(57)【要約】合成プラント２００は、合成ループの上流に、水素対窒素の比率３：１未満を有する供給ガスから、過剰の窒素、および他のガス状化合物を除去し、それにより、水素対窒素の比率約３：１を有する合成ガスを生成させる分離システムを含む。特に好ましい分離システムは、空気以外の冷媒を有するコールドボックス２７０、または圧力スイング吸収システムを含む。
2004531451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素対窒素のモル比約３．０を有し、空気以外の冷媒を使用する冷凍回路で冷却されるアンモニア合成用メイクアップガスを受け入れるアンモニア合成ループを備え、
分離ユニットが水素対窒素のモル比２．５未満を有する供給ガスを燃料ガスと前記アンモニア合成用メイクアップガスとに分離する
プラント。
【請求項２】
前記燃料ガスが前記冷凍回路における冷凍を提供する請求項１に記載のプラント。
【請求項３】
前記燃料ガスが前記アンモニア合成用メイクアップガスを冷却した後で、前記燃料ガスが改質装置で燃焼される請求項２に記載のプラント。
【請求項４】
前記冷媒は、前記アンモニア合成用メイクアップガスとの爆発性または反応性の混合物を形成する成分を実質的に含んでいない請求項１に記載のプラント。
【請求項５】
前記冷媒が少なくとも９８体積％の窒素を含む請求項４に記載のプラント。
【請求項６】
前記冷媒の少なくとも一部分が前記冷凍回路内で循環される請求項４に記載のプラント。
【請求項７】
前記冷凍回路が、プラント構成のアンモニア生産を約０．１％から約２５％の間の量で増加させる改良装置として、前記プラント構成と機能的に協同する請求項１に記載のプラント。
【請求項８】
前記アンモニア合成用メイクアップガスが、一次改質装置および二次改質装置によって天然ガスから生産され、空気分離ユニットは前記二次改質装置に酸素富化流を提供し、かつ、前記空気分離ユニットは、前記分離ユニットの上流位置で、前記アンモニア合成用メイクアップガスに対し窒素富化流を更に提供する請求項１に記載のプラント。
【請求項９】
水素対窒素のモル比３．０未満を有する供給ガスの第１の部分を受け入れて、水素プロダクトガスおよび燃料ガスを生成する圧力スイング吸収ユニットと、
少なくとも前記水素プロダクトガス、および前記供給ガスの第２の部分から形成されるアンモニア合成用メイクアップガスを受け入れる合成ループと
を備えるプラント。
【請求項１０】
前記供給ガスが、一次改質装置および二次改質装置によって天然ガスから生産され、追加のプロセス空気が前記二次改質装置に提供される請求項９に記載のプラント。
【請求項１１】
前記圧力スイング吸収ユニットの上流に、メタン化装置を更に備える請求項１０に記載のプラント。
【請求項１２】
前記圧力スイング吸収ユニットの上流に、酸性ガス除去ユニットを更に備える請求項１０に記載のプラント。
【請求項１３】
前記合成ループがパージガスを生成し、前記パージガスおよび前記燃料ガスの少なくとも一方が、前記一次改質装置内で燃焼される請求項１０に記載のプラント。
【請求項１４】
前記アンモニア合成用メイクアップガスが、水素対窒素のモル比約３：１を有する請求項９に記載のプラント。
【請求項１５】
前記供給ガス中に含有される窒素、アルゴン、およびメタンの少なくとも一部分が、前記圧力スイング吸収ユニット内で、前記燃料ガスを介して前記供給ガスから除去される請求項９に記載のプラント。
【請求項１６】
前記圧力スイング吸収ユニットが、プラント構成のアンモニア生産を約０．１％から約２５％の間の量で増加させる改良装置として、前記プラント構成と機能的に協同する請求項９に記載のプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００１年６月２８日出願され、参照により本明細書に組み込まれている、米国仮特許出願番号６０／３０２０５５への優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は一般に、プラント、および特に、合成ループの上流にある分離器を使用して、ガス流から過剰の窒素および他の成分を除去する合成プラントの構成および方法を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
