种或多种流过热交换器112、114、116、118、120的传热介质。在一种或多种实施方案中，热交换器112、114、116、118、120可以是或者包括一个或多个管或导管。热交换器112、114、116、118和/或120可以包括直的管或导管、缠绕或盘绕的管或导管或其组合。例如，热交换器112、114、116、118、120可以是加热盘管。热交换器112、114、116、118和/或120可以包括一个或多个表面增强设备(surface enhancements)(如,翅片、静电混合器、膛线、导热包装、引起湍流的突出部分或其任意组合)，所述表面增强设备可以增加将热传递到流经热交换器112、114、116、118和/或120的传递介质的速率。
[0016]在一种或多种实施方案中，热交换器112、114、116可以回收来自废气的热能，所述热能为低限约2.0Gcal/h、约5.0Gcal/h或约10Gcal/h至高限约12Gcal/h、约15Gcal/h或约18Gcal/h。例如，回收的能量可以为约2.0Gcal/h至约18Gcal/h、约4Gcal/h至约16Gcal/h或约6Gcal/h至约13Gcal/h。此外,通过将来自废气的热能传递到热交换器112、114、116，可以降低从烟囱110回收的通过管线111的废气的温度。
[0017]在一种或多种实施方案中，当来自废气的废热未传递到一种或多种流过热交换器112、114、116的传递介质时，管线111中的废气的温度可以为低限约170°C、约180°C或约190°C至高限约200°C、约250°C或约300°C。例如，管线111中的废气的温度可以为约170°C至约200°C、约180°C至约225°C或约190°C至约240°C。将来自废气的热传递至一种或多种流过热交换器112、114、116的传递介质可以将管线111中的废气的温度降低至小于约170°C、小于约160。。、小于约150°C、小于约140°C、小于约130°C、小于约120。。、小于约110°C或小于约100°C。例如，当来自废气的废热传递到一种或多种流过热交换器112、114、116的传递介质时，管线111中的废气可以在低限约70 V、约90 V或约100 °C至高限约110°C、约120°C或约140°C的温度下。在另一个实例中，管线111中的废气可以在约110°C至约150°C、约100°C至约130°C或约95°C至约125°C的温度下。
[0018]通过管线121的第一传热介质可以引入到第一热交换器112中以产生通过管线122的加热的第一传热介质。加热的第一传热介质可以在低限约150°C至高限约200°C的温度下。说明性的第一传热介质可以包括但不限于:水、蒸汽、热油或其任意组合。如果管线121中的第一传热介质包括水、蒸汽或其混合物，那么管线122中的加热的第一传热介质可以被称为中低压(ILP)蒸汽。ILP蒸汽可以在低限约375kPa、约400kPa或约450kPa至高限约850kPa、约900kPa、约950kPa、约I, OOOkPa或约I, IOOkPa的压力下。例如，ILP蒸汽的压力可以为约385kPa至约950kPa、约425kPa至约800kPa、约500kPa至约750kPa或约390kPa至约l，000kPa。ILP蒸汽可以在低限约140°C、约150°C或约160°C至高限约170°C、约180°C或约210°C的温度下。
[0019]通过管线122的加热的第一传热介质可以引入到制冷装置或“第一”制冷装置123。可以在第一制冷装置123内使用加热的第一传热介质以发动或驱动一个或多个吸收式制冷器。所述一个或多个吸收式制冷器可以使用任何需要的制冷剂或制冷剂的组合。说明性的制冷剂可以包括但不限于:溴化锂溶液、氨、氨的水溶液等。在至少一个实例中，第一制冷装置123可以使用溴化锂溶液。第一制冷装置123可以是或包括单级或两级吸收式制冷器(如级联系统(cascaded system))，所述单级或两级吸收式制冷器可以由通过管线122引入到其中的加热的第一传热介质发动。在至少一个实例中，第一制冷装置123可以包括两级吸收式制冷器，所述两级吸收式制冷器可以使用低限约0.52、约0.6或约0.7至高限约
1.3、约1.5或约1.6的性能系数运行。
[0020]通过管线141引入到第一制冷装置123的第二传热介质可以在其中冷却或冷冻并作为冷却的第二传热介质通过管线124回收。来自第二传热介质的热可以间接地交换或传递到第一制冷装置123内的制冷剂以产生通过管线124的冷却的第二传热介质。
[0021]通过管线125的第三传热介质可以引入到第二热交换器114中以产生通过管线126的加热的第三传热介质。加热的第三传热介质可以在低限约60°C至高限约120°C的温度下。说明性的第三传热介质可以包括但不限于:水、蒸汽、热油或其任意组合等。如果管线125中的第三传热介质包括水、蒸汽或其混合物，那么管线126中的加热的第三传热介质可以被称为低低压(LLP)蒸汽。LLP蒸汽可以在低限约125kPa、约140kPa或约150kPa至高限约175kPa、约200kPa、约250kPa、约300kPa或约350kPa的压力下。例如，LLP蒸汽的压力可以为约 125kPa 至约 225kPa、约 150kPa 至约 200kPa、约 125kPa 至约 175kPa 或约 150kPa至约180kPa。LLP蒸汽可以在低限约100°C、约110°C或约120°C至高限约130°C、约135°C或约140°C的温度下。
[0022]通过管线126的加热的第三传热介质可以引入到第二制冷装置127。可以在第二制冷装置127内使用加热的第三传热介质以发动或驱动一个或多个吸收式制冷器。所述一个或多个吸收式制冷器可以使用任何需要的制冷剂或制冷剂的组合。说明性的制冷剂可以包括但不限于:溴化锂溶液、氨、氨的水溶液等。在至少一个实例中，第二制冷装置127可以使用溴化锂溶液。第二制冷装置127可以是或包括单级或两级吸收式制冷器，所述单级或两级吸收式制冷器可以由通过管线126引入到其中的加热的第三传热介质发动。在至少一个实例中，第二制冷装置127可以包括单级吸收式制冷器，所述单级吸收式制冷器可以使用低限约0.5、约0.6或约0.7至高限约0.8、约0.9或约I的性能系数运行。
[0023]通过管线142引入到第二制冷装置127的第四传热介质可以在其中冷却或冷冻并作为冷却的第四传热介质通过管线128回收。来自第四传热介质的热可以间接地交换或传递到第二制冷装置127内的制冷剂以产生通过管线128的冷却的第四传热介质。
[0024]通过管线129的第五传热介质可以引入到第三热交换器116以产生通过管线130的加热的第五传热介质。加热的第五传热介质可以在低限约75°C、约80°C或约88°C至高限约95°C、约100°C或约110°C的温度下。说明性的第五传热介质可以包括但不限于:水、热油、处理的水、其任意组合等。如果第五传热介质包括水，那么管线130中的加热的第五传热介质可以被称为加热的水或热水。
[0025]通过管线130的加热的第五传热介质可以引入到第三制冷装置131。可以在第三制冷装置131内使用加热的第五传热介质以发动或驱动一个或多个吸收式制冷器。所述一个或多个吸收式制冷器可以使用任何需要的制冷剂或制冷剂的组合。说明性的制冷剂可以包括但不限于:溴化锂溶液、氨、氨的水溶液等。在至少一个实例中，第三制冷装置131可以使用溴化锂溶液。第三制冷装置131可以包括单级或两级吸收式制冷器，所述单级或两级吸收式制冷器可以由通过管线130引入到其中的加热的第五传热介质发动。在至少一个实例中，第三制冷装置131可以包括单级吸收式制冷器，所述单级吸收式制冷器可以使用低限约0.5或约0.6至高限约0.7或约0.8的性能系数运行。
[0026]通过管线143引入到第三制冷装置131的第六传热介质可以在其中冷却或冷冻并作为冷却的第六传热介质通过管线132回收。来自第六传热介质的热可以间接地交换或传递到第三制冷装置131内的制冷剂以产生通过管线132的冷却的第六传热介质。
