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制造氨的方法與流程

文檔序號(hào):11208329閱讀:1023來源:國知局
制造氨的方法與流程
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)氨的方法。因?yàn)榘北挥糜诙喾N方法中,包括生產(chǎn)藥物、染料、肥料、塑料等,因此重要的是它的生產(chǎn)方法能夠以足夠的體積和低成本來提供它。傳統(tǒng)上,氨通過haber-bosch方法生產(chǎn),其中氫和氮?dú)庠诟邏合路磻?yīng)。典型地,通過在被稱作一段重整的方法中蒸汽重整烴原料例如天然氣來生產(chǎn)包含未反應(yīng)的烴、氫、二氧化碳和一氧化碳的料流來獲得氫。氮可以由多種來源來提供,但是經(jīng)是通過用空氣二段重整一段重整的產(chǎn)物以生產(chǎn)原料合成氣來提供。然后使用催化水煤氣變換轉(zhuǎn)化來將至少一些一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳和形成另外的氫。然后可以除去二氧化碳。將剩余料流進(jìn)行催化甲烷化來將剩余量的一氧化碳和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷。來自于甲烷轉(zhuǎn)化器的料流(其將主要由氫和氮?dú)饨M成,具有痕量甲烷)然后壓縮和送到氨反應(yīng)器,其中氫與氮反應(yīng)來形成氨。us3088919中提出了對(duì)該通用方法的改進(jìn),其中將來自于變換轉(zhuǎn)化器的料流冷卻和用水飽和,加熱到約110℃的溫度,然后送到反應(yīng)器,其中剩余的一氧化碳與氧選擇性反應(yīng)來形成二氧化碳。gb1116585中描述了對(duì)該選擇性氧化方法的改變,其中提出用于氧化的替代催化劑。公認(rèn)選擇性氧化階段的溫度是重要的。如果使用低溫,則反應(yīng)是動(dòng)力學(xué)受限的。但是,這已經(jīng)被公認(rèn),因?yàn)閾?jù)信如果使用較高溫度,則將獲得差的選擇性和觀察到氫在氣體料流中不可接受的氧化。因此,在現(xiàn)有技術(shù)布置中,選擇性氧化在約110℃或更低的溫度進(jìn)行。gb2028786公開了一種氨制造方法,其中將常規(guī)氣態(tài)烴或揮發(fā)的石腦油在空氣存在下進(jìn)行蒸汽重整和變換轉(zhuǎn)化,來生產(chǎn)相對(duì)熱的含水蒸氣的氣態(tài)料流,其含有基本上化學(xué)計(jì)量比例的氮和氫,以用于與二氧化碳和少量一氧化碳生產(chǎn)氨。熱的氣態(tài)混合物然后冷卻來以水的形式除去水蒸氣,并且將通??諝庑问降难跆砑拥叫纬傻睦鋮s的氣態(tài)混合物,其與催化劑接觸來在氫存在下將其中的一氧化碳選擇性氧化成二氧化碳。然后處理形成的氣體來除去二氧化碳和任選地甲烷化,然后與催化劑在高壓和升高的溫度接觸,以將經(jīng)處理的氣體中的氮和氫轉(zhuǎn)化成氨。雖然這些現(xiàn)有技術(shù)布置的方法提供了到氨的有效路徑,但是仍然需要提供一種替代的和優(yōu)選改進(jìn)的方法。通常,改進(jìn)的方法將是改進(jìn)了生產(chǎn)率和/或降低了成本的方法?,F(xiàn)在已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn),在選擇性氧化反應(yīng)在約175℃或更高的溫度進(jìn)行的情況中,獲得了一氧化碳含量的明顯降低,而不損失氫。