一种在前端用含烃原料生产氨合成气的方法，其包括步骤：将所述原料进行蒸汽重整，得到包含氢气，一氧化碳和二氧化碳的合成气；将所述合成气进行处理，包括一氧化碳变换和随后的二氧化碳去除，其中合成气的变换包括使用铁基催化剂在温度高于300℃下的高温变换，并且前端的总体蒸汽/碳比率为2.6或更小。本发明专利技术还公开了相应的工段和用于改造氨工段的前端的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制备生产氨用的合成气的烃的重整。
技术介绍
氨（NH3)的合成需要的合成气包括约3 :1的适当比例的氢气（H2)和氮（N2)。术语 氨合成气将相当于具有上述组合物的合成气。 已知，借助初级蒸汽重整和随后的次级流出物重整，可从脱硫天然气的重整生产 所述氨合成气，参见例如EP 2 022 754。 离开次级重整器的气体需要净化，以除去碳氧化物和残留的甲烷。根据现有技术， 所述纯化包括一氧化碳变换（一氧化碳转化成二氧化碳），其通常是在高温变换炉（HTS)中 通过铁基催化剂，然后在一个低温变换炉（LTS)中通过铜基催化剂来实现的。所述HTS变 换炉在约320-500°C下运转，LTS变换炉在约190-250°C下运转。变换后，合成气被处理以 除去二氧化碳和可选择地进行甲烷化。 工艺调整中一个重要参数是蒸汽/碳比率，也称为SC比。蒸汽/碳比率为进入工 序的水（蒸汽）和包含在天然气原料中的碳之间的摩尔比。所述蒸汽通常从初级重整器的 上游进入。 减少所述SC比的动机是为了降低流速并因此减小设备尺寸以及减少能耗。 人们普遍认为，高温变换的铁基催化剂不能在还原环境中进行操作，这将使催化 剂失活并导致不希望的副产物形成。人们认为，所述铁基催化剂能容许的SC比的下限，一 般在2. 6-2. 8左右。 因为这个原因，使用HTS变换炉通过蒸汽重整以生产氨合成气的现有技术的前端 SC比通常约为3。 已经观察到，影响使用铁基催化剂的可能性的其它参数为还原电势RP和进气的 蒸汽/干气S/DG比。所述参数是气体的摩尔组成的函数，根据以下定义： RP = (H2+C0) / (C02+H20) S/DG = H2O/(I-H2O) 对于使用铁基催化剂来说，S/DG应理想地为约0. 4或更高，且RP应约为I. 7或更 低。 所述大约为3的SC比远高于化学计量值，由于初级重整器将甲烷（CH4)和蒸汽 (H2O)转化为CO和H2，因此理论上化学反应对每一摩尔甲烷需要一摩尔的蒸汽。 现有技术使我们知道了蒸汽/碳比率低于2. 6时必须需要用铜基中温变换（MTS) 催化剂来代替高温变换催化剂。 例如，EP 2 404 869,公开了由次级重整输送的合成气经过使用铜基催化剂在 200-350°C之间的温度下的中温变换（MTS)，且初级重整在蒸汽/碳比率低于2下操作。公 开了改造氨工段的相应方法，其中将现有的HTS反应器改进以在中等温度下操作，或用新 的MTS反应器取代，而在初级重整器中的蒸汽/碳比率被降低为在1. 5-2范围内的一个值。 然而，使用MTS变换炉代替HTS变换炉可能会产生一些弊端。的确，由于某些原因 HTS变换炉是优选的：铁基HTS催化剂比铜基MTS催化剂更耐中毒（如来自硫）；HTS变换 炉可以在入口和出口之间有较大温度差下操作；HTS变换炉被广泛用于现有的氨工段的前 端，而且如果保持现有的HTS，它们的改造会更容易和更便宜。
技术实现思路
申请人已经发现，使用铁基催化剂的高温变换炉可以在总体蒸汽/碳比率低于 2. 6下使用。这可以与纯自热重整（即，没有任何蒸汽重整器），或用氧气或富氧空气代替 空气燃烧的次级重整结合。所述蒸汽/碳比率的优选值在1.5-2. 6的范围。在使用初级和 次级重整的实施方式中，所述比率优选为2-2. 6,更优选为2. 2-2. 4。在使用自热重整的实 施方式中，所述比率优选范围为1. 5-2. 4,甚至更优选为1. 8-2. 2。然而，使用自热重整炉的 实施方式可以具有总体蒸汽/碳比率甚至低于1. 5,例如在0. 5-1. 5范围内。 术语氧气表示基本上纯的氧气流，具有高纯度并可从空气分离装置（ASU)获得。 富氧空气表示氧气含量至少为50%的空气，并且优选等于或大于90%的含量。 