本公開涉及氨合成系統(tǒng)和方法。具體地，本文公開了用于氨合成設(shè)備和系統(tǒng)的新穎壓縮裝置布置。

背景技術(shù)：

1、氨是在水中具有高溶解度的氣體，其通常在水溶液中使用。氨(nh3)用于若干工業(yè)應用中，尤其用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其它銨鹽，諸如硝酸鹽、磷酸鹽等。氨衍生物廣泛用于農(nóng)業(yè)中。約80％的氨生產(chǎn)用于制造肥料。

2、通常，根據(jù)以下放熱反應(即釋放熱量的反應)通過氮氣和氫氣的合成來生產(chǎn)氨：

3、

4、其中δh是由反應釋放的熱量。

5、氨生產(chǎn)通常從進料氣體開始，該進料氣體提供氫氣源，諸如例如甲烷。氮氣從空氣中獲得。氨生產(chǎn)工藝的細節(jié)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的，并且設(shè)備和工藝的一些特征將在后面回顧，以便更好地理解本文所公開的系統(tǒng)的新方面，并且更好地理解其相對于現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備的各種優(yōu)點和有益效果。

6、從廣義上說，由空氣和進料氣體生產(chǎn)氨所進行的各個工藝步驟需要若干壓縮組。如本文所理解的，術(shù)語“壓縮組”表示包括至少一個驅(qū)動器和由該驅(qū)動器驅(qū)動的一個或多個壓縮機以處理一種或多種氣態(tài)流體的機器機組。如在本文中所理解的氣態(tài)流體或氣體是任何可壓縮流體。

7、更具體地，在現(xiàn)有技術(shù)的氨生產(chǎn)設(shè)備中，如果源氣體諸如甲烷在足夠的壓力下不可用，則可需要第一壓縮組來壓縮進料氣體，并且將所壓縮的進料氣體輸送到初級蒸汽重整器和次級蒸汽重整器。提供第二壓縮組以壓縮工藝空氣并將所壓縮的工藝空氣輸送到次級重整器。從變換中獲得的原料合成氣(合成氣體)由第三壓縮組壓縮。需要另一個第四壓縮組來處理制冷劑流體，該制冷劑流體在氨轉(zhuǎn)化器中冷卻從合成氣產(chǎn)生的氨。

8、用于氨合成的替代方法使用通過電解獲得的氫氣。最近，為了減少溫室氣體的產(chǎn)生并避免使用烴，已經(jīng)對所謂的綠氨生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)進行了深入研究。綠氨生產(chǎn)是其中制備氨的工藝是100％可再生的并且無碳的。制備綠氨的一種方式是通過使用從空氣中分離的氮氣和由可再生能源提供電力的水電解產(chǎn)生的氫氣。然后將氮氣和氫氣作為合成氣供給到氨轉(zhuǎn)化器中以從合成氣合成氨。這樣得到的氨通過與制冷劑回路中的制冷劑流體進行熱交換而被冷卻。

9、綠氨工藝也需要昂貴的且笨重的壓縮裝置，該壓縮裝置由相應的驅(qū)動器驅(qū)動以壓縮制冷回路中的合成氣和制冷劑等。

10、若干壓縮組的必要性使得氨生產(chǎn)設(shè)備復雜且昂貴。因此，希望簡化氨生產(chǎn)設(shè)備的總體布置。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)一個方面，本文公開了包括多級壓縮機的氨生產(chǎn)壓縮裝置。多級壓縮機包括第一組壓縮機級，該第一組壓縮機級適于壓縮包含氫氣和氮氣的合成氣；和第二組壓縮機級，該第二組壓縮機級適于壓縮制冷劑回路的制冷劑。合成氣入口與第一組壓縮機級中的最上游壓縮機級流體聯(lián)接，并且合成氣出口與第一組壓縮機級中的最下游壓縮機級流體聯(lián)接。類似地，制冷劑入口與第二組壓縮機級中的最上游壓縮機級流體聯(lián)接，并且制冷劑出口與第二組壓縮機級中的最下游壓縮機級流體聯(lián)接。

2、術(shù)語“上游”和“下游”是指相關(guān)的一組壓縮機級中的工藝氣體的流動方向。

3、第一組壓縮機級和第二組壓縮機級中的若干級可以容納在多級壓縮機的單個殼體中。

4、在特別有利的實施方案中，壓縮機是往復式壓縮機。往復式壓縮機包括旋轉(zhuǎn)地容納在單個框架中的公共曲軸。曲軸將運動傳遞給多級往復式壓縮機的多個氣缸中的每個氣缸的連桿、十字頭、活塞桿和活塞。第一組氣缸/活塞系統(tǒng)處理合成氣，并且第二組氣缸/活塞系統(tǒng)處理制冷劑。這兩種工藝氣體因此彼此分離，即使它們由同一壓縮機進行處理。往復式壓縮機提供了一種簡單的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，在同一壓縮機中處理的兩種氣體之間的泄漏和污染問題較少。