這種降低的一氧化碳含量改進(jìn)了總方法效率,其將又將增加氨的產(chǎn)出。因此,根據(jù)本發(fā)明,提供一種生產(chǎn)氨的方法,其包括步驟:(a)提供包含一氧化碳和氫的反應(yīng)料流;(b)使該反應(yīng)料流和蒸汽經(jīng)過催化變換反應(yīng)器中的水煤氣變換催化劑,以形成變換的氣體混合物;(c)使該變換的氣體混合物與含氧氣體在≥175℃的入口溫度經(jīng)過選擇性氧化催化劑,以形成選擇性氧化的氣體料流;(d)在二氧化碳去除單元中從該選擇性氧化的氣體料流中除去二氧化碳的至少一部分;(e)使貧含二氧化碳的料流在甲烷轉(zhuǎn)化器中經(jīng)過甲烷化催化劑,以形成甲烷化的氣體料流;(f)任選地調(diào)節(jié)該甲烷化的氣體料流中的氫:氮摩爾比,以形成氨合成氣;和(g)使該氨合成氣在氨轉(zhuǎn)化器中經(jīng)過氨合成催化劑以形成氨。使用選擇性氧化催化劑來將變換的氣體料流中一氧化碳的至少一部分轉(zhuǎn)化成二氧化碳,提供了優(yōu)于簡(jiǎn)單地使它通過在甲烷轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)來除去的優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)槿绻谎趸嫁D(zhuǎn)化成甲烷,則需要?dú)?,這降低了該方法的氨生產(chǎn)能力。因此,使用選擇性氧化催化劑減少了任何隨后的甲烷轉(zhuǎn)化器中的氫消耗,由此確保氫可用于氨生產(chǎn)中。此外,與前述gb2028786相反,在本發(fā)明中,將變換的氣體混合物(沒有冷卻來冷凝蒸汽和分離水的步驟)進(jìn)料到選擇性氧化催化劑。因此,將變換的氣體送到選擇性氧化催化劑,而不除去水。申請(qǐng)人已經(jīng)驚訝地發(fā)現(xiàn),不需要從變換的氣體混合物中除去水,并且在水煤氣變換催化劑上形成的任何甲醇可以有利地在較高的入口溫度在選擇性氧化催化劑上分解。這有利地除去了對(duì)于冷卻、分離水、再加熱該變換的氣體和對(duì)含甲醇的水進(jìn)行水處理的需要。已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn),使用≥175℃的入口溫度提供了一氧化碳到二氧化碳改進(jìn)的轉(zhuǎn)化率。在一種布置中,可以使用175℃-約250℃的入口溫度??梢允褂?80℃-約220℃的入口溫度,并且190℃-約210℃的入口溫度可以提供一些優(yōu)點(diǎn)。將理解,在選擇性氧化反應(yīng)器中形成二氧化碳的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。因?yàn)檫x擇性氧化反應(yīng)器可以絕熱運(yùn)行,所以將理解使用這些入口溫度,該反應(yīng)可以在約175℃-約350℃進(jìn)行。可選地,選擇性氧化反應(yīng)可以例如通過與沸水在壓力下熱交換,來對(duì)選擇性氧化催化劑床施加冷卻來操作,以使得該選擇性氧化等溫操作。本發(fā)明的另一益處是,因?yàn)樵摿狭髟趶募s175℃的溫度進(jìn)料到選擇性氧化催化劑,所以它可以從催化變換反應(yīng)器直接進(jìn)料,無需現(xiàn)有技術(shù)方法中所需的冷卻和隨后加熱。因此,避免了與溫度調(diào)節(jié)相關(guān)的成本。在選擇性氧化中產(chǎn)生的熱優(yōu)選例如使用下游熱交換器來回收。