JPS5938161B2 - Method for producing synthesis gas for ammonia production - Google Patents
Method for producing synthesis gas for ammonia productionInfo
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- JPS5938161B2 JPS5938161B2 JP55054827A JP5482780A JPS5938161B2 JP S5938161 B2 JPS5938161 B2 JP S5938161B2 JP 55054827 A JP55054827 A JP 55054827A JP 5482780 A JP5482780 A JP 5482780A JP S5938161 B2 JPS5938161 B2 JP S5938161B2
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、水素と窒素を含有し、アンモニア合成用ガス
として使用するに特に適したガスを製造する方法に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a gas containing hydrogen and nitrogen, which is particularly suitable for use as an ammonia synthesis gas.
常套的に行なわれている水素の商業的製造は、次の工程
から成る一連の製造工程である。The conventional commercial production of hydrogen is a series of production steps consisting of the following steps:
（ｉ） 炭化水素供給原料を酸素、空気若しくは水蒸
気又はこれらの混合物と反応させることにより、主成分
として炭素酸化物類と水素を含有するガスを製造する。(i) producing a gas containing carbon oxides and hydrogen as main components by reacting a hydrocarbon feedstock with oxygen, air or water vapor or mixtures thereof;
但）一酸化炭素を水蒸気で酸化して二酸化炭素と水素に
転化する（水性ガス転化）。However, carbon monoxide is oxidized with water vapor and converted into carbon dioxide and hydrogen (water gas conversion).
（！ｉ◇ 二酸化炭素を除去し、実質的に純粋な水素流
を残す。(!i◇ Removes carbon dioxide, leaving a substantially pure hydrogen stream.
（ロ）残留する不純物を除去するに適した最終精製を行
なう。(b) Perform final purification appropriate to remove remaining impurities.
現在用いられている上記工程の２種の主要な変形工程は
、（４）接触水蒸気改質法及び（Ｂ）部分酸化法である
。The two main variants of the above process currently in use are (4) catalytic steam reforming and (B) partial oxidation.
（５）接触水蒸気改質法
現在のところ、この方法は、天然ガス、ナフサ及び同種
の軽質供給原料とともに使用するに適した触媒の入手難
によって制約を受けている。(5) Catalytic Steam Reforming Currently, this process is limited by the unavailability of catalysts suitable for use with natural gas, naphtha, and similar light feedstocks.
この方法で用いる触媒は硫黄に対して敏感であり、従っ
て触媒との接触に先立つ炭化水素の脱硫を厳密に行なわ
なければならない。The catalyst used in this process is sensitive to sulfur and therefore requires rigorous desulfurization of the hydrocarbons prior to contact with the catalyst.
脱硫した供給原料を炭素１原子当たり２乃至４モルの水
蒸気と混合して、触媒上に通じ、主として水素と、炭素
酸化物類と、残留メタンと、未反応の水蒸気とから成る
混合物の形で高温度にする。The desulfurized feed is mixed with 2 to 4 moles of water vapor per atom of carbon and passed over the catalyst in the form of a mixture consisting primarily of hydrogen, carbon oxides, residual methane and unreacted water vapor. Bring to a high temperature.
反応物の温度を出口温度にまで高め且つ吸熱反応によっ
て吸収される熱を供給するために必要とする熱触媒を管
内に封じ込めて炉内で外部から加熱することにより供給
される。The thermal catalyst required to raise the temperature of the reactants to the outlet temperature and to provide the heat absorbed by the endothermic reaction is supplied by being enclosed in tubes and externally heated in the furnace.
この水蒸気改質法は、空気若しくは酸素又はこれらの混
合物を導入し接触反応器中で燃焼させることにより、全
体的に又は部分的に自己燃焼熱によって行なうこともで
きる。This steam reforming process can also be carried out wholly or partly by self-combustion heat by introducing air or oxygen or mixtures thereof and burning them in a catalytic reactor.
