利用改進的深冷淨化製備氨合成氣的方法

2023-10-10 07:30:29

專利名稱：：利用改進的深冷淨化製備氨合成氣的方法
技術領域：
：本發明涉及一種用於製備主要由氫和氮構成的合成氣的方法和裝置，所述合成氣適合於合成氨。更詳細地，本發明涉及其中來自烴轉化的原料合成氣進行深冷調節以獲得所述合成氣的方法和裝置。
背景技術：
：氨合成氣需要含有摩爾比(HN比率)約為3:1的&和N2，其中雜質儘可能低。在現有技術中，在氨合成工段的前端，通過烴原料的轉化，通常通過天然氣蒸氣-轉化，和/或用空氣的部分氧化，而獲得這樣的合成氣。一般的現有技術方法包括在第一(初級)蒸氣轉化器中進行，然後在使用空氣進行工作的次級轉化器中進行。利用空氣將過量的氮引入，從而進入次級轉化器，獲得含有&、過量N2以及一定量的CH4、CO、C02、Ar和H20的原料合成氣，其中所述過量的氮是相對於氨合成下遊所需的氮的量而言的。在常規的CO變換、C02移除和甲垸化處理步驟以及通常使用分子篩進行的進一步處理以完全移除H20和C02之後，所述原料合成氣需要進行淨化並且調節HN比。這是在合適的深冷部完成的，所述深冷部有利地包括分凝器，或在包括冷卻塔和回流冷凝器的組件中完成的，或在被稱作BraunPurifierTM的淨化器或類似的已知設備中完成。在基本術語中，淨化和HN調節移除過量的氮，以達到將HN比率平衡在約3:1的值以進行氨合成所需要的程度，並且還顯著地移除Ar和CH4。然後，將淨化後的合成氣進料到主壓縮機中，將壓力升高至適合用於氨合成工藝的值，通常是100-200巴。在US3,572,046中公開了常規的深冷淨化工藝。深冷淨化器由兩個進料流出物(feedeffluent)熱交換器、氣體膨脹機比如透平機、精餾塔和回流冷凝器構成；該工藝包括原料合成氣在所述氣體膨脹機中自動製冷和膨脹，從而提供深冷部的淨製冷並且保持整個深冷工藝處於熱平衡。自動製冷，即，原料合成氣被再加熱中的淨化合成氣冷卻，需要一些額外的製冷或淨製冷以平衡總的熱交換；這種淨製冷由上述的原料合成氣膨脹而提供。還根據已知技術的是，將富氮液體流在塔的底部取出，並且通過冷凝物排洩閥(condensatelet-downvalve)被節流至降低的壓力；然後，將所得的蒸氣/氣體混合物用於冷卻回流冷凝器。這種已知的工藝被廣泛地使用，但是它並不是完全令人滿意。在透平機或其它合適設備中，主入口甲烷化的氣體流的氣體工作膨脹對於保持深冷工藝運行是必不可少的；然而，它涉及合成氣壓力更低從而提高了下遊主合成氣壓縮機的尺寸和成本的缺點。這個缺點之外，還需要提高上述工藝的總體效率，而且還涉及現有氨工段的修改或改造的考慮。
發明內容本發明旨在提高如上所述的在氨工段的前端中氨合成用原料合成氣的深冷淨化的己知工藝的能量效率。這個問題通過製備含有氫和氮的合成氣的方法加以解決，所述合成氣適合於製備氨，所述方法包括下列步驟a)從烴進料的轉化獲得含H2、N2和雜質的原料合成氣流；b)所述原料合成氣流在深冷部被冷卻至深冷溫度，並且進行淨化和HN比率調節處理，由此獲得含有摩爾比約3:1的H2和N2的淨化合成氣流，並且由此從所述原料合成氣中分離出富氮液體流；c)所述淨化合成氣流通過與冷卻原料氣流熱交換而被再加熱，並且使其可在適合於氨合成的壓力下使用，所述方法的特徵在於，將所述富氮液體流在液體膨脹機中進行減壓，從而從所述減壓回收機械功，並且由所述減壓產生的流被用作熱交換介質，以提供所述深冷部的至少部分淨製冷。轉化通常在初級轉化器中利用蒸氣進行，並且在次級轉化器中利用空氣進行，以及進一步進行變換、C02移除、甲醇化以及H20和C02全部移除的步驟。所述烴通常是天然氣。