一种用于自无管道系统可利用的天然气生产尿素的模块化系统和方法包括移除外来微粒物质以获得大体上同质的气体。通过控制所述无管道系统可利用的天然气的品质来处理所述气体以维持大体上同质的混合物。进一步清洁生成气流，并将所述生成气流压缩至约3,000psi的高压。在旁路回收利用循环系统中以30％的转换率在约6,000psi至7,000psi的高压下处理所述生成氨流。可将与所述工艺步骤中的每一者相关联的装备出于可携性滑道安装和/或包含于标准48英尺平板式拖车的使用面积内。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用于生产肥料和/或混合燃料的系统、方法和设备。更明确地说， 本专利技术涉及使用无管道系统可利用的天然气作为原料来生产诸如尿素的高氮肥料的系统、 方法和设备。
技术介绍
诸如尿素(尿素含有约46%的氮)的高氮肥料的市场在持续增长。例如，过去六年中，美国国内尿素的消耗量每年为1. 2%的增长率。在2008年，北美消耗量超过650万吨，而美国国内产量少于450万吨。因此，必须使用进口产品来补充差额。对尿素需求的增长源于尿素的多用性、便携性和能力。尿素具有各种用途，包括用作农业肥料、作为用于生产塑料的原材料输入、和表面活化剂工业的使用。此外，尿素与产品的本地和区域性市场相容。另外，尿素也由于每吨产量的制造成本而为有益的。另外，尿素具有优于其它氮肥料的许多优点。例如，尿素的航运和搬运更安全并且对装备的腐蚀性更小。尿素也具有比任何其它干氮肥料更高的分解性。此外，高分解性指每磅氮减少的运输和应用成本。也可用许多不同的方式来应用尿素，从尖端的空中施肥装备至手动的手工散布。尿素也具有高水溶性，因此尿素易于进入至土壤中。另外，尿素可用于几乎所有作物上。另一个好处在于，制造尿素几乎没有对环境释放污染物。也可通过传统系统来存储和分配尿素。尿素相对于其它肥料的优点有助于使尿素成为国际贸易中交易的主流肥料。在不久的将来，预计尿素在全球贸易中占氮肥料的50%以上。当与其它干肥料相比时，尿素已占领65%以上的全球肥料贸易。目前，超过90%的所生产的尿素使用天然气作为原料。在过去的几年，天然气成本已显著上升。在一些情况下，已实现50%的增加。在2000年01月的冬季，天然气价格经历了 400%的增长。因为天然气价格，美国国内氮肥料产量已下降且进口已上升。尿素产量为天然气密集的。为了从天然气生产一吨氮肥料需要20，000立方英尺与33，800立方英尺之间的天然气消耗量。使用每吨肥料33，800立方英尺天然气作为实例， 并且考虑到每立方英尺的天然气含有1031BTU ；由天然气制成的一吨肥料含有超过3480万总BTU的等效物。就汽油等效物而言，这将相当于每吨肥料生产超过300加仑的汽油。因此，从天然气的正常来源(即，有管道系统可利用的来源)生产尿素的提议成本高昂。只有在可控制输入气体流的品质并且可使用不需要典型天然气流的高BTU含量的低成本小生产设施时，对无管道系统可利用的或废天然气源的使用能成为生产尿素的可行的原料源，其对于石油生产者在经济上是不可行。根据美国能源信息署估计，当前全球天然气储存总数大约6，100万亿立方英尺(trillion cubic feet ；tcf) 0这些天然气中，大约有一半被认为是“无管道系统可利用的”，即，输送至市场是不经济的。另外，世界银行估计，每年废弃超过1500亿立方米(billion cubic meters ；bcm)的无管道系统可利用的天然气。当处理无管道系统可利用的天然气时，石油生产者经常发现能量或BTU含量过低；气体过于不纯而不能使用；或者容量太小而不能保证管道连接至气体基础设施。另外，有时与石油一起生产无管道系统可利用的气体，变成要对环境负责。石油生产的这种非所要的、非商业的副产物已变成油田中的主要问题，在油田中，生产者已被迫提早放弃井场，留下未开发的宝贵的国内石油的储量。通常，有三种方式来处理无管道系统可利用的气体(1)排放或燃烧气体，此举导致空气污染而从气体的无法获得任何有益收益；( 使用电能来重注气体，此举引起显著的额外成本；以及C3)使石油生产停工，此举将宝贵的石油留在地下。无管道系统可利用的天然气的另一形式为“伴生气”，或在大型油田的开发中发现的气体。虽然可相对轻松地将原油运输至遥远的市场，但是过去做法是在井口处燃烧伴生气。然而，由于环境问题与近年来由于这些储量在能源高价格环境中的增长的经济价值，这种做法不再被接受。石油生产商如今正指望使用技术来捕获伴生气(无管道系统可利用的气体)并将所述伴生气带至消费市场。
