制氫系統和方法
【專利說明】制氨系統和方法 WW] 背景 通常需要燃氣滿輪W產生電能用于新的工業(yè)裝置，或擴展現有的工業(yè)操作裝置?，F場 產生的電能可用于補充或用于替代來自局域運行電網的電力。
[0002] 已知聯合制氨設備聯產電和有時還產生蒸汽。例如，AirPro化Cts在化K Arthur,Texas運行聯合氨/聯產裝置，如描述于Robe;rtPeltier的論文，叩o;rtArthurII IntegratedHydrogen/CogenerationFaciIity,PortArthur,Texas"，在POWERMagazine， 2007 年 9 月 15 日，可在線獲取，http://www.powermag.com/化；rt-A;rthu;r-II-Integrated-hy化ogencogeneration-facility-Port-Arthur-Texas/。在該設備中，燃氣滿輪排氣分開， 一部分進入熱量回收蒸汽發(fā)生器作為燃燒氧化劑，其中產生蒸汽，和第二部分進入蒸汽甲 燒重整器如燃燒氧化劑。
[0003] 在較早的出版物中，Terrible等人公開了燃氣滿輪與蒸汽甲燒重整器的組合，在 i侖文"Considerusinghydrogenplantstoco邑ener曰tepowerneeds，，，Hydrocarbon Processing, 1999年12月。在該文中，公開了一種實施方案，其中來自燃氣滿輪的廢氣進入 重整器的福射區(qū)。該文指出，在538°C下，燃氣滿輪排氣仍包含13%的氧并用作重整器的燃 燒空氣，且因為該流是熱的，重整器的燃料消耗減少。
[0004] 工業(yè)需要有效率的系統和方法用于制氨并聯產電能。
[0005] 工業(yè)需要利用來自燃氣滿輪排氣的熱量用于改進的能量效率。
[0006] 工業(yè)需要與燃氣滿輪聯合的制氨系統和方法的可靠操作，特別是當燃氣滿輪意外 停機時。
[0007] 概要 本發(fā)明設及生產含&產物的設備和方法。本發(fā)明的若干方面概述如下。在下文中，本 發(fā)明的具體方面概述如下。在括號中設定的附圖標記和表達是指在W下進一步參考附圖解 釋的示例實施方案。然而，附圖標記和表達僅為說明性的且不將所述方面限制為示例實施 方案的任何特定組分或特征。所述方面可如權利要求闡明，其中在括號中設定的附圖標記 和表達酌情被省略或被其它替代。
[0008] 方面1.生產含&產物的設備，所述設備包含： 燃氣滿輪（10)，其具有從燃氣滿輪（10)取出排氣流（12)的出口； 強制通風扇（20)，其具有排出氧化劑流（21)的出口； 閥口組件（25)，其用于提供通風空氣流（27);和 重整器爐（30)，其操作連接到燃氣滿輪（10)、強制通風扇（20)和閥口組件（25)，和 操作布置用于接收來自燃氣滿輪（10)的排氣流（12)的至少一部分（19)、來自強制通風扇 (20)的氧化劑流（21)的至少一部分和來自閥口組件（25)的通風空氣流（27)。
[0009] 方面2.方面1的設備，其進一步包含： 第二強制通風扇（60)，其具有用于排出第二氧化劑流化1)的出口； 第二閥口組件化5)，其用于提供第二通風空氣流化7);和 第二重整器爐（70)，其操作連接于燃氣滿輪（10)、第二強制通風扇化0)和第二閥口組 件化5)，和操作布置用于接收來自燃氣滿輪（10)的排氣流（12)的第二部分巧9)、來自第 二強制通風扇化0)的第二氧化劑流化1)的至少一部分和來自第二閥口組件化5)的第二 通風空氣流化7)。
