本發(fā)明屬于化工廠領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及一種用于在可間歇獲得可再生能源期間操作氨或甲醇合成轉(zhuǎn)化塔的方法。

背景技術(shù)：

1、氨和甲醇的工業(yè)生產(chǎn)依賴于含氫補充氣體，這種補充氣體通常是通過重整碳氫化合物(如天然氣)產(chǎn)生的。

2、氨廠和甲醇廠的共同特征是補充氣體在所謂的合成回路中反應(yīng)。合成回路的主要部件包括催化轉(zhuǎn)化塔，其中補充氣體反應(yīng)產(chǎn)生反應(yīng)流出物；產(chǎn)物冷卻器，在其中冷卻熱反應(yīng)流出物；分離器，在其中去除含有產(chǎn)物(氨或甲醇)的液相；再循環(huán)管路，其中從分離器中抽出的至少一部分氣相通過循環(huán)器再循環(huán)回到轉(zhuǎn)化塔。

3、補充氣體在前端產(chǎn)生，該前端包括重整設(shè)備，如燃燒的一級重整器和二級重整器，以及用于處理和凈化合成氣的其他設(shè)備，如變換和去除co2。如此獲得的補充氣體通常在主壓縮機中被壓縮到合成壓力。合成回路的上述循環(huán)器可以集成在主壓縮機中，即主壓縮機和循環(huán)器共享同一軸。

4、轉(zhuǎn)化塔基本上是一個催化反應(yīng)器，其帶有包括一個或多個催化床的反應(yīng)空間(或反應(yīng)區(qū))，還可能帶有浸入到催化床或具有床間熱交換器的絕熱催化床中的熱交換器。在正常操作中，補充氣體進料通過放熱反應(yīng)的熱量預(yù)加熱到合適的反應(yīng)溫度，例如通過沖洗轉(zhuǎn)化塔的壓力容器和/或在氣體-氣體熱交換器中，在該氣體-氣體熱交換器中，熱量從熱反應(yīng)流出物傳遞到氣體進料。轉(zhuǎn)化塔通常包括啟動熱交換器，當(dāng)反應(yīng)熱不可用或不足以對進料進行適當(dāng)?shù)念A(yù)加熱時，該啟動熱交換器用于在啟動過程中加熱補充氣體。

5、基于重整的氨或甲醇廠可能會向大氣中排放大量二氧化碳，特別是由于燃燒燃料的初級重整器。人們越來越有興趣尋找一種更環(huán)保的方法來生產(chǎn)所需的氫進料。在這方面，從可再生能源產(chǎn)生氫氣的技術(shù)(如水電解)提供了一種非常有趣的解決方案。例如，水電解可以用太陽能或風(fēng)能供電，從而幾乎無co2地產(chǎn)生氫氣(綠色氫氣)。

6、然而，依賴于可再生能源的氫進料會受到波動的影響?？稍偕茉赐ǔ１环Q為vre(可變可再生能源)，因為它們具有內(nèi)在的可變性。例如，太陽能受晝夜循環(huán)和天氣條件的影響；風(fēng)能通常具有更高頻率的波動。

7、完全或部分用這種綠色氫氣進料的氨或甲醇廠的問題是，合成回路通常設(shè)計為以最大容量或接近最大容量運行，并且通常在部分負載下運行不靈活。對于通常不設(shè)計為在低部分負載下運行的氨轉(zhuǎn)化塔和甲醇轉(zhuǎn)化塔來說尤其如此?；芈泛娃D(zhuǎn)化塔可能需要12至24小時的啟動才能達到標(biāo)稱合成壓力和溫度，因此在能源不可用時關(guān)閉工廠在經(jīng)濟上是不可接受的。

8、應(yīng)避免工廠的停機和隨后的啟動，因為這不僅會導(dǎo)致經(jīng)濟損失，而且可能會因溫度和/或壓力循環(huán)而引起轉(zhuǎn)化塔的疲勞應(yīng)力。此外，轉(zhuǎn)化塔中操作溫度和/或壓力的降低可能導(dǎo)致一種或多種產(chǎn)物在催化劑上冷凝，從而導(dǎo)致催化劑降解。