因?yàn)檫@種回收的熱通常不需要用于來自于催化變換反應(yīng)器的料流的溫度調(diào)節(jié),所以它可以用于該工藝方案的其他地方。在選擇性氧化催化劑的升溫為約40℃的情況中,回收的能量將處于4mw的區(qū)域。這可以例如回收到設(shè)備蒸汽系統(tǒng)中,而非損失到冷卻水。由于上游水煤氣變換階段,本發(fā)明的選擇性氧化催化劑通常不暴露于高水平的一氧化碳,所以通常不需要應(yīng)對(duì)高放熱升溫的保護(hù)措施。但是,如果觀察到高的升溫,則這可以通過臨時(shí)減小或停止含氧氣體到選擇性氧化催化劑的流動(dòng)來解決。以此方式進(jìn)行將不對(duì)下游方法產(chǎn)生不利影響。選擇性氧化可以在任何合適的壓力進(jìn)行。所選的壓力可以取決于所需溫度。通常,可以使用約10-約80絕對(duì)巴的壓力。約20-約45絕對(duì)巴的壓力會(huì)提供一些優(yōu)點(diǎn)。可以使用任何合適的選擇性氧化催化劑。在一個(gè)布置中,可以使用負(fù)載的鉑族金屬催化劑。合適的載體包括氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鈰、二氧化硅及其混合物。優(yōu)選氧化鋁載體。鉑是優(yōu)選的鉑族金屬。還可以包含一種或多種過渡金屬氧化物促進(jìn)劑。合適的過渡金屬促進(jìn)劑包括鐵、鈷、鎳和錳。催化劑可以包含1-10wt%的鉑族金屬和0.1-1wt%的過渡金屬。特別合適的選擇性氧化催化劑包含1-5wt%的鉑和約0.1-1.0wt%以fe2o3來表示的鐵,其負(fù)載在氧化鋁載體上。催化劑可商購,或者可以通過將包含鉑族金屬和過渡金屬的溶液或載體涂料施用到載體來制備。送到選擇性氧化催化劑的含氧氣體可以是空氣、富氧空氣或氧氣。雖然氧氣不具有與空氣中發(fā)現(xiàn)的污染物相關(guān)的問題,但是它的使用通常將增加該方法的成本。在將含氧氣體添加到選擇性氧化催化劑之前,可以將該含氧氣體添加到變換的氣體混合物。含氧氣體能夠氧化一氧化碳來形成二氧化碳。另外,存在的一定比例的氫可以氧化成水。理想地,氧化一氧化碳的選擇性≥50%,更優(yōu)選≥52%。選擇性氧化催化劑可以位于催化變換反應(yīng)器下游的選擇性氧化反應(yīng)器中。但是,在另一布置中,選擇性氧化和催化水煤氣變換催化劑位于一個(gè)容器中。將理解,用于組合反應(yīng)器的各自部分的催化劑床理想的是保持分開,并且含氧氣體應(yīng)當(dāng)僅提供到該組合反應(yīng)器的選擇性氧化部分,以防止催化變換反應(yīng)器中不期望的氧化。所以,本發(fā)明包括適于進(jìn)行水煤氣變換和選擇性氧化的反應(yīng)器,其包含具有第一和第二端的延長的殼,在第一端處具有工藝流體入口和在第二端具有工藝流體出口,水煤氣變換催化劑位于第一端附近和選擇性氧化催化劑位于第二端附近,氣體不可透過的阻擋層位于該催化劑之間,以及允許變換的氣體和含氧氣體進(jìn)料到選擇性氧化催化劑的連接裝置。冷卻設(shè)備例如多個(gè)熱交換管可以提供在水煤氣變換催化劑和/或選擇性氧化催化劑中。優(yōu)選反應(yīng)容器直立安裝,并且水煤氣變換催化劑位于選擇性氧化催化劑之上。催化劑優(yōu)選是顆粒固定床。在一個(gè)實(shí)施方案中,在催化劑之間提供板來隔開它們,由此在反應(yīng)容器中提供水煤氣變換區(qū)和選擇性氧化區(qū)。