使淨化的合成氣通常通過在合適的壓縮部中壓縮而可在氨合成所需的壓力使用。然而，淨化的合成氣的壓縮可以不一定利用在約70-80巴工作的高壓前端，並且優選利用合適的高活性催化劑比如釕-基催化劑。術語深冷溫度根據在原料合成氣的露點附近的溫度而使用的，通常低於-10(TC很多，並且典型地約-170。C(零下170度)。術語液體膨脹機是根據適宜於使進入液體流從給定的進口壓力減壓至更低的出口壓力從而也使進入流經歷焓降並且回收對應量的機械功的任何設備而使用的。根據本發明的液體膨脹機包括通過富氮流的膨脹而工作並且適宜於將焓降轉化為機械功的合適的移動部件，比如轉子、活塞等。優選地，所述液體膨脹機是透平機。膨脹機典型地是透平機，但可以使用其它設備。另一種設備的實例是正位移設備，比如反向螺杆式壓縮機。正位移設備可以尤其是在使用本發明的小規模工廠中使用。在富N2液體流的膨脹過程中，可以在整個液體膨脹機中發生富N2液體流的部分或全部蒸發。應當注意，與經由現有技術排洩閥(letdownvalve)的高度不可逆壓力減小(或疊加(lamination))相比，通過所述液體膨脹機進行的熱動力學流體轉變更接近於理想的可逆(等熵)轉變。因此，A-溫度典型地更高，意味著在相同的進口條件下，流在液體膨脹機出口處的溫度(還有蒸氣分數)低於現有技術的排洩閥的輸出流的溫度。製冷效果因此更大，並且以令人驚奇的方式，氣體膨脹機可能更大地減少功率產生，甚至消除，因為液體流的膨脹對於整個深冷部的淨製冷可能差不多足夠或完全足夠。事實上，還發現，取決於特定的應用，由液體膨脹機產生的冷卻可能足以提供所需的淨製冷，並且保持整個深冷工序處於熱平衡；在這個情況下，沒有必要使用氣體膨脹機，並且布置的複雜性小得多。然而，根據本發明的另外方面，在深冷溫度的淨合成氣的一部分在氣體膨脹機中進行膨脹，以回收另外的機械功，並且以對深冷部提供進一步的製冷。淨化合成氣的所述部分遭遇由於膨脹本身所致的溫降，並且在氣體膨脹機的出口處的冷卻流根據本發明的這個方面被用作熱交換介質，以提供深冷部的部分淨製冷。換言之，深冷部的淨製冷通過所述合成氣部分和液體流這兩者的膨脹而給予的。通過採用液體膨脹機代替排洩閥而從富氮液體流獲得的增強的製冷效果的有利之處在於對於給定製冷能力，必需進行膨脹和再壓縮的合成氣更少。具體地，本發明的一個實施方案提供在深冷溫度的淨化合成氣的一部分在合適的氣體膨脹機中被分離並且進行膨脹，其中進一步回收機械功。將所得到的膨脹流被用作熱交換介質，以給深冷部提供部分淨製冷。優選地，它然後被壓縮並且在深冷部的出口以及主合成氣壓縮部的上遊處與餘下的氣體流重新組合。在另一個實施方案中，被主合成氣壓縮部釋放的壓縮的淨化合成氣的一部分被送回至深冷部，冷卻至深冷溫度，在合適的高壓氣體膨脹機中膨脹並且被用作熱交換介質，以提供給深冷部的部分淨製冷。優選地，所述高壓氣體膨脹機的出口與"新鮮"淨化合成氣流匯合，並且所得流被用作用於深冷部的製冷用的熱交換介質。優選地，比50%的淨化合成氣少的小部分被送往氣體膨脹機。送往氣體膨脹機的淨化合成氣的所述小部分優選按質量流量計為約15-30%,並且氣體膨脹機的優選膨脹比為約1.5至5.0。被送往所述高壓氣體膨脹機的壓縮的合成氣的所述部分優選為10至20%。整個氣體膨脹機的溫降通常為約8-l(TC。在一個優選的實施(realization)中，淨化和調節處理基本上為如下進入深冷部的原料合成氣在主熱交換器中被冷卻，降至深冷溫度，然後它被進料至接觸設備比如洗滌塔或分凝器；來自所述接觸設備的蒸氣在回流冷凝器中被進一步冷卻並且送往分離器，在此獲得富氮液體回流流和淨化合成氣流。所述回流流被送回到所述的洗滌塔，並且在所述塔的底部收集富氮液體流。