米国では、天然ガスの価格が比較的高いため、最近、非効率的なアンモニアプラントのいくつかが閉鎖されている。問題をさらに悪化させているのは、天然ガスの価格が、予見可能な将来においても高いまま留まっていると予想されることである。したがって、アンモニアプラントを採算がとれるようにし、かつ、採算がとれるように維持するためには、収入を増加させ、操業原価を低減することが絶対に必要であろう。他の視点から見て、プラントは、生産を増加させ、かつ、生産されるアンモニア１トン当たりの、プラントのエネルギー消費量を低減させる方法を見出さなければならないであろう。
【０００４】
図１に図示される、従来技術による典型的な従来技術のプラント構成では、一次および二次改質装置を通って、天然ガスが処理され、次いで改質されたガス流から過剰の熱を回収した後で、改質されたガス流は、転化される。さらなるステップにおいて、酸性ガス（ここでは、二酸化炭素）が除去され、残った一酸化炭素（ＣＯ）および二酸化炭素（ＣＯ２）は、メタン化装置内でほとんど完全に除去される。得られたガス流は、次いでアンモニア生産のための合成ループ（閉回路）に入り、この場合窒素は、二次改質装置中に供給されるプロセス空気から典型的に提供される。
【０００５】
たとえば、Ｇｒｏｔｚ氏へ付与された米国特許の同第３４４２６１３号明細書中に記載されるように、ガス膨張、自己冷凍、および低温分離の組合わせによって、合成ガスの流れから過剰の窒素を取り除くことにより、生産能力を増大させることができる。Ｇｒｏｔｚ氏の構成は、いくつかのアンモニア生産プラントでは比較的有効であるが、膨張ステップにおいては、アンモニア合成プラントのフロントエンドの圧力をかなり増加させなければならないため、既設の旧型プラントの改装には比較的不都合がある（したがって、圧力増加に対処するため、旧型装置の改装／改造を典型的に必要としている）。
【０００６】
既設のアンモニア合成生産プラントの旧型装置の改装に関連して、少なくともいくつかの不都合を回避するため、Ｂｈａｋｔａ氏は、米国特許第５９３５５４４号明細書において、中間的なＮ２過剰量を有する低メタン含量合成ガスに精製装置プロセスを適用している１つの構成を記述しており、その構成では、外部冷凍ステップにより、合成能力を著しく増加させ、または合成ループの圧力を低下させる十分に不活性ガス含量の低い合成ガスが生成される。Ｂｈａｋｔａ氏の構成は、多くの場合、既設の旧型のプラントを改装する必要性を克服しているが、Ｂｈａｋｔａ氏の構成は、合成能力における満足される改良をもたらすためには、典型的には、比較的狭いプロセスパラメータのものに限定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
当技術分野において、アンモニア合成方法を改良する種々の構成およびプロセスが知られているが、すべての、またはほとんどすべてのそれらの構成およびプロセスは、１つまたは複数の不都合を有する。したがって、改良されたアンモニア合成方法のための、改良された方法および構成を提供することへの必要性が依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の主題の、１つの特に好ましい態様において、意図しているプラントは、アンモニア合成ループであって、窒素に対する水素のモル比３．０を有し、空気以外の冷媒（および、場合によって燃料ガス）を使用する冷凍回路で冷却されるアンモニア合成用メイクアップガスを受け入れるアンモニア合成ループを含む。またプラントにおいて、分離ユニットにより、水素対窒素のモル比２．５未満を有する供給ガスが、燃料ガスと、アンモニア合成用メイクアップガスとに分離される。
【０００９】
好ましい冷媒は、燃料ガス（燃料ガスは、アンモニア合成用メイクアップガスを冷却した後、改質装置内で燃焼できる）と、アンモニア合成用メイクアップガスと共に爆発性混合物または反応性混合物を形成する成分が実質的にない冷媒（たとえば、少なくとも９８体積％の窒素を含むガス）とを含む。適切な冷媒が、プラント内で少なくとも一部再循環でき、またより好ましくは全部再循環できることも意図される。用語「空気以外の冷媒」は、空気の平均組成（すなわち、Ｎ２約７８％、Ｏ２約２１％、アルゴン約０．９％、ＣＯ２約０．０３％、用語「約」は、絶対偏差１０％以下を指す）以外の組成を有する任意のガス状（２０℃において）冷媒を指す。したがって、意図される冷媒は特に、少なくとも１つの成分（たとえば、酸素）が少なくとも部分的に除去された処理された空気と、少なくとも１つの成分（たとえば、窒素）を空気に添加した処理された空気と、部分的に（少なくとも純度７０％まで）または高度に（少なくとも純度９５％まで）精製されたガスとを含む。