變換的氣體依靠一個(gè)或多個(gè)外部管來在區(qū)域之間傳輸,外部管從水煤氣變換區(qū)回收變換的氣體,通過殼從外面送到反應(yīng)容器外部,然后將變換的氣體傳輸?shù)竭x擇性氧化區(qū)。外部管允許與變換的氣體料流熱交換。此外,用于選擇性氧化的含氧氣體可以供給到一個(gè)或多個(gè)這樣的管道。步驟(a)中提供的反應(yīng)料流(其可以稱作原料合成氣,包含一氧化碳和氫)可以通過任何合適的手段來形成。合成氣產(chǎn)生可以基于烴例如天然氣、石腦油或精煉廢氣的蒸汽重整;或者通過氣化碳質(zhì)原料例如煤或生物質(zhì)。優(yōu)選地,合成氣產(chǎn)生階段包括蒸汽重整烴。這可以通過在燃燒或氣體加熱的蒸汽重整器中在外部加熱的催化劑填充管中,用蒸汽對(duì)烴進(jìn)行一段重整來進(jìn)行,其中一段重整的氣體的甲烷含量高,在二段重整器中如下來二段重整該一段重整的氣體混合物:將它經(jīng)過用含氧氣體部分燃燒,然后使部分燃燒的氣體混合物經(jīng)過蒸汽重整催化劑床。含氧氣體可以是空氣、氧氣或富氧空氣。而使用空氣或富氧空氣的二段重整有用地提供了反應(yīng)料流中的氮?dú)?,可以通過僅使用氧氣一段蒸汽重整或自熱重整烴進(jìn)料,并且從另外的源例如空氣分離單元(asu)提供氮?dú)猓瑏砩a(chǎn)合成氣。一段重整催化劑典型地包含5-30wt%水平的鎳,其負(fù)載在成形的難熔氧化物例如α氧化鋁或鋁酸鎂或鋁酸鈣上。如果需要,具有不同鎳含量的催化劑可以用于管的不同部分,例如鎳含量5-15wt%或30-85wt%的催化劑可以有利地用于管的入口或出口部分。可選地,可以使用結(jié)構(gòu)化催化劑,其中鎳或貴金屬催化劑作為在形成的金屬或陶瓷結(jié)構(gòu)上的涂層來形成,或者催化劑可以提供在位于管內(nèi)的多個(gè)容器內(nèi)。蒸汽重整反應(yīng)在管內(nèi)在蒸汽重整催化劑上在高于350℃的溫度進(jìn)行,并且典型地離開管的工藝流體在650-950℃的溫度。在管外部周圍流動(dòng)的熱交換介質(zhì)的溫度可以是900-1300℃。壓力可以是10-80絕對(duì)巴。在二段重整器中,一段重整的氣體在通常安裝在重整器頂部附近的燃燒器設(shè)備中部分燃燒。然后使部分燃燒的重整氣體絕熱經(jīng)過位于燃燒器設(shè)備下面的蒸汽重整催化劑床,以使得氣體組成趨于平衡。用于吸熱蒸汽重整反應(yīng)的熱通過熱的、部分燃燒的重整氣體來提供。在部分燃燒的重整氣體接觸蒸汽重整催化劑時(shí),它通過吸熱蒸汽重整反應(yīng)冷卻到900-1100℃的溫度。二段重整器中的蒸汽重整催化劑床典型地包含5-30wt%水平的鎳,其負(fù)載在成形的難熔氧化物上,但是可以使用分層床,其中最上面的催化劑層包含在氧化鋯載體上的貴金屬例如鉑或銠。這樣的蒸汽重整設(shè)備和催化劑可商購??蛇x地,可以通過使烴和蒸汽的混合物經(jīng)過含有蒸汽重整催化劑床的絕熱預(yù)重整器,然后使預(yù)重整的氣體混合物經(jīng)過以與二段重整器相同方式操作的自熱重整器以產(chǎn)生含有氫、碳氧化物和蒸汽的氣體料流,來進(jìn)行蒸汽重整。在絕熱預(yù)重整中,將典型地蒸汽與碳之比是1-4的烴和蒸汽的混合物在300-620℃的入口溫度送到?;暮囶A(yù)重整催化劑的固定床。這樣的催化劑典型地包含≥40wt%的鎳(以nio表示),并且可以通過含鎳材料與氧化鋁和促進(jìn)劑化合物例如二氧化硅和氧化鎂共沉淀來制備。同樣,壓力可以是10-80絕對(duì)巴??蛇x地,反應(yīng)料流可以通過使用氣化設(shè)備用空氣氣化煤、生物質(zhì)或其他碳質(zhì)材料來形成。