根據所述優選的實施以及上述的低壓膨脹機的實施方案，部分淨化合成氣流，優選少於50%，被送往氣體膨脹機，並且與其餘淨化合成氣平行地經過所述回流冷凝器和/或主熱交換器，從而提供所需的製冷。根據高壓膨脹機的實施方案，來自分離器的淨化合成氣流與取自主合成氣壓縮機的釋放中的合成氣流匯合，在深冷部冷卻並且在合適的氣體膨脹機中膨脹；所得流被進料以使回流冷凝器和/或主熱交換器製冷。根據本發明的各種實施方案，可利用的製冷流是膨脹的富氮液體流，並且如果提供，是在低或高壓膨脹的淨化合成氣部分。所述製冷流中的一股或多股可以繞過回流冷凝器，即，它們可以直接進料到深冷部的主熱交換器。優選地，主熱交換器和回流冷凝器是在深冷部中的間接-交換管或板式熱交換器單元。本發明的一個目的還是一種用於製備含有氫和氮的合成氣的裝置，所述的合成氣適合於製備氨，所述裝置適宜於進行上述工藝。更具體而言，本發明的一個目的是一種裝置，所述的裝置至少包括-烴轉化設備，所述的烴轉化設備提供含有H2、N2和雜質的原料合成氣流；-深冷部，用於所述原料合成氣流的淨化和精餾，適宜於將所述原料合成氣轉化成含有摩爾比為約3:1的H2和N2的淨化合成氣流，所述深冷部包含至少一個用於冷卻原料合成氣和再加熱淨化合成氣的熱交換器；-任選地，主壓縮機，所述的主壓縮機被設置以用於接收來自深冷部的所述淨化合成氣並且適宜於將淨化合成氣的壓力提高至適合用於氨合成的值；並且所述裝置的特徵在於，所述深冷部包括被設置用於接收從原料合成氣中分離出的富氮液體流的液體膨脹機，所述液體膨脹機回收機械功，所述液體膨脹機的輸出與所述至少一個熱交換器連接，以提供深冷部的至少一部分淨製冷。優選地，深冷部包括冷卻進口原料合成氣的主熱交換器、接觸設備比如洗滌塔、回流冷凝器和釋放淨化合成氣流的分離器。深冷部可以進一步包括低壓氣體膨脹機，該低壓氣體膨脹機被設置用於將來自分離器的所述淨化合成氣流的一部分膨脹，所述膨脹機的輸出與選自所述熱交換器和回流冷凝器中的至少一個連接，從而提供深冷部的部分淨製冷。備選地，深冷部可以包括高壓氣體膨脹機，該高壓氣體膨脹機用在主壓縮機的輸出側取出的合成氣的一部分進料。本發明的一個目的也是對常規氨工段的或其前端的改造，以使其適宜於進行如上述公開的本發明方法。具體地，本發明包括在氨工段的前端的常規深冷部中設置富氮液體流9的上述液體膨脹機，或使用所述液體膨脹機代替現有膨脹閥。任選地，還可以安置合適的低壓或高壓氣體膨脹機，以使所述的工段適宜於上述實施方案。本發明的一個目的還是一種對原先沒有設計深冷部的現有氨工段的改造的方法。在此情況下，所述方法的特徵在於設置根據本發明的適宜於移除原料合成氣中的雜質並且調節HN比的深冷部。因此，提供一種用於改造現有氨工段的方法，所述工段包括用於製備包含氫和氮以及雜質的原料合成氣的前端，所述方法包括對所述現有的用於所述原料合成氣的淨化以及HN比率調節的氨工段添加新的深冷部，所述新的深冷部包括液體膨脹機，該液體膨脹機適宜於從富氮液體流回收機械功，所述的富氮液體流在所述深冷部與原料合成氣分離。現在論述本發明的主要優點。與通過排洩閥的膨脹相比，經過液體膨脹機的富N2液體流的壓降更接近於理想(可逆的)膨脹，因此對於給定壓降，該膨脹具有更大的A-T。在給定進口溫度和壓力T,、p,和出口壓力P2的情況下，經過透平機(或其它適宜於回收功的液體膨脹機)兩端的液體流從p,至P2的膨脹導致比排洩閥兩端的疊加(lamination便低的溫度丁2(並且還導致更低的蒸氣分數)。這是因為通過排洩閥的高度不可逆的膨脹將焓降轉化成液體本身的內熱並且-因此-T2更高。相反，液體膨脹機或透平機將可利用的焓轉化成功，從而產生更低的輸出溫度T2。