CN101155757A - 气化和氨生产的一体化 - Google Patents

Abstract

本申请描述利用来自气化工艺的氢制氨和一体化这两个工艺的蒸汽***的方法和***。气化工艺提供高压纯化氢和高压饱和蒸汽。高压氢降低氨工艺的总压缩要求。此外，高压饱和蒸汽能通过回收来自氨合成的热量而被转化为过热蒸汽并能用来驱动压缩和致冷需要的汽轮机。

Description

气化和氨生产的一体化

相关申请交互参考

[0001]本发明一般地涉及氨的合成。更具体地，本发明涉及通过用气化工艺产生氢来制氨并一体化这2种工艺的蒸汽***的新方法。本发明能提供足够的蒸汽来驱动现有抽汽涡轮驱动器且因此而降低操作氨合成工艺的成本。

发明背景

[0002]氮和氢的反应生成氨是周知的。早在20世纪初就已开发了氨的工业生产。氨的生产方法是使氢气和氮气在基于铁的催化剂表面直接反应：

3H₂+N₂→2NH₃

氨的合成反应是放热的；因此，平衡将随反应温度的下降而向右移动。但实际上，反应温度必须维持在足够高的程度，才能在合理短的时间内合成可接收量的产物。即使通常使用催化剂来加速反应速率，也是这样。热力学研究也支持在高压下，一般在15～346巴下，进行该反应。这类高压，需要大量能量，通常以蒸汽或电的形式，用于压缩。

[0003]氨的工业合成一般有3个主要步骤。第一，制备氨合成原料气体。这一步包括产生氢气，除去氢气中的杂质和催化剂毒物以及以化学计量比例混合氮气和氢气。催化剂毒物主要是二氧化碳和一氧化碳，但硫也会毒化催化剂。历史上，用水煤气变换反应把气体中的一氧化碳转化为氢和二氧化碳，这涉及一氧化碳与蒸汽在催化剂上反应。二氧化碳可以用多种气体纯化技术除去。氮气一般被喂到氨合成回路压缩机的吸入端。第二，使氨合成原料气体通过氨合成反应器。第三，冷却从氨合成反应器出来的氨产物气体，回收氨产物并循环回未反应的氨合成气体。

[0004]蒸汽甲烷转化(SMR)一直是适用于氨合成的传统氢源。基于天然气的氨工业用天然气作为原料和能(燃料)源。但天然气价格的上涨已使一些氨生产者或者永久地停产，或者另辟蹊径经济地生产氢。

[0005]气化正在变成生产世界级氨生产设备所需氢量的诱人方法。气化能提供不受市场迅速波动影响的稳定而可靠的原料。气化能用来从烃原料，如煤、石油焦、残油和其它材料，产生合成气体已多年。烃原料在有氧存在下被气化。氧通常用空气分离设备产生，在该设备中，除去空气中的氮以形成纯化氧。

[0006]来自空气分离的氮和来自气化的含氢合成气体的有效性已导致用气化作为为氨合成提供氢和氮原料的方法。可以使在气化器内产生的合成气体通至变换反应段，在这里，通过CO与蒸汽在催化剂上反应而把CO转化为H₂和CO₂。变换气体可进一步精制，常用的方法是分离，以形成纯化氢气流。例如，变换合成气流可以在酸性气体清除和纯化段内纯化，而纯化氢产物可供至氨合成反应回路。合成气流可进行加工，以获得纯度高于99.9mol％的氢气流。副产物氮气可从氧设备中取出，经纯化，然后与氢气混合，以形成氨合成原料气体。

[0007]气化与新的和现有的基于天然气的氨工艺的一体化，一般一直不是能量有效和成本有效的。尤其是，过去的设计一直未产生足够的蒸汽并已导致需要用电动机来取代抽汽涡轮驱动器。但是，使用电动机要增加一体化项目的起始投资，还会导致较高的操作和维修成本。因此，最好解决把气化一体化进入到新的和现有基于天然气的氨设备的问题，以使有足够的以蒸汽形式的动力来驱动工艺设备而无需电动机。

发明概述

[0008]氨的生产工艺可有效地与作为高压氢和蒸汽源的气化工艺整合起来。因此，在第一个发明点中，本发明涉及一种一体化制氢工艺与制氨工艺的方法。该方法包括：

(a)在气化工艺中使含碳物质与氧反应，气化工艺包括高压气化器和具有变换反应段产物流的CO变换反应段；

(b)使来自气化工艺的包含氢的高压合成气流作为喂料通至制氨工艺，制氨工艺包括含有氨产物流的氨转化器段；

(c)利用来自变换反应段产物流的热量产生高压-饱和蒸汽；

(d)使来自步骤(c)的全部或部分高压饱和蒸气与全部或部分氨产物流进行热交换，以产生过热蒸汽，其中，至少50％用于氨工艺的过热蒸汽总量靠所述热交换产生；和

(e)使所述过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机的汽轮驱动器、氨制冷压缩机的汽轮驱动器或两者。

气化工艺产生包含氢的高压气流，它需要的压缩能量比来自天然气转化的传统氢原料的少。此外，气化工艺提供高压饱和蒸汽，它能有效地组合氨合成设备产生的热量，以产生过热蒸汽，后者能用来驱动气体压缩和其它能量需要的汽轮机。

[0009]在第二个发明点中，本发明涉及一种制氢和制氨的一体化工艺。该工艺包括：

(a)在高压气化器内使含碳物质与氧反应，以产生包含氢、二氧化碳、一氧化碳和水的高压气化器产物流；

(b)使气化器产物流通至CO变换反应段，以产生包含另外氢和二氧化碳的高压变换反应段产物流；

(c)利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；

(d)使变换反应段产物流通至纯化段，以除去CO₂和H₂S，并形成包含氢的高压纯化气化产物流；

(e)使高压纯化气化产物流和氮通至氢和氮原料压缩机，以产生氨转化器喂料流；

(f)使氨转化器喂料流通至氨转化器段，以形成氨产物流；

(g)使氨产物流与来自变换反应段的高压饱和蒸汽进行热交换，以形成过热蒸汽，其中至少50％用于氨工艺的过热蒸汽总量靠热交换产生；和

(h)使过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机的汽轮驱动器、氨制冷压缩机的汽轮驱动器或两者。

