CN117355487A - 用于生产氨的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于通过使第一进料流中提供的氢气和第二进料流中提供的氮气催化反应来生产氨的方法，该第一进料流中的氢气至少部分通过水电解形成，并且该第二进料流中的氮气至少部分通过低温空气分离形成，其中所述低温空气分离使用包括精馏塔***(31)的空气分离单元(30)执行，再循环流由从该精馏塔***(31)取出的至少主要包含氮气的气流在该空气分离单元(30)中形成，该再循环流以所示顺序压缩、冷却、膨胀并再引入到该精馏塔***中，并且其中来自所述氢气和氮气催化反应的废热被转移到提供蒸汽的蒸汽***(21)中。所述使该再循环流冷却包括将热量从该再循环流转移到该蒸汽***(21)。对应的设备(100,200)也是本发明的一部分。

Description

用于生产氨的方法和设备
本发明涉及一种根据独立权利要求的前序用于生产氨的方法和对应设备。
背景技术
用于生产氨的方法是已知的并且描述于例如Appl,M.,Ammonia:2.ProductionProcesses,Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry中，在线出版物，2011年10月15日，https://doi.org/10.1002/14356007.o02_o1。
目前使用蒸汽甲烷重整(SMR)和Haber-Bosch工艺由甲烷、水和空气生产大量常规氨。根据此类设置操作的设备造成全球二氧化碳排放的约1.8％。
如所提及的，例如，在Wang,G.等人，Renewable production of ammonia andnitric acid,AIChE J.2020,66,e16947,https://doi.org/10.1002/aic.16947中，在氨生产中的电力部分的脱碳提供了减少此类二氧化碳排放的机会。
尽管，电气化氨生产可追溯到十九世纪二十年代，当时Haber-Bosch工艺与大规模的水力碱性水电解结合，但仍有改进的空间，具体地讲在总工艺效率和不同设备单元的整合方面。
本发明的目的是提供此类改进。
发明内容
根据本发明，提出了包括独立权利要求的特征结构的用于生产氨的方法和对应设备。本发明的优选实施方案是从属权利要求和以下说明书的对象。
本发明提出了氨生产单元和空气分离单元的新颖整合概念，该氨生产单元被供应有通过电解产生的氢气(并且因此适于提供“绿色氨”)，该空气分离单元优选地适用于在能量使用方面的灵活操作。
通过在空气分离设备(低温空气分离单元)中进行空气低温分离来制备液态或气态形式的空气产物是已知的，并且例如在H.-W.(编辑)，Industrial GasesProcessing，Wiley-VCH，2006中，尤其在第2.2.5节“低温精馏”中进行了描述。
经典类型的空气分离设备具有精馏塔***，该精馏塔***例如可被设计为两塔***，尤其是双塔***，但也可被设计为三塔***或多塔***。除了用于回收液态和/或气态氮和/或氧的精馏塔，即用于分离氮和氧的精馏塔之外，还可以提供用于回收其他空气组分，尤其是惰性气体的精馏塔。
刚刚提到的塔***的精馏塔在不同的压力范围内操作。已知的双塔***包括所谓的压力塔(也称为高压塔、中压塔或下压塔)和所谓的低压塔(也称为上塔)。高压塔通常在4巴至7巴，尤其是在约5.3巴的压力范围内操作，而低压塔通常在1巴至2巴，尤其是在约1.4巴的压力范围内操作。在某些情况下，两个精馏塔中也可使用较高的压力。此处和下面指示的压力是相应塔的顶部的绝对压力。它们是典型的示例，并且不旨在限制本发明的范围。
在一些情况下，优选灵活地操作低温空气分离单元，以便能够在所谓的非高峰期利用(相对)便宜且充足的电能，并且当电能在所谓的高峰期(相对)昂贵且缺乏时减少电能的消耗。术语“高峰”和“非高峰”涉及其他消费者(诸如家庭)对电能的使用，从而导致可获得更少或更多的电能。
