从碳和水得到的氢气生产氨的制作方法

本披露涉及由从含碳燃料和水电解得到的氢气生产氨。

背景技术：

1、氢气可以使用先进的方法如水电解，例如由可再生能源驱动，以及由含碳燃料结合碳捕获、利用和储存(ccus)以“低碳”产生。因此，氢气有可能对更清洁、更安全和负担得起的能源未来作出重大贡献。为了大规模长距离运输氢气，可以将其转化为氨，然后可以在适度的温度和压力条件下以液体形式轻松地运送氨。

2、然而，涉及碳基或水基氢气生产技术的现有氨生产工艺可能具有有限的可靠性、效率或两者。因此，仍然需要改进的氨生产工艺。

技术实现思路

1、在此描述的实施例提供了一种用于生产氨的方法。该方法包括电解水以形成包含h2的第一电解流和包含o2的第二电解流。使包含烃的重整器进料流、包含o2的第二电解流的至少一部分、以及包含o2和n2的氧化剂流在适合于形成包含h2、co、co2和n2的重整流的条件下接触。使重整流的至少一部分与水煤气变换催化剂在适合于形成包含h2、co2和n2的变换流的条件下接触，以及分离变换流的至少一部分以形成包含co2的捕获流和包含h2和n2的氨生产进料流。该方法包括使氨生产混合物反应，该氨生产混合物包括包含h2和n2的氨生产进料流的至少一部分和任选地包含h2的第一电解流的至少一部分，以形成包含氨的产物流。

2、在此描述的实施例提供了一种用于生产氨的系统。该系统包括电解器，其被配置成电解水以形成包含h2的第一电解流和包含o2的第二电解流，以及重整器，其被配置成使包含烃的重整器进料流、包含o2的第二电解流的至少一部分、以及包含o2和n2的氧化剂流在适合于形成包含h2、co、co2和n2的重整流的条件下接触。该系统包括水煤气变换反应器，其被配置成使重整流的至少一部分与水煤气变换催化剂在适合于形成包含h2、co2和n2的变换流的条件下接触，以及碳捕获单元，其被配置成分离变换流的至少一部分以形成包含co2的捕获流和包含h2和n2的氨生产进料流。该系统包括氨生产单元，其被配置成使包含h2和n2的氨生产进料流的至少一部分和任选地包含h2的第一电解流的至少一部分反应，以形成包含氨的产物流。

3、在此描述的实施例提供了一种用于使用系统生产氨的方法，该系统包括电解器，其被配置成电解水以形成包含h2的第一电解流和包含o2的第二电解流；重整器，其被配置成使包含烃的重整器进料流、包含o2的第二电解流的至少一部分、以及包含o2和n2的氧化剂流在适合于形成包含h2、co、co2和n2的重整流的条件下接触；水煤气变换反应器，其被配置成使重整流的至少一部分与水煤气变换催化剂在适合于形成包含h2、co2和n2的变换流的条件下接触；碳捕获单元，其被配置成分离变换流的至少一部分以形成包含co2的捕获流和包含h2和n2的氨生产进料流；氨生产单元，其被配置成使包含h2和n2的氨生产进料流的至少一部分和任选地包含h2的第一电解流的至少一部分反应，以形成包含氨的产物流；o2液化单元，其被配置成液化包含o2的第二电解流的至少一部分以形成液体o2；o2储存设施，其被配置成储存液体o2；以及o2气化单元，其被配置成气化液体o2的至少一部分并且将气化的o2提供给重整器。该方法包括检测到由电解器形成的第一电解流的减少的量，并且然后相对于在重整器中接触的氧化剂流的量，增加在重整器中接触的重整器进料流的量；以及相对于在重整器中接触的氧化剂流的量，增加在重整器中接触的气化的o2的量。在增加接触的重整器进料流和接触的气化的o2的量之后，存在于第一电解流中的h2和存在于变换流中的h2的总量与存在于重整流中的n2的总量的摩尔比至少为约2.5，并且产物流的形成速率为对应于第一电解流的最大形成速率的产物流的最大形成速率的至少50％。

技术特征：

1.一种用于生产氨的方法，该方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：

3.如权利要求2所述的方法，其进一步包括气化所储存的液体o2的至少一部分，其中形成该重整流包括使该重整器进料流和该氧化剂流与包含该气化的o2的第二电解流的至少一部分接触。