[0010]在第三个发明点中，本发明涉及一种制氢和制氨的一体化***。该***包括：

(a)高压气化器，用来使含碳物质与氧反应，以生成包含氢、二氧化碳、一氧化碳和水的高压气化器产物流；

(b)CO变换反应段，用来转化气化器产物流中的一氧化碳和水，以生成包含另外氢和二氧化碳的高压变换反应段产物流；

(c)第一热交换器段，用来利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；

(d)纯化段，用来除去CO₂和H₂S，并形成包含氢的高压纯化气化产物流；

(e)氮和氢原料压缩机，用来压缩高压纯化气化产物流和氮，以产生氨转化器喂料流；

(f)氨转化器段，用来使氨转化器喂料流中的氢与氮反应，以生成包含氨的产物流；

(g)第二热交换器段，用来把来自氨产物流的热量交换给来自变换反应段的高压饱和蒸汽，以形成过热蒸汽；和

(h)用于氮和氢原料压缩机的汽轮驱动器或用于氨制冷压缩机的汽轮驱动器，它接受至少部分所述过热蒸汽。

附图简述

[0011]图1是示意按照本发明气化器与现有氨设备一体化的方框流程图。图2是按照本发明的氨合成设备和一体化蒸汽***的简化工艺流程图。

发明详述

[0012]含碳物质的气化可用来生产适用于氨生产的高压氢和蒸汽。气化和氨工艺的一体化能以成本有效和能量有效的方法实现，并对从天然气转化的氢提供经济上有吸引力的另一种方法。因此，在一般实施方案中，本发明提供一种一体化制氢工艺和制氨工艺的方法，包括：

(a)在气化工艺中使含碳物质与氧反应，所述气化工艺包括高压气化器和具有变换反应段产物流的CO变换反应段；

(b)使来自所述气化工艺的包含氢的高压合成气流作为喂料通至制氨工艺，所述制氨工艺包括含氨产物流的氨转化器段；

(c)利用来自变换反应段产物流的热量产生高压-饱和蒸汽；

(d)使来自步骤(c)的全部或部分高压饱和蒸气与全部或部分氨产物流进行热交换，以产生过热蒸汽，其中至少50％用于氨工艺的过热蒸汽总量中靠热交换产生；和

(e)使所述过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机的汽轮驱动器、氨制冷压缩机的汽轮驱动器或两者。

气化器产生包含一氧化碳、二氧化碳和氢的气流，能用水煤气变换反应转化为另外氢和二氧化碳。由此产生的氢的压力高于来自传统天然气转化工艺的氢的压力，因此，在用作氨合成原料时只需要较少压缩。此外，水煤气变换反应提供高压饱和蒸汽，可利用氨合成设备中产生的热量提高温度，以产生过热蒸汽，后者能用来驱动气体压缩和其它能量需要的汽轮机。

[0013]除非另有说明，本说明书和权利要求中所用的所有表示组分、分子量之类的性质、反应条件等的数量的数字，都应理解为在所有情况下都修饰有“约”字。因此，除非有相反说明，下述说明书和所附权利要求中提到的数字参数都是近似值，它们能根据用本发明获得的追求的期望性能而改变。最起码，应把每个数字参数至少看成是根据报告的有效数字并用普通的四舍五入法得到的值。而且本公开和权利要求中所述的范围意在具体地包括整个范围而并不仅仅是端值。例如，所述0～10的范围意在公开0～10之间的所有整数，如1、2、3、4等；0～10之间的所有分数，如1.5、2.3、4.57、6.113等；以及端点0和10。与化学取代基相关的范围，例如，“C₁～C₅烃”，意在具体地包括和公开C₁和C₅烃以及C₂、C₃和C₄烃。

[0014]尽管给出本发明宽范围的数值范围和参数都是近似值，但在具体实施例中给出的数值都报告得尽可能精确。然而，任何数值都固有地含有在它们各自试验测量中存在的标准偏差所必然引起的一定误差。

[0015]如本说明书和权利要求所用，单数形式“一”和“这”包括它们的复数事物在内，除非文中清楚地表明。例如，所谓“一台涡轮”或“一台泵”，意在包括很多台涡轮或泵。所谓含有或包括“一种组分”或“一种化合物”的组合物，意在除提出的以外，还分别包括其它组分或其它化合物。

[0016]所谓“包含”或“含有”或“包括”，我们是指在组合物或制品或方法中，至少存在已提出的化合物、元素、颗粒或方法步骤等，但不排除存在其它化合物、催化剂、材料、颗粒、方法步骤等，即使这类其它化合物、材料、颗粒、方法步骤等与已提出的具有相同功能，除非在权利要求中明确被排除在外。

[0017]还应理解，提到一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其它方法步骤或在这些明确提到的步骤之间的***方法步骤。而且，工艺步骤和组分的编码是鉴别各自活性或组分的便利工具，以及所述编码能以任何次序排列，除非另有说明。此外，除非另有说明，所有压力值和范围都是指绝对压力。

[0018]本发明包括含碳物质的气化，以生成氢、一氧化碳和二氧化碳的混合物(也称做合成气体)。术语“含碳的”，如本文所用，描述各种适用的含碳的原料，并意在包括气态、液态和固态烃、含烃物质以及它们的混合物。任何可燃的含碳有机物质或其淤浆基本上都可包括在术语“含碳的”的定义内。固态、气态和液态原料可以进行混合或同时使用；而且可按任何比例包括石蜡、烯烃、炔、环烷和芳族化合物。在术语“含碳的”的定义内，还包括氧化的含碳有机物质，包括碳水化合物、纤维素材料、醛、有机酸、醇、酮、氧化燃油、废液和来自化学工艺的含氧化含碳有机物质的副产物以及它们的混合物在内。在气化反应中常用煤、包括石油焦和其它含碳物质、废烃、残油和来自重质原油的副产物在内的基于石油的原料。

[0019]本发明用高压气化器来产生合成气体。数种已知的气化工艺中的任何一种都能合并进本发明的工艺。在高压气化反应器内，使含碳燃料与含氧气体反应，任选地，在有温度调节剂如蒸汽存在下进行，以产生合成气体。这类气化工艺一般都落在如“Gasification”(C.Higman和M.van der Burgt，Elsevier，2003)第5章中所划分的大类中。移动床气化器的实例如Lurgi干法灰化工艺、British Gas/Lurgi液态排渣气化器、Ruhr 100气化器；流化床气化器，如Winkler和高温Winkler法、KelloggBrown and Root(KBR)输送气化器、Lurgi循环流化床气化器、U-Gas附聚流化床法以及Kellogg Rust Westinghouse附聚流化床法；以及气流床气化器，如Texaco、Shell、Prenflo、Noell、E-Gas(或Destec)、CCP、Eagle、Koppers-Totzek法。拟用于本方法中的气化器可以在1～104巴绝对压力(下文称之为“巴”)和400℃～2000℃的范围内操作。高压气化器的操作压力范围一般为22～84巴。操作压力的其它实例是42～84巴和67～77巴。气化温度一般在900℃～1700℃范围内，更一般，在1100℃～1500℃范围内。

