TW202408660A - 方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種向氨裂解反應器提供熱能之方法。本發明包括自氫燃料氣體渦輪機回收含氧排氣並將至少一部分該排氣供應至燃料燃燒區以產生用於該氨裂解反應器之熱能。本發明可用於化學生產設施，諸如氨生產設施。

Description

方法

本發明係關於用於裂解氨之製程。更具體而言，本發明係關於向氨裂解反應器提供熱量之製程。本發明進一步係關於使用本發明製程改進氨設備之方法。

愈加關注使用無碳燃料來驅動氣體渦輪機系統以生成無碳電能。在該等無碳燃料中，關注氨在氨供應充足之氨生產設施中之無碳發電。然而，氨燃料氣體渦輪機系統之研發處於初期階段。所供應之許多市售氣體渦輪機並不適用於氨燃料。

使用氨作為直接燃料之潛在解決方案係裂解氨以形成氫及氮之混合物，從而可藉由燃燒氫來驅動氣體渦輪機。

將氨裂解成氫及氮多年來已用於在氨設備中提供氫以活化觸媒。該反應可如下所示： 2 NH ₃⇌ N ₂+ 3 H ₂氨裂解反應係吸熱的且可有效地藉由使氨通過佈置於爐中之外部加熱之含觸媒反應管中之適宜觸媒上方來達成。該等爐已知(例如)用於天然氣或石腦油原料之蒸汽重組。

氣體渦輪機中之氫流燃燒係已知的。US2022162999及US2022162989揭示包括氣體渦輪機之製程，該氣體渦輪機係藉由燃燒包括氫之流與壓縮空氣流來驅動。包括氫之流係在供給氨流之氨裂解器中產生。使用氣體渦輪機來生成電能及機械能。將藉由燃燒包括氫之流所產生之熱量直接供應至裂解器，或用於經由熱交換器來預加熱裂解器上游之氨流。

仍需改良藉由燃燒無碳燃料、尤其氨源燃料所驅動之氣體渦輪機之效率。

本發明尋求增加藉由燃燒衍生自氨催化裂解之無碳燃料所驅動之氣體渦輪機系統之能量效率。

因此，在本發明之第一態樣中，提供使用以衍生自氨催化裂解之無碳燃料為燃料之氣體渦輪機來發電之製程，該製程包括： 將氨流供應至氨裂解反應器； 在氨裂解反應器中裂解氨流中之氨以產生含氫流； 合併含氫流與含氧進料並燃燒含氫流與含氧進料以產生經燃燒氣流； 使用經燃燒氣流驅動氣體渦輪機並產生含氧排氣流； 將至少一部分含氧排氣流供應至燃料燃燒區；及 在燃料燃燒區中燃燒燃料流及含氧排氣流以產生用於氨裂解反應器之熱能。

已令人吃驚地發現，來自氣體渦輪機之排氣流含有足夠以用於在燃料燃燒區中燃燒燃料流之氧。此外，含氧排氣在高溫下離開氣體渦輪機且由此在使用燃料流燃燒之前需要極少預加熱。已令人吃驚地發現，在本發明製程中，藉由將自燃燒燃料流及含氧排氣所產生之熱能供應至氨裂解反應器可實現意外節能。

本發明製程之另一優點在於，設備資金成本亦可有所降低。舉例而言，因使用至少一部分含氧排氣來燃燒燃料流，故需要自不用於燃料流燃燒之剩餘含氧排氣回收較少能量。此意味著可指定較小(由此較便宜)設備(例如熱回收設備，例如熱回收蒸汽生成器)。

如本發明中所闡述之氣體渦輪機可稱為積體式氣體渦輪機，此乃因其所產生之含氧排氣流得以回收並供應至燃料燃燒區。與之相比，可參考之非積體式氣體渦輪機包含其中自氣體渦輪機生成之含氧排氣流不用於燃燒之製程。

本發明製程尤其適於實施於氨生產或儲存設施中或其附近，其中所供應氨可輸入至氨裂解反應器中以產生含氫流中之氫氣，且亦作為燃料流來與含氧排氣流燃燒以向氨裂解反應器提供熱量。然而，本發明製程並不限於實施於氨生產設施中且可用於任何可供應氨之適當環境中。