在本发明的上下文中也使用的提供电能消耗的灵活性的一个概念是使用所谓的氮气再循环。在使用氮气再循环的空气分离单元中，富含氮气或基本上由氮气组成的流可从精馏塔***，例如从低压塔取出以形成再循环流。再循环流在主热交换器中被加热，此后在膨胀涡轮机中被压缩、冷却、膨胀以增强冷产量并且被重新引入到精馏塔***中，例如作为到低压塔的回流或以任何其他可想到的方式。作为将氮气用于再循环料流的另选方案，可以类似方式使用空气，然而根据本发明这是次优选的选项。
取决于(便宜的)电能的可用性，再循环流可以更大或更小的量(或甚至减少至零)形成，直接对应于用于压缩再循环流的压缩机(也称为再循环氮气压缩机)的电能需求减少。在非高峰时间，当再循环流逐渐增加时，液氮通常被储存并且在再循环流逐渐减少时重复使用。液氮的储存是可能的，因为通过使再循环流膨胀而“产生”附加的冷却。换句话讲，液氮可用于在此类设备中储存电能。可以以类似方式使用液氧、液态空气和/或液氩。
在所述时间段期间，空气分离单元的主空气压缩机(其为压缩空气分离单元中待分离或以其他方式处理的大部分或全部空气的压缩机)通常以恒定或仅略微变化的负载水平运行，以便保持精馏(塔型材)处于良好形状。
本发明的特征和优点
根据本发明，提出了一种通过使第一进料流中提供的氢气与第二进料流中提供的氮气催化反应来生产氨的方法。如所提及的，根据本发明可使用的用于生产氨的方法是已知的，并且可具体地讲包括经典Haber-Bosch工艺的变型。具体地讲，其特征在于使用高反应压力。
本发明涉及具有减少的二氧化碳足迹的氨(“绿色氨”)的生产，根据本发明，其通过第一进料流中的氢气至少部分地由水电解形成来实现。下文进一步讨论可用于这一点的电解方法和设备的具体类型。
根据本发明，第二进料流中的氮气至少部分地通过低温空气分离形成，其中所述低温空气分离使用包括通常已知的精馏塔***的空气分离单元执行。根据本发明，再循环流在空气分离单元中由至少主要包含氮气的气流至少暂时地形成，该气流从精馏塔***取出。根据本发明，再循环流至少暂时地并以所示顺序压缩、冷却、膨胀并再引入到精馏塔***中。上文给出了进一步的解释。
一般来讲，在本文所用的语言中，组分的混合物(例如气体混合物)可以富含或缺乏一种或多种组分。术语“富含”可代表大于75％、80％、85％、90％、95％、99％、99.5％或99.9％的含量，而术语“缺乏”可代表小于25％、20％、15％、10％、5％、1％、0.5％或0.1％的含量，按摩尔、重量或体积计。如果提及“主要”包含一种组分的各组分的流或混合物，则对于“富含”给出的定义可适用于该组分。如果提及“氮气”、“氧气”、“氢气”等，则这还旨在包括富含所提及组分的组分混合物。
进一步根据本发明，来自所述氢气和氮气反应的废热被转移到提供蒸汽的蒸汽***，并且所述使再循环流冷却包括在形成再循环流时的至少一些时间段将热量从再循环流转移到蒸汽***。
根据本发明，并且与用于生产氨的经典设置相比，根据本发明提供的解决方案导致操作成本的显著降低。根据本发明，可以有利地使用从氮气再循环流中取出的热量，该氮气再循环流典型地消散到大气中。特别的优点在于，根据本发明，此类热量可以在与氨气生产相关联的蒸汽***的需求相匹配的热量水平下提供。
具体地讲，本发明解决了利用可再生能源生产绿色氨的挑战，从而导致成本和可用性根据太阳辐射和/或风速的波动。根据本发明，可执行大规模绿色氨生产，其需要具有数百兆瓦作为功率输入的电解槽。这种大规模氨反应器在升温速度和可实现的下调方面通常不是非常灵活，使得氢气和氮气进料流在高峰期也需要保持相当恒定，而在非高峰期任何过量生产需要储存在缓冲器中。本发明提供了这些问题的解决方案。
根据本发明，以允许产生液氮(和/或液氧和/或液氩)作为副产物并且允许在低电费期间最大化电力消耗同时在高电费期间可以最小化电力消耗的方式配置供应氮气作为用于绿色氨合成的原料的空气分离单元。
如下文结合图1进一步解释的，当简单地用合适类型的电解器代替蒸汽甲烷重整来生产氢气时，空气分离和氨生产之间的整合程度相当低。这种方法的最后步骤，包括氨冷凝，可以在对冷却水的约12巴的绝对压力下执行，或者当需要在大罐中无加压储存时，在-33℃下在约1巴的绝对压力下执行。后一种选择需要用于制冷单元的附加轴功率。为了执行催化氨合成，通常需要150巴至350巴的压力，这些压力通常用电动压缩机获得。氨合成所需的温度通常在400度至500度的范围内。