[0020]取决于其中所用的含碳原料和用来产生气态一氧化碳、二氧化碳和氢的气化器类型，原料的制备可包括研磨、在干燥、使研磨原料在合适流体(如水、有机液体、超临界或液态二氧化碳)内的成浆中的一个或多个单元操作。含碳燃料与反应性含氧气体，如空气、含90mol％以上氧的基本纯氧或含21mol％以上氧的富氧空气，发生反应。工业上优选基本纯氧。为获得基本纯氧，空气要经压缩然后在空气分离设备内分离成基本纯氧和基本纯氮。这类设备是工业上周知的。

[0021]把氧流和制成的含碳或含烃原料引进一个或多个气化器，在其中氧被消耗以及原料基本上被转化为一般包含一氧化碳、氢、二氧化碳和水的粗合成气体。把氧和原料引进气化器的确切方式在本领域技术范围内。粗合成气体可包含其它杂质，如硫化氢、硫化羰、甲烷、氨、氰化氢、氯化氢、汞、砷和其它金属，取决于原料源和气化器类型。除气化器以外，本发明的气化工艺可包括水煤气变换反应器、高温气体冷却设备、灰/渣处理设备；二氧化碳、硫和酸性气体清除段；气体过滤器和涤气器。

[0022]除高压气化器以外，本发明的气化工艺包括CO变换反应段。本文用术语“段”来指一个或多个工艺单元，如反应器、冷凝器、热交换器等。随合成气体从气化器出来，要通至CO变换反应段，在这里，它与水或蒸汽在有催化剂存在下发生反应，以增加氢的分数。尤其要使合成气体与水(一般为蒸汽)和适当催化剂反应，以使一氧化碳以水煤气变换反应的方式转化为二氧化碳和氢。CO变换反应也称做“蒸汽转化”并已描述在，例如，U.S.专利5,472,986中。CO的变换反应，除增加氢的分数外，还减少气体混合物中的一氧化碳，CO可能是氨合成催化剂毒物，如前所述。

[0023]CO变换反应一般用本领域已知的方法在催化剂上进行。CO变换反应催化剂可以是在耐热载体上的一种或多种族VIII金属。可以用传统的无规填装陶瓷为载体的催化剂片，如在第二转化器中所用，但因它们使气体产生明显的压降，常优选用含有一般平行于反应物流方向通道的整块催化剂。

[0024]变换反应是可逆的，而且较低温度有利于氢和二氧化碳。但在低温下反应速率慢。因此，常优选依次进行高温和低温变换反应。高温变换反应中的气体温度一般为350℃～1050℃。高温催化剂常是混合有较少量氧化铬的氧化铁。低温变换反应器的气体温度为150℃～300℃，更一般，200℃～250℃。低温变换催化剂一般是氧化铜，可以被载在氧化锌和氧化铝上。有些变换反应催化剂可以在有硫存在下操作，而另一些则不能(例如，基于铜的催化剂)。优选变换反应段的设计和操作要使压降尽量小，以便能保持合成气体的压力。

[0025]或者，当气体温度高于900℃时，水煤气变换反应也可以在无催化剂辅助下实现。由于水煤气变换反应大量放热的特性，蒸汽可以靠回收来自水煤气变换反应器排出气体的热量而产生。CO变换反应可以本领域已知的控制放热反应释放热的任何反应器型式进行。适用反应器型式的实例是单级绝热固定床反应器；带有级间冷却、蒸汽发生或骤冷(cold-shotting)的多级绝热固定床反应器；带有蒸汽发生或冷却的管式固定床反应器；或流化床。

[0026]随合成气体从CO变换反应段排出，通常使之经受冷却和清洗操作，包括涤气工艺在内，在其中气体被引进涤气器并与水喷淋接触，水喷淋冷却该气体并除去合成气体中的颗粒和离子成分。来自一个或多个变换反应器的流出液可含有4～50mol％二氧化碳，CO₂可能需要被减少。

[0027]二氧化碳的减少可以用本领域已知的从气流中除去二氧化碳的诸多方法中的任何一种，在本发明工艺拟用的任何压力下进行。例如，二氧化碳可以用化学吸收法除去，例如，用苛性钠、碳酸钾或其它无机碱水溶液，或烷醇胺。这些方法可进行如下：使合成气体与液态吸收介质在本领域已知的任何适用液-气接触器内，如在装有塔盘或填料的塔内，接触。适用于本发明的烷醇胺的实例包括含至多10个碳原子和标准沸点低于250℃的伯、仲氨基醇。具体实例包括伯氨基醇，如单乙醇胺(MEA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、1-氨基-丁-2-醇、2-氨基-丁-1-醇、3-氨基-3-甲基-2-戊醇、2，3-二甲基-3-氨基-1-丁醇、2-氨基-2-乙基-1-丁醇、2-氨基-2-甲基-3-戊醇、2-氨基-2-甲基-1-丁醇、2-氨基-2-甲基-1-戊醇、3-氨基-3-甲基-1-丁醇、3-氨基-3-甲基-2-丁醇、2-氨基-2，3-二甲基-1-丁醇，和仲氨基醇，如二乙醇胺(DEA)、2-(乙氨基)-乙醇(EAE)、2-(甲氨基)-乙醇(MAE)、2-(丙氨基)-乙醇、2-(异丙氨基)-乙醇、2-(丁氨基)-乙醇、1-(乙氨基)-乙醇、1-(甲氨基)-乙醇、1-(丙氨基)-乙醇、1-(异丙氨基)-乙醇和1-(丁氨基)-乙醇。这类氨基醇中很多都有商品销售。

[0028]或者，合成气体中的二氧化碳也可以用物理吸收法除去。适用物理吸收溶剂的实例是甲醇(“Rectisol”)和其它烷醇、碳酸丙烯酯和其它碳酸烷基酯，2～12个乙二醇单元的聚乙二醇的二甲基醚以及它们的混合物，一般以商品名Selexol^TM溶剂通称，n-甲基-吡咯烷酮(“Purisol”)；和环丁砜(“Sulfinor”)。物理和化学吸收法可以联用，例如，使用环丁砜和烷醇胺为吸收剂的Sulfinol^TM法，或用单乙醇胺和甲醇混合物为吸收剂的Amisol^TM法。已建立的二氧化碳清除法的其它实例包括“Amine Guard”、“Benfield”、“Benfield-DEA”、“Vetrocoke”和“Catacarb”法。