[0010] 方面3.方面1或方面2的設備，其中重整器爐（30)包含多個含催化劑的重整器 管，其中多個含催化劑的重整器管操作布置用于接收重整器進料氣流（34)，而重整器爐操 作布置用于接收排氣流（12)的至少一部分（19)、氧化劑流（21)的至少一部分、通風空氣流 (27)和燃料流（32)，所述燃料流（32)用于在多個含催化劑的重整器管外部的燃燒空間內 將其燃燒，其中重整器爐具有第一出口，用于取出在多個含催化劑的重整器管中由重整器 進料氣流（34)形成的重整產物流（36)，和其中重整器爐（30)具有第二出口，用于從燃燒空 間取出燃燒產物氣流（38)，所述燃燒產物氣流（38)通過燃料流（32)的燃燒形成。
[0011] 方面4.方面2或方面3的設備，其中第二重整器爐（70)包含多個含催化劑的重 整器管，其中第二重整器爐（70)的多個含催化劑的重整器管操作布置用于接收第二重整 器進料氣流（74)，和第二重整器爐操作布置用于接收排氣流（12)的第二部分巧9)、第二 氧化劑流化1)的至少一部分、第二通風空氣流化7)和第二燃料流（72)，所述第二燃料流 (72)用于在第二重整器爐（70)的多個含催化劑的重整器管外部的燃燒空間內將其燃燒， 其中第二重整器爐（70)具有第一出口，用于取出在第二重整器爐（70)的多個含催化劑的 重整器管中由第二重整器進料氣流（74)形成的第二重整產物流（76)，和其中第二重整器 爐具有第二出口，用于從第二重整器爐（70)的燃燒空間取出第二燃燒產物氣流，第二燃燒 產物氣流通過第二燃料流（72)的燃燒形成。
[0012] 方面5.方面1-4任一項的設備，其進一步包含： 換熱器（22)，其操作布置在強制通風扇（20)和重整器爐（30)之間，其中換熱器（22) 操作布置用于接收來自強制通風扇（20)的氧化劑流（21)的至少一部分，和重整器爐（30) 操作布置用于接收來自換熱器（22)的氧化劑流（21)的至少一部分。
[0013] 方面6.方面5的設備，其中換熱器（22)操作布置用于提供在氧化劑流（21)的至 少一部分和W下至少之一之間的間接熱傳遞：來自重整器爐（30)的燃燒產物氣流（38)的 部分或全部，和來自重整器爐（30)的多個含催化劑的重整器管的重整產物流（36)的部分 或全部。
[0014] 方面7.方面2-6任一項的設備，其進一步包含： 操作布置在第二強制通風扇化0)和第二重整器爐（70)之間的第二換熱器化2)，其中 第二換熱器化2)操作布置用于接收來自第二強制通風扇化0)的第二氧化劑流化1)的至 少一部分，和第二重整器爐（70)操作布置用于接收來自所述第二換熱器化2)的第二氧化 劑流化1)的至少一部分。
[0015] 方面8.方面7的設備，其中第二換熱器化2)操作布置用于提供在第二氧化劑流 化1)的至少一部分和W下至少之一之間的間接熱傳遞：來自第二重整器爐（70)的第二燃 燒產物氣流（78)的部分或全部，和來自第二重整器爐（70)的多個含催化劑的重整器管的 第二重整產物流（76)的部分或全部。
[0016] 方面9.方面1-8任一項的設備，其進一步包含： 引風扇（50)，其操作布置用于接收來自重整器爐（30)的燃燒產物氣流（38)。
[0017] 方面10.方面2-9任一項的設備，其進一步包含： 第二引風扇（90)，其操作布置用于接收來自第二重整器爐（70)的第二燃燒產物氣流 (78)。
[0018] 方面11.方面1-10任一項的設備，其中閥口組件（25)適用于從燃氣滿輪（10)排 出包含氧化劑流（21)的至少一部分和排氣流（12)的至少一部分的共混氧化劑流（26)。
[0019] 方面12.方面2-11任一項的設備，其中第二閥口組件化5)適用于從燃氣滿輪 (10)排出包含第二氧化劑流化1)的至少一部分和排氣流（12)的第二部分巧9)的部分或 全部的第二共混氧化劑流化6)。
[0020] 方面13.方面1-12任一項的設備，其進一步包含： 閥口組件（15)，用于控制燃氣滿輪（10)的排氣流（12)，閥口組件（15)操作用于控制 排氣流（12)的至少一部分（19)的流速。