因此，在本发明的特别优选的实施方案中，由蒸汽***提供的蒸汽用于产生在所述氢气和氮气催化反应中和/或在与其相关联的至少一个方法步骤中使用的电力和轴功率中的至少一者。如所提及的，具体地讲，后者可包括反应器进料的压缩和/或氨冷凝。
在本发明的另一个实施方案中，使用储热***，其至少部分地解决了大规模氨设备缺乏操作灵活性的问题。所述将热量从再循环流转移到蒸汽***可包括将所述热量的至少一部分在第一操作模式中从再循环流转移到储热***并且在第二操作模式中从储热***转移到蒸汽***。具体地讲，第一操作模式可对应于如上所提及非高峰期，即对应于电能的可用性(相对)高和/或成本(相对)低的时间段。相应地，第二操作模式可具体地讲对应于如上所提及的高峰期，即对应于电能的可用性(相对)低并且成本(相对)高的时间段。
即，在第一操作模式中，蒸汽***中未直接利用的热量的一部分可被存储以供以后使用，以适应所述时段期间电功率的可用性和成本。根据本发明，可使用适于在相关温度范围内储存热量的任何类型的储热***(例如，基于玄武岩石、混凝土、陶瓷、熔融盐等)。
总之，根据本发明，压缩氮气，即再循环流，被用作将显热从一个或附加的热源传输到氨设备的锅炉***和/或热储存器的介质。一旦热量被转移到蒸汽和/或热储存器中，氮气就被送回到处于环境温度下的空气分离单元。附加的热量可用于立即增加蒸汽产生并因此增加蒸汽涡轮处的轴功率，或者其可储存在如上文所提及的储热单元中。储存在储热单元中的热量可经由再循环流的氮气在锅炉和储存器之间转移。即，使用再循环流的至少一部分，热量可从储热单元转移至蒸汽***。
根据本发明，在第一操作模式中，再循环流的所述热量的第一部分可从再循环流转移到储热***。再循环流的所述热量的第二部分可从再循环流转移到蒸汽***而不储存在储热***中，因此并行地操作蒸汽***和“装载”储热***。
相比之下，在第二操作模式中，没有热量或将比第一操作模式中更少的热量从再循环流转移到蒸汽***和/或储热***。如所提及的，在第二操作模式中也可完全停止再循环流的形成。
换句话讲，如先前所提及的，与第二操作模式相比，空气分离单元可优选地在第一操作模式中使用更大量的电功率来操作。在这一点上，与第一操作模式(其中质量流可以是零)相比，在第二操作模式中可优选地以更大的质量流形成再循环流。优选地，空气分离单元的主空气压缩机可以在第一操作模式和第二操作模式中以75％至100％的负载操作，具体地讲以保持空气分离单元的精馏塔中的浓度分布，如先前所提及的。
在与大规模设备特别相关的本发明的一个特别优选的实施方案中，所述氨通过冷却液化，并且在第一操作模式中，由空气分离单元提供的低温流体可用于所述氨的冷却。这表示空气分离和氨生产的进一步特别有利的整合。
在根据本发明的方法中，所述压缩再循环流可被执行以产生25巴至80巴的再循环流的绝对压力和/或120℃至350℃的温度(由于压缩热)。在一个特别优选的实施方案中，再循环流的至少一部分可以在压缩后和在冷却，然后膨胀并再引入到精馏塔***中之前，从此类温度水平进一步加热至300℃至1,000℃的温度。这允许将再循环流的热量水平提高到更有价值的范围。
一般来讲，可使用太阳能、核能和废热中的至少一者来执行再循环流的进一步加热，例如来自钢生产单元等的废热，其可与来自空气分离单元的氧气一起供应。具体地讲，如通常已知的，可使用利用定日镜***提供的太阳能执行再循环流的进一步加热。如本文所使用的，定日镜是具有多个镜子的设备，该多个镜子将太阳光反射到相同的固定点，而不管太阳在天空中的位置的变化。定日镜最近已经用于所谓的太阳能塔发电厂中，其中数百个计算机控制的镜子将它们的光集中在容纳在塔顶中的吸收器上。辐射的集中系数达到1,000和更大的值。在经典的基于定日镜的发电厂中，辐射被转化为热量，该热量用于通过经由常规涡轮机产生蒸汽来驱动发电机。根据本发明，此类热量被直接转移到氨生产单元的无论如何需要的蒸汽***中，并且随后经由蒸汽膨胀转变成轴功率，从而至少部分地克服了传统的基于定日镜的发电厂的成本和复杂性。
