專利名稱：鐵催化劑串釕催化劑氨合成工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一合成環(huán)路中由氫和氮催化合成氨的過(guò)程。具體地說(shuō)是利用鐵催化劑和釕催化劑合成氨的エ藝。
背景技術(shù)：
合成環(huán)路廣義上包括ー個(gè)具有一個(gè)和多個(gè)反應(yīng)器和一合成反應(yīng)熱排除裝置的氨轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，一個(gè)液氨回收系統(tǒng)，ー個(gè)含有氫回收單元的凈化氣流系統(tǒng)和ー個(gè)為使氣體在環(huán)路內(nèi)循環(huán)并引入新的合成氣體到環(huán)路中的壓縮系統(tǒng)。目前氨合成系統(tǒng)大多使用傳統(tǒng)的熔鐵催化劑，采取單塔或多塔操作。1992年11月，美國(guó)凱洛格公司與英國(guó)BP公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的活性炭載釕氨合成催化劑，第一次成功地エ業(yè)化應(yīng)用于加拿大Ocelot制氨公司氨廠的KAAPエ藝。使用表明，釕系催化劑的催化活性 比鐵催化劑高，反應(yīng)溫度低，對(duì)水、一氮化碳、ニ氮化碳和氨不敏感，可以大大地提高系統(tǒng)的氨合成能力，降低氨合成的能耗和設(shè)備投資。美國(guó)專利US4568532介紹了ー種鐵串釕的補(bǔ)充氨合成エ藝，合成圈由三個(gè)不同類型的氨合成塔串聯(lián)組成。其中第一合成塔使用傳統(tǒng)的塔結(jié)構(gòu)，裝鐵催化劑，第二第三塔是球形熱壁結(jié)構(gòu)合成塔，使用活性炭載釕催化劑。在第一合成氣壓カ為100 160kg/cm2時(shí)，終塔出ロ氣氨的體積含量為13 18% ;當(dāng)?shù)谝缓铣蓺鈮亥珵?00 160kg/cm2時(shí)，終塔出ロ氣氨的體積含量為15 24%。中國(guó)專利CN1544328A公開(kāi)了ー種氨合成鐵催化劑串釕催化劑エ藝，該エ藝至少含有ニ個(gè)合成塔，第一合成塔裝鐵系催化劑，第二合成塔及后續(xù)各塔裝釕基催化劑，或第一與第二合成塔均裝鐵系催化劑，第三及后續(xù)合成塔裝釕系催化劑，各塔以串聯(lián)方式連接。通過(guò)循環(huán)氣與塔夾套的換熱實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。與鐵催化劑相比，釕催化劑具有高氨濃度條件下催化活性高的特點(diǎn)，同時(shí)，釕催化劑上，氫的吸附對(duì)氮的吸附有強(qiáng)烈的抑制作用，因此釕催化劑更適宜在氫/氮比較小的エ況下使用。因此，有必要針釕催化劑的上述特點(diǎn)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的エ藝過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鐵催化劑串釕催化劑的氨合成エ藝。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是在含有三個(gè)合成塔的氨合成系統(tǒng)中，第一合成塔和第二合成塔裝鐵系氨合成催化劑，第三合成塔裝釕系氨合成催化劑，三塔以串聯(lián)方式連接，實(shí)施氨合成鐵催化劑串釕催化劑エ藝，氫、氮循環(huán)氣加壓至10 15MPa(G)進(jìn)入第一合成塔，塔入口氣中含有在氨分離系統(tǒng)未分離掉的氨，體積分?jǐn)?shù)在3%左右，通過(guò)第一合成塔床層的體積空速為lOOOOtT1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F系催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，出口氨質(zhì)量濃度為8 12%，溫度為450 510°C ；第一合成塔出ロ氣與新鮮合成氣在靜態(tài)混合器A中混合，第一塔合成塔出ロ氣與新鮮合成氣的體積比為3 4 1，控制新鮮合成氣的溫度使混合后的氣體的溫度在370 380°C，進(jìn)入第二合成塔，通過(guò)第二合成塔床層的體積空速為IOOOOh'部分氫氣和氮?dú)庠阼F系催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第二合成塔出ロ氣氨質(zhì)量濃度在14 17%，溫度在 450 510°C ；第二合成出ロ氣與新鮮氮?dú)庠陟o態(tài)混合器B中混合，控制新鮮氮?dú)獾捏w積使混合后氣體中氫、氮摩爾比3 2 1，控制新鮮氮?dú)獾臏囟仁够旌虾髿怏w的溫度在360 3700C，進(jìn)入第三合成塔，通過(guò)第三合成塔床層的體積空速為IOOOOtr1，氮?dú)夂蜌錃庠卺懙拇呋饔孟虏糠稚砂?