專利名稱：制備氨合成氣的方法和生產裝置的制作方法
本申請針對氨合成氣的制備。更具體地說，本發(fā)明涉及制備這種氣體的方法和生產裝置，包括在熱交換式初次蒸汽轉化裝置和其后的絕熱轉化裝置里把烴原料順序地進行初次蒸汽轉化和二次蒸汽轉化。
傳統(tǒng)的氨合成氣的制備采用在燃燒管式蒸汽轉化裝置里將天然氣或高級烴的烴原料通過與蒸汽轉化催化劑接觸進行吸熱蒸汽轉化反應進行。然后將初次轉化氣體送進二次絕熱轉化裝置里，在二次絕熱轉化裝置里，在氣體里的部分氫和剩余的烴在二次轉化催化劑存在下用空氣或富含氧的氣體部分氧化。在上述蒸汽轉化反應里，原料與在二次轉化階段中通過加入的空氣加到氣體里的氮氣反應中形成含有氫、一氧化碳和二氧化碳的粗氨合成氣從二次轉化裝置里出來。
用于初次絕熱蒸汽轉化反應所必須的熱量通常由燃料在初次蒸汽轉化裝置煙道氣側壁內燃燒提供，其中催化劑設置在穿過該轉化裝置垂直延伸的管子里。在初次轉化裝置里為了降低燃燒負荷和燃料消耗，也曾經提議通過利用流出來的蒸汽轉化氣流作為熱源提供一部分熱量。這樣的方法和反應器在美國專利US 5429809里提出，其中，熱量一部分由來自燃料燃燒的熱煙道氣流提供，一部分由在插管式熱交換反應器的熱產物流提供。
本發(fā)明的總目的是在用于從烴原料制備氨合成氣的順序地初次熱交換蒸汽轉化和二次轉化中進一步降低燃燒負荷和燃料消耗。
根據這個總目的，本發(fā)明的一個目的是提供從烴原料制備氨合成氣的方法，包括在初次熱交換蒸汽轉化裝置里和在隨后的二次轉化裝置里順序地進行初次和二次催化蒸汽轉化原料的階段，其中將流出的初次蒸汽轉化氣體流在初次蒸汽轉化氣體輸入二次轉化裝置之前由二次轉化氣體的熱產物流采用間接熱交換加熱。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于上述蒸汽轉化方法中的生產裝置。因此這個生產裝置包括，一個連接到二次蒸汽轉化裝置的初次熱交換蒸汽轉化裝置和設置在二次蒸汽轉化裝置上游的進料/流出物熱交換器，以便將來自初次熱交換蒸汽轉化裝置的蒸汽轉化烴原料的流出氣流由來自二次蒸汽轉化裝置的產物流采用間接熱交換加熱。
本文中前文和下文所述的術語“熱交換蒸汽轉化裝置”是指一種蒸汽轉化裝置，其在初次蒸汽轉化催化劑的固定床上發(fā)生的初次蒸汽轉化反應所需要的熱量一部分是通過熱燃燒氣體提供，一部分由通過轉化裝置的二種與催化床有熱交換關系的氣體在一次轉化氣體里所含的熱量提供。在這種類型的轉化裝置里，在轉化氣體里的熱量從一般約800℃的轉化溫度降至低水平的一般約600℃的出口溫度而回收。
在二次蒸汽轉化階段進口的平衡溫度是在初次蒸汽轉化催化床出口處初次轉化氣體的溫度，一般高于800℃。
然而，在使用沒有預熱的初次轉化氣體順序地進行初次和二次蒸汽轉化中的熱交換初次蒸汽轉化裝置時，在二次轉化裝置進口處的初次轉化氣體的溫度卻因為與在初次轉化裝置里的生成氣體的間接熱交換而比較低。這導致在二次蒸汽轉化階段原料轉化率降低。