對於本領域技術人員清楚的是，術語A-T在此是根據差值T,-T2使用的。更大的A-T給予從液體流獲得的提高的製冷效果，因此得到深冷處理的改善效率。機械功的回收顯然是相對於現有技術的另一個優點，現有技術中，排洩閥並不能獲得功。在所述液體流的膨脹足以提供所需的淨製冷的情況下，即，在氣體膨脹機不再是必需的情況下，通過本發明還實現了在成本和降低複雜性方面的顯著優點。根據上述的低壓或高壓氣體膨脹機的實施方案，作為冷卻介質的淨化氣體的部分的使用在不膨脹整個合成氣流的情況下產生了另外的製冷，而這在現有技術中，涉及壓縮機的尺寸和成本方面的缺陷。令人驚奇地，整個深冷處理的效率更高，對於同樣量的氣體，在主合成氣壓縮機中的能量消耗需要更少，並且在整個熱交換區域上提供的溫差更大，意味著在與實際交換的熱量相關的熱交換器更小並且更廉價。本發明還在對使用現有技術的方法工作的現有工段的改造方面具有優點。液體膨脹機的設置以及用於部分淨化氣體的氣體膨脹機的可能設置使得在不需要增大比如膨脹機、壓縮機和熱交換器之類的物件的情況下提高了能力。本發明的各個實施方案的進一步以及具體的優點以及其特徵將由下面的詳細描述以及在非限制性實例的附圖的幫助下更清楚。圖1是根據第一實施方案的適宜於實施本發明的方法的裝置的簡化示意圖，在所述的第一實施方案中，深冷部的淨製冷由富氮液體流提供。圖2是圖1的設備的一種變體的示意圖，其中部分淨製冷通過部分合成氣在低壓膨脹而提供。圖3是圖1的設備的一種變體的示意圖，其中部分淨製冷通過部分合成氣在高壓膨脹而提供。,圖4是本發明的另一種變體的示意圖。具體實施方式..參考圖1，在基於轉化的氨工段中，將乾燥的無C02以及甲烷化的合成氣流13進料到深冷部CS，用於深冷淨化和HN比率調節。在所述深冷部CS獲得淨化合成氣流20，其中HN比約為氨合成所需要的3:1值。將流20經由主合成氣壓縮機(未顯示)進料到氨合成部。原料合成氣13包含氫(H2)和氮(N2)，以及雜質和惰性物質比如氬和殘留甲烷。根據熟知的技術，通過烴原料比如天然氣在初級轉化器中的第一蒸氣轉化，以及在次級轉化器中使用空氣的轉化，以及變換、C02移除和甲烷化的其它處理步驟，獲得所述原料合成氣13。次級轉化器利用一些過量的空氣進行工作，因而在原料合成氣13中的氮相對於氨合成所需要的H2/N23:l的摩爾比是過量的。以摩爾計，流13的所述N2過量優選在10%和50%之間，更優選15-30%。深冷部cs通常由附圖中的帶點的邊界線指示，並且根據本發明的不同實施方案，可以包括多個設備。.基本上，在深冷部CS中，在已經被乾燥並且完成移除C02的原料合成氣13被冷卻到深冷溫度，例如約-170。C，從而獲得流13a，該流13a通過冷凝的過量氮加上更少量的冷凝甲烷與氬的分離而淨化為流14，並且從而形成富氮液體流30。CO2的移除對於避免C02在深冷部的低溫冷凝是重要的。附圖涉及實施方案，其中深冷部CS的主要部分是主熱交換器HE1、回流冷凝器HE2、接觸設備57和液體/蒸氣分離器58，從而形成淨化部56。淨化合成氣流14在所述分離器58的輸出處獲得。在所述實例中的接觸設備57是洗滌塔、但是可以使用反流式冷凝器或"分凝器"。在塔57的底部收集富N2液體流30。圖1涉及第一實施方案，其中深冷部的淨製冷完全由從原料合成氣13分離出並且通過液體膨脹機比如透平機60的富氮液體流30的減壓提供。圖2和3涉及其中淨製冷也由分別經過低壓(LP)氣體膨脹機300或高壓(HP)氣體膨脹機301的淨化合成氣中的一部分所提供。再參考圖1，合成氣流13典型地以介於-3(TC(零下3(TC)和+40'C的溫度進入深冷部CS，並且在主熱交換器HE1中冷卻至其露點或稍微低於其露點，從而獲得在非常低的溫度例如約-170"C的流13a，流流13a進入洗滌塔57。