[0021] 方面14.方面13的設備，其中閥口組件（15)用于控制燃氣滿輪（10)的排氣流 (12)，進一步操作用于控制排氣流的第二部分巧9)的流速。
[0022] 方面15.方面13或方面14的設備，其進一步包含： 燃氣滿輪排氣口（17)，其操作布置用于選擇性地經由用于控制排氣流（12)的閥口組 件（15)接收來自燃氣滿輪（10)的排氣流（12)的部分或全部，其中用于控制排氣流（12) 的閥口組件（15)進一步操作用于選擇性地將排氣流（12)的至少一部分轉向到燃氣滿輪排 氣口（17)。
[0023] 方面16.方面1-15任一項的設備，其進一步包含： 管道（16)，其操作布置用于將來自燃氣滿輪（10)的排氣流（12)的至少一部分（19)、 來自強制通風扇（20)的氧化劑流（21)的至少一部分和來自閥口組件（25)的通風空氣流 (27)傳輸至重整器爐（30); 傳感器（24)，其響應管道（16)中的壓力；和 控制器（100)，其操作連接到用于提供通風空氣流（27)的閥口組件（25)和用于控制排 氣流（12)的閥口組件（15)的至少之一，控制器（100)操作連接到傳感器（24)并響應來自 傳感器（24)的信號。
[0024] 方面17.方面2-16任一項的設備，其進一步包含： 第二管道（56)，其操作布置用于將來自燃氣滿輪（10)的排氣流（12)的第二部分 (59)、來自第二強制通風扇化0)的第二氧化劑流化1)的至少一部分和來自第二閥口組件 化5)的第二通風空氣流化7)傳輸至第二重整器爐（70); 第二傳感器化4)，其響應第二管道巧6)中的壓力；和 控制器（100)，其操作連接到用于提供第二通風空氣流化7)的第二閥口組件化5)和 用于控制排氣流（12)的閥口組件（15)的至少之一，控制器（100)操作連接到第二傳感器 化4)并響應來自第二傳感器化4)的信號。 陽0巧]方面18.方面1-17任一項的設備，其進一步包含： 處理單元（40)，其操作布置用于接收重整產物流（36)和燃燒產物氣流（38)，所述處理 單元包含W下至少之一：變換反應器、蒸汽發(fā)生系統、脫氣器、變壓吸附單元、脫C〇2單元、低 溫分離器和分離鼓。 陽〇%] 方面19.方面18的設備，其中處理單元（40)包含變壓吸附單元。
[0027] 方面20.方面2-19任一項的設備，其進一步包含： 第二處理單元（80)，其操作布置用于接收第二重整產物流（76)和第二燃燒產物氣流 (78)，所述第二處理單元（80)包含W下至少之一：變換反應器、蒸汽發(fā)生系統、脫氣器、變 壓吸附單元、脫C〇2單元、低溫分離器和分離鼓。
[0028] 方面21.方面20的設備，其中第二處理單元（80)包含與第一處理單元（40)的變 壓吸附單元分開的變壓吸附單元。
[0029] 方面22.方面16的設備，其進一步包含： 傳感器（35)，其響應重整器爐（30)的燃燒空間中的壓力，其中控制器（100)操作連接 用于接收來自傳感器（35)的信號； 其中引風扇巧0)操作布置用于接收來自重整器爐（30)的燃燒產物氣流（38)，其中引 風扇巧0)操作連接用于接收來自控制器（100)的信號，控制器（100)響應來自傳感器（35) 的信號，傳感器（35)響應重整器爐（30)內的壓力?？刂破骺膳渲糜肳改變引風扇的速度。
[0030] 方面23.方面22的設備，其進一步包含： 傳感器巧2)，其響應來自重整器爐（30)的燃燒產物氣流（38)中的氧濃度，其中控制器 (100)操作連接用于接收來自傳感器巧2)的信號，傳感器巧2)響應燃燒產物氣流（38)中 的氧濃度； 其中引風扇操作連接用于接收來自控制器（100)的信號，控制器（100)響應來自傳感 器巧2)的信號，傳感器巧2)響應燃燒產物氣流（38)中的氧濃度。