根据本发明，该定日镜***可包括一个吸热器，该吸热器被安装到该空气分离单元的冷箱或者安装到用于所述氢气和氮气催化反应的处理单元的结构。在此类实施方案中，可有利地使用现场已经存在的结构。
在本发明的一个实施方案中，蒸汽***和/或氨冷凝***的废热用于加热在空气分离单元的预纯化单元中使用的再生气流。
如所提及的，根据本发明可以使用不同类型的水电解。这些可具体地基于更经典的碱性电解(AEL)，但也基于质子交换膜(PEM)、阴离子交换膜(AEM)或固体氧化物电解池(SOEC)。如果需要，这些技术中的各种技术也可以彼此组合或并行使用。
在一个有利的实施方案中，本发明可使用蒸汽作为电解进料执行，诸如在基于固体氧化物电解池的电解中，用作电解进料的所述蒸汽在所述热量转移到蒸汽***之后使用再循环流的余热进行加热。已知使用蒸汽作为电解进料显著降低电解槽的电能需求。这允许附加的显热经由再循环流的干燥氮气传输以管理在第一操作模式期间到电解槽的高蒸汽通量和在第二操作模式期间到电解槽的最小蒸汽通量。
用于通过在反应器单元中使第一进料流中提供的氢气与第二进料流中提供的氮气催化反应来生产氨的设备也是本发明的一部分。在该设备中，提供电解单元，其适于在第一进料流中形成氢气的至少一部分。此外，提供低温空气分离单元，其适于提供第二进料流中的氮气的至少一部分。所述空气分离单元包括精馏塔***并且适于从至少主要包括氮气的气流形成再循环流，该气流从精馏塔***取出。提供再循环流处理装置，其适于将再循环流以所示顺序压缩、冷却、膨胀并再引入到精馏塔***中，并且提供蒸汽***，其适于从转移到蒸汽***的废热提供蒸汽，该废热来自所述氢气和氮气催化反应。
根据本发明，所述再循环流处理装置适于至少部分地通过将热量从再循环流转移蒸汽***来执行再循环流的所述冷却。
关于本发明设备的进一步细节和优点，参考上文关于根据本发明的方法及其实施方案的说明。具体地讲，根据本发明提供的此类设备可包括适于执行根据本发明的实施方案中任一者所述的方法的装置。
参考示出本发明的实施方案的附图来进一步描述本发明。
附图说明
图1示意性地示出了根据不形成本发明的一部分的实施方案的设备。
图2示意性地示出了根据本发明的一个优选实施方案的设备。
图3A和图3B示意性地示出了处于第一操作模式和第二操作模式的根据图2的设备。
图4示意性地示出了根据本发明的一个优选实施方案的设备。
图5A和图5B示意性地示出了处于第一操作模式和第二操作模式的根据图4的设备。
图6示意性地示出了根据本发明的一个优选实施方案的设备。
图7A和图7B示意性地示出了处于第一操作模式和第二操作模式的根据图6的设备。
在附图中，具有相似或相同构造和/或功能的元件用相同的附图标号指示。出于简洁的原因，省略了重复的解释。关于处理单元或部件的说明同样涉及对应的方法步骤，反之亦然。
图1示意性地示出了根据不形成本发明的一部分的实施方案的设备900。
通过在设备900中催化反应氢气来生产氨的方法通过使用反应器单元10实施。向反应器单元10供应在第一进料流A中提供的氢气和在第二进料流B中提供的氮气。如图所示，以约50巴的绝对压力提供进料流A和进料流B，并将它们合并以形成合并的进料流C。使合并的进料流C经受压缩11，从而产生适用于氨合成的压力水平。以例如10MW的轴功率的形式用于压缩11的能量用箭头12指示。包括蒸汽锅炉或蒸汽***21和蒸汽涡轮23的装置20用于此目的。从反应器单元10向蒸汽***21提供例如35MW的热能，其由箭头13指示。
在反应器单元10的下游提供冷凝单元14。冷凝单元14适于在-33℃的温度下冷凝氨。这需要制冷单元(未示出)，在所示的示例中，该制冷单元以6MW的电功率操作，如箭头15所示。未冷凝的气体可再循环到反应器单元10中，如由D所示。氨产物流E从冷凝单元14中取出并储存在罐单元16中。