【００１０】
プラント構成のアンモニア生産を約０．１％から２５％の間の量で増加させる改良として、冷凍回路が、プラント構成と機能的に協同することができることがさらに意図され、また、本発明の主題の一層さらなる態様において、天然ガスから、一次および二次改質装置を経てアンモニア合成用メイクアップガスを生産し、その場合空気分離ユニットが二次改質装置に酸素富化流を提供し、またさらに、空気分離ユニットが、分離ユニットの上流の位置で、アンモニア合成用メイクアップガスに窒素富化流を提供することが、意図される。
【００１１】
本発明の主題の、他の特に好ましい態様において、意図しているプラントは、水素対窒素のモル比２．９未満を有する供給ガスの第１の部分を受け入れ、かつ水素プロダクトガスおよび燃料ガスを生成させる圧力スイング吸収ユニットを含むことができ、またさらに、少なくとも水素プロダクトガス、および供給ガスの第２の部分から形成されるアンモニア合成用メイクアップガスを受け入れる合成ループを含むことができる。
【００１２】
このような構成において、一次および二次改質装置を経由する天然ガスから特に好ましい供給ガスが生産され、その場合追加的プロセス空気が二次改質装置に提供され、また適切なプラントは、圧力スイング吸収ユニットの上流に、メタン化装置、および／または酸性ガス除去ユニットを有利に含むことができる。さらなる意図される態様において、合成ループはパージガスを生成し、パージガスおよび燃料ガスの少なくとも一方が、一次改質装置内で燃焼される。アンモニア合成用メイクアップガスは、水素対窒素のモル比約３：１を有することが好ましく、供給ガス中に含有される窒素、アルゴン、およびメタンの少なくとも一部を、圧力スイング吸収ユニットで、燃料ガスを介して供給ガスから取り除く。意図している構成は、新プラントとして操業されるが、圧力スイング吸収ユニットが、プラント構成のアンモニア生産を約０．１％から２５％の間の量で増加させる改良として、プラント構成と機能的に協同することができることが特に意図される。
【００１３】
本発明の種々の目的、特徴、態様および利点は、同一の数字が同一の構成部分を表している添付図面と共に、本発明の好ましい実施形態の下記の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
今日操業している大部分のアンモニアプラントでは、典型的にアンモニア合成ループへのメイクアップガスとなるメタン化装置流出ガスにおける水素対窒素のモル比３対１を維持するために、二次改質装置内において化学量論的な量のプロセス空気を使用している。
【００１５】
本発明者らは、分離システム、および最も好ましくはコールドボックスまたは圧力スイング吸収（ＰＳＡ：ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）システムをアンモニア生産プラントに有利に組み込んで（たとえば、メタン化装置流出ガスがアンモニア合成ループに入る前にそのガスを処理するため、メタン化装置の下流に設置して）、それにより生産能力を増加し、かつ／またはエネルギー必要量を低減することができることを見出している。したがって、合成ガス生産プロセスのフロントエンドに過剰の空気および／または窒素を導入して、水素対窒素の化学量論的モル比を約３：１に維持しながら、意図している構成における能力を向上させることができる。本明細書において使用する用語「水素対窒素のモル比約３：０」は、２．９５と３．０５との間の、より好ましくは２．９７と３．０３との間の、また最も好ましくは２．９９と３．０１との間の、モル比を指す。さらに、意図している構成は、生産性を向上させ、かつ／またはエネルギー必要条件を低下させながら、比較的広いプロセスパラメータを使用して作動させることができることを理解されたい。
【００１６】