根据上述内容，本专利技术的第一个方面，是根据权利要求1所述的方法，包括步骤： 对所述进料进行蒸汽重整，得到包含氢气，一氧化碳和二氧化碳的合成气； 对所述合成气进行处理，包括一氧化碳变换和随后的二氧化碳去除， 其特征在于： 合成气的变换包括使用铁基催化剂的高温变换步骤； 前端的总体蒸汽/碳比率为2. 6或更小。 用于本说明书中术语总体蒸汽/碳比率表示进入工序的蒸汽的摩尔数和碳的摩 尔数之间的比例，包括到达高温变换入口的任何烃进料和任何蒸汽进料。因此所述总体比 率是针对整个过程来计算的，并当提供时考虑了所有额外进料。在本专利技术的一些实施方式 中，例如，包括一个以上的蒸汽进料，例如在初级重整器或预重整器之前的第一蒸汽流，和 HTS变换炉之前的第二蒸汽流。在这样的情况下，所有的蒸汽进料都被考虑用于总体比率的 计算。 申请人已经发现，在上述情况下，通过氢气和甲烷与氧气反应，在用氧气或富氧空 气燃烧的次级重整器或纯自热重整器内所产生的水，显著高于传统的空气燃烧过程。因此， 可以降低送往重整的蒸汽量，而由在内部特别是在次级或自热重整器中由工艺生产的水来 抵消。特别地，申请人已发现，在仍使用HTS变换炉的情况下，前端的总体蒸汽/碳比率可 以显著低于2. 6。这一发现与认为2. 6是使用高温变换的下限的现有技术形成鲜明的对比。 优选地，高温变换的温度为大于300 °C，更优选为320-500 °C的范围。 本专利技术的一些实施方式包括预重整阶段，这意味着将预重整器安装在初级重整器 或自热重整器上游。 所述烃原料优选为脱硫天然气。 原料通常与蒸汽混合然后进入初级重整或自热步骤，或，预重整步骤（当提供 时）。在本专利技术的一些实施方式中，提供至少一个进一步蒸汽加入，例如次级或自热重整步 骤的流出物与进一步蒸汽混合，然后进入高温变换步骤。所述进一步蒸汽加入是一个可选 的特征，并且可以在适当的时候被提供以确保HTS变换炉的适当操作。 在没有进一步蒸汽加入的实施方式中，优选地，所述第一重整步骤包括预重整步 骤。因此，预重整器被安装在第一重整步骤（初级重整器或自热重整器）的上游。因此， 所述预重整步骤的进料是混合有蒸汽的烃原料，所述进料的蒸汽/碳比率等于所述总体比 率，并且在此过程中没有进一步的蒸汽加入。 本专利技术的各种实施方式可提供任何以下特征，或者它们的组合： 一优选地在高温变换步骤之前加入蒸汽； 一在第二重整步骤之前，将一定量的新鲜烃原料与初级蒸汽重整的流出物混合； 一当进行预重整时，将一部分预重整气体与初级蒸汽重整流出物混合，所述部分 预重整气体绕过初级重整步骤； 相应地，尽管总体比率被期望低于2. 6,预重整或初级重整步骤或自热重整的蒸汽 /碳比率可以变化。一些优选实施方式在从属权利要求中被描述。 例如，一个优选实施方式提供了所述第一重整步骤，包括预重整和初级蒸汽重整， 所述预重整在第一蒸汽/碳比率下进行且所述初级蒸汽重整在第二蒸汽/碳比率下进行， 所述第二蒸汽/碳比率等于或大于所述第一比率，且第一和第二比率均低于总体比率。优 选地，所述第一比率在〇. 5-2的范围，而所述第二比率约为1. 5-2。然后，在被供给到高温变 换之前，从第二重整步骤获得的合成气与蒸汽混合，以增加前端的总体蒸汽/碳比率。 在HTS变换器的上游加入蒸汽具有使得在预重整器，初级重整器和次级重整器内 的蒸汽少的优点。该选项是优选的，特别是，将现有的前端按本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在前端用含烃原料生产氨合成气的方法，所述方法包括步骤：将所述原料进行蒸汽重整，得到包含氢气，一氧化碳和二氧化碳的合成气；将所述合成气进行处理，包括一氧化碳变换和随后的二氧化碳去除，其特征在于：所述合成气的变换包括使用铁基催化剂的高温变换步骤；前端的总体蒸汽/碳比率为2.6或更小。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·奥斯图尼，E·菲利皮，
申请(专利权)人：卡萨尔公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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