在本發明之另一態樣中，提供藉由在氨生產設施中實施本發明第一態樣之製程來改進氨生產設施之方法。

現將陳述本發明之較佳及/或可選特徵。除非上下文另外要求，否則本發明之任何態樣可與本發明之任何其他態樣進行組合。除非上下文另外要求，否則任何態樣之任一較佳及/或可選特徵可單獨或組合地與本發明之任何態樣進行組合。

本發明製程包括向氨裂解反應器供應氨流。

氨流可衍生自任何來源。在本發明之較佳製程中，氨流係藉由氫及氮之催化組合所產生，舉例而言，氨流可自哈伯-博施氨合成製程(Haber-Bosch ammonia synthesis process)產生。在本發明之較佳製程中，氨流可產生於位於氨裂解反應器上游之氨生產設施中。或者，氨流可自氨氣儲存設施或氨氣管線提供。

在本發明之較佳製程中，可在供應至氨裂解反應器之前預加熱氨流。因此，本發明製程可包括預加熱氨流之步驟。可將氨流預加熱至大於350℃、大於400℃、大於450℃、大於500℃或大於550℃之溫度。可將氨流預加熱至小於1000℃、小於950℃、小於850℃、小於750℃或小於700℃之溫度。可將氨流預加熱至350℃至1000℃、400℃至950℃、450℃至850℃或500℃至750℃ (例如550℃至700℃)之溫度。

適宜氨裂解反應器係已知的且可包括提供輻射區段之爐箱，該輻射區段包括一或多個向其中供給燃料流及氧進氣(例如空氣)之燃燒器。輻射區段包括一或多個通過氨流之含觸媒管。在一或多個燃燒器中燃燒燃料流可產生用於加熱一或多個含有氨裂解觸媒之反應管之輻射熱。可在輻射區段中存在數十或數百根管。若期望，則在輻射區段之下游，可在對流區段中使用燃燒氣體來預加熱一或多種進料流。包括含有反應管之輻射區段及用於預加熱進料之對流之反應器在蒸汽甲烷重組中係已知的且可應用於本發明。

可使用替代氨裂解反應器，例如在燃料燃燒區中之燃料燃燒獨立於包括含觸媒管之反應器之情形下。此一反應器係可自Johnson Matthey Davy Technologies Limited獲得之緊湊型重組器。

觸媒可為任何氨裂解觸媒。可使用鎳觸媒及釕觸媒。較佳觸媒係鎳觸媒。觸媒可在適宜耐火載體(例如氧化鋁或金屬鋁酸鹽)上包括3重量%至30重量%鎳、較佳地8重量%至20重量%鎳(表示為NiO)。觸媒可呈可包括一或多個通孔之顆粒狀單元形式，或可作為薄塗膜提供於結構化金屬或陶瓷觸媒上。尤佳觸媒係可自Johnson Matthey PLC獲得之KATALCO ^RTM27-2，其在自高表面積氧化鋁載體形成之圓柱形糰粒上包括12%鎳(表示為NiO)。

本發明製程包括在氨裂解反應器中裂解氨流中之氨以產生含氫流之步驟。

氨裂解反應器之入口處氨流之溫度可在350℃至1000℃、400℃至950℃、450℃至850℃或500℃至750℃ (例如550℃至700℃)之範圍內。離開氨裂解反應器之含氫流之溫度將影響裂解反應之平衡位置，且可在500℃至950℃之範圍內。在將鎳觸媒用於氨裂解反應器中之情形下，離開氨裂解反應器之含氫流之溫度可較佳地大於約700℃。

氨裂解反應器之入口壓力將藉由流程圖設計來設定且可在1巴至100巴絕對壓力、較佳地10巴至90巴絕對壓力(例如31巴至51巴絕對壓力)之範圍內。

氨裂解反應產生亦含有氮且可含有殘餘氨之含氫流。

含氫流可包括40 mol%或更多氫、50 mol%或更多氫或60 mol%或更多氫。含氫流可包括75 mol%或更少氫、70 mol%或更少氫或65 mol%或更少氫。舉例而言，含氫流可包括40 mol%至75 mol%氫、50 mol%至70 mol%氫或60 mol%至65 mol%氫。