意図している、コールドボックスを含むアンモニア合成プラントの１つの例示的構成を、図２に図示する。具体的には、コールドボックスの設置により、二次改質装置内への、顕著な量の過剰空気、典型的には少なくとも５％、より典型的には少なくとも１５％、また最も典型的には少なくとも２０から２５パーセントの間、ならびにそれ以上のプロセス空気（すなわち、化学量論的量を超える）の添加が可能になることが想定される。したがって、二次改質装置において、著しくより多いメタン、および他の炭化水素を改質し、それにより、一次改質装置の熱負荷を上げることなく、プラントの正味の合成ガス生産を増加させることができる。
【００１７】
図２の例示的構成において、プラント２００は、一次改質装置２１０および二次改質装置２２０を含み、一次改質装置２１０および二次改質装置２２０において、天然ガス供給物２０２が、水蒸気、化学量論的量のプロセス空気２０５Ａ、追加的プロセス空気２０５Ｂ、および適切な触媒／反応条件を使用して変換されて、一酸化炭素、水素、および窒素を主として含む改質装置流出物２２６を生成させる。用語「化学量論的量のプロセス空気」は、合成ガスにおいて、転化後に、かつ、場合によってメタン化装置後に、水素対窒素のモル比約３．０をもたらすであろうプロセス空気量を指す。
【００１８】
改質プロセスからの熱は、廃熱回収ユニット２３０内で回収され、改質装置流出物は、１つまたは複数の下流の転化装置（たとえば、高温および低温転化装置）２４０内で転化されて、水素、窒素、および二酸化炭素を主として含む変換装置流出物を生成させる。その後の、酸性ガス除去ユニット（ここでは二酸化炭素除去ユニット）２５０は、顕著な量の二酸化炭素を除去し、酸性ガス除去ユニット下流のメタン化装置２６０は、残留している一酸化炭素および二酸化炭素をメタンに変換する。
【００１９】
メタン化装置流出物２６２はコールドボックス２７０に供給され、コールドボックス２７０は、メタン化装置流出物２６２を、メタン、水素、および窒素を主として含む燃料ガス部分２７２と、水素対窒素のモル比約３：１を有する精製され冷却された合成ガスとに、分離する条件のもとで作動される。燃料ガスは、一次改質装置２１０のバーナに供給されるのが好ましく、一方冷却された合成ガスは、合成ループ２９０に入る前に、合成ガス圧縮機２８０で圧縮される。合成ループ２９０は、アンモニア製品２９２と、パージガス２９４を生成させ、パージガスは、場合によっては、一次改質装置２１０における燃焼用の燃料ガス２７２と一緒になる。
【００２０】
別法として、または追加的に、図３に図示するように、空気分離ユニットが利用可能なプラント３００では、アンモニア生産を更に改良できる。このような構成では、酸素富化ガス３０６（すなわち、少なくとも２５モル％、より典型的には少なくとも７５モル％、また最も典型的には少なくとも９０モル％の酸素を含む）を、二次改質装置３２０に提供でき、また、窒素富化ガス３０８（すなわち、少なくとも２５モル％、より典型的には少なくとも７５モル％、また最も典型的には少なくとも９０モル％の窒素を含む）を、メタン化装置３６０の上流の位置で、改質された、および／または転化されたガスに導入できる。
【００２１】
図２および３に図示される構成は一般に、一次改質装置の作動上の要求条件に、ほとんど、またはまったく影響を有しないことを、特に理解されたい。さらに、空気分離ユニットからの過剰の窒素（すなわち、窒素に対する水素のモル比約３：１を得るのに要する量を超える窒素）は（図３による構成において）、メタン化装置の上流に添加される。この過剰の窒素は、合成ガスに対する洗浄剤として作用し、水素対窒素の間の約３：１のモル比を維持しながら、コールドボックス内でアルゴンおよびメタンを除去すると考えられる。とりわけ、このような構成が、また特に既設アンモニアプラントを改良するものとしてこのような構成を用いる場合、フロントエンドにおいてこのプラントを圧力的に制限することなく、アンモニア生産の増加を達成することができることを特に理解されたい。
【００２２】
さらになお、二次改質装置において過剰空気を使用しているため（たとえば、図２を参照されたい）、またはメタン化装置の上流の位置で、窒素富化されたガスを導入しているため（たとえば、図３を参照されたい）、メタン化装置流出ガス中の窒素含量が、アンモニア合成ループへの供給物中の、水素対窒素のモル比３：１を維持するのに必要な窒素含量を超えるであろうことに特に注目されたい。したがって、コールドボックスシステムは、他に成分がある中でもとりわけ、過剰の窒素を除去するものと意図される。たとえば、適切なコールドボックスシステムは、大部分のメタン、および流入するアルゴンの約３０パーセントをも、除去できるものと意図される。