[0027]通过管线121的第一传热介质、通过管线125的第三传热介质和通过管线129的第五传热介质可以共同被称为“第一介质”或“第一传递介质”。这样，通过管线121的第一传热介质也可以被称为“第一-第一传递介质”，通过管线125的第三传热介质也可以被称为“第二-第一传递介质”，以及通过管线129的第五传热介质也可以被称为“第三-第一传递介质”。同样地，通过管线122的加热的第一传热介质也可以被称为“第一加热的第一传递介质”，通过管线126的加热的第三传热介质也可以被称为“第二加热的第一传递介质”，以及通过管线130的加热的第五传热介质也可以被称为“第三加热的第一传递介质”。类似地，通过管线141的第二传热介质、通过管线142的第四传热介质和通过管线143的第六传热介质可以共同地被称为“第二介质”或“第二传递介质”。如此，通过管线141的第二传热介质也可以被称为“第一-第二传递介质”，通过管线142的第四传热介质也可以被称为“第二 -第二传递介质”和通过管线143的第六传热介质也可以被称为“第三-第二传递介质”。同样地，通过管线124的冷却的第二传热介质也可以被称为“第一冷却的第二传递介质”，通过管线126的冷却的第四传热介质也可以被称为“第二冷却的第二传递介质”，以及通过管线130的冷却的第六传热介质也可以被称为“第三冷却的第二传递介质”。
[0028]优选地，第二、第四和第六传热介质可以是相同类型的介质。通过管线124、128和132的冷却或冷冻的第二、第四和第六传热介质可以相互混合或组合以形成通过管线133的单一的或“初级”冷却的传递介质。例如，通过管线124、128和132的第二、第四和第六传热介质可以分别引入到配置用于组合多种冷却的传热介质的歧管或其它收集设备以产生通过管线133的主要的冷却的传递介质。尽管未显示，但是通过管线124、128和132的冷却的第二、第四和第六传递介质可以保持分离或相互独立。这样，第二、第四和第六传递介质可以是或包含彼此不同的组合物。在另一个实例中，通过管线124、128和132的冷却的第二、第四和第六传热介质中的两个可以在管线133中彼此组合并且其他冷却的传热介质可以保持与其分离或独立。
[0029]尽管显示了三种第一传递介质，即通过管线121的第一传热介质、通过管线125的第三传热介质和通过管线130的第五传热介质，可以使用任何数目的第一传递介质来驱动或发动任何数目的制冷装置(显示了三个)123、127和131。例如，一种第一传递介质可以用于发动或驱动一个、两个、三个、四个或更多个制冷装置。第一传递介质的数目可以是一种、两种、三种(如所显示的)、四种、五种、六种、七种、八种或更多。尽管显示了三个制冷装置123、127和131，但是可以使用任何数目的制冷装置来产生一种或多种冷却的第二传热介质。例如，系统100可以包括一个、两个、三个(如所显示的)、四个、五个、六个、七个、八个或更多的制冷装置。尽管显示了三种第二传递介质，即通过管线124的第二传热介质、通过管线128的第四传热介质和通过管线132的第六传热介质，可以使用任何数目的第二传递介质来冷却一种或多种氧化剂。例如，可以在一个或多个制冷装置中冷却一种第二传递介质以产生冷却的第二传递介质。第二传热介质的数目可以是一种、两种、三种(如所显示的)、四种、五种、六种、七种、八种或更多种。
[0030]尽管未显示，从系统100内的其它区域生成的低级热可以使用一个或多个单级和两级吸收式制冷成套装置，用于产生在管线133中组合的冷却的第二、第四和第六传热介质。例如，通过冷却在系统100的下游产生的通过管线163的合成气产物回收的热可以用作一个或多个制冷装置123、127和131内的热源。此外，来自界区外(OSBL)的蒸汽或其它热源可以输入到系统100中并用于发动制冷装置123、127和131中的一个或多个。在一种或多种实施方案中，热交换器112、114和/或116的数目可以改变，而制冷装置123、127、131的数目和类型可以根据应用而改变。
[0031]通过管线124、128和132的冷却的第二、第四和第六传热介质的温度可以小于环境或周围的环境温度。例如，如果其中放置系统100的环境温度为约40°C，那么冷却的第二、第四和第六传热介质的温度可以小于40°C。例如，管线124、128和132中的冷却的第二、第四和第六传热介质各自的温度可以为低限约0.5°C、约1°C或约2°C至高限约15°C、约20°C或约25°C。例如，管线133中的冷却的传热介质的温度可以为约4.5°C至约10°C、约3°C至约15°C、约5°C至约9°C或约6°C至约8°C的温度。管线124、128和132中的冷却的第二、第四和第六传热介质的温度可以彼此相同或不同。例如，管线124中的冷却的第二传热 介质可以分别比管线128和132中的第四和第六传热介质更冷。管线133中的主要冷却的 传热介质的温度可以为低限约0.5°C、约1°C或约2°C至高限约15°C、约20°C或约25°C。
[0032]通过管线133的冷却的传递介质可以分裂为通过管线134的第一部分和通过管线 135的第二部分。通过管线134的冷却的第一部分可以被引入到热交换器136，而通过管线 135的冷却的第二部分可以被引入到热交换器137。通过管线144的第一氧化剂和通过管 线145的第二氧化剂也可以分别被引入到热交换器136和137。通过管线138和129的加 热的传递介质和通过管线146和147的冷却或冷冻的第一和第二氧化剂可以分别从热交换 器136和137中回收。热可以从第一和第二氧化剂分别传递到热交换器136和137内的冷 却的传递介质的第一部分和第二部分。这样，管线138和139中的冷却的传递介质可以在比 引入到其中的温度更高的温度下分别从热交换器136和137中回收而通过管线146和147 的第一和第二氧化剂可以在比引入到其中的温度更冷或更低的温度下分别从热交换器136 和137中回收。
[0033]通过管线138、139的加热的传递介质的第一和第二部分可以彼此重组以形成通 过管线140的组合的加热的传递介质。例如，通过管线138、139的加热的传递介质的第一 和第二部分可以引入到配置以将两部分组合到管线140中的歧管或其它设备中。通过管线 140的加热的传递介质可以分裂、分割或分离成分别通过管线141、142、143的第二、第四和 第六传递介质，并且可以分别返回或再循环到第一、第二和第三制冷装置123、127和131。 通过管线140的加热的传递介质可以引入到配置用于将加热的传递介质分裂、分割或分离 成分别通过管线141、142、143的第二、第四和第六传递介质的歧管或其它设备中。
[0034]热交换器136和137可以包括能够将来自分别通过管线144和145引入的第一和 第二氧化剂的热传递到分别通过管线134和135引入的冷却的传递介质的第一和第二部分 的任何系统、设备或系统和/或设备的组合。说明性的热交换器可以包括但不限于，直接接 触冷却式、壳管式、板框式、螺旋缠绕式、U管式和/或刺刀式热交换器。热交换器136和/ 或137也可以包括表面增强设备(surface enhancements)(例如,翅片、静电混合器、膛线、 导热包装、引起湍流的突出部分或其任意组合)，所述表面增强设备可以提高将热传递到其 中的速率。
[0035]通过管线146的冷却的第一氧化剂的温度可以为低限约1°C、约5°C或约10°C至 高限约20°C、约25°C、约30°C或约35°C。例如，管线146中的冷却的第一氧化剂的温度可 以为约5°C至约35°C、约10°C至约35°C、约15°C至约30°C、约12°C至约26°C或约20°C至 约35°C。通过管线146的冷却的氧化剂的温度可以变化、调整或改变以便与燃气轮机装置 148的功率需求相匹配。
[0036]通过管线147的冷却的第二氧化剂的温度可以为低限约1°C、约5°C或约10°C至高 限约15°C、约20°C、约25°C或约30°C。例如，管线147中的冷却的第二氧化剂的温度可以为 约5°C至约25°C、约10°C至约20°C、约8°C至约18°C、约6°C至约14°C或约7°C至约22°C。
