0提供，而很少或没有N2反应物由低温空气分离单元10提供。已经意外发现，气化器的氧气来源部分来自于离子转运膜组件70和部分来自于低温空气分离单元10，而同时用于氨合成单元60的全部或至少大部分N2来源来自于离子转运膜组件渗余物73，与气化器O2和用于氨的N2全部来源只来自于低温空气分离单元的传统方法相比，降低了能量消耗。
[0166]来自离子转运膜组件70的氮气产物73可以含有残余浓度小于10体积％的氧气，并优选小于5体积％氧气，和更优选小于2体积％的氧气。另外，来自所述离子转运膜组件的氮气产物73可以含有水分和CO2。这些杂质可能需要从用于氨合成单元60的氮气进料中分离，因为当与燃料例如4或NH3合并时，双原子氧可存在爆炸危险，并且因为氧合物可毒害氨合成催化剂。氮气产物73还可以包含Ar。虽然Ar不损害所述氨合成催化剂，但它倾向于在氨合成单元60中积聚，并且因此可最终降低氨生产速率。因此氮气产物73可以通往第二分离器80以形成富氮产物83，所述产物基本不含02、0)2和H2O,并任选地具有降低的Ar含量。
[0167]所述系统还可以包含第二分离器80，其操作地布置以接受来自离子转运膜组件70的至少一部分氮气产物73。所述至少一部分氮气产物73在第二分离器80中分离以形成富氮产物83和含有氮气产物73中的至少一种污染物的副产物85。氨合成单元60操作地布置以接受所述富氮产物83作为来自离子转运膜组件70的所述至少一部分氮气产物73。
[0168]所述方法还可以包括分离来自离子转运膜组件70的至少一部分氮气产物73以形成富氮产物83和含有氮气产物73中的至少一种污染物的副产物85。在氨合成单元60中反应的至少一部分氮气产物包括至少一部分富氮产物83。
[0169]氮气产物73中残留量的双原子氧、水分(H2O)和二氧化碳利用任何已知的技术与所述氮气分离，以形成具有足够用于氨合成单元60的纯度和量的富氮产物83。富氮产物83优选具有大于99体积％氮气的浓度。
[0170]第二分离器80可以包含两个或更多个吸附容器，填充着选择性吸附O2的吸附剂，例如碳分子筛(CMS)。
[0171]第二分离器80可以包含低温蒸馏装置，其中蒸馏来自离子转运膜组件70的队产物蒸汽73以将氧气和氩气与氮气分离，从而得到适合于供进给氨合成单元60的富氮产物83ο
[0172]替代地或附加地，第二分离器80可以包含在除去任何残余0)2和H2O上很有效的吸附剂例如氧化铝或分子筛。
[0173]富氮产物83可以从第二分离器80作为进料通往氨合成单元60用于制造氨产物63。通常，富氮产物83是压力约2至4MPa的高压气体流。因为利用来自离子转运膜组件70的高压氮气产物73作为供给所述氨合成单元的氮气进料的来源与更传统的氮气进料来源比较避免了可观的压缩功率，所以在离子转运膜组件70、气化器20和氨合成单元60之间实现了出乎意料的协同作用。
[0174]通过比较，低温空气分离单元(ASU)可以替代地充当气化器20的O2和给氨合成单元60的队的来源。在这种替代情形中，来自所述低温空气分离单元的\通常具有小于约0.5MPa的压力。因为氨合成单元在很高的压力下运行，通常在约5.6MPa和约16.7MPa之间的范围内，因此利用来自所述低温空气分离单元的氮气需要大量的压缩功率以在所述氨合成单元中使用。
[0175]所述系统还可以包含燃烧器100，其操作地布置以接受来自离子转运膜组件70的氮气产物73，如图1所示。燃烧器100可以是所谓的DeOxo单元。通过使氮气产物73中的双原子氧在燃烧器100中与燃料101反应可以降低氮气产物73中所述双原子氧的浓度。
[0176]所述方法还可以包括使来自离子转运膜组件70的氮气产物73中的双原子氧在燃烧器100中与燃料101反应，从而降低氮气产物73中双原子氧的浓度，