为了提供第一进料流A，设置电解单元40，其在所示示例中适于基于质子交换膜来执行电解。在所示的示例中，液态水W以70m3/h的量被供应到电解单元40。在电解单元中形成的氧O可以供应到空气分离单元30。在所示示例中，电解单元40使用量为396MW的电能操作，如由箭头41所示的。气态氢H经受合适的压缩42并且可在缓冲罐43中缓冲，优选地以压缩状态缓冲。
空气分离单元30包括仅示意性示出的精馏塔***31。再循环流R在空气分离单元30中由至少主要包含氮气的气流至少暂时地形成，该气流从精馏塔***31取出。再循环流至少暂时地以所示顺序在压缩机35中压缩，在后冷却器36中冷却，在阀或涡轮37中膨胀，并再引入到精馏塔***31中，如未具体示出的。在所示示例中，用于形成第二进料流B的氮气连同再循环流R一起被压缩和冷却。在压缩机35中，如由箭头38所示，在所示示例中平均使用7MW的电能。在后冷却器36中，如由箭头39所示，平均取出量为7MW的热能。在这两种情况下，“平均”涉及如前所解释的第一操作模式和第二操作模式之间的中值，其中再循环流R以不同量形成，如所提及的。
大气L被供应到空气分离单元30，在该空气分离单元中，大气L在主空气压缩机32中被压缩，并且此后在冷却单元(未具体指定)中被冷却。在所示示例中并且如由箭头33所示，将平均功率为3MW的电能的用于驱动主空气压缩机32。在所示示例中并且如由箭头34所示，从冷却单元中的压缩空气中取出平均热量为3MW的热能。
如图所示，在空气分离单元30左侧所示的罐的情况下，空气产物诸如液氮(在第二操作模式中也用于注射)、液氧和液氩可在空气分离单元30中形成。
如由虚线箭头51、52所示，来自第二进料流B和再循环流R以及来自压缩空气L的热量可使用冷却塔50消散到大气中。在所示示例中，分别以176吨/天或81.6kNm3/h和27.5kNm3/h的量供应第一进料流A和第二进料流B。氨产物E可以以1,000吨/天的量提供。
图2示意性地示出了根据本发明的一个优选实施方案的设备100。图2中所示的设备100与图1中所示的设备900的基本不同之处在于，在图1中所示的设备900中的后冷却器36中进行的再循环流的冷却包括将热量从再循环流转移到蒸汽***21。
如图所示，此处提供储热单元22，其适于至少在第一操作模式中储存从再循环流R转移的热量，其中至少在第二操作模式中将储存在储热单元22中的热量转移到蒸汽***21。根据本发明的该实施方案产生的余热或蒸汽可用于驱动发电机24，该发电机至少在可用时机械地联接到蒸汽23涡轮。
如连接点1和连接点2所示，由空气分离单元提供的氮气和/或冷却气体可用于氨冷凝单元14中。还可设置吸附冷却器，但未具体示出。
图3A和图3B具体示出了处于如先前所提及的第一操作模式和第二操作模式的根据图2的设备100。如图3A所示，热量储存在储热单元22中，如由箭头25所示并且如图3B所示，热量从储热单元22转移到蒸汽***21，如由箭头26所示。此类热量可用于在发电机24中提供量为4MW(在该示例中)的电能，如由箭头27所示。作为压缩的结果，用于形成第二进料流B和再循环流R的氮气可以在120℃至350℃的温度下提供。
图4示意性地示出了根据本发明的一个优选实施方案的设备200。图4中所示的设备200与图2、图3和图3A中所示的设备100的基本上不同之处在于设置了定日镜60。
在所示示例中，定日镜40适于在定日镜60的吸热器61中将用于形成第二进料流B和再循环流R的氮气加热至500℃至800℃的温度，其对应于在所示示例中为10MW至20MW热能的热量，如由箭头63所示。通过使用镜子62来提供热量。在该实施方案中，可向蒸汽***21提供附加的热量。
图5A和图5B具体示出了处于如先前所提及的第一操作模式和第二操作模式的根据图4的设备200。参考结合上述图3A和图3B的说明。在如图5B所示的第二操作模式中，在定日镜中不提供热能，因此用于形成第二进料流B和再循环流R的氮气保持在120℃至350℃的温度。
图6示意性地示出了根据本发明的一个优选实施方案的设备300。图6中所示的设备300与图2、图3和图3A中所示的设备100和200的基本上不同之处在于，电解单元40适于用蒸汽流S而不是液态水W来操作，例如使用固体氧化物电解池。液态水W替代地供应到蒸汽***21，该蒸汽***可使用例如生物质来燃烧，如由29所示的。