特に、天然ガスからアンモニア合成用ガスを製造する場
合には、一次改質反応器内の反応物への間接的な熱供給
が二次改質反応器内の空気による内部燃焼によって補充
され、特にこの内部燃焼はアンモニア合成工程で要求さ
れる窒素の供給に役立つ。In particular, when producing ammonia synthesis gas from natural gas, the indirect heat supply to the reactants in the primary reforming reactor is supplemented by internal combustion with air in the secondary reforming reactor, especially This internal combustion helps provide the nitrogen required for the ammonia synthesis process.
他の水蒸気改質法においては、必要な高温度加熱の全て
が触媒区域内における酸素又は酸素に富む空気の自己燃
焼によって供給され、改質反応器は全（間接加熱されな
い。In other steam reforming processes, all of the necessary high temperature heating is provided by self-combustion of oxygen or oxygen-enriched air in the catalyst zone, and the reforming reactor is not entirely (indirectly heated).
改質反応器の生成ガスは、ＣＯの水性ガス転化とＣＯ２
の除去工程を経て、個々の用途上の必要に応じて例えば
メタン化法の如き最終精製が行なわれる。The gas produced in the reforming reactor consists of CO water gas conversion and CO2
After the removal step, final purification, such as methanation, is carried out depending on the needs of the individual application.
但）部分酸化法
部分酸化法は、酸素又は空気の制約供給下における炭化
水素原料の燃焼に基礎をお（方法である。However, partial oxidation method The partial oxidation method is a method based on the combustion of hydrocarbon feedstock under a limited supply of oxygen or air.
この方法の例は、例えばテキサコ法（Ｔｅｘａｃ。Examples of this method include, for example, the Texac method.
Ｐ ｒｏｃｅｓｓ ）及びシェル法（５ｈｅｌｌ Ｐｒ
ｏｃｅｓｓ）のような天然ガスから石炭に至る全ての範
囲の炭化水素類に適用できる方法と、例えばコツパース
・トチニック法（Ｋｏｐｐｅｒｓ −Ｔｏｔｚｅｋ Ｐ
ｒｏｃｅｓｓ ）及びルルギ法（Ｌｕｒｇｉ Ｐｒｏｃ
ｅｓｓ）のように石炭のみに適用される方法とを含む。Process) and shell method (5hell Pr
The method can be applied to the whole range of hydrocarbons, from natural gas to coal, such as the Koppers-Totzek P
rocess ) and Lurgi Proc.
methods applicable only to coal, such as ess).
この方法では触媒は使用しないから、供給炭化水素の硫
黄含有率は制約要因とはならない。Since no catalyst is used in this process, the sulfur content of the feed hydrocarbon is not a limiting factor.
部分酸化法による製品ガスは、水素と、炭素酸化物類と
、残留メタンと、種々の割合の水蒸気と、供給物中に存
在する硫黄の程度に応じた主として硫化水素の形の硫黄
化合物類と、その他の痕跡量の不純物を含有する。The product gas from the partial oxidation process consists of hydrogen, carbon oxides, residual methane, varying proportions of water vapor, and sulfur compounds, primarily in the form of hydrogen sulfide, depending on the degree of sulfur present in the feed. , and other traces of impurities.
石炭を比較的低温度のガス化装置内で保持するルルギ法
その他の方法の場合には、製品ガスはかなりの量の高分
子有機物質、例えばベンゼン及びタール類、を含有する
可能性がある。In the case of Lurgi processes and other processes in which coal is held in a gasifier at relatively low temperatures, the product gas can contain significant amounts of high molecular weight organic materials, such as benzene and tars.
製品ガスから痕跡量の不純物を除去することが望ましい
ことと、硫黄含有ガス類を低温度（約２００乃至２５０
℃）の一酸化炭素転化触媒で処理することの困難さとを
考え合わせて、水蒸気改質によるメタン化よりも、転化
及び二酸化炭素と硫化水素の除去後に最終的なガス精製
のために窒素洗浄が選択される場合も多い。It is desirable to remove trace impurities from the product gas and the sulfur-containing gases are heated at low temperatures (approximately 200 to 250
Combined with the difficulty of processing with carbon monoxide conversion catalysts (°C), nitrogen scrubbing is preferred for final gas purification after conversion and removal of carbon dioxide and hydrogen sulfide, rather than methanation by steam reforming. It is often selected.