可視情況將含氫流供給至純化單元(例如變壓吸收單元)以藉由分離氫與其他組分來增加氫含量。因此，本發明製程可包括將含氫流供給至純化單元並增加含氫流之氫含量以產生富氫流及尾氣之步驟。

富氫流可包括50 mol%或更多氫、60 mol%或更多氫或75 mol%或更多氫。富氫流可包括100 mol%或更少氫、90 mol%或更少氫或80 mol%或更少氫。舉例而言，富氫流可包括50 mol%至100 mol%氫、60 mol%至90 mol%氫或70 mol%至80 mol%氫，例如約75 mol%氫。

尾氣可包括氮與少量氨及氫。舉例而言，尾氣可包括氮及1 mol%至10 mol%氨(例如約5 mol%氨或更少)及2 mol%至40 mol%氫(例如15 mol%至25 mol%氫)。

如本文中所使用，術語「含氫流」可用於係指含氫流或富氫流。

在與含氧進料一起燃燒之前，可將含氫流供給至蒸汽生成單元及/或熱回收區。如熟習此項技術者所理解，可使用蒸汽生成單元及/或熱回收區來回收低級或中級熱量。

在燃燒含氫流與含氧進料之前，期望自含氫流分離殘餘氨。可藉由使用水洗滌(例如使用習用洗滌設備)來去除氨。

本發明製程包括合併含氫流與含氧進料並燃燒含氫流與含氧進料以產生經燃燒氣流之步驟。

含氧進料可為空氣、氧或富氧空氣。在本發明之較佳製程中，含氧進料係壓縮含氧進料，例如壓縮空氣、壓縮氧或壓縮富氧空氣。

本發明製程包括使用經燃燒氣流驅動氣體渦輪機並產生含氧排氣流之步驟。含氧排氣流由此係來自氣體渦輪機之廢氣。

本發明製程可使用任何類型之氣體渦輪機。可在氫燃燒區中燃燒含氫流與含氧進料以產生經燃燒氣流。氫燃燒區可納入氣體渦輪機內或可位於氣體渦輪機之外部。通常，氫燃燒區可納入氣體渦輪機內。

通常，在本發明製程中，氣體渦輪機及氨裂解反應器係獨立的設備部件。

含氧排氣流可具有500℃至800℃、500℃至750℃或600℃至700℃ (例如約650℃)之溫度。

含氧排氣流可以大於5 mol%、大於8 mol%、大於11 mol%或大於13 mol%之量包括氧。含氧排氣流可以小於25 mol%、小於22 mol% %、小於20 mol%或小於18 mol%之量包括氧。舉例而言，含氧排氣流可以5 mol%至25 mol%、8 mol%至22 mol%、11 mol%至20 mol%或13 mol%至18 mol% (例如約15或約16 mol%)之量包括氧。

在本發明之較佳製程中，可使用氣體渦輪機來產生功率，例如電功率及/或機械功率。氣體渦輪機可直接或間接產生功率。舉例而言，氣體渦輪機可耦合至任何適宜發電機以產生電功率，且/或氣體渦輪機可耦合至壓縮機以產生機械功率。

本發明製程包括將至少一部分含氧排氣供應至燃料燃燒區之步驟。燃料燃燒區可位於氨裂解反應器中或與其流體連接，從而使得燃燒提供用於氨裂解反應之熱量。

燃料燃燒區可位於氨裂解反應器內或可位於獨立的容器內以供燃燒。燃料燃燒會生成用於支持吸熱性氨裂解反應之熱量。

燃料燃燒區可適宜地為氨裂解反應器之爐箱中之輻射區段。燃料燃燒區可由此向氨裂解反應器提供熱能(例如輻射熱)。或者，若燃料燃燒區位於與氨裂解爐分隔之容器中，則氨裂解爐可具有熱交換設計(例如氣體加熱重組器或緊湊型重組器)，其中藉由來自通過外部管表面周圍之熱燃燒氣體之對流加熱含觸媒管。