4.如权利要求3所述的方法，其进一步包括选择以下各项的比率：

5.如权利要求1所述的方法，其中存在于该氨生产混合物中的h2与n2的摩尔比为约2.5:1至约3.5:1。

6.如权利要求1所述的方法，其中存在于该第一电解流中的h2和存在于该变换流中的h2的总量与存在于该重整流中的n2的总量的摩尔比至少为约2.5。

7.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：

8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括

9.如权利要求7所述的方法，其进一步包括分离该包含co的重整流的一部分以形成该燃料进料流。

10.如权利要求1所述的方法，其中：

11.如权利要求1所述的方法，其进一步包括使包含烃的部分重整器进料流和具有部分重整催化剂的蒸汽在适合于形成该重整器进料流的条件下接触，其中该部分重整器进料流的平均烃链长度大于该重整器进料流的平均烃链长度。

12.如权利要求11所述的方法，其进一步包括使包含烃和含硫杂质的纯化进料流和该包含h2的第一电解流的至少一部分与加氢脱硫催化剂在适合于形成该部分重整器进料流的条件下接触，其中存在于该纯化进料流中的该含硫杂质的量大于存在于该部分重整器进料流中的该含硫杂质的量。

13.如权利要求1所述的方法，其中该第二电解流包含小于10wt％的h2。

14.如权利要求1所述的方法，其中该第二电解流基本上不含h2。

15.如权利要求1所述的方法，其中该电解是由可再生能源驱动的。

16.如权利要求1所述的方法，其中形成该重整流包括使该重整器进料流、该包含o2的第二电解流的至少一部分、该包含o2和n2的氧化剂流和具有自热重整催化剂的蒸汽接触。

17.如权利要求1所述的方法，其中该氧化剂流包含空气。

18.如权利要求1所述的方法，其中形成该产物流包括在足以形成氨的条件下在工艺中接触该氨生产混合物。

19.一种用于生产氨的系统，该系统包括：

20.如权利要求19所述的系统，其进一步包括：

21.如权利要求20所述的系统，其被配置成通过调节以下各项的比率来保持该产物流的形成速率为对应于该第一电解流的最大形成速率的该产物流的最大形成速率的至少50％：

22.如权利要求19所述的系统，其被配置成保持存在于该第一电解流中的h2和存在于该变换流中的h2的总量与存在于该重整流中的n2的总量的摩尔比至少为约2.5。

23.如权利要求19所述的系统，其进一步包括动力设备，其被配置成：

24.如权利要求19所述的系统，其进一步包括动力设备，其被配置成：

25.如权利要求23所述的系统，其进一步包括co分离单元，其被配置成分离该包含co的重整流的一部分以形成该燃料进料流。

26.如权利要求19所述的系统，其进一步包括预重整器，其被配置成使包含烃的部分重整器进料流和具有部分重整催化剂的蒸汽在适合于形成该重整器进料流的条件下接触，其中该部分重整器进料流的平均烃链长度大于该重整器进料流的平均烃链长度。

27.如权利要求19所述的系统，其进一步包括纯化单元，其被配置成使包含烃和一种或多种含硫化合物的纯化进料流和该包含h2的第一电解流的至少一部分与加氢脱硫催化剂在适合于形成该部分重整器进料流的条件下接触，其中存在于该纯化进料流中的含硫化合物的量大于存在于该部分重整器进料流中的含硫化合物的量。

28.如权利要求19所述的系统，其中该电解器是无膜电解器。

29.一种用于使用系统生产氨的方法，该系统包括：

技术总结提供了用于氨生产的方法和系统。示例性方法包括电解水以形成H<subgt;2</subgt;和O<subgt;2</subgt;；使包含烃的重整器进料流、来自电解的O<subgt;2</subgt;、以及包含O<subgt;2</subgt;和N<subgt;2</subgt;的氧化剂流接触以形成包含H<subgt;2</subgt;、CO、CO<subgt;2</subgt;和N<subgt;2</subgt;的重整流；使该重整流与水煤气变换催化剂接触以形成包含H<subgt;2</subgt;、CO<subgt;2</subgt;和N<subgt;2</subgt;的变换流；分离该变换流以形成包含CO<subgt;2</subgt;的捕获流和包含H<subgt;2</subgt;和N<subgt;2</subgt;的氨生产进料流；以及使该氨生产进料流和任选地来自电解的H<subgt;2</subgt;反应，以形成氨。技术研发人员：艾哈迈德·O·胡韦特,穆拉德·尤尼斯,阿齐勒·贾迈勒,杰拉德·德纳泽尔,奥德诗·哈拉利克受保护的技术使用者：沙特阿拉伯石油公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5