，放出熱量，第三合成塔出ロ氣氨質(zhì)量濃度在19 23%，溫度在400 430 0C ；出塔氣體去氨冷器分離出大部分的氨，未分離出的氨與未反應(yīng)的氫、氮和氬分兩部分，一小部分作為馳放氣回收氫后排放，大部分作為循環(huán)氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮到10 15MPa(G)后進(jìn)入第一合成塔。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法具有如下主要的優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明將循環(huán)氣壓縮后直接送入第三合成塔反應(yīng)，循環(huán)氣中含有ー濃度的氨，不和新鮮合成氣混合，使循環(huán)氣中的氨沒(méi)有被稀釋，使得氫氣和氮?dú)獾某跏紳舛冉档?，合成氨反?yīng)放熱量減小，床層溫升降低；2、本發(fā)明在第一反應(yīng)器出ロ將新鮮合成氣混入,新鮮合成氣將第一反應(yīng)器出ロ氣中的氨的濃度稀釋，使得進(jìn)入第二合成塔的氫氣和氮?dú)獾某跏紳舛冉档?，合成氨反?yīng)放熱量減小，床層溫升降低；同時(shí)，新鮮合成氣與第一合成塔出口氣換熱，不需要另設(shè)換熱設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了能量的高效利用；3、本發(fā)明在第二反應(yīng)器出口將新鮮氮?dú)饣烊?，新鮮氮?dú)鈱⒌诙磻?yīng)器出口氣中的氨的濃度稀釋，使得進(jìn)入第二合成塔的氫氣的初始濃度降低，氮?dú)獾某跏紳舛忍岣?，?氮比降低，使之與釕催化劑的催化特性相適宜；同時(shí)，新鮮氮?dú)馀c第二合成塔出口氣換熱，實(shí)現(xiàn)了能量的高效利用。


圖I是該發(fā)明的エ藝流程圖。圖中I增壓換熱后的循環(huán)氣，2第一合成塔，3第一合成塔出口氣，4新鮮合成氣，5新鮮合成氣壓縮機(jī)，6新鮮合成氣壓縮機(jī)出ロ氣，7靜態(tài)混合器A，8靜態(tài)混合器A出ロ氣，9第二合成塔，10第二合成塔出ロ氣，11新鮮氮?dú)猓?2新鮮氮?dú)鈮嚎s機(jī)，13新鮮氮?dú)鈮嚎s機(jī)出ロ氣，14靜態(tài)混合器B，15靜態(tài)混合器B出口氣，16第三合成塔，17第三合成塔出ロ氣，18氨冷器，19循環(huán)氣，20馳放氣，21循環(huán)氣壓縮機(jī)，22換熱器，23馳放氣。
具體實(shí)施例方式參考圖1，示意性示出本發(fā)明方法。圖中第一合成塔2裝鐵系催化劑，第二合成塔9裝鐵系催化劑，第三合成塔16裝釕系催化劑，三個(gè)合成塔均為絕熱式反應(yīng)器，以串聯(lián)方式連接。循環(huán)氣19經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)21增壓至15MPa，經(jīng)換熱器22換熱升溫至380°C后進(jìn)入第一合成塔2，塔入口氣中氨的體積含量為5 %，通過(guò)第一合成塔2床層的體積空速為lOOOOtT1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F系催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第一合成塔出ロ氣體3中氨的體積含量為13%,溫度為500°C,第一合成塔出ロ氣3進(jìn)入靜態(tài)混合器A7，新鮮合成氣4經(jīng)過(guò)新鮮合成氣壓縮機(jī)5增壓至14. SMPa進(jìn)入靜態(tài)混合器A7與第一合成塔出ロ氣3混合換熱，新鮮合成氣4與第一合成塔出ロ氣3的摩爾比為I : 4，控制新鮮合成氣4的溫度使出靜態(tài)混合器A7的氣體溫度為380°C,靜態(tài)混合器A出口氣8進(jìn)入第二合成塔9,靜態(tài)混合器A出ロ氣8中氨的體積含量為10. 4%,通過(guò)第二合成塔9床層的體積空速為lOOOOtT1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F系催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第二合成塔出ロ氣10中氨的體積含量為18%,溫度為500°C，第二合成塔出ロ氣10進(jìn)入靜態(tài)混合器B14，新鮮氮?dú)?1經(jīng)過(guò)新鮮氮?dú)鈮嚎s機(jī)12增壓至14. 