[0029]除二氧化碳外，硫，通常以含硫化合物，如硫化氢和其它酸性气体的形式存在于合成气体中，也可以用本领域熟知的方法除去。例如，可以在除硫区，用化学吸收法，例如，用苛性钠、碳酸钾或其它无机碱，或烷醇胺，从合成气体中回收含硫化合物。用于本发明的适用烷醇胺的实例包括含至多10个碳原子总数和标准沸点低于250℃的伯、仲氨基醇。具体实例包括伯氨基醇，如单乙醇胺(MEA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、1-氨基-丁-2-醇、2-氨基-丁-1-醇、3-氨基-3-甲基-2-戊醇、2，3-二甲基-3-氨基-1-丁醇、2-氨基-2-乙基-1-丁醇、2-氨基-2-甲基-3-戊醇、2-氨基-2-甲基-1-丁醇、2-氨基-2-甲基-1-戊醇、3-氨基-3-甲基-1-丁醇、3-氨基-3-甲基-2-丁醇、2-氨基-2，3-二甲基-1-丁醇，和仲氨基醇，如二乙醇胺(DEA)、2-(乙氨基)-乙醇(EAE)、2-(甲氨基)-乙醇(MAE)、2-(丙氨基)-乙醇、2-(异丙氨基)-乙醇、2-(丁氨基)-乙醇、1-(乙氨基)-乙醇、1-(甲氨基)-乙醇、1-(丙氨基)-乙醇、1-(异丙氨基)-乙醇和1-(丁氨基)-乙醇。

[0030]或者，也可以用物理吸收法除去含硫化合物。适用物理吸收溶剂的实例是甲醇和其它烷醇、碳酸丙烯酯和其它碳酸烷基酯，2～12个乙二醇单元的聚乙二醇的二甲基醚及它们的混合物，一般以商品名Selexol^TM溶剂通称、n-甲基-吡咯烷酮和环丁砜。物理和化学吸收法可以联用，例如，用环丁砜和烷醇胺为吸收剂的Sulfinol^TM法，或用单乙醇胺和甲醇混合物为吸收剂的Amisol^TM法。一般要使合成气体和溶剂在本领域已知的包括填充塔和装有塔盘的塔之类的任意类气-液接触器内接触。这类除酸接触器的操作是本领域已知的。合成气体也可以用本领域已知的方法，如膜分离法和/或变压吸收法进行浓缩。

[0031]合成气体中的含亚硫化合物也可以用使用固体的固定床、流化床或移动床的固体吸附法除去，所述固体如钛酸锌、铁酸锌、氧化锡、氧化锌、氧化铁、氧化铜、氧化锶或它们的混合物。在除硫设备之前，可以有一个或多个气体冷却步骤，以按其中所用具体除硫技术的需要降低合成气体的温度。来自合成气体的显热能量，可以用本领域已知的方法，通过在冷却串联装置内产生蒸汽而回收。一般喂料气体中至少90％，更一般，至少98％的硫能用前文所述的除硫方法除去。

[0032]把包含氢的高压合成气流作为喂料从气化工艺通至制氨工艺。来自气化工艺的高压H₂气流的压力一般为49～63巴。例如，气流的压力可以为56巴。因此，供自本发明气化工艺的氢压一般都超过基于天然气的方法所提供的一般为25～32巴的压力。估计把氢产物的压力提高到49～63巴可以把对典型氨合成回路压缩机的功率要求减少30～40％。由以上气化工艺所产生的氢的纯度一般为96～99.99mol％，更一般为99～99.9mol％。

[0033]上述气化工艺的变换反应段能产生不同压力和不同过热程度的高压蒸汽。术语“高压”，如本文所用，应理解为是指22巴或更高的压力。能由变换反应段产生的饱和蒸汽压的实例是22巴～63巴、22巴～60巴、22巴～55巴、22巴～50巴和22巴～45巴。例如，可以从CO变换段产生42巴饱和蒸汽。该42巴饱和蒸汽为氨蒸汽***提供灵活性和有效的一体化。例如，把蒸汽直接连进氨合成回路蒸汽***。这一点示于图1和图2中。

[0034]制氨工艺一般包括产生氨产物流的氨转化段。高压合成气体一般靠氨合成回路压缩机引进氨工艺。把该气体与氮和循环氨合成原料气体混合，从而产生更大体积的氢和氮原料气体。所得氨合成原料气体一般含氢和氮反应物，它们的摩尔比一般为2.7∶1～3.2∶1，更一般为2.8∶1～3.1∶1，以及最一般为2.9∶1～3.0∶1。惰性气体的存在范围是1～30mol％，更一般为5～20mol％。

[0035]压缩氨原料气体混合物并把它用于氨的合成。在传统氨设备内，一般用15巴～346巴的压力。更一般，压力为42巴～346巴，最一般，为56巴～167巴。使氨合成原料气体在催化氮氢化为氨的氨合成催化剂上通过。催化剂能含在一个或多个管式或床式反应器内，以及这些反应器能由一个或多个反应器串联而成。在这类情况下，可在氨合成反应器之间设置冷却气体的设备。氨合成催化剂可以是合成氨工业中已知的任意类型，如U.S.专利5,846,507所述。

[0036]氨回收自产物气体，而一部分残留氨合成原料气体被循环。氨一般靠冷凝法回收，但也可以用本领域已知的任何方法，包括水或溶剂涤气法在内。冷凝可以靠使气体膨胀或用制冷、冷却水或来自氧设备的液氮的冷却法辅助。然后压缩所得的贫-氨产物气体，并把大部分贫-氨产物气体作为氨合成原料气体循环利用。氢和氮通过氨反应器、回收氨产物并循环回未反应的氮和氨之通道，本文称之为氨合成回路。压缩、混合富氢合成气体和氮、以及回收氨的顺序并不重要。

[0037]氮的氢化是放热的，而且为了回收氨，必须除去流出的氨产物流的热量。因此，在本发明的一个实施方案中，全部或部分氨产物流可以与全部或部分来自气化的变换反应段的高压饱和蒸汽发生热交换，以生成过热蒸汽。术语“过热”，如本文所用，应理解为是指蒸汽被加热到其给定压力下的露点以上。过热量一般为至少40℃。过热的其它实例是至少45℃，至少50℃，至少60℃和至少70℃。例如，可以使一部分来自CO变换段的饱和蒸汽通至氨工艺蒸气集管。或者，可以把来自CO变换段的全部高压饱和蒸汽转化成过热蒸汽。按照本发明，至少35％用于氨合成工艺的过热蒸汽总量能靠与氨产物流的热交换产生。过热蒸汽总量应理解为是指单位时间内用于氨合成工艺的过热蒸汽总量，例如，用于驱动涡轮、泵、加热或其它工艺需要的过热蒸汽。能靠与氨产物流热交换提供的过热的其它实例包括过热总量的至少40％，至少50％，至少60％和100％。产物氨流与来自变换反应的高压饱和蒸汽之间的热交换可以用任何合适的过热器，即锅炉中把饱和蒸汽的温度提高到过热蒸汽的热交换部件来实现。热交换器可以是本领域技术人员所熟知的任意类型，例如，平行式、逆流式、交叉流式交换器。这类交换器可以，例如，管壳式交换器形式构成。