[0177]燃烧器100可以包含促进燃料与双原子氧燃烧的催化剂。所述双原子氧然后与所述燃料在促进所述燃料与所述双原子氧燃烧的所述催化剂存在下反应。所述催化剂可以是，例如，促进燃料在低温下并用少量氧燃烧的钯基催化剂。
[0178]当所述系统包括燃烧器100时，氮气产物73中的氧气浓度优选降低到小于lppm。催化性DeOxo反应器在进料浓度超过I体积％ O2时自启动。所述反应是放热的，并且将反应温度控制在某些限度使得所述温度不超过反应器冶金学容许的设计温度可能是理想的。许多DeOxo催化剂本身能够以至少600°C运行。反应温度可以例如通过具有中间蒸汽锅炉的多级绝热反应器控制。燃烧器100 (例如DeOxo反应器)可以如前面所述位于O2选择性吸附单元的下游。这样的O2选择性吸附单元可附加于或代替分离器80提供。所述吸附单元可以将氮气产物73中的氧气浓度降低到1ppm至I体积％的范围，并且燃烧器100可以将这种气体清除到小于Ippm 02。以这种方式，燃烧器100中温度上升并且用于所述燃烧器的燃料减少。
[0179]燃烧器100中使用的燃料101，如果存在的话，可以是与双原子氧在燃烧器100中反应的任何合适的燃料。燃料可以大于使氮气产物73中所有双原子氧反应所需要的量提供。所述燃料可以是天然气。所述燃料可以是合成气体23的一部分。
[0180]燃烧器100可以操作地布置以接受一部分合成气体23作为至少一部分燃料101。
[0181]引入燃烧器100中的所述合成气体23的部分可以是适合与双原子氧反应的任何可燃混合物。引入燃烧器100中的所述合成气体23的部分可以从所述系统在气化器20和变换反应器30之间、变换反应器30和分离器50之间、从分离器50 (氢气产物51和/或副产物53)、从氨合成单元60(即来自氨合成单元的氨合成回路气体和/或副产物流)、从低温洗涤单元90 (即含有氢气和氮气的混合物95和/或含至少CO的副产物93)、和/或从氨合成单元下游的纯化区段(未显示)(即来自所述纯化区段的副产物流)抽取。
[0182]附加于或替代燃烧器100，所述系统还可以包括如图2所示的第二离子转运膜组件110用于从氮气产物73中分离氧气。第二离子转运膜组件110的结构特征(膜单元，膜模块，膜层等等)可以如是如对于离子转运膜组件70所述的。第二离子转运膜组件110可以是如EP O 916385 Al中描述的反应性清扫型离子转运分离器。
[0183]第二离子转运膜组件110包含离子转运膜层。第二离子转运膜组件110具有将来自离子转运膜组件70的包含氧气和氮气的氮气产物73引入第二离子转运膜组件110中的入口。第二离子转运膜组件110具有用于从第二离子转运膜组件110抽取氮气产物113的第一出口，和用于从第二离子转运膜组件110抽取氧气产物或燃烧产物115的第二出口。第二离子转运膜组件110可以具有第二入口，用于将燃料101引入第二离子转运膜组件110中以与已经转运通过所述膜层的氧气反应，从而形成燃烧产物115。
[0184]所述方法还可以包括分离在第二离子转运膜组件110中包含氧气和氮气的氮气产物73，以形成富含氮气的产物113和氧气产物或燃烧产物115。当燃料101引入到第二离子转运膜组件110的阳极侧时，可以形成燃烧产物115。当没有燃料引入到第二离子转运膜组件110的阳极侧时，可以形成氧气产物115。
[0185]通过将氧气转运通过所述膜并任选使氮气产物73中的双原子氧在第二离子转运膜组件110的阳极侧与燃料101反应，可以降低氮气产物73中双原子氧的浓度。反应性清扫型第二离子转运膜组件110起到deOxo单元的功能，其通过经所述离子转运膜层到阳极侧的离子转运将残余氧与氮气产物73分离，在阳极侧残余氧与燃料101反应以产生非常低的氧分压并从而提尚氧清除。
[0186]第二离子转运膜组件110可以在范围从700C至1000C的温度和范围从0.1lMPa至4.2MPa的压力下运行。