[0037]尽管未显示，可以使用单一热交换器代替热交换器136、137以产生通过管线146、 147的冷却的氧化剂。例如，可以将单一氧化剂(未显示)引入到单一热交换器中以产生冷 却的氧化剂，该冷却的氧化剂然后可以分裂或分割为分别在管线146和147中的冷却的第 一和第二氧化剂。在另一个实例中，具有用于通过管线144和145引入到其中的第一和第二氧化剂的两个分离的或独立的流路的单一热交换器可以用于产生通过管线146和147的
冷却的第一和第二氧化剂。
[0038]通过管线146的冷却的第一氧化剂可以引入到燃气轮机装置148。尽管未显示，一 个或多个除雾垫、吸收性材料等可以用于在管线146中的冷却的氧化剂引入到燃气轮机装 置148之前从管线146中的冷却的氧化剂中去除水分。燃气轮机装置148可以包括压缩机 149、燃烧器150和膨胀器151。通过管线146的冷却的第一氧化剂可以引入到压缩机149 并且压缩机149可以产生通过管线152的压缩的第一氧化剂，该压缩的第一氧化剂随后可 以引入到燃烧器150。通过管线153的燃料也可以引入到燃烧器150。所述燃料可以包括 但不限于，汽油、天然气、丙烷、柴油、煤油、E-85乙醇、生物柴油、沼气、具有I至40个碳原 子的其他烃或其任意组合。压缩的第一氧化剂和燃料可以混合并燃烧以提供通过管线154 的加热的燃烧产物或废气。通过管线154的燃烧产物可以引入到膨胀器151，膨胀器151可 以产生机械动力和通过管线184的膨胀的废气或膨胀的轮机废气。机械动力可以用于驱动 或发动一个或多个压缩机155。
[0039]通过管线147的冷却的第二氧化剂可以引入到压缩机155中。尽管未显示，一个或 多个除雾垫、吸收性材料等可以用于在管线147中的冷却的第二氧化剂引入到压缩机155 之前从管线147中的冷却的第二氧化剂中去除水分。压缩机155可以压缩管线147中的冷 却的第二氧化剂以产生通过管线156的压缩的氧化剂。压缩机155可以包括任何类型的压 缩机。说明性的压缩机可以包括但不限于，轴流式压缩机、离心式压缩机、旋转式正位移压 缩机、斜流式或混流式压缩机、往复式压缩机、干式螺杆式压缩机、油浴螺杆式压缩机、涡旋 式压缩机等。
[0040]冷却管线144中的第一氧化剂并将通过管线146的冷却的第一氧化剂引入到燃气 轮机装置148中可以增加第一氧化剂的密度，这可以增加燃气轮机装置148的功率输出。例 如，与在周围环境或环境温度下的第一氧化剂截然相反，使用冷却的第一氧化剂可以使燃 气轮机148的功率输出增加约3%、约5%、约7%、约12%、约15%、约18%或约25%。这样，与在 周围环境或环境条件下的第一氧化剂相比，冷却的第一氧化剂也可以增加离开燃气轮机装 置148的通过管线184的废气流速。例如，管线184中的废气流速率和因此其氧流速可以 增加约3%、约5%、约7%、约12%或约25%。增加燃气轮机装置148的功率输出可以增加压缩 机155的输出，从而增加通过管线156的压缩的氧化剂的质量流速。此外，管线147中的第 二氧化剂的质量流速可以进一步通过冷却热交换器137内的第二氧化剂来增加。通过管线 156的压缩的氧化剂的增加的质量流速可以增加在第二重整炉161内产生的合成气产物的 速率。
[0041]此外，冷却分别通过管线146和147引入到燃气轮机装置148和引入到压缩装置 155的第一和第二氧化剂可以允许压缩装置155在周围环境空气温度改变的环境中，使通 过管线156的压缩的氧化剂保持高的质量流速。例如，在温或热的周围环境空气温度(例 如，约30°C至约50°C)，通过将通过管线146和147的冷却的第一和第二氧化剂分别引入到 燃气轮机装置148和压缩装置155，使用框架-5燃气轮机的合成气产量可以为约1850吨/ 天至约2500吨/天。例如，合成气产量可以增加至约2200吨/天。这样，由工厂生产氨的 总能量效率可以提高约0.05Gcal/吨氨、约0.1OGcal/吨氨或约0.20Gcal/吨氨。例如，由 工厂生产氨的总能量效率可以提高的量为低限约0.05Gcal/吨氨、约0.08Gcal/吨氨或约0.12Gcal/吨氨至高限约0.15Gcal/吨氨、约0.18Gcal/吨氨或约0.2Gcal/吨氨。
[0042]管线144和145中的第一和第二氧化剂分别可以为或包括任何适合的含氧材料 或材料的组合。说明性的氧化剂可以包括但不限于，空气、氧、基本上为氧(essentially oxygen)、富氧空气、贫氧空气、过氧化氢、臭氧、氧和一种或多种气体如空气、水、二氧化碳、 氮、过氧化氢、臭氧和/或氩的混合物或其任意组合。管线144和145中的第一和第二氧化 剂可以含有约lvol%至约100vol%的氧。如本文所使用，术语“基本上为氧”是指含有多于 50vol%的氧的氧化剂。例如，基本上为氧的流体可以含有约55vol%至约100vol%的氧。如 本文所使用，术语“富氧空气”是指含有多于约21vol%的氧和高达50vol%的氧的氧化剂。 如本文所使用，术语“富氧”是指富氧空气和基本上为氧两者。如本文所使用，术语“贫氧空 气”是指含有小于约20vol%的氧的氧化剂。管线118中的氧化剂可以是无氮或基本上无 氮的。如本文所使用，术语“基本上无氮”是指管线118中的氧化剂含有约5vol%的氮或更 少，4vol%的氮或更少，3vol%的氮或更少，2vol%的氮或更少，或lvol%的氮或更少。氧、基 本上为氧和/或富氧空气可以由任何数目的常规富氧系统如空气分离装置产生。在至少一 个实例中，管线144中的第一氧化剂可以是空气。在至少一个实例中，管线145中的第二氧 化剂可以是空气。
[0043]管线184中的膨胀的轮机废气的至少一部分可以与管线106中的燃料一起引入到 第一重整炉102中以在其中产生废气。例如，管线184中的膨胀的轮机废气的第一部分可 以通过管线185引入到第一重整炉102，而管线184中的膨胀的轮机废气的第二部分可以通 过管线186引入到排气道108。在另一个实例中，管线184中所有的膨胀的轮机废气可以 通过管线185引入到初级重整炉102。在另一个实例中，管线184中所有的膨胀的轮机废 气可以通过管线186引入到排气道108中。通过管线185引入到第一重整炉102中的膨胀 的轮机废气的量可以为管线184中的膨胀的轮机废气的总量的低限约70%、约75%或约80% 至高限约90%、约95%或约100%。例如，可以引入到第一重整炉102的管线184中的膨胀的 轮机废气的量可以为约70%至约80%或约90%至约95%。膨胀的轮机废气可以提供燃烧需 要的氧化剂源。尽管未显示，也可以将补充氧化剂引入到第一重整炉102并用于燃烧通过 管线106引入的燃料。
[0044]通过管线156的压缩的氧化剂可以引入到第四热交换器或加热盘管118以产生通 过管线157的加热的、压缩的氧化剂，所述第四热交换器或加热盘管118可以至少部分地 放置在排气道108内。所述通过管线157的加热的、压缩的氧化剂可以引入到第二重整炉 161。管线157中的加热的、压缩的氧化剂的温度可以为低限约450°C、约500°C或约550°C 至高限约600°C、约650°C或约700°C。管线157中的加热的、压缩的氧化剂的压力可以为低 限约 700kPa、约 I, OOOkPa 或约 I, 400kPa 至高限约 5，OOOkPa、约 7，OOOkPa 或约 9，OOOkPa0 例如，管线157中的压缩的氧化剂的压力可以为约1，500kPa至约8，OOOkPa、约2，900kPa至 约 7，900kPa 或约 3，500kPa 至约 7，500kPa。
[0045]一种或多种烃和蒸汽可以通过管线158引入到第五热交换器或加热盘管120以 产生通过管线159的预加热的烃进料，所述第五热交换器或加热盘管120可以至少部分地 放置在排气道108内。可以将管线159中的预加热的蒸汽烃混合物加热至低约400°C、约 450°C或约500°C至高限约550°C、约600°C或约650°C的温度。尽管未显示，可以通过一个 或多个额外的热交换器进一步加热管线159中的预加热的烃。管线159中的预加热的烃可以引入到初级重整炉102中的重整炉管104并作为第一重整的烃或流出物通过管线160离开初级重整炉102。尽管未显示，烃和蒸汽可以单独地预加热并引入到重整炉管104中。
