專利名稱：一種合成氨自供熱反應(yīng)的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合成氨領(lǐng)域，涉及一種能耗低、穩(wěn)定性好的合成氨自供熱反應(yīng)的工藝。
背景技術(shù)：
化工反應(yīng)過程經(jīng)常是通過幾個反應(yīng)器串聯(lián)，進行不同的反應(yīng)，有的是強放熱反應(yīng)，有的是弱放熱，甚至是吸熱反應(yīng)。其典型流程如圖1所示。
圖1示反應(yīng)2進程有足夠的反應(yīng)熱，通過預(yù)熱器可以達到自熱反應(yīng)外，還有熱量多余，需要冷卻分離，而反應(yīng)1沒有足夠的反應(yīng)熱來維持反應(yīng)，原料進入反應(yīng)塔3經(jīng)過換熱器5后并不能達到反應(yīng)所需溫度，需要增設(shè)外供熱加熱器6，以提供熱量來維持反應(yīng)，反應(yīng)后的混合物經(jīng)冷卻分離器7分離，部分原料進入反應(yīng)塔4，經(jīng)過換熱器8加溫后進行反應(yīng)2，反應(yīng)后的混合物經(jīng)換熱器8后通過冷卻分離器9分離，部分原料進入下一級反應(yīng)。這種工藝即需采用外部供熱，外供熱經(jīng)常的做法是專設(shè)一臺加熱器，通過電能或蒸汽、或其它外在熱源供熱，這無疑增加能量的消耗，不是最經(jīng)濟的辦法。
在合成氨工藝中，各個階段反應(yīng)的理論產(chǎn)熱值及實際反應(yīng)量不同，所產(chǎn)生的熱量也會有多有少，如甲醇化反應(yīng)階段是強放熱反應(yīng)(產(chǎn)熱量多)，氨合成反應(yīng)階段產(chǎn)熱量也比較多，而甲烷化反應(yīng)階段是弱放熱反應(yīng)(主要是由于此階段反應(yīng)量少導(dǎo)致產(chǎn)熱量少)。甲醇化反應(yīng)通過預(yù)熱后即可依靠自身反應(yīng)熱維持反應(yīng)進行。在常規(guī)的工藝中，甲醇化反應(yīng)放出的大量熱量，產(chǎn)生的高溫合成氣需要通過冷卻分離器冷卻后進入下一階段反應(yīng)，冷卻過程釋放出的熱量往往得不到利用，而甲烷化反應(yīng)自身產(chǎn)生的反應(yīng)熱不足以使該反應(yīng)能自動完成，需要額外提供熱量來維持反應(yīng)的進行，因此常常專設(shè)一臺加熱器，這種工藝很明顯的缺點是能量的浪費；另一缺點是設(shè)備不夠緊湊，需專設(shè)一個外供熱換熱器；缺點之三是當外供熱出現(xiàn)故障而不能供熱時，將直接影響到主要的催化反應(yīng)過程，迫使甲醇化反應(yīng)和甲烷化反應(yīng)停車，造成嚴重的經(jīng)濟損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種投資少、能耗低、穩(wěn)定性高、安全性好的合成氨自供熱反應(yīng)的新工藝。
本發(fā)明的目的是通過下列措施來實現(xiàn)的一種合成氨自供熱反應(yīng)工藝，該工藝是將合成氨工藝中的強放熱反應(yīng)的余熱提供給弱放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)，使弱放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)利用所提供的熱量能夠進行反應(yīng)。
所述的工藝，其中強放熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度高于弱放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度。
本發(fā)明所述的強放熱反應(yīng)或弱放熱反應(yīng)是根據(jù)兩個或多個反應(yīng)的產(chǎn)熱量相對而言，其中強放熱反應(yīng)的溫度與弱放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)的溫度差為5℃～500℃。
所述的工藝，其中各反應(yīng)的反應(yīng)溫度均高于常溫，通常各反應(yīng)的反應(yīng)溫度為50℃～600℃。
所述的工藝，其中各反應(yīng)的壓力為常壓至高壓，通常各反應(yīng)壓力為0.1～30.0mpa。
所述的工藝，其中各反應(yīng)在同一個反應(yīng)塔內(nèi)進行或在不同的反應(yīng)塔內(nèi)進行。