部分酸化法と上記の自己燃焼水蒸気改質法を適用する場
合においては、内部酸化剤としての空気の使用は得られ
る窒素の存在量が製品ガスとして容認できるかどうかに
よって制限を受ケる。In applying the partial oxidation process and the self-combustion steam reforming process described above, the use of air as an internal oxidizer is limited by whether the resulting nitrogen abundance is acceptable as a product gas.
従って、通常の天然ガス系アンモニア製造法においては
、二次改質反応器内に導入される空気の量は、アンモニ
ア合成工程で必要な窒素供給量に制限される。Therefore, in a normal natural gas-based ammonia production method, the amount of air introduced into the secondary reforming reactor is limited to the amount of nitrogen supplied in the ammonia synthesis step.
又、部分酸化・自己燃焼改質操作においては、この操作
法を低級の燃料ガス製造のためにのみ採用する場合以外
は、一般に少なくとも一部分の酸化剤として実質的に純
粋な酸素の供給に頼ることが必要である。Additionally, partial oxidation/self-combustion reforming operations generally rely on the supply of substantially pure oxygen as at least a portion of the oxidizing agent, unless the operation is employed only for the production of lower grade fuel gases. is necessary.
実質的に純粋な酸素の供給が必要であるということは、
空気分離プラントを設ける必要があることを意味する。The need for a substantially pure oxygen supply means that
This means that an air separation plant must be installed.
これによって生じる投下コストと操業コストの増大の結
果、供給炭化水素が極めて安価であるか若しくは供給原
料源の完全な融通自在性が望ましい場合以外は、この種
の方法は水素ガスに富むガス類の製造方法としては魅力
の少ないものになってしまう。As a result of the resulting increased investment and operating costs, this type of process cannot be used for hydrogen-rich gases unless the feed hydrocarbon is extremely cheap or complete flexibility in the feedstock source is desired. This makes it a less attractive manufacturing method.
上記の制約の一つの例外は、水蒸気改質によるアンモニ
ア製造のためのブラウン精製法（Ｂ ｒａｕｎ” Ｐｕ
ｒｉｆｉｅｒ ” Ｐｒｏｃｅｓｓ ）であり、このブ
ラウン精製法によれば、二次改質反応器内に合成窒素供
給量として必要な量以上の空気を導入し、その結果得ら
れる合成に必要な量より過剰な窒素を改質反応器の下流
で凝縮させて取り出す。One exception to the above constraints is the Braun purification process for ammonia production by steam reforming.
According to this Brown refining method, more air than is necessary for the synthesis nitrogen supply is introduced into the secondary reforming reactor, and as a result, an amount of air in excess of the amount necessary for synthesis is introduced into the secondary reforming reactor. Nitrogen is condensed and removed downstream of the reforming reactor.
本発明の目的）ま、アンモニアの合成に適したガス流を
製造する方法を提供することである。It is an object of the invention to provide a method for producing a gas stream suitable for the synthesis of ammonia.