[0046]管线158中的烃可以是或包括一种或多种液态或气态烃、其混合物或其任意组合。管线158中的烃可以包括任意一种或多种C1至C12烃、氢或其任意组合。例如，管线158 中的烃可以包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、氢或其任意组合。管线158中的烃中的甲烧浓度可以为低限约30mol%、约50mol%或约75mol%至高限约95mol%、约99mol%或约 99.9mol%，余量包括C2、C3和更重的烃。例如，管线158中的烃的甲烷浓度可以为约55mol% 或更高、约60mol%或更高、约65mol%或更高、约70mol%或更高、约75mol%或更高、约80mol% 或更高、约85mol%或更高或约90mol%或更高。管线158中的烃中的氢浓度可以为低限约
0.lmol%、约lmol%或约5mol%至高限约20mol%、约30mol%或约35mol%。例如，管线158中的烃的氢浓度可以为约30mol%或更低、约25mol%或更低、约20mol%或更低、约15mol%或更低、约10mol%或更低、约5mol%或更低或约lmol%或更低。
[0047]管线158中的烃和蒸汽的蒸汽与碳的摩尔比(或者烃的蒸汽比碳含量)可以为低限约2.3、约2.5、约2.7、约2.8或约2.9至高限约3.1、约3.2、约3.4、约3.5、约3.6、约3.7、 约3.8、约3.9或约4。例如，管线158中的烃和蒸汽的蒸汽与碳的摩尔比可以为约2.6至约4、约2.8至约3.8、约3至约4或约2.9至约3.9。
[0048]管线160中的第一重整的烃可以包括但不限于，一部分烃、氢、一氧化碳、二氧化碳、蒸汽或其任意组合。管线160中的第一重整的烃的烃的浓度，即来自管线158中未重整的烃的浓度可以为低限约3mol%、约5mol%或约8mol%至高限约30mol%、约35mol%或约 40mol%。管线160中的第一重整的烃的氢浓度可以为低限约5mol%、约10mol%、约15mol% 或约20mol%至高限约55mol%、约60mol%、约65mol%或约70mol%。管线160中的第一重整的经的甲烧浓度可以为低限约10mol%、约20mol%、约30mol%、约35mol%或约40mol%至高限约45mol%、约55mol%、约60mol%或约65mol%。管线160中的第一重整的经的一氧化碳浓度可以为低限约0.5mol%、约lmol%或约2mol%至高限约3mol%、约4mol%或约5mol%。管线 160中的第一重整的烃的二氧化碳浓度可以为低限约5mol%、约7mol%或约9mol%至高限约 12mol%、约 15mol% 或约 17mol%。[0049]在至少具体的实施方案中，管线160中的第一重整的烃的烃的浓度可以为约 60mol%至约65mol%、甲烧浓度为约10mol%至约15mol%、一氧化碳浓度为约5mol%至约 10mol%、二氧化碳浓度为约5mol%至约15mol%,以及经的浓度为约15mol%至约40mol%, 并且其它组分如C2和更重的烃不存在或最低限度地存在，例如小于约lmol%、小于约
0.5mol%、小于约 0.4mol%、小于约 0.3mol% 或小于约 0.lmol%。
[0050]管线160中的第一重整的烃可以在低限约600°C、约650°C、约700°C或约800°C至高限约830°C、约840°C或约850°C的温度下。管线160中的第一重整的烃的压力可以为低限约 700kPa、约 I, OOOkPa 或约 I, 400kPa 至高限约 4，OOOkPa、约 5，OOOkPa 或约 6，OOOkPa。
[0051]通过管线160的第一重整的烃和通过管线159的加热的、压缩的氧化剂可以引入到第二重整炉161。第二重整炉161可以为或包括自热重整炉(ATR)、催化部分氧化反应器 (CP0X)、部分氧化反应器(POX)或其组合。例如，第二重整炉161可以是可以包括一个或多个催化剂床162的ATR，所述催化剂床162可以至少部分地重整管线160中的第一重整的烃。催化剂床162可以包括单一类型的催化剂或不同类型的催化剂的混合物。在另一个实例中，催化剂床162可以包括两个催化剂床，第一催化剂床具有第一催化剂和第二催化剂 床具有不同于第一催化剂的第二催化剂。所述加热的、压缩的空气可以用于部分地燃烧一 部分第一重整的烃，在放置在第二重整炉161中的催化剂床162内提供驱动吸热重整反应 的热。
[0052]通过管线163的合成气或合成气产物可以从第二重整炉161中回收。管线163中 的合成气的温度可以为低限约875°C、约950°C或约1，000°C至高限约1，050°C、约1，075°C 或约1，100°C。管线163中的合成气的压力可以为低限约700kPa、约1，OOOkPa或约
I,400kPa 至高限约 4，OOOkPa、约 5，OOOkPa 或约 6，OOOkPa。
[0053]管线163中的合成气可以包含氢、一氧化碳、二氧化碳、氮、蒸汽和其它次要组分 如氩和/或甲烷。管线163中的合成气的氢浓度可以为约35mol%至约80mol%或约50mol% 至约80mol%。例如，管线163中的合成气的氢浓度可以为低限约35mol%、约40mol%、约 43mol%或约45mol%至高限约53mol%、约55mol%、约6 Omo I %或约65mol%。管线163中的 合成气的甲烧浓度可以小于约10mol%、小于约8mol%、小于约6mol%、小于约4mol%、小于约 2mol%、小于约lmol%、小于约0.5mol%、小于约0.3mol%或小于约0.lmol%。例如，合成气的 甲烧浓度可以为约0.lmol%至约0.5mol%、约0.lmol%至约4mol%、约0.3mol%至约lmol% 或约0.6mol%至约1.6mol%。管线163中的合成气的一氧化碳浓度可以为低限约5mol%、 约 7mol%、约 9mol% 或约 llmol% 至高限约 13mol%、约 15mol%、约 17mol% 或约 20mol%。管线 163中的合成气的二氧化碳浓度可以为低限约5mol%、约7mol%、约9mol%或约llmol%至高 限约13mol%、约15mol%、约17mol%或约20mol%。管线163中的合成气的氮浓度可以为低限 约10mol%、约20mol%或约30mol%至高限约35mol%、约37mol%或约40mol%。管线163中 的合成气的IS浓度可以为小于约5mol%、小于约4mol%、小于约3mol%、小于约2mol%、小于约 lmol%或小于约0.5mol%。在至少一个具体的实施方案中，管线163中的合成气的氢浓度可 以为约50mol%至约80mol%、一氧化碳浓度可以为约5mol%至约20mol%、二氧化碳浓度可以 为约5mol%至约20mol%、氮浓度可以为约20mol%至约40mol%,気浓度可以为小于约2mol% 以及甲烷浓度可以为约0.lmol%至约4mol%。
[0054]在多种其它实施方案中，管线163中的合成气的氢含量可以为低限约45mol%、约 47mol%或约49mol%至高限约51mol%、约53mol%或约55mol%。管线163中的合成气的一氧化 碳含量可以为低限约9mol%或约10mol%至高限约llmol%或约12mol%。管线163中的合成气 的二氧化碳含量可以为低限约6mol%或约7mol%至高限约8mol%或约9mol%。管线163中的 合成气的氮含量可以为低限约28mol%、约29mol%或约30mol%至高限约33mol%、约34mol% 或约35mol%。管线163中的合成气的甲烷含量可以为小于约lmol%、小于约0.5mol%或小于 约0.3mol%。例如，管线163中的合成气的甲烷含量可以为约0.5mol%至约0.7mol%。管线 163中的合成气的氢含量可以为约47mol%至约53mol%、一氧化碳含量可以为约10mol%至 约llmol%、二氧化碳含量可以为约7mol%至约9mol%、氮含量可以为约29mol%至约32mol% 以及甲烧含量可以为小于约0.6mol%。