將富氮液體回流流13d從分離器58供給至塔57的頂部。來自塔57的塔頂蒸氣流13b在回流冷凝器HE2中被冷卻，從而獲得冷卻流13c，冷卻流13c進入氣/液分離器58。離開分離器58的底部的液體形成了上述的回流流13d。所述冷卻的流13c的溫度被控制在淨化蒸氣流14具有下遊氨合成單元所需的接近3的HN比率時的水平。流13c的溫度通常約-180°C，但可以取決於應用而變化。來自分離器58的淨化合成氣流14形成了流14a，該流14a在回流冷凝器HE2中被加熱至剛好比流13b的溫度低的溫度。然後，所得的流14b在主交換器HE1中進一步加熱，從而獲得溫度剛好低於來自轉化器的原料氣流13的溫度的流20。典型地，流20的壓力在20和80巴之間，儘管可以使用更低或更高的壓力。離開洗滌塔57的底部的富氮液體流30被送至透平機60，在此其壓力被典型地降低至低於5巴，從而獲得膨脹的流31並且回收功W。然後，所述膨脹的流31被引導經過在回流冷凝器HE2中的通道，在其中通過被加熱至剛好比流13b的溫度低的溫度而部分地蒸發為流31a。然後，這種流31a經過主交換器HE1，在此它還達到了剛好比進料流13的溫度低的溫度。含有氮、甲垸和氬的輸出流32被典型地用作工廠燃料。對HE1和HE2的淨製冷由加熱成為流20的合成氣流14a和由加熱並且部分蒸發成為32的膨脹液體流31產生。應當指出，透平機69兩端的溫降補償了製冷損耗，並且補償了熱交換器HE1和HE2所需要的A-T，因此保持整個深冷處理處於熱平衡。現在，轉到圖2，部分淨製冷由淨化合成氣流14的一部分16的膨脹提供。優選地，按質量流量計，部分16是較小部分，為流14的15%和30%之間。流16經過膨脹機300，以作為具有比進入流16的更低的壓力和溫度的流17離開。在膨脹機300的出口的壓力典型地介於15巴和20巴之間，並且溫降T,6-T,7典型地為約IO°C,原因在於膨脹本身。流17在冷凝器HE2中加熱，從而獲得溫度剛好比流13b的溫度低的流17a，從而完成HE2的熱平衡。然後，流17a在主交換器HEl中被進一步加熱，從而獲得溫度剛好低於進料流13的溫度的流18，從而完成主熱交換器HE1的熱平衡。如圖所示，使其餘的合成氣部分14a還經過冷凝器HE2和主熱交換器HE1，從而獲得輸出流20。然後，經膨脹和再加熱的流18被進料到輔助壓縮機201，從而回收膨脹機300的壓降，並且在此匯合輸出流20，從而形成流21，所述流21是可用於下遊的氨合成單元的全合成氣。流21被直接進料到主合成氣壓縮機200，主合成氣壓縮機200產生在約100-200巴的高壓流22，以用於下遊的氨合成單元。壓縮機200通常是多級單元。氣體膨脹機300接收低壓的流14，這是與流22的壓力相比。圖2的LP氣體膨脹機布置的特別有利之處是流17在淨化步驟之後並且在深冷部CS的出口處，S卩，在主壓縮機200的吸入側，與其餘的合成氣(流20)再次匯合。這樣避免了相同深冷部的進口流的稀釋，並且使得深冷分離/淨化更有效。另一個優點是進入深冷部的體積流沒有增加，於是比如塔57和分離器58之類的物件更小並且較不昂貴。在改造的情況下，在不需要修改或替換深冷部CS的主要部件的情況下可以達到更大的能力。圖3是其中合成氣的一部分123在更高壓力下膨脹的另一個實施方案。在深冷部CS的出口處的淨化合成氣121在主壓縮機200中被壓縮並且輸出130在熱交換器202中被冷卻，從而獲得高壓合成氣流131。所述合成氣流131的部分123被送回到深冷部CS並且在交換器HE1和回流冷凝器HE2中冷卻到深冷溫i。