用於改造制氨裝置的方法與流程

2023-06-01 18:15:46

本發明涉及制氨裝置的改造。更具體地，本發明涉及制氨裝置的蒸汽系統的改造。

背景技術：

用於合成氨的裝置主要包括用於生成補充氣的前端以及合成迴路。前端通常包括烴轉化階段和提純階段，提純階段包括例如變換爐(shiftconverter)、co2去除工段和甲烷轉化器。用於生產氨的裝置例如在ep2022754中被描述。

制氨裝置還包括所謂的蒸汽系統，其包括數個蒸汽生產者和蒸汽使用者。

蒸汽生產者可包括例如從熱流中去除熱的熱交換器，例如氣體冷卻器。例如，轉化階段通常包括一段轉化爐和二段轉化爐；離開一段轉化爐的產品氣體在進入二段轉化爐之前被冷卻，二段轉化爐的熱流出物(通常在接近1000℃的溫度)必須在提純之前被冷卻。通常在管殼式熱交換器中實現氣體冷卻，根據熱源的溫度，氣體冷卻在一定壓力下生成飽和蒸汽或過熱蒸汽。

蒸汽使用者包括驅動該裝置的旋轉機器(例如壓縮機和泵)的蒸汽渦輪機。在最大的蒸汽使用者中為驅動轉化階段的合成氣壓縮機和空氣壓縮機的蒸汽渦輪機。其他蒸汽使用者可以包括需要熱輸出的設備，例如需要低級蒸汽的co2去除系統。蒸汽也可以用作工藝蒸汽，該工藝蒸汽通常用於在前端中的蒸汽轉化。

蒸汽可以在一個或多個壓力水平下生成，例如大型制氨裝置包括高壓蒸汽管道和中壓和/或低壓蒸汽管道。根據蒸汽的生成和消耗之間的平衡，蒸汽系統可包括在不同壓力下的蒸汽出口或入口。一般而言，優選在一個或多個渦輪機中使高壓蒸汽膨脹以產生功，而在較低壓力下生成的蒸汽通常用於提供熱或用作工藝蒸汽。

大型設備可包括數個制氨裝置，在這種情況下，制氨裝置可以向其它制氨裝置輸出蒸汽或從其它制氨裝置中輸入蒸汽。

蒸汽系統的目的是內部地恢復儘可能多的能量，以滿足裝置本身的功率和/或熱量需求，從而減少來自外部源的能量輸入。因此，對於效率，蒸汽系統是關鍵組分。能量可以以燃料、來自外部生產的蒸汽或電能的形式而被輸入。

制氨裝置的改造通常針對增加在所生產的氨(噸/天)方面的生產力和/或效率。涉及制氨裝置的現代化的改造將通常引起可從工藝中回收的額外的蒸汽。然而，尤其在舊裝置中，會發生由於在同一個制氨裝置或同一個設備的另一個制氨裝置中缺乏合適的蒸汽使用者，額外的蒸汽本身不會被使用。

尤其，當改造具有在較低壓力(即大約30巴)下的中壓蒸汽系統的較舊的制氨裝置時，遇到該問題。改造會導致理論上在更高壓力下可獲得的額外量的蒸汽，但缺乏在相同壓力下工作的蒸汽使用者，從而浪費這種優勢。現有的中壓工段對較高壓力水平的適應從經濟觀點和機械觀點來看是不可行的，因此現有技術中唯一的解決方案是降低蒸汽的壓力，例如以減壓閥的方式降低蒸汽的壓力，然而這是無效率的，導致較低的級別和品質的蒸汽。

技術實現要素：

本發明的目的是克服上述缺點，提供一種用於制氨裝置的引入注目的改造的方法。該目的通過根據所附的權利要求的改造制氨裝置的方法來實現。本發明的優選特徵在從屬權利要求中進行陳述。

本發明涉及通過在高於蒸汽系統的原始中壓的中間的中-高壓力下的蒸汽流提供至少一額外的熱回收，並將所述蒸汽流的至少一部分輸出到裝置外部，其中，所述蒸汽的能含量可被合適地利用。

在優選的實施方式中，本發明涉及安裝新的高壓蒸汽使用者，其可以替代現有的中壓使用者。從所述新安裝的蒸汽使用者獲得在中間壓力下的所述蒸汽流。例如，所述蒸汽流可通過蒸汽渦輪機的抽取線路而獲得。

因此，本發明的優選的實施方式包括在蒸汽系統的高壓工段中安裝新的蒸汽渦輪機，所述蒸汽渦輪機具有在制氨裝置的設計高壓和設計中壓之間的中間壓力下的蒸汽抽取。在所述中間壓力下，從新安裝的渦輪機中抽出的蒸汽的至少一部分被輸出到制氨裝置外部用於進一步使用。