[0055]管线163中的合成气的温度可以为低限约950°C、约975°C或约1，000°C至高限约 1，050°C、约1，075°C或约1，100°C。管线163中的合成气的压力可以为低限约700kPa、约
I,OOOkPa 或约 I, 400kPa 至高限约 4，OOOkPa、约 5，OOOkPa 或约 6，OOOkPa。
[0056]管线163中的合成气可以引入到一个或多个热交换器(显示了一个)164中以冷却管线163中的合成气。在热交换器164中，热可以间接地从通过管线163引入的合成气传 递到通过管线165引入的传热介质中。通过管线165引入的适合的传热介质可以包括但不 限于，水、废水、空气、来自工厂内的其它过程进料、其混合物或其组合。例如，管线165中的 传热介质可以为锅炉给水。在一种或多种实施方案中，通过管线166的蒸汽和通过管线167 的冷却的合成气可以从热交换器164中回收。
[0057]由通过管线166的间接的热交换提供的蒸汽可以是低压蒸汽、中压蒸汽或高压蒸 汽。在一种或多种实施方案中，管线166中的蒸汽的温度可以为约200 V或更高、300 V或更 高、400°C或更高、450°C或更高、475°C或更高或500°C或更高。在一种或多种实施方案中，管 线166中的蒸汽的压力可以为低约200kPa、约400kPa或约600kPa至高限约4，200kPa、约 6，200kPa、约 8，500kPa 或约 12，500kPa 或更高。
[0058]热交换器164可以是或包括适于间接地将来自一种流体的热传递到另一种流体 的任何系统、设备或系统和/或设备的组合。例如，热交换器164可以是或包括一个或多个 壳管式、板框式、螺旋缠绕式、U管式和/或刺刀式热交换器。在一种或多种实施方案中，热 交换器164可以包括表面增强的管(例如，翅片、静电混合器、膛线、导热包装、引起湍流的 突出部分或其任意组合)等。
[0059]在一种或多种实施方案中，管线167中的冷却的合成气可以引入到一个或多个变 换炉系统(显示了一个)168以提供管线169中的变换的合成气。变换炉系统168可以通过 将一氧化碳转化为二氧化碳来调整合成气的氢气与一氧化碳比("H2:C0")。在变换炉系统 168内，水煤气变换反应可以使在通过管线167引入的冷却的合成气中的至少一部分一氧 化碳与水在催化剂和/或高温的存在下反应，以产生氢和二氧化碳。一个或多个变换反应 器可以包括但不限于，单级绝热固定床反应器、具有级间冷却的多级绝热固定床反应器、蒸 汽生成或淬冷反应器、具有蒸汽生成或冷却的管式固定床反应器、流化床反应器或其任意 组合。例如，可以使用吸附增强的水煤气变换(SEffGS)过程，所述过程利用具有充填了变换 催化剂的多个固定床反应器和高温(约475°C) 二氧化碳吸附剂的变压吸附装置。
[0060]在一种或多种实施方案中，变换炉系统168可以包括串联和/或并联排列的两个 或多个反应器。变换炉系统168可以包括一个或多个高温变换炉(HTSC)、一个或多个中 温变换炉(MTSC)、一个或多个低温变换炉(LTSC)或其任意组合。在一种或多种实施方案 中，管线167中的至少一部分合成气可以以任何顺序和/或其任意组合引入到一个或多个 HTSC、MTSC 和 / 或 LTSC。
[0061]通过管线169提供的变换的合成气可以比通过管线167引入的冷却的合成气包含 更少的一氧化碳。管线169中的转化的合成气可以包含约5mol%或更少的干基一氧化碳、 约3mol%或更少的干基一氧化碳、约2mol%或更少的干基一氧化碳、约lmol%或更少的干基 一氧化碳或约0.5mol%干基或更少的干基一氧化碳。
[0062]管线167中的合成气可以相等或不相等地分配到任意一个或多个HTSC、MTSC、 LTSC中。例如，约75%vol的管线167中的冷却的合成气可以引入到HTSC中，而约25%可以 引入到MTSC。
[0063]在一种或多种实施方案中，所述一个或多个HTSC、MTSC和/或LTSC可以包含一种 或多种催化剂。所述一个或多个HTSC、MTSC和LTSC可以通过在足以氧化一氧化碳的温度 下，在一个或多个HTSC、MTSC和/或LTSC内，在一种或多种催化剂的存在下反应一氧化碳来将管线167中的冷却的合成气中的一氧化碳转化为二氧化碳。在一个或多个HTSC内的 催化剂可以包括但不限于，氧化铁、铁酸锌、磁铁矿、氧化铬、其衍生物或其任意组合。所述 一个或多个HTSC可以在约325°C至约550°C的温度下运行。放置在一个或多个MTSC中的 催化剂可以包括但不限于氧化铁、氧化铬、其衍生物或其任意组合。一个或多个MTSC可以 在约250°C至约300°C的温度下运行。放置在一个或多个LTSC中的催化剂可以包括但不限 于铜、锌、铜促进的氧化铬(copper promoted chromia)、其衍生物或其任意组合。一个或多 个LTSC可以在约180°C至约220°C的温度下运行。
[0064]在一种或多种实施方案中，通过管线169的合成气可以引入到一个或多个热交换 器(显示了一个)170中以提供管线171中的冷却的变换的合成气。热可以间接地从通过管 线169引入的变换的合成气传递到通过管线172引入的传热介质。在一种或多种实施方案 中，管线172中的一种或多种适合的传热介质可以引入到热交换器170。通过管线172引入 的传热介质可以包括但不限于，水、废水、来自工厂内的另一种过程进料、其混合物或其组 合。在一种或多种实施方案中，可以提供通过管线173的蒸汽，所述蒸汽可以是低压蒸汽、 中压蒸汽或高压蒸汽。尽管未显示，管线169中的合成气可以通过将管线165中的一种或 多种传热介质引入到管线169中的合成气中来直接冷却。
[0065]热交换器170可以是或包括适于间接地将来自一种流体的热传递到另一种流体 的任何系统、设备或系统和/或设备的组合。例如，热交换器170可以是或包括一个或多个 壳管式、板框式、螺旋缠绕式、U管式和/或刺刀式热交换器。在一种或多种实施方案中，热 交换器170可以包括表面增强的管(如，翅片、静电混合器、膛线、导热包装、引起湍流的突 出部分或其任意组合)等。
[0066]在一种或多种实施方案中，管线171中的冷却的变换的合成气可以引入到一个或 多个合成气净化系统(显示了一个)174。在一种或多种实施方案中，合成气净化系统174 可以包括但不限于:一个或多个二氧化碳去除系统、甲烷转化器、干燥器或其任意组合。在 一种或多种实施方案中，可以将冷却的变换的合成气通过管线171引入到合成气净化系统 174内的一个或多个二氧化碳去除系统(未显示)以去除至少一部分二氧化碳。
[0067]合成气净化系统174内的一个或多个二氧化碳去除系统可以选择性地将二氧化 碳与转化的合成气分离以提供贫二氧化碳的合成气和二氧化碳。分离的二氧化碳可以通过 管线175回收。在一种或多种实施方案中，可以任选地将贫二氧化碳的合成气引入到净化 系统174内的一个或多个甲烷转化器和/或一个或多个干燥器中。
[0068]可以将贫二氧化碳的合成气引入到净化系统174内的一个或多个甲烷转化器(未 显示)以将至少一部分的任意一氧化碳和/或二氧化碳转化为甲烷和水。例如，合成气中的 总一氧化碳和二氧化碳可以为小于约lOOOppmw、小于约750ppmw或小于约500ppmw的总一 氧化碳和二氧化碳。在一种或多种实施方案中，可以将贫一氧化碳和二氧化碳的合成气引 入到净化系统174内的一个或多个干燥器中以提供通过管线176的水和干燥的合成气。所 述一个或多个干燥器可以去除或分离贫一氧化碳和二氧化碳的合成气中的任何水的至少 一部分以提供干燥的合成气。
