[其他]改進(jìn)的氨合成氣提純工藝

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85108976
• 申請(qǐng)日: 1985-11-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1003170B
• 公開(kāi)（公告）日: 1989-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安德里賈·富德雷爾
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 聯(lián)合碳化公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B3/02
• 分類(lèi)號(hào): C01B3/02;B01D53/04
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理有限公司
• 代理人: 劉元金

本發(fā)明涉及氨合成氣。更詳細(xì)地說(shuō)，它涉及對(duì)一種氨合成氣流的純化。

氨合成氣生產(chǎn)按慣例是基于將天然氣或輕油用水蒸氣轉(zhuǎn)化，接著用空氣進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化。然而，使原料經(jīng)歷部分氧化轉(zhuǎn)化是可能的，在許多工業(yè)設(shè)備中也有用氧將重油餾分和煤進(jìn)行部分氧化的。

在高壓下從氫一氮混合物生產(chǎn)合成氨的過(guò)程中，一般用鐵或鐵基催化劑，該催化劑的活性會(huì)由于含氧化合物的存在而減小。在物料用上述轉(zhuǎn)化操作所產(chǎn)生的原料氣體中，幾乎常常含有這樣一些含氧化合物，即一氧化碳、二氧化碳和水。因此一般地說(shuō)，合成原料氣體的純化過(guò)程從下列兩個(gè)步驟開(kāi)始：（1）在所謂的水煤氣替換轉(zhuǎn)化操作中使大部分一氧化碳和水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫，（2）用合適的物理溶劑，例如甲醇和聚乙烯乙二醇酯或用化學(xué)溶劑，例如熱碳酸鉀和胺的溶液，除去大部分二氧化碳。

經(jīng)這些處理步驟后，該合成氣體的雜質(zhì)含量大約為（以克分子百分?jǐn)?shù)計(jì)）：CO-在0.2到1.0%之間;H₂O-在0.1和0.2%之間;CO₂-在0和0.4%之間。

該合成氣體的進(jìn)一步純化可以應(yīng)用堿洗和低溫技術(shù)，一般優(yōu)先采用吸附干燥或純化技術(shù)。然而，一種更經(jīng)常應(yīng)用的技術(shù)是甲烷化操作，在這種方法中，合成氣體中存在的碳的氧化物與氫按下面的反應(yīng)式反應(yīng)：

（1）CO+3H₂→CH₄+H₂O，和

（2）CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O

生成的水蒸氣多數(shù)在甲烷化后的冷卻器中除去，而殘留的水能用吸附干燥分離，或象更廣泛應(yīng)用的那樣，是在氨合成回路的制冷部分中除去，在制冷部分中殘余水溶于液氨中。甲烷化操作是在200℃和300℃之間采用鎳基催化劑進(jìn)行的。這一處理的優(yōu)點(diǎn)是幾乎能使CO和CO₂兩者分別定量地反應(yīng)形成甲烷，而使它們的殘留的濃度一般低于5ppm。

然而，甲烷化作用也有缺點(diǎn)，如上述反應(yīng)（1）和（2）所表示的，會(huì)消耗有用的氫以及產(chǎn)生更多的甲烷，這額外產(chǎn)生的甲烷會(huì)作為一種惰性氣體累積在氨合成回路中。

更經(jīng)常的是，在部分純化后的合成氣體中，一氧化碳的濃度范圍是從0.3到0.6%，雖然有可能超出這一范圍，但一般不超過(guò)上面所標(biāo)明的較寬范圍。在那種技術(shù)中已經(jīng)知道在水煤汽替換轉(zhuǎn)化完成時(shí)，經(jīng)過(guò)合成過(guò)程中的選擇催化氧化過(guò)程可使附加的一氧化碳除去而使它降0.01%（100ppm），甚至更低。為此，在替換反應(yīng)后，將原料氣體冷卻到低于80℃，最好是低于50℃，并至少要使加入空氣或氧氣的量足以能使反應(yīng)進(jìn)行，并使90～99%的CO氧化成CO₂。采用催化劑進(jìn)行這一反應(yīng)，這種催化劑使氧和一氧化碳選擇性而優(yōu)先地進(jìn)行反應(yīng)，而氫和氧之間的反應(yīng)速率則小得多，就使只有極小量的氫被氧化。這種將一氧化碳作選擇性氧化的結(jié)果可使在甲烷化作用操作中所消耗的氫減少，這樣就使整個(gè)操作所需要原料氣體量減少，生成的甲烷也很少，所以，在氨合成回路中累積的甲烷也少。因此，在所述的方法中，這種處理工序包括：一氧化碳和水蒸汽經(jīng)水煤氣替換轉(zhuǎn)化成CO₂;一部分的一氧化碳和氧或空氣經(jīng)常規(guī)的選擇氧化形成CO₂;一般使部分純化過(guò)的氣流中一氧化碳的濃度減少到低于100ppm;用液體吸收除去二氧化碳;常規(guī)甲烷化作用;以及干燥。

這樣的處理雖然有如上述所提出的優(yōu)點(diǎn)，而為了進(jìn)一步減少與合成氣體生產(chǎn)有關(guān)的能量消耗和投資費(fèi)用，本技術(shù)還有必要繼續(xù)進(jìn)行發(fā)展和改進(jìn)。尤其是，如果不僅在甲烷轉(zhuǎn)化器中氫的消耗可進(jìn)一步減少，而且如果可以省去這一甲烷轉(zhuǎn)化器，那么本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)將更為明顯。這樣除去甲烷轉(zhuǎn)化器將有效地減少整個(gè)操作的投資費(fèi)用，并且也將使所要求的過(guò)程壓降降低。

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種對(duì)氨合成氣純化的改進(jìn)方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種氨合成氣純化方法和純化系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中對(duì)碳的氧化物不必進(jìn)行甲烷化作用。

本發(fā)明再一個(gè)目的是為氨合成原料氣體提供一種較低費(fèi)用的純化方法和純化系統(tǒng)。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是為生產(chǎn)甲烷含量低的干燥合成氣體提供一種方法和系統(tǒng)，從而使氨合成操作所需能量大大減少。

本發(fā)明在下面將對(duì)這些目的詳細(xì)進(jìn)行敘述，其新的特點(diǎn)會(huì)在附加的權(quán)利要求書(shū)中特別指出。