由于电解单元40的不同操作，供应至电解单元的电能可降低至170MW的平均量，并且平均以88吨/天或40.8kNm3/h的量产生氢气或第一进料流A。相应地，平均而言，在该示例中以13.8kNm3/h的平均量提供第二进料流B。在所示示例中，液态水W以35m3/h的平均量提供。相应地，在所示示例中，压缩能量平均降低到5MW，并且废热平均降低到17.5MW。同样，用于冷凝的能量平均降低到3MW，并且氨产物流E以500吨/天的量生产。向定日镜60的吸收器61提供平均10MW的热能，使得用于形成第二进料流B和再循环流R的氮气被加热至300℃至1,000℃的温度。
图7A和图7B具体示出了处于如先前所提及的第一操作模式和第二操作模式的根据图6的设备300。参考结合上述图3A和图3B以及图5A和图5B的说明。
在一个示例中，在图7A中所示的第一操作模式中以290MW的量提供供应到电解单元40的电能。此外，在图7A所示的第一操作模式中，以150吨/天的量从电解单元40中取出氢气，并且以106吨/天或49.8kNm3/h的量产生第一进料流A。44吨/天的余量储存在缓冲单元43中。相应地，在图7A所示的第一操作模式中，以16.5kNm3/h的量提供第二进料流B。在图7A所示的第一操作模式中，以60m3/h的平均量提供液态水W。相应地，在图7A所示的第一操作模式中使用和提供6MW的压缩能量和21.0MW的压缩能量。用于冷凝的能量停留在3MW，并且在图7A所示的第一操作模式中，以600吨/天的量生产氨产物流E。
在该示例中，在图7B所示的第二操作模式中，供应至电解单元40的电能仅以50MW的量提供。此外，在图7B所示的第二操作模式中，仅以26吨/天的量从电解单元40中取出氢气，并且以70吨/天或32.6kNm3/h的量产生第一进料流A。从缓冲单元43中取出44吨/天的补充量。相应地，在图7B所示的第二操作模式中，以11.0kNm3/h的量提供第二进料流B。在图7B所示的第二操作模式中，以10m3/h的平均量提供液态水W。相应地，在图7B所示的第二操作模式中使用并提供4MW的压缩能量和14.0MW的压缩能量。用于冷凝的能量停留在3MW，并且在图7B所示第二操作模式中，以400吨/天的量生产氨产物流E。
在图7A所示的第一操作模式中，向定日镜60的吸收器61提供25MW的热能，使得用于形成第二进料流B和再循环流R的氮气被加热至500℃至800℃的温度。相比之下，在如图B所示的第二操作模式中，在定日镜中不提供热能，因此用于形成第二进料流B和再循环流R的氮气保持在120℃至350℃的温度。

Claims (15)

1.一种用于通过使第一进料流中提供的氢气和第二进料流中提供的氮气催化反应来生产氨的方法，所述第一进料流中的所述氢气至少部分通过水电解形成，并且所述第二进料流中的所述氮气至少部分通过低温空气分离形成，其中所述低温空气分离使用包括精馏塔***(31)的空气分离单元(30)执行，再循环流由从所述精馏塔***(31)取出的至少主要包含氮气的气流在所述空气分离单元(30)中至少暂时地形成，所述再循环流至少暂时地以所示顺序压缩、冷却、膨胀并再引入到所述精馏塔***(31)中，并且其中来自所述氢气和氮气反应的废热被转移到提供蒸汽的蒸汽***(21)中，其特征在于，所述使所述再循环流冷却包括将热量从所述再循环流转移到所述蒸汽***(21)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中由所述蒸汽***(21)提供的所述蒸汽用于产生在所述氢气和氮气催化反应中和/或在与其相关联的至少一个方法步骤中使用的电力和轴功率中的至少一者。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中使用储热***(22)并且所述将热量从所述再循环流转移到所述蒸汽***(21)包括将所述热量的至少一部分在第一操作模式中从所述再循环流转移到所述储热***(22)并且在第二操作模式中从所述储热***(22)转移到所述蒸汽***(21)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述第一操作模式中，将所述再循环流的所述热量的第一部分从所述再循环流转移到所述储热***(21)，并且将所述再循环流的所述热量的第二部分从所述再循环流转移到所述蒸汽***(21)，但不储存在所述储热***(22)中。