在這樣的方法中,在不存在催化劑的情況下,將煤、生物質(zhì)或其他碳質(zhì)材料加熱到高溫以形成經(jīng)常含有硫污染物例如硫化氫(其必須被除去)的粗合成氣。氣化碳質(zhì)原料來生產(chǎn)合成氣可以使用已知的固定床、流化床或攜帶流氣化器在900-1700℃的溫度和至多90絕對(duì)巴的壓力來進(jìn)行。粗合成氣料流需要本領(lǐng)域已知的另外的處理以除去不想要的硫和其他污染物。在一個(gè)優(yōu)選的方法中,合成氣產(chǎn)生階段包括在燃燒蒸汽重整器中一段重整烴特別是天然氣,以生產(chǎn)包含氫、一氧化碳、二氧化碳和蒸汽的氣體料流,和一段重整的氣體在二段重整器中使用空氣或富氧空氣進(jìn)一步重整的二段重整階段,以提供包含氫、碳氧化物和氮?dú)獾暮铣蓺饬狭?。將包含氫、一氧化碳和蒸汽的反?yīng)氣體料流通過使氣體混合物在升高的溫度和壓力經(jīng)過水煤氣變換催化劑,來經(jīng)歷一個(gè)或多個(gè)催化水煤氣變換階段以形成貧含一氧化碳和富含氫的變換的氣體混合物??梢允褂萌魏魏线m的催化變換轉(zhuǎn)化反應(yīng)器和催化劑。如果存在不足的蒸汽,則可以將蒸汽添加到氣體料流中,然后將它經(jīng)歷水煤氣變換轉(zhuǎn)化。該反應(yīng)可以描述如下:h2o+coh2+co2該反應(yīng)可以在一個(gè)或多個(gè)階段中進(jìn)行。該或各階段可以相同或不同,并且可以選自高溫變換方法、低溫變換方法、中溫變換方法和等溫變換方法。高溫變換催化劑可以是促進(jìn)的鐵催化劑例如氧化鉻或氧化鋁促進(jìn)的磁鐵礦催化劑??梢允褂闷渌邷刈儞Q催化劑,例如鐵/銅/氧化鋅/氧化鋁催化劑、錳/氧化鋅催化劑或氧化鋅/氧化鋁催化劑。中溫、低溫和等溫變換催化劑典型地包含銅,并且有用的催化劑可以包含不同量的銅、氧化鋅和氧化鋁??蛇x地,在硫化合物存在于氣體混合物中的情況中,例如氣化獲得的合成氣料流,優(yōu)選所謂的酸性變換催化劑例如包含鉬和鈷的硫化物的那些。這樣的水煤氣變換設(shè)備和催化劑可商購。對(duì)于高溫變換催化劑,變換轉(zhuǎn)化器中的溫度可以是300-360℃,對(duì)于中溫變換催化劑,溫度可以是190-300℃,對(duì)于低溫變換催化劑,溫度可以是185-270℃。對(duì)于酸性變換催化劑,溫度可以是200-370℃。含有蒸汽的合成氣的流量可以是穿過反應(yīng)器中的水煤氣變換催化劑床的氣體時(shí)空速度(ghsv)可以≥6000小時(shí)-1。壓力可以是10-80絕對(duì)巴。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中,水煤氣變換階段包括高溫變換階段或中溫變換階段或等溫變換階段,具有或不具有低溫變換階段。在使用銅基催化劑的情況中,會(huì)形成少量甲醇,其可以最終存在于工藝流出物中。在本發(fā)明的選擇性氧化反應(yīng)器操作的溫度,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)存在于變換的氣體混合物中的甲醇將轉(zhuǎn)化成水和氫和二氧化碳。因此,不僅將消除污染性甲醇,而且它可以容易地轉(zhuǎn)化成組分,以使得該方法效率能夠進(jìn)一步提高。因此,本發(fā)明包括一種從含有甲醇的變換的氣體混合物中除去甲醇的方法,其可以如下來在含銅的低溫變換催化劑上形成:在≥175℃,優(yōu)選175℃-250℃,更優(yōu)選180℃-220℃,最優(yōu)選190℃-210℃的入口溫度,使含有甲醇的變換的氣體混合物經(jīng)過選擇性氧化催化劑。