[其他]氨的合成工藝過程

無效

• 申請號: 85106971
• 申請日: 1985-09-17
• 公開（公告）號: CN85106971A
• 公開（公告）日: 1987-04-01
• 發明（設計）人: 伯納德·G·曼德利克;約翰·R·卡薩達;菲利普·J·夏爾斯;克里斯琴·P·范迪克
• 申請（專利權）人: 凱洛格總公司
• 主分類號: C01C1/04
• 分類號: C01C1/04
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 巫肖南,李雒英

此項發明系關于在一合成環路中由氫和氮催化合成氨的過程。在此環路中新入合成氣體與循環氣體混合形成混合合成氣體，在一轉化系統中部分地反應生成氨。

大多數的氨的商業生產是根據采用1960～70年代引進的大型的單程工廠生產的模式進行的。其中采用了初級吸熱氣流重整，次級放熱氣流重整，一氧化碳向氫和二氧化碳的轉化，二氧化碳的除去和殘余碳氧化物的轉化等連續的工藝步驟以產生新的合成氣體，其組成接近于三摩爾氫、一摩爾氮的氫-氮化學計量摩爾數比（下文有時稱為H/N比），外帶少量的不含需要的惰性氣體包括殘余的甲烷和氬。在這種單程的生產模式中，新的合成氣體被離心壓縮到典型的合成壓力在100到220Kg/cm²之間，并在合成環路中與從氨的轉化系統排出并且被離心壓縮的循環氣體混合。壓縮機和其它機器由高壓汽輪機和等效的電動機驅動，其能量供應主要是從原料重整和氨的合成的各工藝步驟中回收余熱得來的。轉化系統是一典型的單程、高壓、高溫反應器，具有幾層占主導地位的鐵催化劑和為排出合成時放出的熱量而設的熱交換器或液冷氣體裝置。在合成環路外典型地先通過與水進行熱交換。再用機械致冷使氨冷凝。

這類工廠的基本模式變化很少，但通過在不同的工藝步驟中改進效率，例如二氧化碳的除去，以及各工序廣泛應用的熱回收和改進設備的設計，顯著地改善了能量應用狀況。遺悍的是，所得到的大部分在節能方面的改進，都受到了由于種種原因導致的設備成本的提高的限制，例如氨轉化器變復雜了，重整爐裝上了更廣泛的熱回收設施，熱交換器的面積增大了。

由于氨生產廠的能量供應和重整部分的能量回收必須與廠中的壓縮機轉動能量損耗相平衡，較大程度的基本改進受到了阻礙。這樣如果必須輸入能量以滿足合成環路的壓縮需求，則對應于以高壓氣流及其等價的電氣裝置的形式的廢熱回收的減少，從而可能得到的初級重整爐的尺寸，成本和燃料耗用的減少（通過下面所述的技術），就沒有什么價值了。因此要求在合成環路中能量有所節省，使之與重整階段中潛在的經濟效果相平衡，從而實現在工廠資金成本和生產單位數量的氨所需能耗上有一個總體的減少。

面對著經常是競爭性的技術和經濟考慮，這種節省是很難獲得的。例如高壓對氨的形成有利，卻對壓縮機的功率提出了要求;從平衡的觀點較低溫度對氨的形成有利，從動力學觀點則是較高溫度有利，在合成氣體中氨的濃度低對于氨的合成有利，但濃度低則要求更嚴格的氨回收設施和更高的循環氣流;較小的初級重整爐可與較多的次級重整結合使用，產生出在化學配比上含氮過量的合成氣體，但如果過量氮不除去，則未參加反應的氮含量的增加，其不良效應會在合成環路中傳播開來。前面所述的是一些例子，還沒有窮盡制氨工廠技計人員所發現的技術上和經濟上的復雜性。

通過在次級重整器中用過量的空氣和更多的燃料將一部分重整工作從初級重整器轉移到次級重整器中，這是眾所周知的，然而這種轉移導致了在新鮮的合成氣體中氮含量在化學計量的要求上過剩。因此在工藝流程的某處必須含有大容量的氮氣排除單元。遺悍的是這種單元的成本基本上抵消了在重整過程中的經濟效益。然而我們發現過量的氮、新的合成氣體可與更多過量氮的循環氣體相混合，以形成混合的合成氣體，當在高活性催化劑的作用下，它可使轉化系統輸入出的氨濃度接近傳統水平。我們主要是通過通常采用的從合成環路中取出的小量凈化氣流中除去過量氮并限制向轉化系統的循環氣體的流速來實現這一點。

根據此項發明，氨是在合成環路中通過用高度活性的催化劑使化學計量上含氫少的混合合成氣體催化轉換而產生出來，這種氣體包含新的合成氣體和富氫的循環氣體，其中新的合成氣體的氫-氮摩爾數比大于富氫的循環氣體的氫-氮摩爾數比，且富氫的循環氣體的流速是新鮮合成氣體的流速（均按體流速）的2.2到3.7倍之間。

合成環路廣義上包括一具有一個和多個反應器和一合成反應熱排除裝置的氨轉化系統，一個液氨回收系統，一個含有氫回收單元的凈化氣流系統和一個為使氣體在環路內循環并引入新的合成氣體到環路中的壓縮系統。

混合的合成氣體其H/N比在0.8到1.8之間，引入了高活性的合成催化劑，最好是架在含有石墨的碳上的鉑族金屬。其所在的轉化系統溫度在315℃到400℃之間，壓力在50到150Kg/cm²之間，混合的合成氣體在其中部分地進行反應，使轉化氣體中的氨濃度在8%到18%（體積）之間，最好是在10%到15%（體積）之間。