[發明專利]開放式合成氨系統

在審

• 申請號: 201910669357.1
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN112299446A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 曹為平
• 申請（專利權）人: 曹為平
• 主分類號: C01C1/04
• 分類號: C01C1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了開放式合成氨系統，涉及化學工業領域中的合成氨工業技術。該系統在合成塔內的氫氮氣合成氨出塔后，經過冷卻分離液氨的剩余氣體，凡是需要繼續合成的，把它送入其他的合成塔繼續合成。采用不建立回路的方式，把多個合成塔由大到小一級接一級串起來，同一級也可由多個合成塔并聯，組成生產體系。第一級只進含少量惰氣的新鮮氫、氮原料氣，后級只進前級出塔冷卻分離氨后的剩余氣體。當惰氣積累到相當于循環法時，絕大多數氣體已在低惰氣下合成，最后一級把惰氣濃縮了的氣體作為尾氣全部排出，這就充分利用了新鮮氣惰氣少不含氨之利，大大提高了出氨量，和循環法相比，可增產30％至40％以上，同時節省電能，原料得到更充分地利用。

技術領域

本發明屬于化學工業領域中的合成氨工業技術，具體涉及開放式合成氨系統。

背景技術

自從1912年哈伯發明合成氨以來，使用的就是循環法。因為據哈伯發現，氨的合成率非常低，于是“只有”用循環法，含少量甲烷和氬、氦等惰氣的氫、氮原料氣壓縮送入合成塔后，通過催化劑經過反應，一部分合成了氨，放出塔冷卻分離氨后，仍然存在大量氫和氮等有效成分不能丟棄，于是補入新鮮原料氣，再一次送回原合成塔合成。如圖1所示，原料中混入的少量惰氣白白占據了空間，又白白通過催化劑并不發生合成氨作用。這將降低合成塔合成效率，所以惰氣越低越好。可是盡管新鮮原料氣中惰氣含量不是很高，循環法卻使得惰氣積累了起來，在合成系統里反復循環。從合成塔出來冷卻分離氨后的氣體混合補入的新鮮氣后，新鮮氣也不新鮮了，使得合成塔內惰氣越來越多，對合成的妨害也越來越大。為了使惰氣不至太高，必須將合成塔出塔分離后的氣體，放掉一部分，稱為尾氣。產量低時，只有點天燈燒掉，能夠作為燃料就不錯了。這不但造成原料損失，而且合成塔工作時惰氣含量仍然很高，使得合成率低下。收集利用尾氣，需要處理的氣量也較大，代價高。直到現在一個世紀過去，雖有改進，基本上還是使用這一方法。

發明內容

開放式合成氨系統，在合成塔內的氫氮氣合成氨出塔后，經過冷卻分離液氨的剩余氣體，凡是需要繼續合成的，把它送入其他的合成塔繼續合成。

優選地，在上述的開放式合成氨系統中，由多個合成塔串連起來組建成多級系統，所述多級系統就是兩級合成塔和兩級以上，最前面沒有其他合成塔剩余氣體輸入的合成塔為第一級，相鄰各級分別稱之為前級和后級，一個多級系統至少兩級。

優選地，在上述的開放式合成氨系統中，進合成塔合成的氣體是任何以氫氮為主的氣體，其中進入第一級合成塔的氣體主要為甲烷、氬氣、氦氣等惰性氣體尚未濃集的新鮮原料氣，進入其他各級合成塔的氣體主要來自于別的合成塔的剩余氣體。

優選地，在上述的開放式合成氨系統中，剩余氣體的傳輸路徑為前級至后級，除了只有兩級的開放式合成氨系統，沒有剩余氣體輸入的第一級，在和第二級大小懸殊時，以及沒有后級的最后一級，允許輸入自己的剩余氣體建立回路生產。

優選地，在上述的開放式合成氨系統中，同一級可以由至少兩個合成塔并聯組成，該級的合成塔的產能為各并聯合成塔的產能總和。

優選地，在上述的開放式合成氨系統中，從第一級到最后一級，隨著氫氮氣的合成和冷卻分離液氨出來，各級合成塔的產能依次逐漸縮小，進出的氣體體積越來越小，惰氣積累量逐漸增加，后級比前級多，直到絕大部分氫氮氣已經合成作為液氨分離出來，在剩余氣體的惰氣量使得不足以繼續生產合成氨時，將該剩余氣體一次性地全部作為尾氣排出，最后一級建立回路進行循環的合成塔，其產能不受此限制。

優選地，在上述的開放式合成氨系統中，同一級的工作壓力必須相同，不同級不受約束，各級壓力相同或者不相同，需要再壓縮或者不再壓縮。

優選地，在上述的開放式合成氨系統中，各級合成塔的剩余氣體都不再壓縮，就成為免壓縮全封閉壓力遞降的開放式合成氨系統，新鮮氣加壓進入系統后，依次進入各級合成塔，經過合成、冷卻、分離，再合成、再冷卻、再分離、再合成、……直到最后一級排出系統。