因?yàn)榧状佳趸沁x擇性氧化階段中的副反應(yīng),所以本發(fā)明方法中所用的低溫變換催化劑是優(yōu)選的,其產(chǎn)生低水平的甲醇,例如堿金屬促進(jìn)的銅鋅氧化鋁催化劑,例如katalcojmtm83-3x。變換的氣體混合物經(jīng)歷了在≥175℃的入口溫度用含氧氣體在選擇性氧化催化劑上的選擇性氧化,以使得一氧化碳的至少一部分轉(zhuǎn)化成二氧化碳。形成的選擇性氧化的氣體混合物經(jīng)歷二氧化碳去除階段。因此,二氧化碳去除單元通常位于選擇性氧化反應(yīng)器和甲烷轉(zhuǎn)化器之間??梢允褂萌魏魏线m的二氧化碳去除單元。二氧化碳去除單元可以通過反應(yīng)性吸收來發(fā)揮作用,例如稱作amdeatm或benfieldtm單元的那些,其基于使用可再生胺或碳酸鉀洗液,或者通過物理吸收,基于使用甲醇、二醇或另外的低溫液體,例如rectisoltm、selexoltm單元。二氧化碳去除還可以通過使用合適的固體吸附劑材料的變壓吸附(psa)來進(jìn)行。二氧化碳去除單元還可以用于同時(shí)去除剩余的蒸汽。這樣的二氧化碳去除設(shè)備和溶劑可商購??梢匀コ谧儞Q的和選擇性氧化的氣體混合物中形成的二氧化碳的一些或全部,以產(chǎn)生主要包含氫和氮?dú)庖约暗退揭谎趸嫉臍怏w料流。通過二氧化碳去除單元去除的二氧化碳可以使用已知的碳捕集和儲(chǔ)存技術(shù)來捕集和儲(chǔ)存,或者它可以用于增強(qiáng)采油方法中,或者不太理想地,從該方法排出作為流出物。但是,在優(yōu)選的布置中,回收二氧化碳,并且與氨的一部分反應(yīng)以形成尿素。在甲烷化階段中,將氣體混合物中剩余的一氧化碳和二氧化碳的至少一部分在甲烷轉(zhuǎn)化器中甲烷化催化劑上轉(zhuǎn)化成甲烷??梢允褂糜糜诩淄檗D(zhuǎn)化器的任何合適的布置。因此,甲烷轉(zhuǎn)化器可以絕熱或等溫操作??梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)甲烷轉(zhuǎn)化器。可以使用鎳基甲烷化催化劑。例如,在單個(gè)甲烷化階段中,來自于二氧化碳去除階段的氣體可以在200-400℃的入口溫度進(jìn)料到粒化的含鎳甲烷化催化劑的固定床。這樣的催化劑典型的是?;M合物,包含20-40wt%的鎳。這樣的甲烷化設(shè)備和催化劑可商購。用于甲烷化的壓力可以是10-80絕對(duì)巴。如果已經(jīng)使用空氣或富氧空氣制備合成氣,則甲烷化氣體料流可以作為氨合成氣進(jìn)料到氨生產(chǎn)單元。但是,如果已經(jīng)制備合成氣料流而沒有使用空氣或富氧空氣,則會(huì)需要例如通過添加來自于合適來源的氮?dú)?,來調(diào)節(jié)甲烷化氣體料流的氫氣:氮?dú)饽柋龋蕴峁┌焙铣蓺?。調(diào)節(jié)氫氣:氮?dú)饽柋葋泶_保氨合成反應(yīng)有效運(yùn)行。氮?dú)饪梢詮娜魏蝸碓刺峁?,例如來自于空氣分離單元(asu)。調(diào)節(jié)可以通過將氮?dú)庵苯犹砑拥郊淄榛瘹怏w料流來進(jìn)行。然后可以將經(jīng)調(diào)節(jié)的氣體混合物作為氨合成氣送到氨合成單元。氨生產(chǎn)單元包含含有氨合成催化劑的氨轉(zhuǎn)化器。氮?dú)夂蜌錃庠诖呋瘎┥弦黄鸱磻?yīng)以形成氨產(chǎn)物。氨合成催化劑典型地是鐵基的,但是可以使用其他氨合成催化劑。反應(yīng)器可以絕熱操作,或者可以等溫操作。