如所易於理解，燃料燃燒區用於提供催化裂解氨流中之氨以產生含氫流所需之熱能。

可在500℃至800℃、500℃至750℃或600℃至700℃ (例如約650℃)之溫度下將含氧排氣流供應至燃料燃燒區。

熟習此項技術者能夠計算需要供應至燃料燃燒區之含氧排氣流之分率。通常，供應至燃料燃燒區之含氧排氣流之分率可為佔離開氣體渦輪機之總排氣流的大於5%、大於7%、大於8%或大於9%。通常，供應至燃料燃燒區之含氧排氣流之分率可為佔離開氣體渦輪機之總排氣流的小於75%、小於50%、小於30%或小於20%。舉例而言，供應至燃料燃燒區之含氧排氣流之分率可為佔離開氣體渦輪機之總排氣流的5%至75%、7%至50%、8%至30%或9%至20%。舉例而言，較佳地，供應至燃料燃燒區之含氧排氣流之分率可為佔離開氣體渦輪機之總排氣流的10%至15%或11%至13%。

本發明製程包括在燃料燃燒區中燃燒燃料流與含氧排氣流以產生用於氨裂解反應器之熱能之步驟。

用於提供用於氨裂解反應之熱量之燃料流可為無碳燃料流。如本文中所使用，術語「無碳燃料流」應理解為包含不含碳之可燃燒化合物，例如氨及氫。在本發明之較佳製程中，燃料流包括氨。燃料流中之氨量並無特定限制，舉例而言，燃料流可以佔總燃料流1 mol%至100 mol% (例如佔總燃料流5 mol%至75 mol%、10 mol%至50 mol%或15 mol%至30 mol%)之量包括氨。較佳地，燃料流以大於10 mol%、大於12 mol%或大於15 mol%之量包括氨。燃料流較佳地以佔總燃料流小於45 mol%、小於35 mol%或小於35 mol%之量包括氨。舉例而言，燃料流較佳地以佔總燃料流10 mol%至45 mol%、12 mol%至35 mol%或15 mol%至25 mol%之量包括氨。

在燃料流包括氨時，含氨燃料流可供應自與供應至氨裂解反應器之氨流相同或不同之來源。在燃料流包括氨時，含氨燃料流較佳地供應自與供應至氨裂解反應器之氨流相同之來源。

燃料流可包括一或多種其他燃料源。其他燃料源未必係無碳燃料源，然而，其他燃料源較佳係無碳燃料源。其他燃料源可包括以下各項中之一或多者：氫、天然氣、甲烷、精製廠排氣、生物氣、來自氫純化單元之尾氣或來自氨裂解反應器之含氫流之一部分。如上所述，本發明之較佳製程包括用以產生富氫流及尾氣之純化單元。在本發明之尤佳製程中，其他燃料源包括來自用以產生富氫流之純化單元之尾氣。因此，在本發明之尤佳製程中，該製程包括以下步驟：將含氫流供給至純化單元並增加含氫流之氫含量以產生富氫流及尾氣；將尾氣供給至燃料燃燒區；及以含氧排氣燃燒燃料流及尾氣。

本發明之一優點在於，來自用以產生富氫進料之純化單元之尾氣及燃料流可與含氧排氣一起燃燒。已出人意料地發現，以此方式使用尾氣可藉由最大化自製程回收之可燃燒燃料之量並減小可燃燒及/或毒性化學物質(例如氨)向大氣之排放來增加本發明製程之整體效率。

其他燃料源可以任何適宜量存在於燃料流中，條件係燃料流保持可與含氧排氣流一起燃燒。

在本發明之較佳製程中，在燃燒於燃料燃燒區中之前預加熱燃料流。可將燃料流預加熱至低於燃料流之自燃溫度之任何溫度。舉例而言，可將燃料流預加熱至大於100℃、大於150℃或大於200℃之溫度。可將燃料流預加熱至小於燃料流之自燃溫度之溫度，例如小於400℃、小於350℃或小於300℃。舉例而言，可將燃料流預加熱至100℃至燃料流自燃溫度之溫度，例如100℃至400℃。在本發明之較佳製程中，燃料流係含氨燃料流且係提供自經預加熱之氨流。

可適宜地選擇在燃燒於燃料燃燒區中之前燃料流與含氧排氣流之比率以有效燃燒燃料流。在燃燒於燃料燃燒區中之前燃料流與含氧排氣流之比率可取決於存在於含氧排氣流中之氧量。舉例而言，在燃料流係純氨且含氧排氣包括13.2 mol%氧之情形下，在燃燒於燃料燃燒區中之前燃料流與含氧排氣流之比率可選擇於1:6至1:7之範圍內(例如1:6.5)。

