[發明專利]生產氨合成氣的方法

有效

• 申請號: 200980139250.0
• 申請日: 2009-08-26
• 公開（公告）號: CN102171135A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 埃馬諾·菲利皮;馬科·巴達諾;杰弗里·弗雷德里克·斯金納
• 申請（專利權）人: 阿梅尼亞·卡薩萊股份有限公司
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38;C01B3/48
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張晶

發明領域

本發明涉及烴的轉化，以制備生產氨所需的合成氣體(合成氣)。

現有技術

制備氨需要含氫(H₂)和氮(N₂)的合適比例為3∶1的合成氣。

本領域技術人員熟知，通過對烴(HC)原料進行轉化生產所述合成氣。所述HC原料通常為氫和碳的原料來源，例如甲烷、天然氣、石腦油(naphtha)、GPL(液化石油氣)或煉廠氣及其混合物。通常，該原料為天然氣或甲烷。

在一種眾所周知的方法中，將脫硫的烴以合適的比例與蒸汽混合，所得混合物被允許進入一段轉化爐，其中，所述混合物在適當壓力范圍15-35巴、高溫范圍780-820℃下通過合適的催化劑上方，使進料中大多數烴被蒸汽轉化(轉變)為一氧化碳、二氧化碳和氫的混合物。

所述轉化為吸熱反應，所述催化劑裝在眾多催化管中，所述催化管由燃料氣體與空氣燃燒提供的反應熱量進行外部加熱。所述催化管外部的壓力通常接近大氣壓。

由一段轉化爐出來的產物氣供給二段轉化爐，通常所述二段轉化爐內的催化床中含有合適的催化劑且催化床上方有反應空間，所述二段轉化爐還接收一股控制流量的空氣以供給下游氨合成所需的氮。

氧氣在所述催化床上方的空間與來自一段轉化爐的產物氣中的易燃組分反應，所得的組合產物氣以升高的溫度進入催化床。

在向下通過所述催化劑期間，剩余的甲烷與蒸汽恒溫反應，導致二段轉化爐產物氣出口的典型溫度約1000℃、超過99％的烴進料被轉變為碳的氧化物和氫。

由二段轉化爐排出的轉化氣接著由一系列的下游設備常規處理，以去除碳的氧化物并得到適于氨合成的氣體組合物(即H₂/N₂摩爾比接近3∶1)。這些設備包括至少：

-“高溫”CO變換爐和其后的“低溫”變換爐，其中，大多數轉化氣中的一氧化碳(CO)與未反應的蒸汽一起被催化轉變為二氧化碳和額外量的氫；

-CO₂洗滌塔，在該洗滌塔中通過用合適的溶劑如胺或碳酸鉀的水溶液洗滌所述氣體而去除所述二氧化碳，從而得到包括摩爾比約3∶1的氫和氮以及微量的甲烷、碳的氧化物和氬的氣流；

-甲烷化反應器，其中剩余的碳的氧化物被催化轉變為甲烷，從而避免含氧化合物造成下游的氨合成催化劑中毒。

接著，在典型地為15-25巴的低壓下得到氨合成氣，并將其壓縮以達到氨合成回路的壓力，通常該壓力的范圍為80-300巴，典型地為約150巴。

由于需要較大的壓縮區，輸出合成氣的低壓是該方法的缺陷。同樣，由于這種相對低的壓力，其它設備如管道工程管也要較大的，因而更加昂貴。另一個缺陷為一段轉化爐中的水碳比(SC比)必須維持在高于某個下限，通常為約2.7。這是因為在低SC比下，常規“高溫”CO變換爐的催化劑會因費托合成(Fischer-Tropsch?synthesis)而產生過度還原和不良副產物。然而，高SC比意味著以更大的流速通過一段轉化爐，因而在給定產率下，一段轉化爐就會更大和更昂貴，或相反，產率的增加受到轉化爐大小的限制。

還有一個缺陷為，將CO轉變為CO₂和不斷去除CO₂通常是花費昂貴的工藝步驟。尤其是，前述去除CO₂的化學工藝是基于與胺或碳酸鉀反應，需要大量的熱量，因而成為保持高SC比的另一個理由。低SC比的氣流無法提供化學去除CO₂所需的熱量。

發明概述

本發明要解決的問題是克服上述缺陷。

該問題由一種以含烴為原料生產氨合成氣的方法解決，該方法包括如下步驟：在一段轉化爐中對含烴原料進行蒸汽轉化，得到部分轉化(partial?reformed)氣蒸汽，再在二段轉化爐中對所述部分轉化氣蒸汽進行二段轉化，在有過量空氣的情況下運行，其特征在于：

-所述一段轉化和二段轉化于至少35巴壓力下運行；

-冷卻二段轉化輸出的合成氣被并進行催化中溫變換，將CO轉變為CO₂和H₂；和

-在所述中溫變換的下游，通過物理吸收將CO₂從所述合成氣中去除。

根據一個優選的實施方案，所述中溫變換在等溫條件下實施，優選為220-320℃范圍的基本恒定的溫度下。在一個更優選的實施方案中，所述中溫變換于所述220-320℃范圍以基本恒定的溫度在銅基催化劑上實施。