[0038]可以把过热蒸汽通至一个或多个汽轮驱动器，后者又能用来驱动氨工艺中所用的一个或多个压缩机。例如，可以把过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机、氨制冷压缩机或两者的汽轮驱动器。为了与由CO变换反应所产生的蒸汽压力相匹配，最好有至少一个汽轮驱动器是额定蒸汽压为22～63巴的凝汽式涡轮。适用于本发明方法的凝汽式涡轮的额定值的其它实例包括，但不限于，22巴～60巴、22巴～55巴、22巴～50巴和22巴～45巴。术语“凝汽式汽轮机”，如本文所用，是指下述简单汽轮机：在其中，使高压蒸汽通过凝汽式汽轮机膨胀，以产生动力或电，同时废蒸汽一般在低压(低于2巴)下从一级或多级排出并冷凝，供加热、设备工艺或供水加热器需要。例如，在本发明的一个实施方案中，氢和氮原料压缩机的汽轮驱动器是额定蒸汽压力为22～63巴的凝汽式涡轮。氢和氮原料压缩机可以用单个涡轮，或者，也可以用一个以上涡轮。在另一个实施例中，适用于氢和氮原料压缩机和氨制冷压缩机的汽轮驱动器都是42巴凝汽式涡轮。在另一个实施例中，过热蒸汽除用来驱动氢和氮原料压缩机和氨制冷压缩机的涡轮以外，还可以用来驱动其它汽轮机，如凝汽式汽轮机和泵。

[0039]在本发明的另一个实施方案中，能利用来自变换反应或纯化段之前的气化器所产生的粗合成气体流的热量来产生另外高压过热蒸汽。回收排自气化器反应室的热粗合成气体热量的方法是本领域已知的，且包括，但不限于，骤冷、全热回收和它们的组合。例如，在合成气体骤冷法中，用水骤冷来自气化器的粗合成气体。在另一个称做全热回收的实施例中，用合成气体冷却器冷却粗合成气体。在还有一个实施例中，可以用骤冷和辐射合成气体冷却器的组合。在骤冷法中，粗合成气体经由骤冷管离开气化器，骤冷管的底部浸没在水池内。在通过该水时，原料气体被冷却到水的饱和温度并被洗去渣和烟灰颗粒。然后该经过冷却的饱和合成气体经由侧壁上的导管从气化器/骤冷容器排出。

[0040]在全热回收法变种中，粗合成气体离开气化器反应段并在辐射合成气体冷却器内冷却。回收的热量被用来过热并产生高压蒸汽。辐射合成气体冷却器是本领域内已知的并可包含，例如，垂直水冷却管的至少一个环，如U.S.专利4,310,333和4,377,132中所示和所述。

[0041]本发明制氨工艺中所用的压缩机可以是本领域内常用和熟知的任何类型。例如，氢和氮原料压缩机能包含一个箱体，意指压缩机构被包在一个壳体内。在另一个实施例中，制氨工艺的压缩机可以是往复式压缩机、离心式压缩机、回转式压缩机或它们的组合。具体压缩机类型的选择取决于多个因素，如压缩比和气体体积，这些在本领域普通技术人员的常识范围内。

[0042]在通过过热器后，氨产物流也可用来靠通过锅炉供水的热交换器的通道而产生高压饱和蒸汽。该高压饱和蒸汽可以被导至工艺蒸汽集管或也可以与来自CO变换反应段的高压饱和蒸汽组合然后再与氨产物流热交换。或者，如果需要另外高压饱和蒸汽，则可以使一部分氨产物流在过热器周围流过，并用来产生从锅炉供水的另外的高压饱和蒸汽。

[0043]本发明的方法可用于新开发的氨/气化设备，或可应用于配置有气化工艺为高压氢源的现有氨设备。例如，典型的基于天然气的氨设备的氨合成回路可以改造如下：置换现有的为发挥气化和氨工艺之间蒸汽集成优点而设计的蒸汽膨胀涡轮驱动器和压缩机。因此，在一个实施方案中，本发明还包括用一台汽轮驱动器和一台包含一个箱体的压缩机来置换制氨工艺中用来压缩氢和氮原料的现有汽轮驱动器和压缩机。

[0044]在基于天然气的氨设备内，一般用2个主要蒸汽集管，即104巴和42巴蒸汽集管。104巴过热蒸汽集管常用来驱动氨合成回路的前置涡轮。来自该涡轮的废蒸汽可进入42巴蒸汽集管。42巴蒸汽集管可用来驱动凝汽式汽轮机和泵之类的加工设备。

[0045]典型基于天然气的氨设备的现有汽轮驱动器可包含，例如，104巴～42巴前置涡轮和42巴凝汽式涡轮。术语“前置涡轮”，如本文所用，与“高位涡轮”和“背压涡轮”同义，而且意在具有本领域内常被理解的意义，即，能加到新设备或配置到中压旧设备上的高压非凝汽式涡轮。前置涡轮接受高压蒸汽并产生与旧锅炉相同压力的废蒸汽并用来供给旧涡轮。这些现有涡轮将被适当尺寸的额定蒸汽压为22～63巴的凝汽式涡轮所取代。适用于本发明方法的凝汽式涡轮的额定值的其它实例包括，但不限于，22巴～60巴、22巴～55巴、22巴～50巴和22巴～45巴。来自该凝汽式涡轮的废气可通至表面冷凝器。

[0046]在现有的氨合成回路内的蒸汽发生可以被改造到产生22巴～63巴过热蒸汽。如上所述，在氨合成工艺和气化工艺中产生的饱和蒸汽可以进行组合并在氨合成工艺中过热。如上所述，至少35％氨工艺所用的过热蒸汽总量能靠与氨产物流的热交换而产生。能靠与氨产物流的热交换提供的过热的其它实例包括总过热量的至少40％，至少50％，至少60％和100％。例如，可以用22巴～63巴蒸汽发生器和蒸汽过热器取代104巴蒸汽发生器。蒸汽发生器的其它实例包括，但不限于，22巴～60巴、22巴～55巴、22巴～50巴和22巴～45巴。氨合成回路和气化工艺中产生的22巴～63巴饱和蒸汽可以在该过热器中被过热。过热蒸汽可用作供给氨合成回路和/或制冷压缩机或其它的蒸汽源。本发明的实施方案示于图2。