然後，所得流124通過合適的HP氣體膨脹機301膨脹；在所述膨脹機301的出口處的流125與來自分離器58的淨化合成氣流14匯合，從而形成流126，流126被進料至冷凝器HE2和主交換器HE1以作為製冷介質。優選地，流123的質量流量為流131的質量流量的10至20%。氣體膨脹機離開流125優選與流14混合併且沒有任何限制。在系統123-124-125中的優選流量控制通過在膨脹機300中的進口導流葉片的調節。這個HP氣體膨脹機實施方案的優點在於不需要用於膨脹的合成氣部分的另外壓縮機(在圖2中的壓縮機201)。優選地，LP膨脹機300(圖.2)或HP膨脹機301(圖3)使用透平機實現，從而回收另外的機械功W'。壓縮機200可以不一定必需具有高壓前端，所述的高壓前端釋放對於下遊的氨部可接受的約70-80巴的壓力的合成氣流13。在這種情況下，圖2的布置基本上相同，但取消了壓縮機200。圖4是修改成使用高壓前端工作的圖3的布置的實例。主合成氣壓縮機不一定是必需的；合成氣部分123在壓縮機210中被壓縮，以補償膨脹機301兩端的壓力損失，並且在交換器211中回收壓縮熱。圖2至4的布置的構件(features)與圖1中具有相同附圖標記的那些構件相同。具體地，進口原料合成氣13被冷卻成13a並且進料至塔57，從而獲得蒸氣流13b，其在回流冷凝器HE2中進一步冷卻成13c，並且送往分離器58，同時富氮液體30在透平機60中被減壓，並且經過冷凝器HE2和主交換器HE1被再加熱。交換器HE1和HE2的熱平衡如下。在圖1和2中，HE1使流13冷卻為Da，同時HE2使流13b冷卻為13c;對HE1和HE2這兩者的製冷由分別在HE2中被加熱為14b和在HE1被加熱為20的流14a提供以及由流31成為31a和32的加熱和可能蒸發而提供。在圖2的實施方案中，由氣體膨脹機300排放的流17提供進一步的製冷，所述流17經過HE2和HE1被加熱成為17a和18。在圖3中，交換器HE1和HE2也被用於冷卻氣體流123，並且通過在液體膨脹機的出口處的混合的流126和流31提供製冷。應當注意，在本發明工藝方案的最冷點，即在熱交換器HE2的冷側，通過在液體膨脹機60中和任選在氣體膨脹機300或301中的膨脹而提供另外的製冷。通過產物氣體(從流14a至流14b)的主要部分的再加熱以及通過在流31經過HE2成為流31a時流31的再加熱和至少部分蒸發，提供用於回流冷凝器HE2的明顯製冷。在圖2和3這兩者的方案中，液體流30的被提高的製冷效果將減少通過氣體膨脹機300或301的需要流量，所述的被提高的製冷效果是使用液體膨脹機60獲得的。根據本發明，也能夠使用回流冷凝器HE2的備選布置。可能的布置介紹如下。在第一備選方案中，淨化合成氣流的部分14a繞過回流冷凝器HE2並且直接送至熱交換器HE1。因此，對冷凝器HE2的製冷通過被加熱為17a的流17提供以及通過流31的再加熱和部分蒸發提供。在第二備選方案中，流31繞過冷凝器HE2並且被送至主交換器HE1，因而HE2的製冷通過流14a和流17提供。在第三備選方案中，在低壓氣體膨脹機300(圖2)的出口處的合成氣流17繞過冷凝器HE2。在第四備選方案中，合成氣流14a和液體流31都繞過冷凝器HE2，因而在HE2中的熱交換是在淨化合成氣部分17和原料合成氣13b之間進行，其中淨化合成氣部分17被再加熱為17a，而原料合成氣13b被冷卻為13c。本發明還涉及用於實施上述方法的裝置以及用於以實施上述方法這樣15的方式改造氨合成氣製備用常規設備的方法。改造的方法包括至少提供在富氮液體管線中的液體膨脹機60，以代替現有的排洩閥(如果存在的情況)。如果流31和31a足夠提供深冷系統的淨製冷，g卩，保持交換器HE2和HE1處於熱平衡。