本発明の一実施態様によれば、アンモニア合成用のガス
流を製造する方法であって、
（ａ） 空気の存在下で石油、石炭、天然ガス又はこ
れらを組み合わせた原料を部分酸化して水素と、少なく
とも１５バールの圧力下でのアンモニア合成で必要な量
以上の窒素と、炭素酸化物類と、メタンと、石油、石炭
又は天然ガス中に硫黄が存在する場合には硫化水素とを
含有する原料ガス流を製造し、
（ｂ） 前記原料ガス流を処理して水素と窒素以外の
実質的に全ての成分ガスを除去し、
（ｃ）水分が存在する場合には前記原料ガス流を乾燥し
、
（ｄ） 前記原料ガス流を分離工程に送って低温分離
器にてアンモニア合成に適した所定の窒素対水素比を持
つ水素−窒素供給ガス流と窒素に富むガス流とに５０バ
一ル未満の加圧下で分離し、分離した窒素に富むガス流
により前記分離工程を冷却し、
（ｅ） 前記の水素−窒素供給ガス流をアンモニア合
成反応器に射出し、
（ｆ） 上記（ｄ）工程からの窒素に富むガス流を引
続き５０バ一ル未満の加圧下で、５００〜２０００℃の
高温まで加熱し、
（ｇ） 上記（ｆ）工程からの高圧の窒素に富むガス
流をタービン中で膨張させて動力を発生させることを特
徴とする方法が提供される。According to one embodiment of the invention, there is provided a method for producing a gas stream for ammonia synthesis, comprising: (a) partially oxidizing petroleum, coal, natural gas or a combination thereof in the presence of air to produce hydrogen; containing nitrogen, carbon oxides, methane and, if sulfur is present in the oil, coal or natural gas, hydrogen sulfide, in excess of the amount required for ammonia synthesis under a pressure of at least 15 bar. (b) treating said feed gas stream to remove substantially all component gases other than hydrogen and nitrogen; (c) treating said feed gas stream when moisture is present; (d) sending said feed gas stream to a separation step to separate a hydrogen-nitrogen feed gas stream and a nitrogen-rich gas stream in a cryogenic separator with a predetermined nitrogen to hydrogen ratio suitable for ammonia synthesis for 50 bar; (e) injecting said hydrogen-nitrogen feed gas stream into an ammonia synthesis reactor; (f) d) heating the nitrogen-rich gas stream from step (f) above to an elevated temperature of 500 to 2000° C. under a subsequent pressure of less than 50 bar; (g) heating the high pressure nitrogen-rich gas stream from step (f) above A method is provided that includes generating power through expansion in a turbine.
本発明の更に別の実施態様によれば、アンモニア合成に
適したガス流を製造する方法であって、必須成分として
窒素と水素とから成り少な（とも１５バール一般的には
３０乃至１００バールの圧力下でのアンモニア合成で必
要な量以上の窒素を含有するガス流を供給し、前記ガス
流を分離工程に送って窒素の一部分を凝縮させて分離工
程前の圧力と匹敵する圧力で水素対窒素比がアンモニア
合成に適する比率の水素−窒素ガス流と最大限５０バー
ル一般的には５乃至１０バールの窒素流とをつ（す、水
素−窒素ガス流をアンモニア合成反応器内に射出し、窒
素流を最下限２０００℃一般的には５００乃至１５００
℃に加熱してタービン中で膨張させて動力を発生させる
ことを特徴とする方法が提供される。According to a further embodiment of the invention, there is provided a method for producing a gas stream suitable for ammonia synthesis, comprising as essential components nitrogen and hydrogen (both 15 bar and typically 30 to 100 bar). Provide a gas stream containing more nitrogen than is required for ammonia synthesis under pressure, send said gas stream to a separation step to condense a portion of the nitrogen, and remove hydrogen at a pressure comparable to that before the separation step. A hydrogen-nitrogen gas stream with a nitrogen ratio suitable for ammonia synthesis and a nitrogen stream of up to 50 bar, typically 5 to 10 bar, are injected into the ammonia synthesis reactor. , nitrogen flow to a minimum of 2000℃, generally 500 to 1500℃
A method is provided characterized in that the power is generated by heating to 0.degree. C. and expanding in a turbine.
本発明は、水素と窒素の特性が大きく異なっているため
に水素と窒素の混合物は容易に分離でき、従って混合物
の窒素含有率を正確に制御することができるという事実
に基礎をおくものである。The invention is based on the fact that mixtures of hydrogen and nitrogen can be easily separated and the nitrogen content of the mixture can therefore be precisely controlled, since the properties of hydrogen and nitrogen are very different. .
ガス分子の大きさの相違を利用する他の分離方法、例え
ば選択吸着法や分散法などを使用することもできるけれ
ども、最も簡単なガス分離法は低温度処理である。The simplest gas separation method is low temperature treatment, although other separation methods that take advantage of differences in the size of gas molecules, such as selective adsorption and dispersion methods, can also be used.