[0069]净化系统174可以提供或产生管线177中的合成气，所述管线177中的合成气 的氢浓度可以为低限约40mol%、约50mol%或约55mol%至高限约75mol%、约80mol%或约 85mol%。管线177中的合成气的氮浓度可以为低限约10mol%、约20mol%或约25mol%至高限约40mol%、约45mol%或约50mol%。管线177中的合成气的甲烧浓度可以为小于约4mol%、 小于约3mol%、小于约2mol%、小于约lmol%或小于约0.9mol%。管线177中的合成气的氧 浓度可以为约0.lmol%至约5mol%、约0.5mol%至约4mol%或约0.8mol%至约3mol%。管 线177中的合成气的IS浓度可以为约0.05mol%至约2mol%、约0.lmol%至约1.5mol%或约
0.lmol%至约lmol%。氢与氮(H2 = N2)的摩尔比可以为约1.5:1至约5: 1、约2:1至约4:1或 约2.2:1至约3.2:1。所述H2 = N2的摩尔比可以为约1.6: 1、约1.8: 1、约1.9: 1、约2.1:1、 约 2.2: 1、约 2.3:1 或约 2.4:1。
[0070]管线177中的合成气的压力可以为约1，OOOkPa至约20，800kPa、约2，OOOkPa至约 13，700kPa或约3，OOOkPa至约10，400kPa。管线177中的合成气的温度可以为约_100°C至 约 100°C、约-50°C至约 50°C或约-25°C至约 25°C。
[0071]一个或多个二氧化碳去除系统可以包括配置成串联或并联或其任意组合的物理、 机械、电学和/或化学系统中的任意一种或组合。在一种或多种实施方案中，一个或多个 二氧化碳去除系统可以包括一个或多个物理分离系统，该物理分离系统包括但不限于，膜 型系统和溶剂基系统。例如，所述一个或多个二氧化碳去除系统可以包括但不限于，吸收 /解吸型、溶剂基系统。所述二氧化碳去除系统可以使通过管线171引入的合成气与一 种或多种吸收剂接触以去除至少一部分的二氧化碳。二氧化碳选择性吸附剂可以包括但 不限于，单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(triethanolamie) (TEA)、碳酸钾、甲 基二乙醇胺(MDEA)、活化的甲基二乙醇胺(aMDEA)、二甘醇胺(DGA)、二异丙醇胺(DIPA)、 其衍生物、其混合物或其任意组合。其它适合的吸附剂和技术可以包括但不限于:碳酸 丙烯酯物理吸附溶剂以及其它碳酸烷基酯、二至十二个乙二醇单元的聚乙二醇的二甲醚 (Selexol?process)、n-甲基卩比略烧丽、环丁讽和Sulfiliol? Gas Treatment Process 的使 用。
[0072]所述一个或多个甲烷转化器可以包括配置成串联、并联或其任意组合的物理、机 械、电学和/或化学系统中的任意一种或组合，以将一氧化碳和二氧化碳转化为甲烷。在一 种或多种实施方案中，所述一个或多个甲烷转化器可以是在足以将至少一部分的任意一氧 化碳和/或二氧化碳转化或反应为甲烷和水的温度下运行的催化过程。一个或多个催化过 程可以包括串联或并联排列的一个或多个催化反应器，该反应器包含适于一氧化碳和二氧 化碳转化为甲烷的一种或多种催化剂。适合的甲烷转化器催化剂可以包括但不限于:镍、稀 土元素促进的镍、其衍生物或其组合。所述甲烷转化器可以在约200°C至约400°C的温度下 运行。所述贫一氧化碳和二氧化碳的合成气可以包含约50ppm的一氧化碳和二氧化碳或更 少、或约30ppm的一氧化碳和二氧化碳或更少，或IOppm的一氧化碳和二氧化碳或更少。
[0073]所述一个或多个干燥器可以包括但不限于:一种或多种分子筛、吸收剂、吸附剂、 闪蒸罐分离器、焚化炉或其任意组合。适合的吸收剂可以包括但不限于:乙二醇、碱土卤盐、 其衍生物或其混合物。适合的吸附剂可以包括但不限于:活性氧化铝、硅胶、分子筛、活性 炭、其衍生物或其混合物。
[0074]在一种或多种实施方案中，管线177中的合成气可以引入到一个或多个净化系统 (显示了一个)178中，其中可以去除一种或多种污染物如过量的氮、氩、氧和甲烷以提供通 过管线179的贫污染物的气体混合物或纯化的合成气。所述净化系统178可以用于去除 或分离来自管线177中经压缩的气体混合物的任何污染物，包括过量的氮，即超过提供约2.2:1至约3.2:1的H2:N2摩尔比所必需的氮。在一种或多种实施方案中，净化系统178可 以包括一个或多个在小于_150°C的温度下运行的低温型分离器。所述一种或多种污染物和 /或过量的氮可以作为通过管线180的废气从净化系统178中去除。
[0075]在一种或多种实施方案中，管线179中的纯化的合成气的H2 = N2摩尔比可以为约 2:1至约4:1或约2.2:1至约3.2:1。例如，比:队摩尔比可以为约2.9: 1、约3: 1、约3.1:1或 约3.2:1。管线179中的纯化的合成气中的氢浓度可以为约50mol%至约90mol%、约60mol% 至约85mol%或约70mol%至约80mol%。管线179中的纯化的合成气中的氮浓度可以为约 10mol%至约40mol%、约15mol%至约35mol%或约20mol%至约30mol%。管线179中的纯化 的合成气中的甲烷浓度可以为约0.00Imo 1%至约0.05mol%、约0.002mol%至约0.03mol%或 约0.005mol%至约0.01mol%。管线179中的纯化的合成气中的氧浓度可以为约0.00Imo 1% 至约 0.05mol%、约 0.002mol% 至约 0.03mol% 或约 0.005mol% 至约 0.01mol%。管线 179 中 的纯化的合成气中的IS浓度可以为约0.05mol%至约2mol%、约0.lmol%至约1.5mol%或约
0.lmol% 至约 lmol%。
[0076]在一种或多种实施方案中，通过管线179的纯化的合成气可以引入到一个或多个 氨合成系统(显示了一个)181中。氨合成系统181可以包括一个或多个氨转化器和一个或 多个氨冷凝器。可以将存在于纯化的合成气中的氮和氢的至少一部分组合以提供氨转化器 产物(未显示)。氨转化器产物的氨浓度可以为低限约5mol%、约10mol%或约15mol%至高 限约25mol%、约30mol%或约35mol%。例如,氨转化器产物的氨浓度可以为约12mol%至约 25mol%或约16mol%至约22mol%。氨转化器产物的氢浓度可以为低限约30mol%、约40mol% 或约50mol%至高限约70mol%、约75mol%或约80mol%。氨转化器产物的氮浓度可以为低约 5mol%、约 10mol% 或约 15mol% 至高限约 30mol%、约 35mol% 或约 40mol%。
[0077]在一种或多种实施方案中，所述一个或多个氨转化器可以是使用一种或多种磁铁 矿催化剂的常规单路或多路转化器。在一种或多种实施方案中，所述一个或多个氨转化器 可以是使用一种或多种贵金属催化剂或一种或多种基于钌的催化剂的单路或多路转化器， 所述基于钌的催化剂如可得自Kellogg, Brown, and Root LLC的钌基KAAP催化剂。一种或 多种较高活性、贵金属催化剂可以允许在氨合成回路内使用较低压力，从而允许使用单桶 氛压缩机(single barrel ammonia compressor)(未显不)。
[0078]所述一个或多个氨转化器可以包括能够将至少一部分含有氮和氢的原料气例如 纯化的合成气转化为氨的任何反应器。所述氨转化器可以是或包括一个或多个分流转化 器、等温氨转化器、水平氨转化器、适于高活性催化剂的氨转化器、冷壁转化器或其任意组 合。适合的氨转化器可以为如在第7，081，230、6，171,570,6, 132,687号美国专利和第 2009/0297427和2009/0136391号美国专利申请中所讨论和描述的。
[0079]氨转化器产物可以弓I入到一个或多个氨冷凝器中。所述一个或多个氨冷凝器可以 冷凝和分离氨以提供管线182中的氨产物(“最终产物(finished product)”)和管线183 中的未反应的氢气和/或氮气(“再循环合成气”)或(“废气(reject gas)”)。管线182中 的最终产物可以包含但不限于氨、氢和氮。所述最终产物可以包含最低约85%wt、最低约 90%wt、最低约95%wt或最低99.9%wt的氨。管线182中的最终产物可以包含最高约15%wt、 约10%wt、约5%wt或约0.l%wt的组合的氢和氮。