催化劑床可以是軸向和/或徑向流動(dòng)的,并且可以在單個(gè)轉(zhuǎn)化器容器內(nèi)提供一個(gè)或多個(gè)床。催化劑上的轉(zhuǎn)化通常不完全,因此合成氣典型地送到含有從氨轉(zhuǎn)化器回收的部分反應(yīng)的氣體混合物的回路,并且將形成的混合物進(jìn)料到催化劑。進(jìn)料到該回路的合成氣混合物的氫:氮?dú)饽柋瓤梢允?.2-3.2。在氨生產(chǎn)單元中,氫/氮?dú)饣旌衔锟梢栽诶鐚?duì)于大規(guī)模設(shè)備來說80-350絕對(duì)巴,優(yōu)選150-350絕對(duì)巴的高壓,和300-540℃,優(yōu)選350-520℃的溫度經(jīng)過氨合成催化劑。含有甲烷和氫氣的吹掃氣料流可以取自氨合成回路,并且進(jìn)料到反應(yīng)氣體產(chǎn)生步驟或者用作燃料。本發(fā)明的方法減小了供給到氨生產(chǎn)反應(yīng)器的氣體中污染物的量。這與現(xiàn)有技術(shù)的布置可實(shí)現(xiàn)的相比,使得轉(zhuǎn)化器更有效地操作,使用較低的吹掃流速和因此將經(jīng)由吹掃損失更少的材料。這進(jìn)一步增加了反應(yīng)的效率。本發(fā)明的方法將能夠增加氨的生產(chǎn)?;趯⑦x擇性氧化整合到具有兩級(jí)重整前端的1,200mtpd氨合成設(shè)備中,本發(fā)明的方法可以形成另外的約1%的氨?,F(xiàn)在將參考以下附圖,以舉例的形式描述本發(fā)明,其中:圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的圖示;和圖2顯示了整合的水煤氣變換轉(zhuǎn)化器和選擇性氧化單元。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解,附圖是圖示的,并且商業(yè)設(shè)備中可能會(huì)需要另外的裝置部件,例如回流罐、泵、真空泵、溫度傳感器、壓力傳感器、壓力安全閥、控制閥、流量控制器、水平控制器、接收槽、儲(chǔ)存槽等。裝置這樣的輔助部件的提供不形成本發(fā)明的一部分,并且依照常規(guī)的化工實(shí)踐。如圖1所示,將通過將天然氣一段重整和將一段重整的氣體混合物用空氣二段重整所生產(chǎn)的包含氫氣、一氧化碳和氮?dú)獾姆磻?yīng)氣體料流在管線1中進(jìn)料到含有水煤氣變換催化劑的催化水煤氣變換反應(yīng)器3,并且在管線2中添加蒸汽。在圖1的實(shí)施方案中,蒸汽2與氣體1合并,然后進(jìn)入催化變換反應(yīng)器3。這個(gè)階段描述為單步驟,但是在該實(shí)施方案中通過在適當(dāng)?shù)娜肟跍囟仍谶m當(dāng)?shù)拇呋瘎┥细邷刈儞Q階段和隨后的低溫變換階段來進(jìn)行。將反應(yīng)氣體中存在的一氧化碳的一部分在水煤氣變換催化劑上轉(zhuǎn)化成二氧化碳,以形成貧含一氧化碳和富含氫氣的變換的氣體混合物。變換的氣體混合物4從催化變換反應(yīng)器3回收。將空氣在管線5中添加到變換的氣體混合物,并且將合并的料流送到選擇性氧化反應(yīng)器6。進(jìn)料到選擇性氧化反應(yīng)器的氣體的溫度是175℃。在選擇性氧化反應(yīng)器6中,使氣體混合物經(jīng)過包含1-5wt%的鉑和0.1-1.0wt%以fe2o3表示的鐵的選擇性氧化催化劑。剩余一氧化碳的至少一部分轉(zhuǎn)化成二氧化碳,形成貧含一氧化碳的料流。然后貧含一氧化碳的料流在管線7中送入二氧化碳去除單元8,其中使用吸附劑去除二氧化碳。