本発明は、主成分として水素と窒素とを含有するガスで
あればどのようなガスをも使用でき、従って原料ガスは
石油、石炭又は天然ガスの空気中での部分酸化によって
得ることができる。In the present invention, any gas containing hydrogen and nitrogen as main components can be used, and the raw material gas can therefore be obtained by partial oxidation of petroleum, coal or natural gas in air.
好ましい実施態様においては、低温分離器中で所望量の
窒素を分離する。In a preferred embodiment, the desired amount of nitrogen is separated in a cryogenic separator.
この低温分離器には、ジュール・トムソン冷却（Ｊｏｕ
ｌｅ Ｔｈｏｍｓｏｎｃｏｏｌｉｎｇ ）、低温仕事膨
張器（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｏｒｋ ｅｘ
ｐａｕｄｅｒ ）、補助冷却又はこれらの組合せを利用
することができる。This cryogenic separator includes Joule-Thomson cooling (Jou
Thomson cooling), low temperature work expander
powder), supplemental cooling, or a combination thereof.
適当な低温分離器は、周知であり、市販されている。Suitable cryogenic separators are well known and commercially available.
所望量の窒素を含有する分離後の水素は、通常は入口圧
力より僅かに低い圧力で低温分離器から出て、アンモニ
ア合成用の装置に射出される。The separated hydrogen, containing the desired amount of nitrogen, leaves the cryogenic separator, usually at a pressure slightly lower than the inlet pressure, and is injected into an apparatus for ammonia synthesis.
窒素流は通常、入口圧力よりも幾分低い圧力で低温分離
器から出るけれども、加熱されて膨張タービンを通過さ
せると有用な動力を与えるに足るものである。The nitrogen stream typically exits the cryogenic separator at a pressure somewhat lower than the inlet pressure, but is heated enough to provide useful power when passed through the expansion turbine.
以下に添附の図面を参照しつつ、本発明について説明す
る。The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
第１図を参照すると、天然ガス、石油若しくは石炭又は
これらの混合物は、一般的には予熱され予圧されている
空気又は酸素に富む空気によって部分酸化される。Referring to FIG. 1, natural gas, oil or coal or mixtures thereof are typically partially oxidized by preheated and prepressurized air or oxygen-enriched air.
得られるガス流は、水素と、窒素と、炭素酸化物類と、
メタンと、硫黄が存在する場合には硫化水素とを含有し
、窒素対水素比はアンモニア合成で必要な比率を越えて
いる。The resulting gas stream contains hydrogen, nitrogen, carbon oxides,
It contains methane and hydrogen sulfide if sulfur is present, and the nitrogen to hydrogen ratio exceeds that required for ammonia synthesis.
この部分酸化は、最大限１５０バール、一般的には１５
乃至１５０バール、好ましくは３０乃至１００バールの
圧力下で、３００乃至２０００℃、一般的には１０００
℃までの温度で行なわれる。This partial oxidation is carried out at a maximum of 150 bar, typically at 15
300 to 2000°C, typically 1000°C, under a pressure of from 30 to 150 bar, preferably from 30 to 100 bar.
It is carried out at temperatures up to ℃.
酸化を大気圧で行なってもよく、その場合にはガス流を
処理プロセス中の後の段階で加圧すればよい。Oxidation may be carried out at atmospheric pressure, in which case the gas stream may be pressurized at a later stage in the process.
得られるガス流を一般的には２００乃至５００℃の温度
下で例えば酸化鉄又はコバルトモリブデン酸塩のような
転化触媒上に通じて、存在する一酸化炭素を二酸化炭素
と水素に転換する。The resulting gas stream is passed over a conversion catalyst, such as iron oxide or cobalt molybdate, at a temperature generally between 200 and 500°C to convert the carbon monoxide present into carbon dioxide and hydrogen.
次に、ガス流を処理して不純物である二酸化炭素と硫化
水素とを除去する。The gas stream is then treated to remove impurities carbon dioxide and hydrogen sulfide.
