[發明專利]一種低壓氨合成工藝

有效

• 申請號: 201710325686.5
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107117628B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 江莉龍;林建新;倪軍;林炳裕;林科
• 申請（專利權）人: 福州大學化肥催化劑國家工程研究中心;福建三聚福大化肥催化劑國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: C01C1/04
• 分類號: C01C1/04;B01J23/652
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 閆聰彥

本發明提供了一種低壓氨合成工藝，包括如下步驟：1)對空氣進行深冷空分，得到氮氣和氧氣，氧氣與天然氣進行純氧自熱轉化，得到含CO和H₂的混合氣；2)對混合氣進行電解水分離，得到氫氣；3)將氫氣與氮氣混合成合成氨原料氣，并將其在裝填鐵基催化劑的第一氨合成塔中進行一級氨合成，合成壓力為5?7MPa；4)從所述第一氨合成塔中出來的混合氣進入裝填釕基催化劑的第二氨合成塔中進行二級氨合成，合成壓力為4?6MPa。本發明將氨合成過程分成兩段，在特定壓力、特定種類的催化劑、特定氫氮比的原料氣下進行，不但滿足了合成氨工藝要求、保證工藝平穩運行，還提高了氨合成塔出口氨凈值以及氮氣和氫氣的利用率。

技術領域

本發明屬于氨合成技術領域，具體涉及一種低壓氨合成工藝。

背景技術

氨是重要的無機化工產品之一，在國民經濟中占有重要地位。除液氨 可直接作為肥料外，農業上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯 化銨以及各種含氮復合肥，都是以氨為原料的。因此，合成氨對國民經濟 具有重要作用，世界每年合成氨產量已達到1億噸以上，其中約有80％的 氨用來生產化學肥料，20％作為其它化工產品的原料。

眾所周知，合成氨是由氮和氫在高溫、高壓和催化劑下直接合成的。 德國化學家哈伯從1902年開始研究由氮氣和氫氣直接合成氨。于1908年 申請專利，即“循環法”。目前常見的氨合成工藝主要有如下幾種：1)等 壓工藝：8.5MPa下水煤漿制氣，經脫硫、變換、脫碳、補氮后，在7.5MPa 下合成氨；2)微加壓工藝：在8.5MPa下水煤漿制氣，經脫硫、變換、脫碳、補氮后，微加壓(由大循環機附帶原料氣微加壓段)至9.0-10.0MPa合 成氨；3)升壓工藝：在5.0MPa下水煤漿制氣，氣體經凈化補氮后，升壓 至15-22MPa合成氨。

上述幾種氨合成工藝中，氨合成階段均是在一定壓力下進行的，但是， 隨著氨合成反應的進行，反應過程中的各項參數，如溫度、壓力、反應原 料及氨氣含量均會發生變化，導致整個氨合成階段的穩定性低。為了降低 上述缺陷對氨合成的影響程度，中國專利文獻CN106315619A公開了一種 鐵基催化劑串釕基催化劑的低壓氨合成工藝。該技術設置至少兩個串聯的 氨合成塔，沿氨合成路徑，在上游氨合成塔中設置鐵基氨合成催化劑，在下游氨合成塔中設置釕基催化劑。通過設置不同種類的氨合成催化劑，在 一定程度上適應了氨合成過程中反應參數的變化，保證了氨合成階段的穩 定運行。

上述技術更多從催化劑的角度去適應反應參數的變化，以確保氨合成 階段的穩定運行。但是，合成氨反應是在高溫、高壓和催化劑下進行的平 衡反應，影響因素眾多，僅在上游氨合成塔中設置鐵基氨合成催化劑，在 下游氨合成塔中設置釕基催化劑，難以滿足合成氨工藝要求，也會導致氨 合成塔出口氨凈值不高，氮氣和氫氣的利用率偏低。因此，如何提供一種 高出口氨凈值、高氮氣和氫氣的利用率的氨合成工藝是本領域技術人員亟 需解決的一個技術問題。

發明內容

因此，本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術中存在出口氨凈 值不高，氮氣和氫氣的利用率偏低的缺陷，進而提供一種高出口氨凈值、 高氮氣和氫氣利用率、低能耗、運行平穩的低壓氨合成工藝。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

本發明所提供的低壓氨合成工藝，包括如下步驟：

1)對空氣進行深冷空分，得到氮氣和氧氣，所述氧氣與天然氣進行純 氧自熱轉化，得到含CO和H₂的混合氣；

2)對所述混合氣進行電解水分離，得到氫氣；

3)將所述氫氣與氮氣按摩爾比為(1.5-2.5)：1混合形成合成氨原料氣， 并將所述合成氨原料氣在裝填鐵基催化劑的第一氨合成塔中進行一級氨合 成，所述一級氨合成的合成壓力為5-7MPa；