在管線9中從二氧化碳去除單元8去除二氧化碳。這可以儲(chǔ)存用于與產(chǎn)物氨反應(yīng)以形成尿素。然后來自于二氧化碳去除單元8的廢氣在管線10中送到甲烷轉(zhuǎn)化器11,其通過使任何剩余一氧化碳與氫反應(yīng)以形成甲烷,來將該任何剩余一氧化碳轉(zhuǎn)化。在管線12中從甲烷轉(zhuǎn)化器11去除的料流的氫氣:氮?dú)獗仁羌s3,并且送入氨轉(zhuǎn)化器13,在這里它用于產(chǎn)生氨,其在管線14中回收。圖2顯示了在單個(gè)容器內(nèi)整合的水煤氣變換轉(zhuǎn)化器和選擇性氧化單元。水煤氣變換段23位于容器內(nèi)的氧化單元25上,并且通過板27與它隔開。包含氫和一氧化碳和蒸汽的氣體料流21進(jìn)入水煤氣變換段23頂部。一氧化碳在合適的水煤氣變換催化劑上部分轉(zhuǎn)化,然后經(jīng)由管線22從水煤氣變換段23去除。將空氣24引入管線22,然后氣體料流送回到選擇性氧化單元25中。將氣體料流中的剩余一氧化碳在選擇性氧化單元25中進(jìn)一步氧化以形成二氧化碳,然后通過管線26送出整合設(shè)備。板27焊接在設(shè)備中部,以隔開水煤氣變換段23和選擇性氧化單元25,從而使得空氣24不氧化水煤氣變換段23中的催化劑。模擬圖1的氨方法來確定在供有天然氣進(jìn)料的1200mtpd氨設(shè)備上包括所要求保護(hù)的選擇性氧化方法進(jìn)行常規(guī)一段和二段蒸汽重整的效果,其中水煤氣轉(zhuǎn)化階段通過包括高溫和低溫水煤氣變換轉(zhuǎn)化器二者并且沒有另外添加蒸汽來進(jìn)行。生產(chǎn)收獲該方法需要增加空氣消耗16.5kmol/h或0.83%來將回路中的氫氣:氮?dú)獗缺3衷?.97。該方法需要向一段重整器增加燃料來補(bǔ)償可獲自氨回路吹掃的12.1kmol/h的減少量和二氧化碳去除單元對(duì)co20.88%的增加需要??梢詤⒖家韵聦?shí)施例來說明本發(fā)明。實(shí)施例1.選擇性氧化催化劑使用硝酸鐵(iii)九水合物(fe(no3)3·9h2o)和硝酸鉑來制備溶液。將所需量在硝酸溶液中混合在一起。將該溶液添加并與γ氧化鋁載體(scfa140,可獲自sasol)以足以填充載體的總孔體積的體積混合。將浸漬的載體在烘箱中干燥,然后在500℃煅燒。煅燒的催化劑包含:3wt%鉑和0.3wt%鐵。實(shí)施例2.催化劑測(cè)試將研碎到250-355m的0.01g催化劑粉末與0.09g相同尺寸分布的堇青石混合。使用石英棉(quartzwool)來包含石英反應(yīng)器管中的混合物,使用熱電偶監(jiān)控床溫度。使用以下變換的氣體組成來測(cè)試。使用氣相色譜法來監(jiān)控氣體組成。結(jié)果如下:溫度(℃)co轉(zhuǎn)化率(%)選擇性(%)139.762.852.0150.772.951.6160.582.151.6171.690.351.2183.095.450.6192.697.550.2201.498.450.2211.298.449.9220.298.750.2230.495.648.4242.593.347.3251.391.146.1259.988.244.6271.483.742.4在200-220℃,一氧化碳轉(zhuǎn)化率方面存在著明顯的最佳結(jié)果,同時(shí)保持了對(duì)于一氧化碳合理的選擇性。當(dāng)前第1頁12
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