[0031] 方面24.方面16的設備，其進一步包含： 傳感器（75)，其響應第二重整器爐（70)中的壓力，其中控制器（100)操作連接用于接 收來自傳感器（75)的信號； 其中第二引風扇巧0)操作布置用于接收來自第二重整器爐（70)的第二燃燒產物氣流 (78)，其中第二引風扇巧0)操作連接用于接收來自控制器（100)的信號，控制器（100)響 應來自傳感器（75)的信號，傳感器（75)響應第二重整器爐（70)中的壓力。
[0032] 方面25.方面24的設備，其進一步包含： 傳感器巧2)，其響應來自第二重整器爐（70)的第二燃燒產物氣流（78)中的氧濃度，其 中控制器（100)操作連接用于接收來自傳感器巧2)的信號，傳感器巧2)響應第二燃燒產 物氣流（78)中的氧濃度； 其中第二引風扇巧0)操作連接用于接收來自控制器（100)的信號，控制器（100)響應 來自傳感器巧2)的信號，傳感器巧2)響應第二燃燒產物氣流（78)中的氧濃度。
[0033] 方面26.方面1的設備，其進一步包含： 第二強制通風扇（160)，其具有用于排出第二氧化劑流（161)的出口； 用于提供第二通風空氣流（167)的第二閥口組件（165);和 熱量回收蒸汽發(fā)生器（170)，其操作連接于燃氣滿輪（10)、第二強制通風扇（160)和 第二閥口組件（165)，和操作布置用于接收來自燃氣滿輪（10)的排氣流（12)的第二部分 (159)、來自第二強制通風扇（160)的第二氧化劑流（161)的至少一部分和來自第二閥口組 件（165)的第二通風空氣流（167)。
[0034] 方面27.方面26的設備，其進一步包含： 操作布置在第二強制通風扇（160)和熱量回收蒸汽發(fā)生器（170)之間的第二換熱器 (162)，其中第二換熱器（162)操作布置用于接收來自第二強制通風扇（160)的第二氧化劑 流（161)的至少一部分，和熱量回收蒸汽發(fā)生器（170)操作布置用于接收來自第二換熱器 (162)的第二氧化劑流（161)的至少一部分。
[0035] 方面28.方面27的設備，其中第二換熱器（162)操作布置用于提供在第二氧化劑 流（161)的至少一部分和W下至少之一之間的間接熱傳遞：來自重整器爐（30)的燃燒產物 氣流的部分或全部，和來自重整器爐（30)的多個含催化劑的重整器管的重整產物流的部 分或全部。
[0036] 方面29.方面26-28任一項的設備，其進一步包含： 第二引風扇（190)，其操作布置用于接收來自熱量回收蒸汽發(fā)生器（170)的排氣流 (178)。
[0037] 方面30.方面26-29任一項的設備，其進一步包含： 第二管道，其操作布置用于將來自燃氣滿輪（10)的排氣流（12)的第二部分（159)、來 自第二強制通風扇（160)的第二氧化劑流（161)的至少一部分和來自第二閥口組件（165) 的第二通風空氣流（167)傳輸至熱量回收蒸汽發(fā)生器（170); 響應第二管道內的壓力的第二傳感器（164);和 控制器（100)，其操作連接到用于提供第二通風空氣流（167)的第二閥口組件（165)和 用于控制排氣流（12)的閥口組件（15)的至少之一，控制器（100)操作連接到第二傳感器 (164)并響應來自第二傳感器（164)的信號。
[0038] 方面31.方面30的設備，其進一步包含： 響應熱量回收蒸汽發(fā)生器（170)中的壓力的傳感器（175)，其中控制器（100)操作連接 用于接收來自傳感器（175)的信號； 第二引風扇（190)操作布置用于接收來自熱量回收蒸汽發(fā)生器（170)的排氣流（178)， 其中第二引風扇巧0)操作連接用于接收來自控制器（100)的信號，控制器（100)響應來自 傳感器（75)的信號，所述傳感器（75)響應熱量回收蒸汽發(fā)生器（170)中的壓力。