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，在所述第二操作模式中，没有热量或将比所述第一操作模式中更少的热量从所述再循环流转移到所述蒸汽***(21)和/或所述储热***(22)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中所述空气分离单元(30)在所述第一操作模式中使用与所述第二操作模式相比更大量的电功率进行操作，并且/或者其中所述再循环流在所述第二操作模式中以与所述第一操作模式相比更大的质量流形成，并且/或者其中所述空气分离单元(30)的主空气压缩机(32)在所述第一操作模式和所述第二操作模式中以75％至100％的负载进行操作。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中所述氨通过冷却而液化，并且其中，在所述第一操作模式中，由所述空气分离单元(30)提供的低温流体用于所述氨的冷却。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中执行所述再循环流的所述压缩以产生25巴至80巴的所述再循环流的绝对压力和/或120℃至300℃的温度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在被压缩之后且在被冷却、膨胀并再引入到所述精馏塔***中之前，将所述再循环流的至少一部分进一步加热到300℃至1,000℃的温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中使用太阳能、核能和废热中的至少一者执行所述再循环流的进一步加热。
11.根据权利要求10所述的方法，其中使用利用定日镜***(60)提供的太阳能执行所述再循环流的进一步加热。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述定日镜***包括吸热器(61)，所述吸热器安装到所述空气分离单元的冷箱或安装到用于所述氢气和氮气催化反应的处理单元的结构。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述蒸汽***和/或氨冷凝***的废热用于加热在所述空气分离单元的预纯化单元中使用的再生气流。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水电解使用蒸汽作为电解进料执行，所述用作电解进料的蒸汽在所述热量转移到所述蒸汽***之后使用所述再循环流的余热进行加热。
15.一种用于通过在反应器单元(10)中使第一进料流中提供的氢气和第二进料流中提供的氮气催化反应来生产氨的设备(100,200)，其中设置电解单元(40)，所述电解单元适于在所述第一进料流中形成所述氢气的至少一部分，并且其中设置低温空气分离单元(30)，所述低温空气分离单元适于在所述第二进料流中提供所述氮气的至少一部分，其中所述空气分离单元包括精馏塔***(31)并且适于由从所述精馏塔***(31)取出的至少主要包含氮气的气流形成再循环流，并且其中设置再循环流处理装置，所述再循环流处理装置适于以所示顺序将所述再循环流压缩、冷却、膨胀并再引入到所述精馏塔***(31)中，并且其中设置蒸汽***(21)，所述蒸汽***适于从转移到所述蒸汽***的废热提供蒸汽，所述废热来自所述氢气和氮气催化反应，其特征在于所述再循环流处理装置适于至少部分地通过将热量从所述再循环流转移到蒸汽***来执行所述再循环流的所述冷却。
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