この種のガス除去方法としては、例えば７０乃至１００
℃で熱炭酸カリウムによるスクラッピング法やレクチゾ
ル法（ＲｅｃｔｉｓｏｌＰｒｏｃｅｓｓ ）を含む多種
の方法がある。This type of gas removal method uses, for example, 70 to 100
There are a variety of methods including hot potassium carbonate scraping at 0.degree. C. and the Rectisol Process.
これ以前の工程において、ガス中に含有される硫黄を除
去しておくこともできる。Sulfur contained in the gas can also be removed in a step prior to this.
存在する残留二酸化炭素は、一般的には２５０乃至４５
０℃で行なうメタン化によって除去することができる。The residual carbon dioxide present is generally between 250 and 45
It can be removed by methanation carried out at 0°C.
得られるガスは、主たる不純物としてメタンと例えばア
ルゴンや水蒸気のような不活性ガス流を含有する水素と
窒素の混合物である。The resulting gas is a mixture of hydrogen and nitrogen containing methane as the main impurity and a stream of inert gas such as argon or water vapor.
次に、このガスを先ず冷却し、次いで例えば分子篩吸着
剤のような乾燥媒体と接触させて乾燥する（分子篩吸着
剤は残留する痕跡量の二酸化炭素を除去する）。This gas is then first cooled and then dried by contacting with a drying medium, such as a molecular sieve adsorbent (the molecular sieve adsorbent removes any remaining traces of carbon dioxide).
乾燥されたガスを次に、例えばジュール・トムソン冷却
及び再生熱交換を利用する低温度窒素／水素分離器に送
る。The dried gas is then sent to a low temperature nitrogen/hydrogen separator utilizing, for example, Joule-Thomson refrigeration and regenerative heat exchange.
ガスは熱交換部材と接触し、該熱交換部材がガスを約１
００°Ｋに冷却する。The gas contacts a heat exchange member which transfers the gas to about 1
Cool to 00°K.
低温凝縮器中で、水素ガス流中の窒素含有率はアンモニ
ア合成ガスに要求される水準、典型的にはアンモニア合
成用の２５％Ｎ２の水準にまで低下する。In the cryogenic condenser, the nitrogen content in the hydrogen gas stream is reduced to the level required for ammonia synthesis gas, typically 25% N2 for ammonia synthesis.
低温度窒素凝縮の結果、メタン及びアルゴン並びに入口
ガスの含有物の一部分が減少し、除去された不純物は廃
棄窒素流中に移行する。As a result of the low temperature nitrogen condensation, methane and argon as well as a portion of the inlet gas content are reduced and the removed impurities are transferred to the waste nitrogen stream.
ガス流の入口圧力より僅かに低い圧力で凝縮器を出た水
素−窒素流は、アンモニア合成装置に射出される。The hydrogen-nitrogen stream exiting the condenser at a pressure slightly below the gas stream inlet pressure is injected into an ammonia synthesizer.
第２図に示す実施例の場合には、窒素凝縮器として液体
窒素洗浄の形式が採用され、残留する一酸化炭素がアン
モニア合成で許容される水準になるまで除去される。In the embodiment shown in FIG. 2, the nitrogen condenser is in the form of a liquid nitrogen wash to remove residual carbon monoxide to levels acceptable for ammonia synthesis.
この変法によれば、メタン化工程を省略でき、水性ガス
転化工程からのＣＯ含有率のより高いものを使用できる
利点があり、得られる最終合成ガスは実質的にＣＨ４及
び不活性ガス類を含有しないものになる。This variant has the advantage of omitting the methanation step and using higher CO content from the water gas conversion step, and the resulting final synthesis gas is substantially free of CH4 and inert gases. It becomes something that does not contain.
洗浄に必要な純窒素は低温分離器内で凝縮する窒素から
得ることができ、従来技術による窒素洗浄プラントにお
けるように外部の液体窒素源に依存する必要はない。The pure nitrogen required for cleaning can be obtained from nitrogen condensing within the cryogenic separator, without having to rely on an external source of liquid nitrogen as in prior art nitrogen cleaning plants.