5、因此獲得緊湊的布置，該布置適于在單個壓縮機中處理兩種工藝流體，即制冷劑和合成氣。

6、根據(jù)另一個方面，本文公開了一種氨生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括合成氣壓縮裝置、氨轉(zhuǎn)化器和氨冷卻器，該氨冷卻器具有與氨轉(zhuǎn)化器流體聯(lián)接的熱側(cè)和與氨制冷回路流體聯(lián)接的冷側(cè)。氨制冷回路包括適于使制冷劑在制冷回路中循環(huán)的制冷劑壓縮裝置。

7、在本文公開的實施方案中，合成氣壓縮裝置和制冷劑壓縮裝置的特征在于單個多級壓縮機。在本文所公開的實施方案中，合成氣壓縮裝置包括多級壓縮機中的第一組壓縮機級，并且制冷劑壓縮裝置包括多級壓縮機中的第二組壓縮機級。

8、根據(jù)另一個方面，本文公開了一種用于生產(chǎn)氨的方法，該方法使用如上所述的氨生產(chǎn)系統(tǒng)。該方法包括以下步驟：在多級壓縮機中的第一組壓縮機級中壓縮合成氣；將所壓縮的合成氣供給到氨轉(zhuǎn)化器并在其中產(chǎn)生氨；將氨從氨轉(zhuǎn)化器供給通過氨冷卻器，以與在制冷回路中循環(huán)的制冷劑形成熱交換關(guān)系；以及從制冷劑除去熱量，并且在多級壓縮機中的第二組壓縮機級中壓縮所冷卻的制冷劑。

9、根據(jù)本公開的壓縮機、系統(tǒng)和方法的另外的特征和實施方案描述于下文并且在所附權(quán)利要求書中示出。

技術(shù)特征：

1.一種氨生產(chǎn)壓縮裝置，所述氨生產(chǎn)壓縮裝置包括多級壓縮機；其中

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮裝置，其中所述多級壓縮機是包括多個氣缸的往復式壓縮機，其中第一組氣缸壓縮合成氣，并且第二組氣缸壓縮所述制冷劑；并且其中單個曲軸驅(qū)動所述第一組氣缸的活塞和所述第二組氣缸的活塞。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓縮裝置，其中所述第一組壓縮機級包括3至5個壓縮機級；所述第二組壓縮機級包括2至4個壓縮機級；所述第一組壓縮機級適于提供介于4與7之間的壓縮比；并且所述第二組壓縮機級適于提供介于12與17之間的壓縮比。

4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的壓縮裝置，其中所述多級壓縮機包括以下中的至少一者：位于所述第一組壓縮機級中的兩個順序布置的級之間的中冷器；位于所述第二組壓縮機級中的兩個順序布置的級之間的中冷器。

5.一種氨生產(chǎn)系統(tǒng)，所述氨生產(chǎn)系統(tǒng)包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氨生產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述制冷劑是氨。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的氨生產(chǎn)系統(tǒng)，所述氨生產(chǎn)系統(tǒng)還包括位于所述氨冷卻器的下游的氨分離器；其中合成氣再循環(huán)管線將所述氨分離器與所述第一組級中的最下游級流體聯(lián)接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氨生產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述第一組級中的最下游級適于僅處理從所述氨分離器再循環(huán)的合成氣。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氨生產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述第一組級中的最下游級還與所述第一組級中的上游級的輸送側(cè)流體聯(lián)接。

10.根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一項所述的氨生產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述多級壓縮機是包括多個氣缸的往復式壓縮機，其中第一組氣缸壓縮合成氣，并且第二組氣缸壓縮所述制冷劑；并且其中單個曲軸驅(qū)動所述第一組氣缸的活塞和所述第二組氣缸的活塞。

11.根據(jù)權(quán)利要求5至10中任一項所述的氨生產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述第一組壓縮機級包括3至5個壓縮機級；所述第二組壓縮機級包括2至4個壓縮機級；所述第一組壓縮機級適于提供介于4與7之間的壓縮比；并且所述第二組壓縮機級適于提供介于12與17之間的壓縮比。

12.根據(jù)權(quán)利要求5至11中任一項所述的氨生產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述多級壓縮機包括以下中的至少一者：位于所述第一組壓縮機級中的兩個順序布置的級之間的中冷器；和位于所述第二組壓縮機級中的兩個順序布置的級之間的中冷器。

13.一種用于生產(chǎn)氨的方法，所述方法使用根據(jù)權(quán)利要求5至12中任一項所述的氨生產(chǎn)系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟：

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述方法還包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
用于氨的壓縮裝置包括多級壓縮機，該多級壓縮機包括第一組壓縮機級，該第一組壓縮機級適于壓縮包含氫氣和氮氣的合成氣；和第二組壓縮機級，該第二組壓縮機級適于壓縮制冷劑回路的制冷劑。本文還描述了包括氨壓縮裝置的氨生產(chǎn)系統(tǒng)以及方法。

技術(shù)研發(fā)人員：S·蓋齊,N·班基,F·坎焦利,T·沃夫勒
受保護的技術(shù)使用者：諾沃皮尼奧內(nèi)技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/12