較佳地，藉由在燃料燃燒區中使用含氧排氣流燃燒所產生之熱能提供最高100%之氨裂解反應器裂解氨流中之氨所需之熱能，例如最高95%、最高90%、最高85%或最高80%之氨裂解反應器裂解氨流中之氨所需之熱能。較佳地，藉由在燃料燃燒區中使用含氧排氣流燃燒所產生之熱能提供大於50%之氨裂解反應器裂解氨流中之氨所需之熱能，例如大於60%、大於70%或大於75%之氨裂解反應器裂解氨流中之氨所需之熱能。舉例而言，較佳地，藉由在燃料燃燒區中使用含氧排氣流燃燒所產生之熱能提供大於50%且最高100%之氨裂解反應器所需之熱能。

視情況，本發明製程可包括將一部分含氧排氣輸送至熱回收區(例如熱回收蒸汽生成器)之步驟。若期望，則含氧排氣中之任何未燃燒氨或氮氧化物可在將含氧氣體輸送至燃料燃燒區之前自其洗滌出或反應出。

燃料燃燒區中之燃燒會生成可自氨裂解反應器回收之煙道氣。煙道氣可冷卻於一或多個冷卻階段中並在排放至大氣中之前經歷一或多個純化階段。一或多個冷卻階段可包含用於氨裂解反應器及/或生成蒸汽之一或多種反應物之預加熱階段。一或多個純化階段可包含選擇性催化還原或SCR之階段，在該階段中氮氧化物與氨反應形成氮及水蒸氣。可使用任何煙道氣選擇性催化還原技術。

在本發明製程之某些實施例中，該製程包括以下步驟： 將氨流供應至氨裂解反應器； 在氨裂解反應器中裂解氨流中之氨以產生含氫流； 視情況將含氫流供給至純化單元(例如變壓吸收單元)，並增加氫含量以產生富氫流及尾氣； 視情況將富氫流供給至蒸汽生成單元及/或熱回收區； 合併富氫流與含氧進料並燃燒富氫流與含氧進料以產生經燃燒氣流； 使用經燃燒氣流驅動氣體渦輪機並產生含氧排氣流； 將至少一部分含氧排氣流供應至燃料燃燒區； 視情況將其他燃料源供應至燃料燃燒區；及 在燃料燃燒區中以含氧排氣流燃燒燃料流及可選其他燃料源以產生用於氨裂解反應器之熱能。

在本發明製程之某些實施例中，該製程包括以下步驟： 將氨流供應至氨裂解反應器； 在氨裂解反應器中裂解氨流中之氨以產生含氫流； 將含氫流供給至純化單元(例如變壓吸收單元)，並增加氫含量以產生富氫流及尾氣； 視情況將富氫流供給至蒸汽生成單元及/或熱回收區； 合併富氫流與含氧進料並燃燒富氫流與含氧進料以產生經燃燒氣流； 使用經燃燒氣流驅動氣體渦輪機並產生含氧排氣流； 將至少一部分含氧排氣流供應至燃料燃燒區； 視情況將其他燃料源供應至燃料燃燒區； 將尾氣供給至燃料燃燒區；及 在燃料燃燒區中以含氧排氣流燃燒燃料流及尾氣以及可選其他燃料源以產生用於氨裂解反應器之熱能。

圖1圖解說明包括非積體式氣體渦輪機之非本發明製程之方塊流程圖。圖1之方塊流程圖展示供給至氨裂解反應器(氨在此發生氣化)外側之氨預加熱及氣化區(2)之氨(1)。將經預加熱及氣化之氨供給至氨過度加熱區(3)及裂解器燃燒區(13)。在圖1之方塊流程圖中，氨裂解反應器(4)、氨過度加熱區(3)及裂解器燃燒區(13)皆係相同設備部件之一部分。將來自氨過度加熱區(3)之氨供給至氨裂解反應器(4)以產生含氫流。將含氫流供給至蒸汽生成器(5)及熱回收區(6)。將來自熱回收區(6)之含氫流供給至氣體渦輪機(7)，該含氫流在此在含氧進料(其係已藉由壓縮機(8)壓縮之空氣(17))存在下發生燃燒。使用來自蒸汽生成器(5)之蒸汽及來自氣體渦輪機(7)之排氣來生成電功率(10)。藉由熱回收蒸汽生成器(9)回收來自氣體渦輪機(5)之排氣之熱量。在燃料燃燒區(13)中，合併氨燃料與來自空氣預加熱區(12)之經預加熱空氣。在燃料燃燒區(13)中燃燒氨燃料及經預加熱空氣以產生用於氨裂解反應器(4)之熱能。在熱回收區(14)中回收來自氨裂解反應器(4)之廢氣且將廢氣輸送至堆疊(15)以作為煙道氣(16)排出。將來自熱回收區(14)之熱量用於氨預加熱及氣化區(2)以及空氣預加熱區(12)中(為清楚起見未展示)。可加熱一或多種製程流以與熱回收區(14)中之廢氣進行交換。