【００２３】
したがって、アンモニア合成ループに送出されるメイクアップガスは、以前よりも著しく少ない不活性ガスを含有し、したがって、アンモニア合成ループの循環割合、および作動圧力を低下させることを助ける（したがって、エネルギーを節約する）ものと意図される。既設プラントにおいてＧｒｏｔｚ氏らにより記述されているような構成にコールドボックスを使用することは、以前から知られているが（たとえば、米国特許第３４４２６１３号明細書を参照されたい）、コールドボックスを伴う既設プラントの改良は、しばしば問題がある。他の困難がある中でもとりわけ、Ｇｒｏｔｚ他により記述されているような構成は、比較的大きい圧力低下（膨張器内で最高３０ｐｓｉ（２０６．８ｋＰａ）から７０ｐｓｉ（４８２．６ｋＰａ）まで、それにコールドボックス内での１５ｐｓｉ（１０３．４ｋＰａ）が加わる）で典型的に運転され、そのため、改良中に、プラント構成のさらなる修正を行うこと（したがって、それにより、追加的コストを招くこと）が普通必要である。
【００２４】
特に好ましい例として、コールドボックスシステム４００は、図４に図示しており、圧縮機および膨張器を有する冷凍回路４１０（外部窒素回路が好ましい）と、低温交換器４２０と、分離カラム４３０とを含み、過剰の窒素を除去し、以前よりも著しく低い不活性ガス（たとえば、窒素、アルゴンなど）を含有するアンモニア合成用メイクアップガスを生成させる。このようなシステムにおいて、特に意図される冷媒は、システム内に漏洩が起こった場合に、合成ガスと共に爆発性混合物、或いは反応性混合物（たとえば、酸化性混合物）を形成する可能性のある成分が実質的にない（すなわち、５体積％未満、より典型的には１体積％未満、また最も典型的には０．１体積％未満）ものである。したがって、特に好ましい冷媒は、少なくとも９８体積％の窒素を含み、この冷媒は、冷凍回路内で一部、またより好ましくは全部再循環される。しかし、代替的な態様では、意図される冷媒は、約０％と４０％の間、より好ましくは４０％と７０％の間、また最も好ましくは７０％と１００％の間の量における窒素を含むこともできる。意図している構成における原料供給ガスを、乾燥剤を使用して少なくとも一部乾燥させる点をさらに理解されたい。
【００２５】
別法として、アンモニア合成ガスは、図５に示す分離器カラムのテールガスにより冷却される。ここでは、乾燥原料供給物を、分離器カラムに供給し、アンモニア合成ガスと、テールガスとに分離する。次いで、テールガスの少なくとも一部を低温交換器に通し、圧縮機で圧縮する。圧縮されたテールガスは、膨張器内部で膨張により冷却され、冷却され、膨張したテールガスを低温交換器に返送して、原料供給ガスを冷却する。別法として、冷媒として窒素を使用でき、テールガスは燃料ガスヘッダに送られる。
【００２６】
したがって、排ガスの一部は外部冷凍ループ内で再循環されるが、排ガスの他の部分は燃料ガスとして使用されると意図される。このような構成において、排ガスの組成が変動する場合でも、冷媒の組成は、実質的に一定の組成に有利に維持することができ、またさらに好ましい構成では、制御弁により冷凍ループに供給される排ガス量を制御して、冷凍ループにおける小さな圧縮機シール洩れ、または他の漏洩を補償していることを特に認識されたい。
【００２７】
このような過剰窒素を除去する、かつ／または合成ガスを精製する１つの例示的構成を図５に図示する。ここでは、プラントは、コールドボックスシステム５００を含み、コールドボックスシステム５００では、メタン化装置流出ガス流５０２（または、特定の用途により、他のガス流）が、冷凍回路５１０および冷交換器５２０を使用して冷却され、分離器５３０内で分離される。このような構成では、分離器が供給ガスからアンモニア合成ガスを分離し、またさらに、過剰窒素の少なくとも一部を含有する排ガス流５０４をもたらすと意図される。
【００２８】