[0047]除氨合成回路压缩机和制冷压缩机外，以上述方式产生的过热蒸汽可用来发动氨合成回路内的其它工艺设备。过热蒸汽的其它用途包括用于锅炉供水泵的涡轮膨胀驱动器、用于其它泵和压缩机的涡轮膨胀驱动器，或发电。用于其它用户的过热蒸汽的平衡将依赖于具体设备的特定蒸汽需要。

[0048]除置换涡轮外，氨设备的现有氢和氮原料压缩机一般包含2个分离容器箱，即低压箱和高压箱。低压箱吸入新鲜喂料并直接排放进高压箱的吸入端。按照本发明，通过把氢原料增压到49～63巴并改造高压箱压缩机，可以取消低压箱压缩机。该实施方案也示于图2。取消低级压缩机和驱动器能减少氨合成压缩步骤的总功率要求、投资、操作和维修成本。

[0049]如上所述，可能需要对高级压缩机稍加改造，以便在49～63巴吸入并排放至所要求的合成回路操作压力。例如，在该工艺设计中，至高级的吸入温度可以降低40～60，一般为40。在典型的氨设备内，至低级的吸入温度为40，而至高级的高达120。由于本发明无需低级，所以较冷的合成气体可直接进入高级且能减小压缩机的功率要求。

[0050]除上文所述的方法外，本发明还提供制氢和制氨的一体化工艺，包括：

(a)在高压气化器内使含碳物质与氧反应，以产生包含氢、二氧化碳、一氧化碳和水的高压气化器产物流；

(b)使气化器产物流通至CO变换反应段，以产生包含另外氢和二氧化碳的高压变换反应段产物流；

(c)利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；

(d)使变换反应段产物流通至纯化段，以除去CO₂和H₂S，并形成包含氢的高压纯化气化产物流；

(e)使高压纯化气化产物流和氮通至氢和氮原料压缩机，以产生氨转化器喂料流；

(f)使氨转化器喂料流通至氨转化器段，以形成氨产物流；

(g)使氨产物流与来自变换反应段的高压饱和蒸汽进行热交换，以形成过热蒸汽，其中至少50％用于所述氨工艺的过热蒸汽总量靠所述热交换产生；和

(h)使所述过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机的汽轮驱动器、氨制冷压缩机的汽轮驱动器或两者。

气化工艺、变换反应、氨工艺、汽轮驱动器、压缩机、蒸汽和热量集成的各种实施方案如前所述。例如，高压气化器的操作压力范围可以为42～84巴，或，在另一个实施方案中，为67～77巴。使来自气化器的气体通至CO变换反应段和到纯化段，如前所述，在这里，全部或部分CO₂和含硫化合物，如H₂S，被除去，或它们的浓度被降低，以生成包含氢的高压纯化气化产物流。该工艺可含有用于产生从CO变换反应的高压饱和蒸汽的热交换器。压力可以为49～63巴的纯化含H₂气化产物流和氮可以与循环回的未反应原料组合，并通至氢和氮原料压缩机，以产生新鲜的氨转换器原料。然后可以使经压缩的氢和氮原料通至氨转换器段，在这里，氢和氮发生反应，以产生包含氨的产物流。来自变换反应段的高压饱和蒸汽可通至过热器并用来通过与氨产物流的热交换而产生高压过热蒸汽。至少35％用于氨工艺的过热蒸汽总量可以靠与氨产物流的热交换而产生。能通过与氨产物流的热交换而提供的过热的其它实例包括总过热量的至少40％、至少50％、至少60％和100％。如前所述，可以使该过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机、氨制冷压缩机或两者的汽轮驱动器。汽轮驱动器的额定蒸汽压力一般为22巴～63巴，但其它额定值也是可能的，例如，22巴～60巴、22巴～55巴、22巴～50巴和22巴～45巴。如上所述，可以按本领域的理解使用各种压缩机类型和型式。过热蒸汽可用来驱动其它汽轮机。

[0051]在通过过热器后，氨产物流也可用来靠通过锅炉供水的热交换器的通道而产生高压饱和蒸汽。高压饱和蒸汽可被导至工艺蒸汽集管，或者也可以与来自CO变换反应段的高压饱和蒸汽组合然后再与氨产物流热交换。或者，如果希望有另外的高压饱和蒸汽，则可以使部分氨产物流在过热器周围流过，并用来产生从锅炉供水的另外的高压饱和蒸汽。

[0052]本发明还提供一种制氢和制氨的一体化***，该***包含：

(a)高压气化器，用来使含碳物质与氧反应，以生成包含氢、二氧化碳、一氧化碳和水的高压气化器产物流；

(b)CO变换反应段，用来转化气化器产物流中的一氧化碳和水，以产生包含另外氢和二氧化碳的高压变换反应段产物流；

(c)第一热交换器段，用来利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；

(d)纯化段，用来除去CO₂和H₂S，并形成包含氢的高压纯化气化产物流；

(e)氮和氢原料压缩机，用来压缩高压纯化气化产物流和氮，以产生氨转化器喂料流；

(f)氨转化器段，用来使氨转化器喂料流中的氢与氮发生反应，以生成包含氨的产物流；

(g)第二热交换器段，用来把来自氨产物流的热量交换给来自变换反应段的高压饱和蒸汽，以形成过热蒸汽；和

(h)用于氮和氢原料压缩机的汽轮驱动器或用于氨制冷压缩机的汽轮驱动器，它接受至少部分过热蒸汽。

气化工艺、变换反应、氨工艺、汽轮驱动器、压缩机、蒸汽和热量集成的各种实施方案如前所述。例如，高压气化器的操作压力范围可以为42～84巴，或，在另一个实施方案中，为67～77巴。使来自气化器的气体通至CO变换反应段和到纯化段，如前所述，在这里，全部或部分CO₂和含硫化合物，如H₂S，被除去，或它们的浓度被降低，以生成包含氢的高压纯化气化产物流。压力可以为49～63巴的纯化含H₂气化产物流和氮可以与循环回的未反应原料组合，并通至氢和氮原料压缩机，以产生新鲜的氨转换器原料。然后可以使经压缩的氢和氮原料通至氨转换器段，在这里，氢和氮发生反应，以产生包含氨的产物流。该工艺可以有一个第一热交换器，用来产生从CO变换反应的高压饱和蒸汽。该高压饱和蒸汽可通至一个第二热交换器或过热器，并通过与氨产物流的热交换转化成高压过热蒸汽。至少35％用于氨工艺的过热蒸汽总量能靠与氨产物流的热交换而产生。能靠与氨产物流的热交换而提供的过热的其它实例包括总过热量的至少40％、至少50％、至少60％和100％。如前所述，可以使该过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机、氨制冷压缩机或两者的汽轮驱动器。这些汽轮驱动器的额定蒸汽压力一般为22巴～63巴，但其它额定值也是可能的，例如，22巴～60巴、22巴～55巴、22巴～50巴和22巴～45巴。如上所述，可以按本领域的理解使用各种压缩机类型和型式。过热蒸汽可用来驱动其它汽轮机。