技术实现思路
用于自无管道系统可利用的天然气原料生产肥料或燃料的模块化方法包括以下步骤i.捕获天然气原料，所述天然气原料包括来自至少一个无管道系统可利用的天然气源的至少一个无管道系统可利用的天然气原料；ii.移除所述捕获的天然气原料水分；iii.移除所述大体上不含水分的天然气原料潜在破坏性无机物和有机物；iv.再形成所述大体上清洁的天然气原料；v.自所述再形成的天然气原料复原CO2流；及vi.组合所述复原的CO2流与NH3流，以形成肥料和燃料中的至少一者。尽管所述方法主要为低批量生产而设计，但是实施所述方法的所述装备可与实施所述方法的其它组的装备串联或并联地放置，以增加生产量。为有效率、经济地使用所述无管道系统可利用的气体，并使得每体积原料的肥料或燃料产率比得上依赖更高品质的天然气的大得多的传统装置的产率，品质控制尤其重要。例如，不同于具有相对一致品质的气体原料的传统装置，用于本方法中的所述无管道系统可利用的或废气流在处理特性、压力和体积方面有差异。不是调整工艺参数以适应所述引入的原料，而是混合所述引入的原料以形成大体上同质的混合物(虽然其仍然比传统装置的天然气原料的品质低)。所述同质的混合物可具有例如一致的BTU值或硫含量。类似地，不管所述引入的原料的来源，所述水分移除步骤将水分移除至预定水分含量。另外，将处理温度和压力维持在需要的范围内，而非回应于原料品质而变化。因此，所述再形成步骤的一部分发生在约500°C至800°C的温度范围内，并且将所述生成(X)2流压缩至约3，OOOpsi的压力。不同于现有技术系统，所述方法包括在极高压(约6，OOOpsi至7，OOOpsi)下以 30%转换率运行一旁路循环回收利用系统，其导致几乎100%的转换率。更高压力在产生氨期间考虑到更好的化学分解分离。以当今工业中常用的高容量、低压工艺的相同生产率水平无法达成这种转换性能。这些现有技术工艺在本文所述工艺的大约一半的压力下运行。使用本方法的无管道系统可利用的和废天然气的处理还可经修改使用，以产生其它可用产品。与设法优化工艺的各自和每一个步骤的现有技术方法不同，本专利技术的方法包含由美国学者和研究员Dr. W. Edwards Deming开发的“次优化”系统的概念。次优化的概念说明，整体工艺(系统)可通过优化每个个别子工艺(子系统)来导致次优化的性能。在必要时通过次优化子系统的性能获得真实的系统优化，以实现整体或完整系统的优化。需要额外的工艺内装备、资本支出和处理时间来优化氨/尿素生产的关键工艺，并且藉此将无管道系统可利用的天然气处理可实行为可用且可行的产品。根据本工艺制得的尿素生产装置优选地包含模块化构造，此为本专利技术的另一独特特征。所述装置基于五模块配置，所述五模块配置设计用于最小化架起和启动时间/成本。 总封装设计提高总可靠性和灵活性。优选地，将与模块中的每一个相关联的所有装备临时地安装在标准平板式卡车拖车的一使用面积内。这种临时安装可在卡车拖车自身上或在大约卡车拖车的尺寸的混凝土垫上进行。不管是将所述装备安装在卡车拖车上(或滑动安装)并移动，还是将其自所述垫拆卸然后移动，将所述装置容易且无困难地自一个场所运输至下一个场所。模块化构造最小化生产单元的使用面积，同时维持本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：J·L·西蒙敦，T·R·柯林斯，M·G·贝鲁威德斯，J·小洛扎德，
申请(专利权)人：四A技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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