圖2圖解說明包括積體式氣體渦輪機之本發明製程之方塊流程圖。圖2之方塊流程圖展示氨(21)經供給至氨裂解反應器(氨在此發生氣化)外側之氨預加熱及氣化區(22)。將經預加熱及氣化之氨供給至氨過度加熱區(23)及燃料燃燒區(213)。在圖2之方塊流程圖中，氨裂解反應器(24)、氨過度加熱區(23)及燃料燃燒區(213)皆係相同設備部件之一部分。將來自氨過度加熱區(23)之氨供給至氨裂解反應器(24)以產生含氫流。將含氫流供給至蒸汽生成器(25)及熱回收區(26)。將來自熱回收區(26)之含氫流供給至氣體渦輪機(27)，該含氫流在此在含氧進料(其係已藉由壓縮機(28)壓縮之空氣(217))存在下發生燃燒。使用來自蒸汽生成器(25)之蒸汽及來自氣體渦輪機(27)之一部分排氣來生成電功率(210)。藉由熱回收蒸汽生成器(29)回收來自氣體渦輪機(25)之排氣之一部分熱量。在燃料燃燒區(213)中，合併氨燃料與來自氣體渦輪機(27)之一部分含氧排氣。在燃料燃燒區(213)中燃燒氨燃料及含氧排氣以產生用於氨裂解反應器(24)之熱能。在熱回收區(214)中回收來自氨裂解反應器(24)之廢氣且將廢氣輸送至堆疊(215)以作為煙道氣(216)排出。將來自熱回收區(214)之熱量用於氨預加熱及氣化區(22)中(為清楚起見未展示)。

實例為證實本發明製程之效率節約，實施比較包括圖1 (非根據本發明)中非積體式氣體渦輪機之流程圖及包括圖2 (根據本發明)中積體式氣體渦輪機之流程圖之模擬。

在兩個流程圖中，皆進行下列假設： •  在兩個流程圖中皆使用相同之氨裂解反應器及氣體渦輪機 •  藉由氨燃燒來滿足氨裂解反應器之能量需求，其中可用於整個系統之總氨設定於1200公噸/天(MTPD) •  裂解器之入口氨溫度為600℃ •  裂解器之燃燒側之入口氨溫度為90℃ •  環境空氣溫度為10℃ •  兩個流程圖中之燃料需求皆設定為達成0.58%氨洩漏。 •  來自HRSG之煙道氣設定於280℃，且HRSG中之HPS有所增加。

	單位	非積體系統 (對比實例)	積體系統 (根據本發明)
裂解器進料氨	MTPD	900	963
燃料氨	MTPD	300	237
總氨	MTPD	1200	1200
氨中之能量*	MW	258	258
空氣壓縮機功率	MW	-119	-127
GT功率	MW	181	194
HRSG功率	MW	29	27
淨輸出**	MW	91	94
淨輸出/te NH 3	kW/te	75.9	78.1
能量效率***	%	35.3	36.3

*所有氨流中之總能量，基於氨LHV為316,449.8 kJ/kmol。 **旋轉設備(不包含空氣壓縮機)之能量需求及來自經由裂解氣體熱回收之蒸汽生成所生成之能量不包含於此分析中。因積體系統中裂解氣體之較高出口溫度及較高流速，故所生成能量高於非積體系統 ***基於下式： 上述模擬證實，與非積體式氣體渦輪機相比，包括積體式氣體渦輪機之本發明系統之能量有效性更高並針對供給至系統之每單位氨生成更高輸出電功率。