[0187]利用反应性清扫型第二离子转运膜组件110代替燃烧器100的益处是来自所述燃料与氮气产物73中的氧气反应的0)2和H2O与氮气分离并且反应性清除型第二离子转运膜组件110不需要用于分离0)2和H2O的单独的分离器。
[0188]第二 ITM组件110可以包括如US 5，338，623和US 5，750，279中所述的电驱动离子转运膜，以除去至少一部分任何残余的氧气。当不使用燃料101时，这样的膜是有用的。代替燃料，在阳极侧和阴极侧之间施加的合适电势泵送来自N2流的氧，从而使其纯化。
[0189]所述系统还可以包括低温洗涤单元90。低温洗涤单元90操作地布置以接受来自分离器50的至少一部分氢气产物51和操作地布置以接受来自离子转运膜组件70的至少一部分氮气产物73。低温洗涤单元90形成含有氢气和氮气的混合物95以及含有至少CO的副产物93。当所述系统包含低温洗涤单元90时，氨合成单元60操作地布置以接受来自低温洗涤单元90的至少一部分包含氢气和氮气的混合物95，以致氨转化器因此操作地布置以接受通过低温洗涤单元90的来自分离器50区段的所述至少一部分氢气产物51和来自离子转运膜组件(70)的所述至少一部分氮气产物73。
[0190]所述方法还可以包括掺混来自分离器50的至少一部分氢气产物51和来自离子转运膜组件70的至少一部分氮气产物73，以在低温洗涤单元90中形成掺混物。所述至少一部分氢气产物51和所述至少一部分氮气产物73可以在范围从2.7至3.2的仏与N2摩尔比下进行掺混。所述掺混物在低温洗涤单元90中低温洗涤以形成含有氢气和氮气的混合物95以及含有至少CO的副产物93。
[0191]低温洗涤单元90可以包括如图3所示的多流换热器200和洗涤塔300。
[0192]低温洗涤单元90可以与第二分离器80组合使用。
[0193]来自第二分离器80的富氮产物83 (已经从其中除去了 C02、H2S和H2O)在换热器200中冷却到其中至少一部分被液化的温度。如果压力大于N2的临界压力，则富氮产物83在低于N2的临界温度下冷却，使得它具有液体样密度。如果压力小于N2的临界压力，则富氮产物83冷却到其中存在至少一些液相84的温度。蒸气相86也可以存在或富氮产物83可以冷却到其中使液相84过冷并且不存在蒸气相的温度。液相84可以被引入洗涤塔300的顶部以提供对于洗涤塔300的洗涤回流。蒸气部分86，如果存在的话，可以在低于其中液相84被引入的位置的位置处引入洗涤塔300中。
[0194]优选地，还从富氮产物83除去O2，例如利用燃烧器100。虽然在低温洗涤单元90的进料中可以容忍少量的氧气，例如小于10ppm的氧，但富氮产物83绝不能含这么多的氧气以致在洗涤塔300中存在爆炸危险。优选地，在富氮产物83中存在小于Ippm的氧气。更少量的氧气可在洗涤塔底部浓缩十倍或更高。通常，富氮产物83将包含少量氩气。
[0195]来自分离器50的氢气产物51 (已经从中除去了 C02、H20和溶剂)也在换热器200中冷却到高于氢气产物51冷凝的温度并作为过热蒸气流251被引入洗涤塔300的底部。氢气产物51可能包含CO，其可伤害氨合成催化剂。氢气产物51也可以包含CH4和氩气，其相对于所述氨合成催化剂是惰性的。
[0196]来自氨合成单元60的包含N2、HjPAr的清除流65也可以在换热器200中冷却并引入洗涤塔300的底部中。清除流65在换热器200中冷却之前必须涤除NH3并完全没有順3和H20，以防止冻结问题。清除流65基本上没有NH3和没有H20。
[0197]洗涤塔300按照公知的两相多级分馏原理运行。混合物95作为塔顶蒸气从塔300抽取，所述混合物具有的仏与N 2摩尔比为约3比I。混合物95基本上不含CO，优选小于1ppm CO并更优选小于Ippm CO。混合物95不含02并且可以含有少量Ar和CH4。
[0198]混合物95在换热器200中加热(从而提供大部分冷却功率)，被压缩并通往氨合成单元60。
[0199]基本上所有的CO、所有的O2 (