本発明の主題の更に好ましい態様において、排ガス５０４は、第１ガス流５０６および第２のガス流５０８、に分割され、第１のガス流５０６は、燃料ガス（たとえば、改質装置において）として使用され、また第２のガス流５０８は、膨張器内における膨張、圧縮、および冷却を経て冷媒として使用される。特に好ましいコールドボックスシステムでは、冷凍回路は、圧縮機と膨張器とを含み、圧縮機および膨張器の少なくとも一方は、１つのプロセス空気圧縮機に機械的に連結される。したがって、排ガス流の少なくとも一部分が、メタン化装置の流出ガス流、または他のガス流を冷却する、冷媒として使用されることを認識されたい。
【００２９】
Ｐｒｏ  ＩＩ（商標）ソフトウェアを使用して、コンピュータ計算により、典型的なアンモニアプラントにおける、意図しているコールドボックスシステム設置の効果を検討した。このシミュレーションおよび他の計算（示していない）から、コールドボックスシステムを用いることにより、（１）従来のプラントのアンモニア生産を約１８％増加させることができ、（２）その際、アンモニア生産の増加は、一次改質装置の同一の燃焼負荷を維持することにより達成でき、（３）より高い生産率を達成する一方、一次改質装置出口温度を約８０°Ｆ（２６．７℃）低下させることができ、それによって、より長い一次改質装置の管寿命および放射熱負荷を達成し、また（４）二酸化炭素生成が約２３％増加すると、発明者は考えている。さらに、意図しているプラントの独特の構成によって、従来のプラントのアンモニア生産を少なくとも１８％、またより好ましくは少なくとも２０％、増加させることができ、かつ改良した構成において生産されるアンモニア単位当たりの燃料消費を、約０．１％から２５％の間の量で低減することができるものと意図される。
【００３０】
したがって、特に好ましいプラントは、アンモニア合成ループを有し、この合成ループは、水素対窒素のモル比約３．０を有し、空気以外の冷媒および燃料ガスを使用する冷凍回路で冷却されるアンモニア合成用メイクアップガスを受け入れる。このプラントにおいては、分離ユニットが、水素対窒素のモル比２．５未満を有する供給ガスを、燃料ガスと、アンモニア合成用メイクアップガスとに分離する。さらに特に好ましい構成において、冷媒は、少なくともいくらかの燃料ガス（分離器からのテールガス）、または窒素、または他の不活性ガスを含み、冷媒のいくらか、もしくはすべてが、冷凍回路内で再循環できる。
【００３１】
圧力スイング吸収ユニット（ＰＳＡ）を含む、意図しているアンモニア合成プラントの他の例示的構成を、図６に図示する。再び、過剰の窒素（および他の不活性ガス）を除去する分離システムを設置することにより、二次改質装置中に顕著な量の、典型的には最高２０から２５パーセントまでの過剰プロセス空気（すなわち、化学量論的な量を超える）の添加を行い、それにより合成ガス生産を著しく増大させる条件のもとでの合成ガス生産の操業が可能になると意図される。したがって、二次改質装置においてより多いメタンを改質し、それにより、一次改質装置の熱負荷を上げることなく、プラントの正味の合成ガス生産を増加させることができる。
【００３２】
ＰＳＡを有するプラントの特に好ましい構成において（図６に示すように）、プラント６００は、一次改質装置６１０および二次改質装置６２０を含み、一次改質装置６１０および二次改質装置６２０において、天然ガス供給物６０２が、水蒸気６０４、化学量論的量の過剰空気６０５Ａ、追加的なプロセス空気６０５Ｂ、および適切な触媒／反応条件を使用して変換されて、一酸化炭素、水素、および窒素を主として含む改質装置流出物６２６を生成させる。
【００３３】
改質プロセスからの熱は、廃熱回収ユニット６３０内で回収され、改質装置流出物は、１つまたは複数の下流の転化装置（たとえば、高温および低温転化装置）６４０内で転化されて、水素、窒素、および二酸化炭素を主として含む変換装置流出物６４２を生成させる。その後の、酸性ガス除去ユニット（ここでは二酸化炭素除去ユニット）６５０は、顕著な量の二酸化炭素を除去し、酸性ガス除去ユニット下流のメタン化装置６６０は、残留している一酸化炭素および二酸化炭素をメタンに変換する。
【００３４】
メタン化装置流出物の第１の部分６６２ＡはＰＳＡ６８５に供給され、ＰＳＡ６８４はメタン化装置流出物６６２Ａを水素富化流６６２Ａ’と、メタン、水素、および窒素を主として含む排ガス流６６２Ａ”とに分離する。メタン化装置流出物の第２の部分６６２Ｂは合成ガス圧縮機６８０に直接供給され、合成ガス圧縮機６８０は、水素富化流６６２Ａ’をも圧縮して、水素対窒素のモル比約３．０を有する、圧縮された合成ガスを生成する。排ガスは、好ましくは、合成ループ６９０からのパージガスと混合されて混合排ガス６７２となり、一次改質装置６１０のバーナに供給され、一方、合成ループ６９０は、アンモニア製品６９２を生産する。