1:氨 2:氨預加熱及氣化區 3:氨過度加熱區 4:氨裂解反應器 5:蒸汽生成器 6:熱回收區 7:氣體渦輪機 8:壓縮機 9:熱回收蒸汽生成器 10:電功率 12:空氣預加熱區 13:裂解器燃燒區 14:熱回收區 15:堆疊 16:煙道氣 17:空氣 21:氨 22:氨預加熱及氣化區 23:氨過度加熱區 24:氨裂解反應器 25:蒸汽生成器 26:熱回收區 27:氣體渦輪機 28:壓縮機 29:熱回收蒸汽生成器 210:電功率 213:燃料燃燒區 214:熱回收區 215:堆疊 216:煙道氣 217:空氣

圖 1展示包括非積體式氣體渦輪機之對比製程之方塊流程圖。 圖 2展示包括積體式氣體渦輪機之本發明製程之方塊流程圖。

21:氨

22:氨預加熱及氣化區

23:氨過度加熱區

24:氨裂解反應器

25:蒸汽生成器

26:熱回收區

27:氣體渦輪機

28:壓縮機

29:熱回收蒸汽生成器

210:電功率

213:燃料燃燒區

214:熱回收區

215:堆疊

216:煙道氣

217:空氣

Claims (18)

1. 一種使用以衍生自氨催化裂解之無碳燃料為燃料之氣體渦輪機進行發電之方法，該方法包括： 將氨流供應至氨裂解反應器； 在該氨裂解反應器中裂解該氨流中之氨以產生含氫流； 合併該含氫流與含氧進料並燃燒該含氫流與該含氧進料以產生經燃燒氣流； 使用該經燃燒氣流驅動氣體渦輪機並產生含氧排氣流； 將至少一部分該含氧排氣流供應至燃料燃燒區；及 在該燃料燃燒區中燃燒燃料流及該含氧排氣流以產生用於該氨裂解反應器之熱能。
2. 如請求項1之方法，其進一步包括將該氨流預加熱至350℃至1000℃之溫度之步驟。
3. 如請求項1之方法，其中該氨流在該氨裂解反應器之入口處之溫度係在350℃至1000℃、400℃至950℃、450℃至850℃或500℃至750℃之範圍內。
4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該含氫流包括40 mol%至75 mol%氫。
5. 如請求項1至3中任一項之方法，其進一步包括將該含氫流供給至純化單元並增加該含氫流中之氫含量以產生富氫流及尾氣之步驟。
6. 如請求項5之方法，其中該富氫流包括50 mol%至100 mol%氫。
7. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該含氧進料係經壓縮含氧進料。
8. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該含氧進料係空氣、氧或富氧空氣。
9. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該含氧排氣流可包括5 mol%至25 mol%之量的氧。
10. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該含氧排氣流係在500℃至800℃、500℃至750℃或600℃至700℃之溫度下供應至該燃料燃燒區。
11. 如請求項1至3中任一項之方法，其中供應至該燃料燃燒區之該含氧排氣流之分率為離開該氣體渦輪機之總排氣流的5%至75%、7%至50%、8%至30%或9%至20%。
12. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該燃料流包括氨。
13. 如請求項12之方法，其中該燃料流包括佔總燃料流1 mol%至100 mol%、較佳地佔總燃料流5 mol%至75 mol%、10 mol%至50 mol%或15 mol%至30 mol%之量的氨。
14. 如請求項5之方法，其中該方法包括以下步驟：將該尾氣供給至該燃料燃燒區；及以該含氧排氣燃燒該燃料流及該尾氣。
15. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該燃料流包括一或多種選自以下各項之其他燃料源：氫、天然氣、甲烷、精製廠排氣、生物氣、來自該氫純化單元之該尾氣及來自該氨裂解反應器之一部分該含氫流。
16. 如請求項12之方法，其中該燃料流包括氨且該含氨燃料流係供應自與供應至該氨裂解反應器之該氨流相同之來源。
17. 如請求項1至3中任一項之方法，其中藉由在該燃燒區中使用該含氧排氣流燃燒所產生之該熱能提供大於50%且最高100%之該氨裂解反應器所需之熱能。
18. 一種改進氨生產設施之方法，該方法包括在氨生產設施中實施如請求項1至17中任一項之方法之步驟。