[0039] 方面32.方面31的設備，其進一步包含： 響應來自熱量回收蒸汽發(fā)生器（170)的排氣流（178)中的氧濃度的傳感器（192)，其中 控制器（100)操作連接用于接收來自對排氣流（178)中的氧濃度響應的傳感器（192)的信 號； 其中第二引風扇（190)操作連接用于接收來自控制器（100)的信號，控制器（100)響 應來自傳感器（192)的信號，傳感器（192)響應排氣流（178)中的氧濃度。
[0040] 方面33.制氨方法，其包含： 第一操作方式，所述第一操作方式包含： 將來自強制通風扇（20)的氧化劑流（21)的第一量與來自燃氣滿輪（10)的排氣流 (12)的至少一部分（19)的第一量共混W形成包含燃氣滿輪排氣的共混氧化劑流（26)的第 一量； 將重整器進料氣流（34)的第一量引入至重整器爐（30)中的多個含催化劑的重整器管 內，在重整反應中使重整器進料氣流（34)的第一量反應，所處的反應條件有效形成包含&、 C0、CHa和HzO的重整產物流（36)的第一量，并從所述重整器爐（30)的多個含催化劑的重 整器管中取出重整產物流（36)的第一量；和 將燃料流（32)的第一量與包含燃氣滿輪排氣的共混氧化劑流（26)的第一量的至少一 部分，在重整器爐（30)中在多個含催化劑的重整器管外部燃燒，所處的條件有效燃燒燃料 流（32)的第一量W形成燃燒產物氣流（38)的第一量，并產生熱量W供應能量，使多個含催 化劑的重整器管內部的重整器進料氣流（34)的第一量反應，并從重整器爐（30)取出燃燒 產物氣流（38)的第一量； 第二操作方式，當來自燃氣滿輪（10)的排氣流（12)變得中斷或變得另外不可用時，開 始第二操作方式，第二操作方式包含： 打開閥口組件（25)并將通風空氣流（27)的第一量與氧化劑流（21)的第二量共混W形成包含通風空氣的共混氧化劑流（29)的第一量； 將重整器進料氣流（34)的第二量引入至重整器爐（30)中的多個含催化劑的重整器管 內，在重整反應中使重整器進料氣流（34)的第二量反應，所處的反應條件有效形成包含&、 CO、CHa和HzO的重整產物流（36)的第二量，并從重整器爐（30)的多個含催化劑的重整器 管中取出重整產物流（36)的第二量；和 將燃料流（32)的第二量與包含通風空氣的共混氧化劑流（29)的第一量的至少一部 分，在重整器爐（30)中在多個含催化劑的重整器管外部燃燒，所處的條件有效燃燒燃料流 (32)的第二量W形成燃燒產物氣流（38)的第二量，并產生熱量W供應能量，用于使多個含 催化劑的重整器管內部的重整器進料氣流（34)的第二量反應，并從第一重整器爐（30)取 出燃燒產物氣流（38)的第二量。
[0041] 方面34.方面33的方法，其中在第二操作方式開始時，閥口組件（25)打開至預定 位置，所述預定位置取決于第二操作方式開始之前燃氣滿輪的操作速率。
[0042] 方面35.方面33或方面34的方法，其進一步包含： 將來自強制通風扇（20)的氧化劑流（21)的第一量通到換熱器（22)，然后將來自所述 強制通風扇（20)的氧化劑流（21)的第一量與排氣流（12)的至少一部分（19)的第一量共 混，從而加熱來自所述強制通風扇（20)的氧化劑流（21)的第一量；和 將來自所述強制通風扇（20)的氧化劑流（21)的第二量通到所述換熱器（22)，然后將 通風空氣流（27)的第一量與氧化劑流（21)的第二量共混，從而加熱來自所述強制通風扇 (20)的氧化劑流（21)的第二量。
[0043] 方面36.方面35的方法，其中氧化劑流（21)在換熱器（22)中通過與W下至少之 一的間接熱傳遞加熱：來自重整器爐（30)的燃燒產物氣流（38)的一部分或全部和來自重 整器爐（30)的多個含催化劑的重整器管的重整產物流（36)的一部分或全部。
[0044] 方面37.方面33-36任一項的方法 其中重整器爐（30)