[0053]本工艺还可包括用来回收来自氨工艺流多余热量的其它热交换器。例如，如前所述，还可以用氨产物流按如下所述来产生高压饱和蒸汽：使氨产物流在通过前述第二热交换器(或过热器)之后，再通过通过锅炉供水的第三热交换器的通道。本工艺还可包括导管，用来组合来自第一热交换器段的高压饱和蒸汽与来自第三热交换器段的高压饱和蒸汽，以形成组合高压饱和蒸汽流，它能喂进第二热交换器，产生过热蒸汽。来自第三热交换器的全部或部分高压饱和蒸汽也可以被导至氨工艺蒸汽集管，供整个氨工艺一般使用。或者，如果需要另外的高压饱和蒸汽，则可以使部分氨产物流在过热器周围流过，并用来产生从锅炉供水的另外的高压饱和蒸汽。

[0054]本发明的一个实施方案可具体参考图1所示的方框流程图来说明，该图示意气化器与现有氨设备的一体化。在图1中，含空气的流10被喂进空气分离单元(ASU)1。该ASU1把空气分离成以氧为主的流11和以氮为主的流20。以氧为主的流11被用作进入气化器2的部分喂料，在气化器，氧与烃类物质12和蒸汽或水(未示出)组合。在气化器2内发生部分氧化，形成粗合成气体13和颗粒物质22。使粗合成气流13通至CO变换段3，在这里，CO在有蒸汽存在下被转化为H₂和CO₂。在CO变换段3内的化学反应是放热的，热量以高压饱和蒸汽19的形式被回收。使该高压饱和蒸汽19通至氨合成回路6，供进一步蒸汽组合。使出自CO变换段3的合成气流14通过热交换器4被冷却，然后通至酸性气体清除段5。在该段内，冷却的粗合成气流15被纯化为以H₂为主的产物流17，被喂至氨合成回路6。含CO₂的流18和含H₂S的流16从酸性气体清除段5排出，并用于其它工艺。在酸性气体排除段5内，H₂产物还可以利用变压吸附、膜或甲烷化反应之类的常用技术被进一步纯化。在氨合成工艺6中，以化学计量混合H₂产物流17和氮流20，这一点描述在下图2中，以形成氨合成原料21。

[0055]本发明的另一个实施方案可示于图2，该图描述氨合成设备的工艺流程。在图2中，来自酸性气体排除和纯化段5(从图1)的H₂产物流17以化学计量与来自空气分离单元1(自图1)的以氮为主的流20混合。这些组合流构成氨合成新鲜原料40。氨合成新鲜原料40被热交换器31冷却。新鲜原料40和氨合成反应器循环气体44受单筒氨合成循环回路压缩机32的压缩并被喂至氨合成回路气体加工段37。

[0056]段37代表本领域已知的用来制备适用于氨转化的氨合成喂料气体流41和用来把氨转化器段产物流43分离成氨产物21和循环气流44的许多工艺步骤/设备。这类工艺步骤包括加热氨合成喂料气流41和从氨转化器段产物流43分离并冷凝出氨产物21。

[0057]把制成的氨合成气体41喂进氨合成转化器34，在其中放热的氨形成反应使温度升高。氨合成反应能在一个或多个氨合成转换器内以一体化热交换完成。来自最后一个氨合成转化器的热流出物42通至蒸汽过热器35和锅炉供水(BFW)预热器/蒸汽发生器36。蒸汽过热器35和BFW预热器/蒸汽发生器36冷却氨转化器流出物42，形成冷却的氨转化器流出物流43。流出物流43的进一步冷却发生在合成回路气体加工段37。提供BFW预热器/蒸汽发生器36周围的旁路43A是为了较显著地控制冷却氨转化器流出物流43的温度。

[0058]在合成回路气体加工段37内，把氨产物21从冷却的氨转化器流出物流43中分离出来，而把未反应的合成气体44循环回氨合成压缩机32。

[0059]把锅炉供水45供至BFW预热器/蒸汽发生器36，并产生加热的BFW或高压饱和蒸汽46，取决于在过热器35之后从氨合成转化器气体42可获得的热量。然后使加热的BFW或饱和蒸汽46通至氨合成段蒸汽集管30。饱和蒸汽可经由管道56输进或输出氨合成段蒸汽集管30。

[0060]来自氨合成段蒸汽集管30的高压饱和蒸汽可经由管道47与来自CO变换反应器段3的高压饱和蒸汽19混合。然后使组合的高压饱和蒸汽48通至蒸汽过热器35，以产生高压过热蒸汽49。来自CO变换反应器段3的一部分高压饱和蒸汽能经由管道48A越过蒸汽过热器35，用于设备起动和/或温度控制。

[0061]取决于氨生产单元6(图1)的蒸汽要求，管道49内的过热蒸汽可经由管道50输出至其它用途，或经由管道51从辅助锅炉输入。来自管道49的高压过热蒸汽经由管道53供至抽汽涡轮33，以驱动氨合成压缩机32，和/或经由管道52至抽汽涡轮39，以驱动氨制冷压缩机38。来自抽汽涡轮驱动器33和39的废气可送至冷凝器(未示出)，而冷凝物则经由管道54和55被回收。

[0062]在基于甲烷的氨合成工艺中，大部分蒸汽发生在制氢工艺中实现。当用气化工艺代替时，没有足够的蒸汽来驱动现有设备工艺蒸汽膨胀涡轮，因而要用电动机来取代蒸汽膨胀涡轮。正如由上可见，本发明既能出色地把能量集成进现有氨设备，又能利用汽轮机而不是电驱动器来驱动主要设备。