[0080]管线183中的再循环合成气可以再循环到净化装置178和/或一个或多个甲烷转化器和/或干燥器，如以上所讨论和描述的，所述甲烷转化器和/或干燥器可以包括在净化 系统174中。管线183中的再循环的合成气中的氢浓度可以为约40mol%至约90mol%、约 5 Omo I %至约85mol%或约60mol%至约80mol%。管线183中的再循环的合成气中的氮浓度 可以为约10mol%至约60mol%、约15mol%至约50mol%或约20mol%至约40mol%。
[0081]尽管未显示，可以分离管线183中的再循环合成气以产生富氢再循环物和贫氢再 循环物。富氢再循环物可以通过管线183再循环到净化装置178和/或一个或多个甲烷转 化器和/或干燥器，而贫氢再循环物可以再循环(未显示)到管线158中的烃、管线160中的 第一重整的烃和/或管线106中的燃料中。供选择地，通过管线183的再循环气体可以再 循环到净化装置178、管线158中的烃、管线160中的第一重整的烃中或其任意组合。
[0082]管线183中的再循环合成气的任何部分可以再循环到管线158中的烃和/或管线 160中的第一重整的烃和/或管线106中的燃料中。例如，管线183中的再循环合成气的 约50%或更多、约60%或更多、约70%或更多、约80%或更多、约90%或更多或约100%可以 再循环到管线158中的烃中。在另一个实例中，管线183中的再循环合成气的约50%或更 多、约60%或更多、约70%或更多、约80%或更多、约90%或更多或约100%可以引入到管线 106中的燃料中并用作第一重整炉130的低级燃料。将管线183中的再循环合成气的至少 一部分再循环到管线158中的烃和/或管线160中的第一重整的烃中可以从净化气体中回 收甲烷和/或氢，所述净化气体可以用于氨或其它产物的生产。此外，燃烧管线183中的再 循环合成气的约20%至约40%可以降低或防止系统100内氩的积聚，其可以降低或消除对 氩回收装置(未显示)的需要。在另一个实例中，通过管线180的废气的至少一部分可以再 循环到管线158中的烃和/或管线160中的第一重整的烃中以增加其中氮的量。
[0083]一个或多个氨冷凝器可以包括能够选择性地将氨从包含至少氢和氮的气体混合 物中分离的任何机械或化学系统。所述一个或多个氨冷凝器可以包括一个或多个低温净化 器，所述低温净化器包括一个或多个制冷交换器和一个或多个制冷压缩机。
[0084]本文描述的实施方案进一步涉及以下段落中的任一段或多段:
[0085]1.一种用于重整烃的方法，所述方法包括:在第一重整炉内燃烧至少一部分膨胀 的轮机废气和第一燃料以产生第一重整炉废气；在足以产生第一重整的烃的条件下，在一 种或多种第一催化剂和蒸汽的存在下，在第一重整炉内重整烃；通过间接地将来自第一重 整炉废气的热传递到一种或多种第一传递介质来加热一种或多种第一传递介质；使用来自 一种或多种加热的第一传递介质的热能来发动一个或多个制冷装置；在一个或多个制冷装 置内冷却一种或多种第二传递介质以产生一种或多种冷却的第二传递介质；将来自一种或 多种氧化剂的热传递到一种或多种冷却的第二传递介质以产生冷却的第一氧化剂和冷却 的第二氧化剂；将冷却的第一氧化剂和第二燃料引入到燃气轮机装置以产生膨胀的轮机废 气和机械动力；使用机械动力发动压缩机；在压缩机中压缩冷却的第二氧化剂以生成压缩 的第二氧化剂；和将压缩的第二氧化剂和第一重整的烃引入到第二重整炉中以产生合成气 产物。
[0086]2.第I段所述的方法，其中，所述一种或多种第一传递介质和所述一种或多种第 二传递介质包括水、蒸汽、热油或其任意组合。
[0087]3.根据第I和2段中任一段所述的方法，其中，所述一种或多种加热的第一传递介 质包括至少三种传递介质，其中，第一加热的第一传递介质包括在约375kPa至约1，IOOkPa压力下的蒸汽，第二加热的第一传递介质包括在约125kPa至约350kPa压力下的蒸汽，和第 三加热的第一传递介质包括在约80°C至约100°C温度下的水。
[0088]4.第3段所述的方法，所述方法还包括:将所述第一加热的第一传递介质引入到 两级溴化锂吸收制冷装置以产生第一冷却的第二传递介质；将所述第二加热的第一传递介 质引入到第一单级溴化锂吸收制冷装置以产生第二冷却的第二传递介质；将所述第三加热 的第一传递介质引入到第二单级溴化锂吸收制冷装置以产生第三冷却的第二传递介质；和 组合所述第一冷却的第二传递介质、所述第二冷却的第二传递介质和所述第三冷却的第二 传递介质以产生单一冷却的第二传递介质。
[0089]5.根据第I至4段中任一段所述的方法，其中，所述一个或多个制冷装置包括单级 溴化锂吸收制冷装置、两级溴化锂吸收制冷装置或其组合。
[0090]6.根据第I至5段中任一段所述的方法，其中，所述一种或多种冷却的第二传递介 质的温度为约1°C至约20°C。
[0091]7.根据第I至6段中任一段所述的方法，其中，所述冷却的第一氧化剂的温度为约 5°C至约35°C，并且其中所述冷却的第二氧化剂的温度为约5°C至约20°C。
[0092]8.根据第I至7段中任一段所述的方法，所述方法还包括改变所述第一冷却的氧 化剂的温度以便与燃气轮机装置的要求相匹配。
[0093]9.根据第I至8段中任一段所述的方法，其中，所述第一重整炉包括蒸汽甲烷重整 炉并且所述第二重整炉包括自热重整炉。
[0094]10.根据第I至9段中任一段所述的方法，所述方法还包括将来自所述废气的热传 递给所述压缩的第二氧化剂以产生加热的、压缩的氧化剂，所述加热的、压缩的氧化剂的温 度为约450°C至约650°C和所述加热的、压缩的氧化剂的压力为约1，500kPa至约8，OOOkPa。
[0095]11.根据第I至10段中任一段所述的方法，其中，所述废气在约90°C至约150°C的 温度下离开排气道。
[0096]12.根据第I至11段中任一段所述的方法，其中，所述烃的蒸汽与碳的摩尔比为约
2.7至约4。
[0097]13.根据第I至12段中任一段所述的方法，其中，所述合成气产物包含约10mol% 或更少的甲烧、约40mol%至约60mol%的氢、约20mol%至约30mol%的氮、约5mol%至约 15mol%的一氧化碳和约10mol%至约20mol%的二氧化碳,并且所述方法还包括转化所述合 成气产物中的至少一部分氮和氢以产生氨流出物。
[0098]14.一种用于重整烃的系统，所述系统包括:配置用于产生第一重整的烃和废气 的第一重整炉；至少部分地放置在所述第一重整炉的排气道内的一个或多个第一热交换 器，其中所述废气将热传递到流过所述一个或多个第一热交换器的一种或多种第一传递介 质；耦合到所述一个或多个第一热交换器并配置用于接收所述一种或多种加热的第一传递 介质的一个或多个制冷装置，其中，一种或多种加热的第一传递介质发动所述一个或多个 制冷装置，并且其中，将所述一个或多个制冷装置配置用于冷却一种或多种第二传递介质； 耦合到所述一个或多个制冷装置并配置用于将来自一种或多种氧化剂的热传递到所述一 种或多种冷却的第二传递介质以产生冷却的第一氧化剂和冷却的第二氧化剂的一个或多 个第二热交换器；配置用于接收所述冷却的第一氧化剂的一个或多个燃气轮机装置，其中 所述一个或多个燃气轮机装置产生机械动力和膨胀的轮机废气；配置用于接收所述冷却的第二氧化剂以产生压缩的第二氧化剂的一个或多个压缩装置；和配置用于接收压缩的第二 氧化剂和所述第一重整的烃并由其产生合成气产物的第二重整炉。
[0099]15.第14段所述的系统，所述系统还包括放置在所述第一重整炉的排气道内的第 三热交换器，其中，所述废气将热通过第三热交换器传递给压缩的第二氧化剂以产生加热 的第二氧化剂。
[0100]16.根据第14段和第15段中任一段所述的系统，其中，所述一个或多个制冷装置 包括单级溴化锂吸收制冷装置、两级溴化锂吸收制冷装置或其组合。