【００３５】
したがって、好ましい構成は、詳細には、水素対窒素のモル比３．０未満を有する供給ガスの第１の部分を受け入れ、水素プロダクトガスおよび燃料ガスを生成させる圧力スイング吸収ユニットと、少なくとも水素プロダクトガス、および供給ガスの第２の部分から形成されるアンモニア合成用メイクアップガスを受け入れる合成ループとを含む構成を含む。合成ガス生産流から過剰の窒素を除去するＰＳＡユニットの使用が、知られているシステム（たとえば、Ｂｈａｋｔａ氏へ付与された米国特許の同第５９３５５４４号明細書に記載されるシステム）に優るさまざまな利点を有することを特に理解されたい。とりわけ、メタン化装置流出物の第１の部分と、第２の部分（すなわち、合成ループに直接供給される部分と、ＰＳＡに供給される部分）との間の体積比を修正することによって、作動中におけるメタン化装置流出物の窒素含量が著しく変動する。さらに、ＰＳＡユニットを使用することにより、典型的には、冷凍に関連したすべての、またはほとんどすべての困難（たとえば、圧縮機によるエネルギー消費、および、爆発物または他の反応性混合物の生成の可能性）が回避されるであろう。
【００３６】
したがって、好ましい構成において、メタン化装置流出物の第１の部分と、第２の部分との間の体積比を、９９：１（および一層より高く）と１：９９（および、適正な場合より低く）の間で変動させることができると意図される。しかし、典型的な動作におけるメタン化装置流出物の第１の部分と、第２の部分との間の比率は、一般に約１：３および約３：１の範囲内にあるであろう。ＰＳＡについては、水素プロダクトガスを生成させるであろうすべてのＰＳＡが、本明細書において使用するのに適しており、当技術分野で知られている数多くのこのようなＰＳＡユニットがあることを認識されたい。
【００３７】
さらに、ＰＳＡオフガスを必ずしも、合成ループからのパージガスと組み合わせて、混合排ガスを発生させる必要がない点を理解されたい。たとえば、ＰＳＡオフガス中の特に不活性な成分が望ましい場合、任意の適切な方法および／または構成を用いて、このような成分をオフガスから単離できると意図される。
【００３８】
さらになお、すべての意図している構成において、本明細書において呈示された発明の概念から逸脱することなく種々の修正を実施できることを認識されたい。たとえば、メタン化装置の存在が一般に好ましい（たとえば、燃料の有用性を著しく高めるであろう）が、メタン化は、意図している構成のため必要な前提条件ではない。その上、ガス流からの二酸化炭素の除去は、当技術分野で知られている種々の方法を使用して達成でき、すべての知られている方法および構成が、本明細書において使用するのに適していると考えられる。したがって、適切な二酸化炭素除去には、物理的および化学的溶媒、または膜の使用を含むことができる。さらに、意図している酸性ガスの除去には、二酸化炭素以外の化合物、および、特に硫化水素および他の硫黄含有化合物を含む、意図される化合物の除去も含まれる。
【００３９】
このように、改良されたアンモニアプラントの構成および方法について、特定の実施形態および適用を、開示してきている。しかし、当分野の技術者には、既に記述されている修正以外のより多くのものが、本明細書における発明の概念から逸脱することなく、可能であることが明らかであるはずである。したがって、本発明の主題は、添付している特許請求範囲の精神におけるものを除き、限定されるべきではない。さらに、本明細書および特許請求の範囲を共に解釈するに当って、すべての用語は、最も幅広い可能な形で、文脈に一致して解釈されるべきである。具体的には、用語「備えるｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」および「備えているｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」は、非排他的な形での構成要素、構成成分、またはステップを指し、参照される構成要素、構成成分、またはステップが存在する、または利用される、または、特に参照していない他の構成要素、構成成分、またはステップと組み合わせることができることを示すものと解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】アンモニアプラントのための知られている構成を示す、従来技術の概略図である。