第１図に示したメタン化工程の上流に低温窒素凝縮工程
を位置させることもできる。A low temperature nitrogen condensation step can also be located upstream of the methanation step shown in FIG.
全応用例において、廃棄窒素は引き続いて高温タービン
の入口温度にまで加熱されてタービン内部で膨張して大
気圧になり、例えばプロセス空気を部分酸化工程又は水
蒸気改質工程に用いるべく圧縮するためにガス流を加圧
するに必要な動力の有用部分を発生するものであるから
、廃棄窒素は室温で最大限５０バール一般的には５乃至
１０バールの高圧で低温分離器から放出するのが好都合
である。In all applications, the waste nitrogen is subsequently heated to the high temperature turbine inlet temperature and expanded inside the turbine to atmospheric pressure, for example to compress process air for use in a partial oxidation or steam reforming step. Since it generates a useful portion of the power required to pressurize the gas stream, it is convenient to discharge the waste nitrogen from the cryogenic separator at a high pressure of up to 50 bar at room temperature, typically 5 to 10 bar. be.
廃棄窒素は、タービンの上流で、間接熱交換により、又
は補充空気及び必要な場合には燃料を追加して痕跡のメ
タン、水素及び−酸化炭素等の可燃成分の直接燃料によ
り、或いは両者の併用によって、例えば５００乃至２０
００℃、一般的には５００乃至１０００℃のタービン入
口温度に加熱することができる。Waste nitrogen is removed upstream of the turbine by indirect heat exchange or by direct fueling of combustible components such as traces of methane, hydrogen and -carbon oxides with the addition of make-up air and fuel if necessary, or a combination of both. For example, 500 to 20
It can be heated to a turbine inlet temperature of 00°C, typically 500 to 1000°C.
第３図に示す膨張タービン装置において、熱ガス膨張タ
ービンは開放サイクル・ガスタービンのタービン部材で
ある。In the expansion turbine arrangement shown in FIG. 3, the hot gas expansion turbine is a turbine component of an open cycle gas turbine.
窒素は補助燃料と混合されて、燃料としてガスタービン
の燃焼室に送られる。The nitrogen is mixed with auxiliary fuel and sent as fuel to the combustion chamber of the gas turbine.
同時に、部分酸化工程又は改質工程で必要なプロセス空
気必要量がガスタービンの圧縮器の排出口から放出され
る。At the same time, the process air requirement required for the partial oxidation or reforming step is discharged from the gas turbine compressor outlet.
この好ましい実施例においては、ガスタービンの圧縮器
と膨張型中の物質流の関係並びに開発された工業的な設
備設計を用いて得られる圧縮と膨張の効果的な手段の関
係には、はぼ平衡な関係が保持されている。In this preferred embodiment, the relationships between the material flows in the compressor and expansion molds of the gas turbine and the effective means of compression and expansion obtained using the developed industrial equipment design are not fully understood. A balanced relationship is maintained.
或いは、廃棄窒素を例えば室温のような低温度で膨張さ
せて動力を発生させ、アンモニア合成プラントの所望部
分の冷却に使用することもできる。Alternatively, waste nitrogen can be expanded at low temperatures, such as room temperature, to generate power and used to cool desired parts of an ammonia synthesis plant.
酸性ガス除去プラントから出る廃棄二酸化炭素を不純物
の形で大気中に放出できる場合には、低温分離器からの
加圧されている廃棄窒素を洗浄液から二酸化炭素の大部
分を除去するために使用し、次いで、まだ高圧である窒
素と二酸化炭素の混合物を加熱及び作業膨張工程に送る
のが有利である。If the waste carbon dioxide from the acid gas removal plant can be released to the atmosphere in impurity form, pressurized waste nitrogen from the cryogenic separator can be used to remove most of the carbon dioxide from the wash solution. It is then advantageous to send the mixture of nitrogen and carbon dioxide, still at high pressure, to a heating and working expansion step.