所述改造可以包括繞過現有的氣體膨脹機，或將現有的氣體膨脹機移除，這樣獲得對應於圖1的布置。在進一步的實施方案中，改造方法旨在通過提供將淨化合成氣的部分16進料至LP氣體膨脹機300的流動管線，或將壓縮合成氣的一部分進料至HP氣體膨脹機301的管線123來獲得圖2至4中任一個的布置。在這兩種情況下，LP或HP氣體膨脹機可以是預先存在的氣體膨脹機或新的氣體膨脹機。應當指出圖1至4的示意圖是簡化的；附件和輔助物件比如閥、泵等都未顯示，並且將根據已知的技術設置。本發明還可應用於現有的氨工段的改造。具有用於處理原料合成氣13的常規深冷部的氨工段可以根據圖1至3的示意圖中任何一個進行改造，即，設置膨脹機60，通常是代替現有的排洩閥，並且任選設置氣體膨脹機300或301，以及設置相應的流動管線。沒有用於處理原料合成氣13的深冷部的氨工段可以通過設置根據本發明的一個實施方案的完全新的深冷部CS進行改造。本發明能夠應用於進一步的合成氣生產技術，包括應用於非標準合成氣製備比如氣體-加熱的對流式轉化器。在另外的實施方案中，初級轉化器可能不包括在所述工藝中。實施例下面的表1是基於圖1的布置的實例。所述單元利用在1.2巴的廢氣(流32)處於熱平衡，所述1.2巴類似於在SMRH2工段中的PSA單元的廢氣壓力。tableseeoriginaldocumentpage17權利要求1.一種用於製備含氫和氮的合成氣的方法，所述合成氣適合於製備氨，所述方法包括下列步驟■由烴原料的轉化獲得包含H2、N2和雜質的原料合成氣流(13)；■將所述原料合成氣流(13)在深冷部(CS)冷卻至深冷溫度並且進行淨化和HN比率調節處理，由此獲得包含摩爾比約3∶1的H2和N2的淨化合成氣流，並且由此從所述原料合成氣(13)中分離出富氮液體流(30)；■將所述淨化合成氣流通過與所述冷卻原料氣流熱交換而再加熱，並且使其可在適合於氨合成的壓力下使用，所述方法的特徵在於所述富氮液體流(30)在合適的液體膨脹機(60)中進行減壓，從而從所述膨脹中回收機械功(W)，並且將從所述膨脹獲得的流(31)用作熱交換介質以提供所述深冷部(CS)的至少部分淨製冷。2.根據權利要求1所述的方法，其中在所述膨脹過程中至少部分蒸發所述富氮液體流(30)。3.根據權利要求1或2所述的方法，其中從所述減壓獲得的流(31)被用於提供所述深冷部(CS)的全部製冷。4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中在所述淨化並且HN比率調節處理之後'，在深冷溫度的淨化合成氣的一部分(16)被分離，並且在合適的氣體膨脹機(300)中進行膨脹，並且膨脹後的淨化合成氣流(17)被用作熱交換介質以對所述深冷部(CS)提供部分所述製冷。5.根據權利要求4所述的方法，其中淨化合成氣的所述部分(16)是較少部分，優選15-30%摩爾流量。6.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中由主合成氣壓縮機(200)釋放的壓縮的淨化合成氣的一部分(123)被送回到所述深冷部，冷卻至深冷溫度，在合適的氣體膨脹機(301)中膨脹，並且所述氣體膨脹機(301)的輸出流(125)被用作熱交換介質以提供所述深冷部的部分淨製冷。7.根據權利要求6所述的方法，其中壓縮的淨化合成氣的所述部分(123)是由所述主壓縮機(200)釋放的總流量(130)的較小部分，優選10至20%摩爾流量。8.根據任一前述權利要求所述的方法，其中所述液體膨脹機(60)是透平機。9.一種用於製備包含氫和氮的合成氣的裝置，所述合成氣適合於氨的製備，所述裝置適合於實施根據權利要求1至7中任一項所述的方法。