在本發明的所有實施方式中，所述中間壓力優選地比制氨裝置的原始中壓高至少5巴。例如，原始裝置的高壓蒸汽工段在大約100巴的壓力下運行；現有的中壓工段在小於40巴(例如30巴至35巴)下運行，從新安裝的渦輪機中抽出的蒸汽的壓力在40巴至60巴的範圍內。

優選地，改造後的制氨裝置是包括其它的制氨裝置的設備的一部分，在所述中間壓力下的蒸汽被輸出至該設備的具有在所述壓力下運行的中壓蒸汽工段的另一個制氨裝置。

本發明的優勢在於，制氨裝置可以在沒有被現有的蒸汽系統的壓力水平束縛的情況下改造。特別地，可以在位於蒸汽系統的中水平和高水平之間的新的壓力水平下獲得額外量的熱量。輸出蒸汽具有如下優勢：不需要改變現有的中壓蒸汽系統以應對更高的壓力水平，但另一方面，更高級別的蒸汽被充分利用。

藉助下面的詳細描述，本發明的優勢將是更加明顯的。

附圖說明

圖1為制氨裝置的示意圖。

圖2為在改造前的圖1的制氨裝置的蒸汽系統的一部分的示例圖。

圖3為在根據本發明的實施方式所進行的改造之後的圖2的示意圖。

具體實施方式

圖1為制氨裝置的基本示意圖，包括一段轉化工段1、二段轉化工段2、提純工段3、合成氣壓縮機4、空氣壓縮機5和氨合成迴路6。

藉助蒸汽8和允許進入二段工段的空氣9，天然氣7在一段轉化工段和二段轉化工段中被蒸汽轉化。在一些實施方式中，所述空氣9可以富含氧氣或被氧氣替代。純化的合成氣10被壓縮且送至迴路6用於生成氨11。

圖1的示意圖是眾所周知的，不需要進一步描述。

圖1的裝置包括蒸汽系統，所述蒸汽系統的一些部件示於圖2中。

蒸汽系統包括例如在100巴下運行的高壓工段12和例如在35巴下運行的中壓工段13。

高壓工段12包括供給蒸汽渦輪機15的主蒸汽集管14，該蒸汽渦輪機15驅動合成氣壓縮機4。在該示例中，蒸汽渦輪機15包括第一級15』和第二級15」，從第一級中提取出的蒸汽的一部分被送至中壓工段13。

中壓工段13包括供給其它蒸汽使用者(例如驅動空氣壓縮機5的蒸汽渦輪機17、驅動給水泵的蒸汽渦輪機18、驅動製冷壓縮機的蒸汽渦輪機19)的主蒸汽集管16。

數字15c、數字17c、數字18c和數字19c分別表示渦輪機15、渦輪機17、渦輪機18和渦輪機19的冷凝器。

蒸汽系統還包括低壓集管20。蒸汽可以通過包括減壓閥23的線路21從高壓轉到中壓，以及通過包括減壓閥24的線路22從中壓轉到低壓。

線路25表示送至前端的中壓蒸汽，線路26表示在比中壓高的壓力(例如45巴)下被輸入的蒸汽。蒸汽26可以從具有處於所述45巴的壓力水平的中壓蒸汽工段的另一個制氨裝置輸入。可以注意到，所述蒸汽(儘管在45巴下是可獲得的)必須在閥27中被減壓，以使線路26連接至處於更低壓力的蒸汽集管16。因此，線路26的蒸汽的大量能量被浪費。

圖3示出改造後的圖式。中壓渦輪機19被停止使用且由包括級28』和級28」的新的高壓渦輪機28替代，該級28』和級28」通過線路29被供給有集管14的高壓蒸汽的一部分。離開第一級28』的蒸汽的一部分在膨脹之後通過線路30被抽出(蒸汽抽取)，而剩餘部分通過線路31被送至第二級28」用於進一步膨脹。

線路30的被抽出的蒸汽部分於是以高於mp工段3的設計壓力的壓力(例如50巴)而被輸出。更優選地，該壓力基本上與同一臺設備的另一個制氨裝置的蒸汽系統的中壓工段的壓力相同。因此，線路30的蒸汽可被有效地從改造後的制氨裝置中輸出到該另一個制氨裝置。線路30的部分蒸汽或全部蒸汽也可以在使用後通過線路26返回。第二級28」的輸出被發送至先前與中壓渦輪機19連接的冷凝器19c。