9、生產(chǎn)商可以在可用的情況下使用從電網(wǎng)進口的能源來補償可再生能源的波動。然而，電網(wǎng)能源通常很昂貴，因此這種解決方案在經(jīng)濟上并不具有吸引力。

10、本領(lǐng)域提出的某些解決方案依賴于存儲氫氣和/或熱量的原理，以在可再生能源大量可用時進行處理，在能源較少或沒有能源可用時用于后續(xù)使用。這些解決方案的缺點是需要昂貴的存儲裝置。

11、例如，ep?3957772?a教導(dǎo)了在可再生能源短缺期間將氫氣(h2)存儲在緩沖罐中以供給氨轉(zhuǎn)化塔。必要的氫氣罐很昂貴，并且在發(fā)生泄漏時會引起安全問題。此外，為了減小儲罐的尺寸，h2必須在壓力下存儲，因此需要專用的壓縮機，這不僅增加了成本，還消耗了電力。

12、wo?2021/060985?a1公開了一種解決方案，其中將加熱介質(zhì)(例如熔融鹽)存儲在專用罐中，并在可再生能源的有限可用性期間用于向氨轉(zhuǎn)化塔供熱，以使轉(zhuǎn)化塔保持在適合合成的溫度。這種解決方案需要添加一個昂貴的儲罐，該儲罐需要很大并適當(dāng)隔熱以存儲熱量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點。本發(fā)明解決了在依賴于可再生能源的氫進料短缺期間如何控制氨合成回路的問題，以確?；芈吩跉溥M料恢復(fù)時能夠快速重啟氨的生產(chǎn)，避免回路停機，并避免使用昂貴的存儲/緩沖設(shè)備。也為甲醇合成回路解決了同一問題。

2、該問題利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法來解決。

3、當(dāng)依賴于可再生能源的氫進料的流量低于閾值時，該方法包括在通過分離器后，將轉(zhuǎn)化塔流出物的至少一部分再循環(huán)回到所述轉(zhuǎn)化塔的入口，以及加熱再循環(huán)的轉(zhuǎn)化塔流出物以將所述轉(zhuǎn)化塔保持在待機模式，其中反應(yīng)空間中的溫度在目標(biāo)范圍內(nèi)。

4、本發(fā)明方法將合成回路維持在熱待機模式，其中在合適的溫度下將反應(yīng)空間保持加壓，以便可再生能源和氫進料一回來就快速重啟。

5、本發(fā)明基于以下發(fā)現(xiàn)：這種熱待機模式可以以有限量能源的代價維持較長時段。

6、在本發(fā)明的非常有趣的實施例中，通過轉(zhuǎn)化塔的啟動加熱器進行再循環(huán)流出物的加熱。因此，本發(fā)明提供了啟動加熱器的一種創(chuàng)新用途，啟動加熱器不用于瞬時啟動，而是用于將轉(zhuǎn)化塔保持在待機模式。啟動加熱器提供的熱量輸入被巧妙地用于補償熱損失或可能被不能在熱待機模式下完全停止的冷卻介質(zhì)去除的熱量，并用于將回路(特別是轉(zhuǎn)化塔的反應(yīng)空間)維持在熱加壓狀況，以準(zhǔn)備好生產(chǎn)的快速重啟(例如，在僅一個小時或甚至更少的時間內(nèi))。

7、例如，在用來自水電解的氫氣進料的氨廠中，合適的熱待機模式可以用低至標(biāo)稱容量(氨的標(biāo)稱輸出)操作所需電力的約2％或1％或約0.5％的電力來維持。

8、在優(yōu)選實施例中，在本發(fā)明的熱待機期間，維持反應(yīng)空間低于最低反應(yīng)溫度，從而不發(fā)生或可忽略氨或甲醇的合成。因此，基本上沒有從回路去除產(chǎn)物并且沒有將新鮮氣體引入回路。將回路維持在大致接近傳質(zhì)的狀況。除了熱損失或過程中去除的熱量外，壓力和熱量仍留在回路中，這些熱量由啟動加熱器補償。為此目的，可以適當(dāng)?shù)乜刂茊蛹訜崞?，?yōu)選地通過開/關(guān)控制和/或調(diào)節(jié)其熱功率。部件和管道的壓力損失由壓縮機或循環(huán)器補償。