[0063]上述实施方案拟用来说明本发明。化学工程领域内的普通技术人员会理解，任何具体实施方案的具体细节都可以是不同的，而且将取决于所考虑***的位置和需要。所有这些能实现本发明的规划、设计选择和实施方案都被认为在本领域技术人员的能力范围内，并因此在本发明的范围内。

Claims (28)

1.一种制氢工艺与制氨工艺一体化的方法，所述方法包括：

(a)在气化工艺中使含碳物质与氧反应，所述气化工艺包括高压气化器和具有变换反应段产物流的CO变换反应段；

(b)使来自所述气化工艺的包含氢的高压合成气流作为喂料通至制氨工艺，所述制氨工艺包括含氨产物流的氨转化器段；

(c)利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；

(d)使来自步骤(c)的全部或部分所述高压饱和蒸气与全部或部分所述氨产物流进行热交换，以产生过热蒸汽，其中至少50％用于所述制氨工艺的过热蒸汽总量靠所述热交换产生；和

(e)使所述过热蒸汽通至氢和氮原料压缩机的汽轮驱动器、氨制冷压缩机的汽轮驱动器或两者。

2.按照权利要求1的方法，其中高压气化器的操作压力范围为42～84巴。

3.按照权利要求2的方法，其中高压气化器在67～77巴下操作。

4.按照权利要求1的方法，其中包含氢的高压气流的压力为49～63巴。

5.按照权利要求1的方法，其中至少所述汽轮驱动器之一是额定蒸汽压力为22～63巴的凝汽式涡轮。

6.按照权利要求5的方法，其中所述氢和氮原料压缩机的所述汽轮驱动器是额定蒸汽压力为22～63巴的凝汽式涡轮。

7.按照权利要求6的方法，其中所述氢和氮原料压缩机包括一个箱体。

8.按照权利要求7的方法，其中所述氢和氮原料压缩机是往复式压缩机、离心式压缩机或回转式压缩机。

9.按照权利要求1的方法，还包括用一台汽轮驱动器和一台包含一个箱体的压缩机取代所述制氨工艺中用来压缩氢和氮喂料的现有汽轮驱动器和压缩机。

10.按照权利要求9的方法，其中现有汽轮驱动器包含104巴前置涡轮和42巴凝汽式涡轮。

11.按照权利要求9的方法，其中现有压缩机包含2个或更多个箱体。

12.按照权利要求1的方法，还包括用所述过热蒸汽来驱动其它汽轮机。

13.按照权利要求1的方法，还包括利用来自粗合成气体气化器流的热量来产生另外高压过热蒸汽。

14.按照权利要求1的方法，还包括下列步骤：

(f)利用来自氨产物流的热量产生高压饱和蒸汽；和

(g)在步骤(d)之前，组合来自步骤(c)的高压饱和蒸汽和来自步骤(f)的高压饱和蒸汽。

15.一种制氢和制氨的一体化工艺，所述工艺包括：

(a)在高压气化器内使含碳物质与氧反应，以产生包含氢、二氧化碳、一氧化碳和水的高压气化器产物流；

(b)使所述气化器产物流通至CO变换反应段，以产生包含另外氢和二氧化碳的高压变换反应段产物流；

(c)利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；

(d)使所述变换反应段产物流通至纯化段，以除去CO₂和H₂S，并形成包含氢的高压纯化气化产物流；

(e)使所述高压纯化气化产物流和氮通至氢和氮原料压缩机，以产生氨转化器喂料流；

(f)使所述氨转化器喂料流通至氨转化器段，以形成氨产物流；

(g)使所述氨产物流与来自变换反应段的所述高压饱和蒸汽进行热交换，以形成过热蒸汽，其中至少50％用于所述氨工艺的过热蒸汽总量靠所述热交换产生；和

(h)使所述过热蒸汽通至所述氢和氮原料压缩机的汽轮驱动器、氨制冷压缩机的汽轮驱动器或两者。

16.按照权利要求15的方法，其中所述高压气化器的操作压力范围为42～84巴。

17.按照权利要求15的方法，其中所述高压气化器在67～77巴下操作。

18.按照权利要求15的方法，其中所述高压纯化气化H₂产物流的压力为49～63巴。

19.按照权利要求15的方法，其中所述汽轮驱动器的额定蒸汽压力为22～63巴。

20.按照权利要求15的方法，其中用所述过热蒸汽来驱动其它汽轮机。

21.按照权利要求15的方法，其中所述氢和氮原料压缩机是往复式压缩机、离心式压缩机或回转式压缩机。

22.按照权利要求21的方法，其中所述氢和氮原料压缩机包含一个箱体。

23.按照权利要求15的方法，还包括下列步骤：

(i)利用来自氨产物流的热量产生高压饱和蒸汽；和

(j)在步骤(g)之前，组合来自步骤(c)的高压饱和蒸汽和来自步骤(i)的高压饱和蒸汽。

24.一种制氢和制氨的一体化***，所述***包含

(a)高压气化器，用来使含碳物质与氧反应，以生成包含氢、二氧化碳、一氧化碳和水的高压气化器产物流；

(b)CO变换反应段，用来转化所述气化器产物流中的一氧化碳和水，以生成包含另外氢和二氧化碳的高压变换反应段产物流；

(c)第一热交换器段，用来利用来自变换反应段产物流的热量产生高压饱和蒸汽；

(d)纯化段，用来除去CO₂和H₂S，并形成包含氢的高压纯化气化产物流；

(e)氮和氢原料压缩机，用来压缩所述高压纯化气化产物流和氮，以产生氨转化器喂料流；

(f)氨转化器段，用来使所述氨转化器喂料流中的氢与氮反应，以生成包含氨的产物流；

(g)第二热交换器段，用来把来自所述氨产物流的热量交换给来自变换反应段的所述高压饱和蒸汽，以形成过热蒸汽；和

(h)用于所述氮和氢原料压缩机的汽轮驱动器或用于氨制冷压缩机的汽轮驱动器，它接受至少部分所述过热蒸汽。

25.按照权利要求24的***，其中高压气化器的操作压力范围为42～84巴。

26.按照权利要求24的***，其中高压气化器的操作压力为67～77巴。

27.按照权利要求24的***，其中汽轮驱动器的额定蒸汽压力为22～63巴。

28.按照权利要求24的***，还包括：

(i)第三热交换器段，用来把来自所述氨产物流的热量交换给锅炉供水，以产生高压饱和蒸汽；和

(j)导管，用来组合来自所述第一热交换器段的所述高压饱和蒸汽和来自所述第三热交换器段的所述高压饱和蒸汽，以形成能喂进所述第二热交换器的组合高压饱和蒸汽流，以产生过热蒸汽。

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