6MPa進(jìn)入靜態(tài)混合器B14與第二合成塔出口氣10混合換熱，出靜態(tài)混合器B14的氣體溫度為370°C，靜態(tài)混合器B出口氣15進(jìn)入第三合成塔16，通過(guò)第三合成塔16床層的體積空速為lOOOOtT1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懴荡呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第三合成塔出口氣17中氨的體積含量為21%，溫度為415°C。第三合成塔出口氣進(jìn)入氨冷器18，分離出大部分的氨，未分離下來(lái)的 氨與未反應(yīng)的氫氣、氮?dú)夂投栊越M分氬氣的混合物分為兩部分，一小部分作為馳放氣20、23回收氫后排放，大部分作為循環(huán)氣19循環(huán)到循環(huán)氣壓縮機(jī)21。
權(quán)利要求
1.一種鐵催化劑串釕催化劑的氨合成工藝，其特征在于在含有三個(gè)合成塔的氨合成系統(tǒng)中，第一合成塔和第二合成塔裝鐵系氨合成催化劑，第三合成塔裝釕系氨合成催化劑，三個(gè)塔以串聯(lián)方式連接；三個(gè)塔為絕熱式反應(yīng)器； 氫、氮循環(huán)氣加壓至10 15MPa(G)進(jìn)入第一合成塔，塔入口氣中含有在氨分離系統(tǒng)未分離掉的氨，體積分?jǐn)?shù)在3%左右，通過(guò)第一合成塔床層的體積空速為lOOOOh—1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F系催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，出口氨質(zhì)量濃度為8 12%，溫度為450 510°C ； 第一合成塔出口氣與新鮮合成氣在靜態(tài)混合器A中混合,第一塔合成塔出口氣與新鮮合成氣的體積比為3 4 1，控制新鮮合成氣的溫度使混合后的氣體的溫度在370 .380°C，進(jìn)入第二合成塔，通過(guò)第二合成塔床層的體積空速為lOOOOh—1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F系催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第二合成塔出口氣氨質(zhì)量濃度在14 .17%，溫度在 450 510°C ； 第二合成塔出口氣與新鮮氮?dú)庠陟o態(tài)混合器B中混合，控制新鮮氮?dú)獾捏w積使混合后氣體中氫、氮摩爾比3 2 1，控制新鮮氮?dú)獾臏囟仁够旌虾髿怏w的溫度在360 370°C，進(jìn)入第三合成塔，通過(guò)第三合成塔床層的體積空速為IOOOOtr1，氮?dú)夂蜌錃庠卺懙拇呋饔孟虏糠稚砂?，放出熱量，第三合成塔出口氣氨質(zhì)量濃度在19 23%，溫度在400 .430 0C ； 出塔氣體去氨冷器分尚出大部分的氨，未分尚出的氨與未反應(yīng)的氫、氮和IS分兩部分，一小部分作為馳放氣回收氫后排放，大部分作為循環(huán)氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮到10 15MPa(G)后進(jìn)入第一合成塔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵催化劑串釕催化劑的氨合成工藝；第一和第二合成塔裝鐵系氨合成催化劑，第三合成塔裝釕系氨合成催化劑，三塔串聯(lián)連接；氫、氮循環(huán)氣加壓進(jìn)入第一合成塔反應(yīng)，第一合成塔出口氣與新鮮合成氣混合，體積比為3～4∶1，溫度在370～380℃，進(jìn)入第二合成塔反應(yīng)，第二合成出口氣與新鮮氮?dú)饣旌?，?氮摩爾比為3～2∶1，溫度在360～370℃，進(jìn)入第三合成塔，氮?dú)夂蜌錃庠卺懙拇呋饔孟虏糠稚砂?，放出熱量，第三合成塔出口氣氨濃度?9～23％，溫度在400～430℃；出塔氣去氨冷器分離出大部分的氨，未分離出的氨與未反應(yīng)的氫、氮和氬大部分作為循環(huán)氣進(jìn)第一合成塔；該工藝實(shí)現(xiàn)了能量的高效利用。
文檔編號(hào)C01C1/04GK102815722SQ20111015623
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者范建光, 范明, 陳靜, 白躍華, 孔繁華, 陳超, 李瑋, 張兆前, 胡雪生, 董衛(wèi)剛, 李瀟, 魏可鎂, 王榕, 莫崇望 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司