10.—種根據權利要求9所述的裝置，所述裝置至少包括-烴轉化設備，以及用於變換反應、C02移除、甲烷化和氣體乾燥的另外設備，從而提供含有H2、N2和雜質的原料合成氣流(13);-深冷部(CS)，所述的深冷部(CS)用於所述原料合成氣流(13)的淨化和精餾，適合於將所述原料合成氣(13)轉化成包含摩爾比約3:1的H2和N2的淨化合成氣流(20)，所述深冷部(CS)包含至少一個用於冷卻原料合成氣並再加熱所述淨化合成氣的熱交換器(HE1、HE2);並且所述裝置的特徵在於所述深冷部(CS)包括被設置用於接收從所述原料合成氣(13)中分離出的富氮液體流(30)的液體膨脹機(60)，所述液體膨脹機適合於從所述富氮流(30)的減壓中回收機械功(W)，所述液體膨脹機的輸出(31)與所述至少一個熱交換器(HE1、HE2)連接，從而提供所述深冷部(CS)的至少部分淨製冷。11.根據權利要求IO所述的裝置，其中所述深冷部(CS)包括主熱交換器(HE1)、接觸設備(57)、回流冷凝器(HE2)和釋放淨化合成氣流(14)的分離器(58)，並且所述深冷部(CS)還包括被設置用於使來自分離器(58)的所述淨化合成氣流(14)的一部分(17)膨脹的低壓氣體膨脹機(300)，所述膨脹機(300)的輸出與所述熱交換器(HE1)和回流冷凝器(HE2)中的至少一個連接，以提供所述深冷部(CS)的部分所述淨製冷。12.根據權利要求10所述的裝置，其中所述深冷部(CS)包括主熱交換器(HE1)、接觸設備(57)、回流冷凝器(HE2)以及釋放淨化合成氣流(14)的分離器(58)，並且所述深冷部(CS)還包括被設置用於使取自主合成氣壓縮機(200)的釋放側的淨化合成氣流(131)的一部分(123)膨脹的高壓氣體膨脹機(301)，所述主合成氣壓縮機(200)適合於將所述淨化合成氣的壓力升高到適合於氨合成的值，所述膨脹機(301)的輸出與所述分離器(58)的輸出流動管線連接。13.—種改造用於製備氨合成氣的設備的方法，所述設備包括用於原料合成氣(13)的淨化和HN比率調節的深冷部(CS)，並且在所述深冷部(CS)中，富氮液體流(30)與所述原料合成氣流(13)分離，所述方法至少包括以下步驟為所述深冷部(CS)提供適合於從所述富氮液體流(30)回收機械功的液體膨脹機(60)，或使用所述液體膨脹機(60)代替現有的排洩閥。14.根據權利要求13所述的方法，所述方法還包括設置用於部分所述淨化合成氣流的低壓膨脹機(300)或高壓膨脹機(301)。15.—種用於改造現有氨工段的方法，所述工段包括用於製備包含氫和氮以及雜質的原料合成氣(13)的前端，所述方法包括為所述現有的氨工段添加新的深冷部(CS)，用於所述原料合成氣(13)的淨化和HN比率調節，所述新的深冷部(CS)包括液體膨脹機(60)，所述液體膨脹機(60)適宜於從在所述深冷部從所述原料合成氣分離出的富氮液體流(30)回收機械功。全文摘要本發明提供利用改進的深冷淨化製備氨合成氣的方法。公開了用於製備氨合成氣的方法以及相關設備，其中所述原料合成氣(13)在深冷部(CS)中淨化，並且富氮液體流(30)在淨化和HN比率調節過程中與所述原料合成氣分離，並且其中所述液體流(30)的壓力在透平機(60)中降低，從而提高了對於深冷部的淨製冷效果。還公開了其中通過低壓或高壓合成氣膨脹機提供冷卻的實施方案。文檔編號C01B3/34GK101659396SQ20091016359公開日2010年3月3日申請日期2009年8月28日優先權日2008年8月28日發明者埃爾曼諾·菲利皮,傑弗裡·弗雷得裡克·斯金納申請人:阿梅尼亞·卡薩萊股份有限公司