9、在優(yōu)選實施例中，啟動加熱器是電加熱器，然而也可以使用不同的實施例，諸如燃燒燃料的加熱器或熱交換器。

10、在本發(fā)明的待機模式下，根據(jù)優(yōu)選實施例，在回路中循環(huán)的流量可以不大于標(biāo)稱容量下流量的50％或25％或10％。

技術(shù)特征：

1.一種用于在可間歇獲得依賴于可再生能源的氫進料期間控制氨合成轉(zhuǎn)化塔(19)或甲醇合成轉(zhuǎn)化塔的方法，其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述目標(biāo)溫度范圍低于最低反應(yīng)溫度，以便在所述待機模式期間所述反應(yīng)空間中不發(fā)生所述產(chǎn)物的合成或者忽略所述產(chǎn)物的合成。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述待機模式中，沒有或基本上沒有產(chǎn)物從所述回路中去除，并且沒有將新鮮反應(yīng)氣體引入所述回路。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中，在所述待機模式中，所述反應(yīng)空間中的所述溫度在150℃至330℃、優(yōu)選地150℃至300℃、更優(yōu)選地150℃至260℃的范圍內(nèi)。

5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述閾值對應(yīng)于可從所述可再生能源獲得的氫容量，所述容量不大于對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)化塔的標(biāo)稱輸出容量的標(biāo)稱氫進料的50％或25％或10％或5％。

6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述氫進料用可再生電力產(chǎn)生，優(yōu)選地通過水電解產(chǎn)生。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述閾值對應(yīng)于所述可再生電力，所述可再生電力低于對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)化塔的標(biāo)稱輸出的標(biāo)稱電力的50％或25％或10％或5％。

8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述可再生電力由一種或多種可再生能源產(chǎn)生，優(yōu)選太陽能。

9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，在所述待機模式期間，通過控制轉(zhuǎn)移到所述再循環(huán)的轉(zhuǎn)化塔流出物的熱力來動態(tài)控制所述反應(yīng)空間的所述溫度。

10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述再循環(huán)的轉(zhuǎn)化塔流出物在所述轉(zhuǎn)化塔的啟動加熱器中加熱。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述啟動加熱器(18)是電動的。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括對所述電動啟動加熱器(18)進行開關(guān)控制以控制所述反應(yīng)空間中的所述溫度。

13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中所述待機模式由所述啟動加熱器維持，并且所述再循環(huán)的轉(zhuǎn)化塔流出物的循環(huán)吸收不超過工廠標(biāo)稱運行所需電力的2.0％。

14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中：

15.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的方法，其中

16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述待機模式期間在所述回路中循環(huán)的氣體的流量不大于標(biāo)稱容量下通過所述轉(zhuǎn)化塔(19)的總流量的50％，優(yōu)選地不大于20％，更優(yōu)選地不大于10％，或者甚至更優(yōu)選地不超過5％。

17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在沒有氫的緩沖存儲和熱量的緩沖存儲的情況下執(zhí)行所述方法。

技術(shù)總結(jié)
用于在可間歇獲得依賴于可再生能源的氫進料期間控制氨合成轉(zhuǎn)化塔或甲醇合成轉(zhuǎn)化塔的方法，其中，在能源的有限可用性或不可用的條件下，在回路中將轉(zhuǎn)化塔流出物(20)再循環(huán)回到所述轉(zhuǎn)化塔的入口，并將其加熱以將所述轉(zhuǎn)化塔保持在熱待機模式，其中反應(yīng)空間中的溫度仍在目標(biāo)范圍內(nèi)。

技術(shù)研發(fā)人員：喬瓦尼·熱那亞,塞爾吉奧·潘扎
受保護的技術(shù)使用者：卡薩勒有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19