本發(fā)明自熱反應(yīng)工藝中，強放熱反應(yīng)與弱放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)可以在不同的反應(yīng)塔中進行，其流程示意如圖2所示，原料氣經(jīng)預(yù)熱換熱器5加熱后并不足以維持反應(yīng)進行，需要經(jīng)自供熱加熱器6進一步加熱后才能進行反應(yīng)1(反應(yīng)1在反應(yīng)塔3中進行)，反應(yīng)1是弱放熱反應(yīng)，反應(yīng)后混合物的熱量一部分可提供給預(yù)熱換熱器5，部分經(jīng)冷卻分離器7吸收，混合物部分經(jīng)冷卻分離，分離后的部分原料經(jīng)預(yù)熱換熱器8加熱后，進入反應(yīng)塔4內(nèi)進入反應(yīng)2，反應(yīng)2為強放熱反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量可提供給自供熱加熱器6，經(jīng)過自供熱加熱器6吸收部分熱量后的混合物經(jīng)預(yù)熱換熱器8后進入下一級反應(yīng)；也可以在同一個反應(yīng)塔中進行，如圖3所示，原料經(jīng)預(yù)熱換熱器5加熱后進入反應(yīng)塔3內(nèi)進行反應(yīng)1(甲醇化反應(yīng))，產(chǎn)生大量熱量，甲醇化反應(yīng)后的混合物流經(jīng)內(nèi)部換熱器4提供給反應(yīng)2(甲烷化反應(yīng))所需熱量，混合物通過預(yù)熱換熱器5后經(jīng)冷卻分離器6分離，分離后的原料經(jīng)預(yù)熱換熱器7后進入反應(yīng)塔3利用反應(yīng)1提供的熱量進行反應(yīng)2(甲烷化反應(yīng))，反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)預(yù)熱換熱器7后進入下一級反應(yīng)。這種通過其內(nèi)在的傳熱，將反應(yīng)熱多余的熱量直接提供給需供熱的反應(yīng)，以實現(xiàn)穩(wěn)定的催化反應(yīng)過程。
本發(fā)明適用于兩個反應(yīng)或兩個以上的反應(yīng)，反應(yīng)可以是有機反應(yīng)，也可以是無機反應(yīng)。
強放熱反應(yīng)和弱放熱或吸熱反應(yīng)在整個合成氨工藝流程中的位置，可以在前，也可以在后，均可適用本發(fā)明到提供的方法實現(xiàn)完全自供熱。
本發(fā)明的優(yōu)點
1、建立自供熱系統(tǒng)，不需外供熱，節(jié)省能耗(具體數(shù)據(jù)參見實施例)；2、克服傳統(tǒng)外供熱的不安全性和生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，自成獨立體系，運行具有非常高的穩(wěn)定性和安全性；3、可將二個或多個反應(yīng)器變?yōu)橐粋€反應(yīng)器，在其內(nèi)部安裝直接換熱器，設(shè)備緊湊，減少投資。


圖1是通?；瘜W(xué)反應(yīng)工藝供熱示意圖。
圖2是本發(fā)明自供熱化學(xué)反應(yīng)示意圖之一。
圖3是本發(fā)明自供熱化學(xué)反應(yīng)示意圖之二。
圖4是本發(fā)明實施例1自供熱化學(xué)反應(yīng)示意圖。
圖5是本發(fā)明實施例2自供熱化學(xué)反應(yīng)示意圖。
圖6是本發(fā)明實施例3自供熱化學(xué)反應(yīng)示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。
實施例1某合成氨廠設(shè)計一套甲烷化反應(yīng)串接氨合成反應(yīng)的工業(yè)流程，操作壓力25.0mpa，甲烷化反應(yīng)溫度230-280℃，氨合成反應(yīng)溫度380-500℃，進入合成塔溫度180℃，其中甲烷化反應(yīng)由于反應(yīng)量很少，不能自燃，采用本發(fā)明在系統(tǒng)內(nèi)部串接反應(yīng)中的強放熱反應(yīng)熱進行供熱，供反應(yīng)1維持正常運行。
圖4是該例的流程框圖，其中反應(yīng)1的原料氣，從35℃經(jīng)出口換熱器3加熱到200℃，再經(jīng)自供熱加熱器4提溫到250℃，進入反應(yīng)器2進行甲烷化反應(yīng)1，至240℃出反應(yīng)器2經(jīng)出口換熱器3后經(jīng)冷卻分離器5分離，合成氣經(jīng)換熱器6加熱后進入反應(yīng)塔8進行氨合成反應(yīng)7(自供熱加熱器4的熱源來自串聯(lián)氨合成反應(yīng)器8的氨合成反應(yīng)(強放熱反應(yīng))7，引出少量300℃的反應(yīng)氣，經(jīng)換熱降至250℃返回)，反應(yīng)后的混合物熱量經(jīng)自供熱加熱器4及換熱器6吸收后排出。本例只在反應(yīng)開始時反應(yīng)氣預(yù)熱需要提供外來熱源，反應(yīng)正常進行后即可停止外界供熱，完全依靠反應(yīng)自身產(chǎn)生的熱量即可將全部反應(yīng)持續(xù)進行下去。
實施例2某合成氨廠設(shè)計CO變換反應(yīng)和甲烷化反應(yīng)的串聯(lián)自供熱工藝，變換反應(yīng)由中溫變換反應(yīng)和低溫變換反應(yīng)再串甲烷化反應(yīng)，其流程框圖見圖5。