要約すると、一般に実施されている供給原料の酸化を含
む方法と比較して、上記の空気酸化−窒素凝縮−窒素膨
張法は下記の利益を与える。In summary, compared to commonly practiced processes involving feedstock oxidation, the air oxidation-nitrogen condensation-nitrogen expansion process described above provides the following benefits:
１、空気分離プラント、酸素圧縮器、配管等を省略でき
る。1. Air separation plant, oxygen compressor, piping, etc. can be omitted.
２、プラントの圧縮器に用いる総計動力が減少する。2. The total power used for the plant's compressor is reduced.
３、ガス膨張を含む廃棄窒素の高い潜在効率と従来法に
より組み込んだ熱回収とを考えに入れた場合、プラント
全体で必要な全エネルギーが大幅に減少する。3. When taking into account the high potential efficiency of the waste nitrogen including gas expansion and the heat recovery incorporated by conventional methods, the total energy required for the entire plant is significantly reduced.
なお、本明細書中で言及した圧力はゲージ圧である。Note that the pressure referred to in this specification is gauge pressure.
第１図は、本発明による製造方法の工程系統図（フロー
・シート）である。
第２図は、本発明によるもう一つの製造方法の工程系統
図である。
第３図は、本発明方法において使用するに適した高温開
放サイクル・ガスタービンの概略図である。FIG. 1 is a flow sheet of the manufacturing method according to the present invention. FIG. 2 is a process flow diagram of another manufacturing method according to the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram of a high temperature open cycle gas turbine suitable for use in the method of the present invention.
Claims (1)
れらを組み合わせた原料を部分酸化して水素と、少なく
とも１５バールの圧力下でのアンモニア合成で必要な量
以上の窒素と、炭素酸化物類と、メタンと、石油、石炭
又は天然ガス中に硫黄が存在する場合には硫化水素とを
含有する原料ガス流を製造し、 Φ）前記原料ガス流を処理して水素と窒素以外の実質的
に全ての成分ガスを除去し、 （ｅ） 水分が存在する場合には前記原料ガス流を乾
燥し、 （ｄ） 前記原料ガス流を分離工程に送って低温分離
器にてアンモニア合成に適した所定の窒素対水素比を持
つ水素−窒素供給ガス流と窒素に富むガス流とに５０バ
一ル未満の加圧下で分離し、分離した窒素に富むガス流
により前記分離工程を冷却し、 （ｅ） 前記の水素−窒素供給ガス流をアンモニア合
成反応器に射出し、 （ｆ） 上記（ｄ）工程からの窒素に富むガス流を引
続き５０バ一ル未満の加圧下で、５００〜２０００℃の
高温まで加熱し、 （ｇ） 上記（ｆ）工程からの高圧の窒素に富むガス
流をタービン中で膨張させて動力を発生させることを特
徴とするアンモニア合成用のガス流の製造方法。Claims: 1. A method for producing a feed gas stream for ammonia synthesis, comprising: (a) partially oxidizing a feedstock of petroleum, coal, natural gas or a combination thereof in the presence of air to produce hydrogen and at least 15 bar; producing a feed gas stream containing nitrogen, carbon oxides, methane, and hydrogen sulfide if sulfur is present in the oil, coal or natural gas in excess of that required for ammonia synthesis under pressure; Φ) treating said feed gas stream to remove substantially all component gases other than hydrogen and nitrogen; (e) drying said feed gas stream if moisture is present; and (d) said The feed gas stream is sent to a separation process where it is separated in a cryogenic separator into a hydrogen-nitrogen feed gas stream and a nitrogen-rich gas stream having a predetermined nitrogen to hydrogen ratio suitable for ammonia synthesis under a pressure of less than 50 bar. (e) injecting said hydrogen-nitrogen feed gas stream into an ammonia synthesis reactor; (f) adding nitrogen to the nitrogen from step (d) above; (g) expanding the high pressure nitrogen-rich gas stream from step (f) above in a turbine to generate power; A method for producing a gas stream for ammonia synthesis, characterized in that it generates.
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