【図２】コールドボックスを含む、１つの意図しているアンモニアプラントの例示的構成を示す図である。
【図３】コールドボックスを含む、他の意図しているアンモニアプラントの例示的構成を示す図である。
【図４】アンモニアプラントにおいて、冷媒として窒素を使用するコールドボックスを示す例示的詳細図である。
【図５】アンモニアプラントにおいて、冷媒としてテールガスを使用するコールドボックスを示す例示的詳細図である。
【図６】圧力スイング吸収ユニットを含む、さらに他の意図しているアンモニアプラントの例示的構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月19日(2002.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素対窒素のモル比約３．０を有し、空気以外の冷媒を使用する冷凍回路で冷却されるアンモニア合成用メイクアップガスを受け入れるアンモニア合成ループを備え、
分離ユニットが水素対窒素のモル比２．５未満を有する供給ガスを燃料ガスと前記アンモニア合成用メイクアップガスとに分離する
プラント。
【請求項２】
前記燃料ガスが前記冷凍回路における冷凍を提供する請求項１に記載のプラント。
【請求項３】
前記燃料ガスが前記アンモニア合成用メイクアップガスを冷却した後で、前記燃料ガスが改質装置で燃焼される請求項２に記載のプラント。
【請求項４】
前記冷媒は、前記アンモニア合成用メイクアップガスとの爆発性または反応性の混合物を形成する成分を実質的に含んでいない請求項１に記載のプラント。
【請求項５】
前記冷媒が少なくとも９８体積％の窒素を含む請求項４に記載のプラント。
【請求項６】
前記冷媒の少なくとも一部分が前記冷凍回路内で循環される請求項４に記載のプラント。
【請求項７】
前記冷凍回路が、プラント構成のアンモニア生産を約０．１％から約２５％の間の量で増加させる改良装置として、前記プラント構成と機能的に協同する請求項１に記載のプラント。
【請求項８】
前記アンモニア合成用メイクアップガスが、一次改質装置および二次改質装置によって天然ガスから生産され、空気分離ユニットは前記二次改質装置に酸素富化流を提供し、かつ、前記空気分離ユニットは、前記分離ユニットの上流位置で、前記アンモニア合成用メイクアップガスに対し窒素富化流を更に提供する請求項１に記載のプラント。
【請求項９】
水素対窒素のモル比３．０未満を有する供給ガスの第１の部分を受け入れて、水素プロダクトガスおよび燃料ガスを生成する圧力スイング吸収ユニットと、
少なくとも前記水素プロダクトガス、および前記供給ガスの第２の部分から形成されるアンモニア合成用メイクアップガスを受け入れる合成ループと
を備えるプラント。
【請求項１０】
前記供給ガスが、一次改質装置および二次改質装置によって天然ガスから生産され、追加のプロセス空気が前記二次改質装置に提供される請求項９に記載のプラント。
【請求項１１】
前記圧力スイング吸収ユニットの上流に、メタン化装置を更に備える請求項１０に記載のプラント。
【請求項１２】
前記圧力スイング吸収ユニットの上流に、酸性ガス除去ユニットを更に備える請求項１０に記載のプラント。
【請求項１３】
前記合成ループがパージガスを生成し、前記パージガスおよび前記燃料ガスの少なくとも一方が、前記一次改質装置内で燃焼される請求項１０に記載のプラント。
【請求項１４】
前記アンモニア合成用メイクアップガスが、水素対窒素のモル比約３：１を有する請求項９に記載のプラント。
【請求項１５】
前記供給ガス中に含有される窒素、アルゴン、およびメタンの少なくとも一部分が、前記圧力スイング吸収ユニット内で、前記燃料ガスを介して前記供給ガスから除去される請求項９に記載のプラント。
【請求項１６】
前記圧力スイング吸収ユニットが、プラント構成のアンモニア生産を約０．１％から約２５％の間の量で増加させる改良装置として、前記プラント構成と機能的に協同する請求項９に記載のプラント。
【国際調査報告】
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