由圖5可見，反應(yīng)氣經(jīng)下部換熱器加熱至300℃后進行中溫變換反應(yīng)1，反應(yīng)后出口溫度為350℃，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量部分可以傳遞給下部換熱器4、5，部分傳遞給自供熱加熱器7(自供熱加熱器7的熱源取自中溫變換反應(yīng)1出口350℃氣體。因為該溫度供甲烷化的溫度正好適宜，而低溫變換后的溫度250℃則嫌低，并不適宜)，溫度降至200℃進入低溫變換反應(yīng)2，出口溫度為250℃，產(chǎn)物經(jīng)CO2吸收塔8后通過下部換熱器6預(yù)熱后再經(jīng)自供熱加熱器7加溫至280℃進入甲烷化反應(yīng)3，反應(yīng)后的熱量可以由下部換熱器6吸收。本例只在反應(yīng)開始時反應(yīng)氣預(yù)熱需要提供外來熱源，反應(yīng)正常進行后即可停止外界供熱，完全依靠反應(yīng)自身產(chǎn)生的熱量即可將全部反應(yīng)持續(xù)進行下去。
本例子的壓力范圍可在0.1mpa-7.0mpa。
實施例3串聯(lián)反應(yīng)的甲醇合成反應(yīng)和甲烷化反應(yīng)在一個組合或反應(yīng)器內(nèi)完成(見圖6)。
35℃的反應(yīng)物可在流經(jīng)下部換熱器5時進行預(yù)熱，達到甲醇化反應(yīng)所需要的溫度200℃后，進入反應(yīng)塔4進行反應(yīng)1(甲醇化反應(yīng))，反應(yīng)后的混合物溫度達270℃，在反應(yīng)塔內(nèi)直接通過中間自供熱換熱器2(自供熱換熱器的熱量來自于反應(yīng)1的放熱)提供給反應(yīng)3(甲烷化反應(yīng))，使其維持在230-250℃，給甲烷化反應(yīng)供熱后的溫度仍能達到240℃，提供給下部換熱器5，從而使甲醇化反應(yīng)持續(xù)進行，不再需要外界額外提供熱量即可正常反應(yīng)；甲醇化反應(yīng)產(chǎn)物通過冷卻分離器6分離降溫分離，分離后的反應(yīng)氣經(jīng)外部自供熱換熱器7加熱至230℃進行甲烷化反應(yīng)，甲烷化后反應(yīng)氣溫度可達250℃，提供外部自供熱換熱器7的熱量。本例只在反應(yīng)開始時反應(yīng)氣預(yù)熱需要提供外來熱源，反應(yīng)正常進行后即可停止外界供熱，完全依靠反應(yīng)自身產(chǎn)生的熱量即可將全部反應(yīng)持續(xù)進行下去。
甲醇化反應(yīng)和甲烷化反應(yīng)均可設(shè)計在5.0-30.0mpa范圍，兩個反應(yīng)必須等壓。
權(quán)利要求
1.一種合成氨自供熱反應(yīng)工藝，其特征在于該工藝是將合成氨工藝中的強放熱反應(yīng)的余熱提供給弱放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)，使弱放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)利用所提供的熱量能夠進行反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于強放熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度高于弱放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于強放熱反應(yīng)的溫度與弱放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)的溫度差為5℃～500℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于各反應(yīng)的反應(yīng)溫度均高于常溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其特征在于各反應(yīng)的反應(yīng)溫度為50℃～600℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于各反應(yīng)的壓力為常壓至高壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于各反應(yīng)壓力為0.1～30.0mpa。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于各反應(yīng)在同一個反應(yīng)塔內(nèi)進行或在不同的反應(yīng)塔內(nèi)進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種合成氨自供熱反應(yīng)的工藝。該工藝是將合成氨工藝中的強放熱反應(yīng)的余熱提供給弱放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)，使弱放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)利用所提供的熱量能夠進行反應(yīng)。該工藝具有投資少、能耗低、穩(wěn)定性高、安全性好的優(yōu)點。
文檔編號C01C1/02GK1709795SQ20051004032
公開日2005年12月21日 申請日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月31日
發(fā)明者呂仲明 申請人:呂仲明