[0101]17.根据第14至16段中任一段所述的系统，其中，所述一个或多个制冷装置包括 一个两级溴化锂吸收制冷装置和两个单级溴化锂吸收制冷装置。
[0102]18.根据第14至17段中任一段所述的系统，其中，所述一个或多个第二热交换器 包括适于传递来自冷却的第二传递介质的第一部分的热以产生冷却的第一氧化剂的第三 热交换器和适于传递来自冷却的第二传递介质的第二部分的热以产生冷却的第二氧化剂 的第四热交换器。
[0103]19.根据第14至18段中任一段所述的系统，所述系统还包括配置用于将合成气产 物中的任意氢和氮的至少一部分转化为氨的一个或多个氨合成系统。
[0104]20.第19段所述的系统，其中，所述一个或多个燃气轮机装置为框架-5燃气轮机 装置，并且其中所述一个或多个氨合成系统产生约2，200吨/天至约2，500吨/天。
[0105]已使用一组数值上限和一组数值下限来描述某些实施方案和特征。应当理解的 是，除非另外指明，考虑从任何下限到任何上限的范围。某些下限、上限和范围出现在以下 的一个或多个权利要求中。所有数值是所指示值的“约”或“大约”值，并考虑到本领域普通 技术人员将预期的试验误差和变化。当描述特定管线或蒸汽的摩尔或体积百分比含量时， 假设的是存在于任何特定管线或蒸汽中的所有材料的所有这样的百分比的总和等于100% (摩尔或体积，如适于上下文)。
[0106]以上已定义了各种术语。如果在权利要求中使用的术语未在以上定义，应给予其 如至少一种印刷出版物或授权专利中所反映的相关领域的人员给予该术语的最广泛的定 义。此外，该申请中所引用的所有专利、测试程序和其它文件以这样的公开与本申请一致的 程度完全引入本文作为参考，并允许纳入所有司法管辖区。
[0107]虽然前述内容涉及本发明的某些实施方案，但在不脱离本发明的基本范围的前提 下，可以设计本发明的其它和另外的实施方案，本发明的范围由随后的权利要求来确定。
【权利要求】
1.一种用于重整烃的方法，所述方法包括: 在第一重整炉内燃烧至少一部分膨胀的轮机废气和第一燃料以产生第一重整炉废气; 在足以产生第一重整的烃的条件下，在一种或多种第一催化剂和蒸汽的存在下，在所述第一重整炉内重整烃； 通过间接地将来自所述第一重整炉废气的热传递到一种或多种第一传递介质来加热所述一种或多种第一传递介质； 使用来自一种或多种加热的第一传递介质的热能发动一个或多个制冷装置； 在所述一个或多个制冷装置内冷却一种或多种第二传递介质以产生一种或多种冷却的第二传递介质； 将来自一种或多种氧化剂的热传递到所述一种或多种冷却的第二传递介质以产生冷却的第一氧化剂和冷却的第二氧化剂； 将所述冷却的第一氧化剂和第二燃料引入到燃气轮机装置中以产生膨胀的轮机废气和机械动力； 使用所述机械动力发动压缩机； 在压缩机中压缩所述冷却的第二氧化剂以生成压缩的第二氧化剂；和 将所述压缩的第二氧化剂和所述第一重整的烃引入到第二重整炉中以产生合成气产物。
2.权利要求1所述的方法，其中，所述一种或多种第一传递介质和所述一种或多种第二传递介质包括水、蒸汽、热油或其任意组合。
3.权利要求1所述的方法，其中，所述一种或多种加热的第一传递介质包括至少三种传递介质，其中，第一加热的第一传递介质包括在约375kPa至约1，IOOkPa压力下的蒸汽，第二加热的第一传递介质包括在约125kPa至约350kPa压力下的蒸汽,和第三加热的第一传递介质包括在约80°C至约100°C温度下的水。
4.权利要求3所述的方法，所述方法还包括: 将所述第一加热的第一传递介质引入到两级溴化锂吸收制冷装置以产生第一冷却的第二传递介质； 将所述第二加热的第一传递介质引入到第一单级溴化锂吸收制冷装置以产生第二冷却的第二传递介质； 将所述第三加热的第一传递介质引入到第二单级溴化锂吸收制冷装置以产生第三冷却的第二传递介质；和 组合所述第一冷却的第二传递介质、所述第二冷却的第二传递介质和所述第三冷却的第二传递介质以产生单一冷却的第二传递介质。
5.权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个制冷装置包括单级溴化锂吸收制冷装置、两级溴化锂吸收制冷装置或其组合。
6.权利要求1所述的方法，其中，所述一种或多种冷却的第二传递介质的温度为约1°C至约20°C。
7.权利要求1所述的方法，其中，所述冷却的第一氧化剂的温度为约5°C至约35°C，并且其中所述冷却的第二氧化剂的温度为约5°C至约20°C。
8.权利要求7所述的方法，所述方法还包括改变所述第一冷却的氧化剂的温度以便与燃气轮机装置的要求相匹配。
9.权利要求1所述的方法，其中，所述第一重整炉包括蒸汽甲烷重整炉并且所述第二重整炉包括自热重整炉。
10.权利要求1所述的方法，所述方法还包括将来自所述废气的热传递到所述压缩的第二氧化剂以产生加热的、压缩的氧化剂，所述加热的、压缩的氧化剂的温度为约450°c至约650°C和所述加热的、压缩的氧化剂的压力为约1，500kPa至约8，OOOkPa。
11.权利要求1所述的方法，其中，所述废气在约90°C至约150°C的温度下离开排气道。
12.权利要求1所述的方法，其中，所述烃的蒸汽与碳的摩尔比为约2.7至约4。
13.权利要求1所述的方法，其中，所述合成气产物包含约10mol%或更少的甲烷、约40mol%至约60mol%的氢!、约20mol%至约30mol%的氣、约5mol%至约15mol%的一氧化碳和约10mol%至约20mol%的二氧化碳，并且所述方法还包括转化所述合成气产物中的至少一部分氮和氢以产生氨流出物。
14.一种用于重整烃的系统，所述系统包括: 配置用于产生第 一重整的烃和废气的第一重整炉； 至少部分地放置在所述第一重整炉的排气道内的一个或多个第一热交换器，其中，所述废气将热传递到流过所述一个或多个第一热交换器的一种或多种第一传递介质； 耦合到所述一个或多个第一热交换器并配置用于接收所述一种或多种加热的第一传递介质的一个或多个制冷装置，其中，所述一种或多种加热的第一传递介质发动所述一个或多个制冷装置，并且其中将所述一个或多个制冷装置配置用于冷却一种或多种第二传递介质； 耦合到所述一个或多个制冷装置并配置用于将来自一种或多种氧化剂的热传递到所述一种或多种冷却的第二传递介质以产生冷却的第一氧化剂和冷却的第二氧化剂的一个或多个第二热交换器； 配置用于接收所述冷却的第一氧化剂的一个或多个燃气轮机装置，其中所述一个或多个燃气轮机装置产生机械动力和膨胀的轮机废气； 配置用于接收所述冷却的第二氧化剂以产生压缩的第二氧化剂的一个或多个压缩装置；和 配置用于接收所述压缩的第二氧化剂和所述第一重整的烃并由其产生合成气产物的第二重整炉。
15.权利要求14所述的系统，所述系统还包括放置在所述第一重整炉的排气道内的第三热交换器，其中，所述废气将热通过第三热交换器传递到压缩的第二氧化剂以产生加热的第二氧化剂。
16.权利要求14所述的系统，其中，所述一个或多个制冷装置包括单级溴化锂吸收制冷装置、两级溴化锂吸收制冷装置或其组合。
17.权利要求14所述的系统，其中，所述一个或多个制冷装置包括一个两级溴化锂吸收制冷装置和两个单级溴化锂吸收制冷装置。
18.权利要求14所述的系统，其中，所述一个或多个第二热交换器包括适于传递来自冷却的第二传递介质的第一部分的热以产生所述冷却的第一氧化剂的第三热交换器和适于传递来自冷却的第二传递介质的第二部分的热以产生所述冷却的第二氧化剂的第四热交换器。
19.权利要求14所述的系统，所述系统还包括配置用于将合成气产物中的任意氢和氮的至少一部分转化为氨的一个或多个氨合成系统。
20.权利要求19所述的系统，其中，所述一个或多个燃气轮机装置为框架-5燃气轮机装置，并且其中所 述一个或多个氨合成系统产生约2，200吨/天至约2，500吨/天。
【文档编号】F02C6/18GK103459803SQ201280015937
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年1月16日 优先权日:2011年2月1日
【发明者】S·辛格, K·金 申请人:凯洛格·布朗及鲁特有限公司