為了得到要求的化學計算量的二次轉化粗氨合成氣的組成和在隨后氨合成工藝里所要求的在氣體里低的氫含量，在順序的初次熱交換和不預熱初次轉化氣體的二次轉化中的初次轉化氣體的平衡溫度必須提高用以補償在二次轉化階段低的氫原料轉化率。
通過把二次轉化裝置和進料/流出物熱交換器創(chuàng)造性地相結合，在熱交換轉化裝置里已經降低于平衡溫度的初次蒸汽轉化氣體的溫度通過與來自二次轉化裝置的熱產物流的間接熱交換被升高至二次轉化裝置里所要求的反應溫度。這樣，通過在進料/流出物熱交換器里回收在二次蒸汽轉化氣體里多余的熱量，在初次轉化裝置里的燃料消耗有利地降低了。與傳統(tǒng)的初次-二次蒸汽轉化相比，這種方式導致來自蒸汽轉化區(qū)生成的粗氨合成氣出口溫度相應較低。
來自轉化區(qū)的較低的出口溫度和在初次轉化裝置中降低的燃料消耗，導致在轉化裝置區(qū)消耗曲線全面改善。
在以下的說明中將參照附圖
更詳細地說明本發(fā)明，其中唯一的附圖表示根據本發(fā)明一個特定實施例的工藝的簡化的流程圖。
當根據本發(fā)明的一個特定實施例的工藝操作時，例如天然氣和蒸汽之類的進料2在溫度為450℃下被送入初次熱交換轉化反應器4內。反應器4是一種傳統(tǒng)設計的插管式反應器，包括在抗壓殼6內的由薄板制的外管8(其出口端封閉并且同心地圍繞著一個端部開口的熱交換插接內管10)構成的一個或多個反應器管道。
在管8和10之間的空間用初次轉化催化劑12填充。
輸入的進料2經過外管8和催化劑12，通過和催化劑12接觸被初次蒸汽轉化。在催化劑12上進行的吸熱蒸汽轉化反應所需要的熱量由熱煙道氣供給，熱煙道氣由在底部燃燒器14內燃燒燃料獲得，在熱煙道氣沿著外管8的壁經過時，和在管8內的反應進料呈熱傳導關系。
補充熱量由來自催化劑12的熱的初次轉化氣流16供給，氣流16以800℃的出口溫度離開催化劑并且通過內管10，在催化劑12內與反應進料氣體呈熱傳導關系。
初次轉化的氣體16的溫度因此下降至600℃。
然后氣體16被輸送至進料/流出物熱交換器18，在這里氣體16的溫度通過與以975℃的溫度的正從二次轉化裝置22排出的熱的二次轉化的氣體20的間接熱交換被升至800℃。二次轉化裝置22是一個傳統(tǒng)設計的絕熱轉化裝置，在這里預熱的初次轉化氣體16在該反應器的頂部用空氣24部分氧化，然后通過與在二次轉化反應器22底部設置成固定床26的二次轉化催化劑相接觸而被二次轉化。二次轉化氣體20從反應器的底部以975℃的溫度排出，并且通過如上所述的間接熱交換被冷卻至825℃。
權利要求
1.從烴原料制備氨合成氣的方法，包括在初次熱交換蒸汽轉化裝置里和在隨后的二次轉化裝置里順序地進行初次和二次催化蒸汽轉化原料的階段，其中將流出的初次蒸汽轉化氣體流由在初次蒸汽轉化氣體輸入二次轉化裝置之前的二次轉化氣體的熱產物流采用間接熱交換加熱。
2.提供用于上述蒸汽轉化方法中的處理裝置，該處理裝置包括，一個連接到二次蒸汽轉化裝置的初次熱交換蒸汽轉化裝置和設置在二次蒸汽轉化裝置上游的進料/流出物熱交換器，以便將來自初次熱交換蒸汽轉化裝置的蒸汽轉化烴原料的流出氣流用來自二次蒸汽轉化裝置的產物流采用間接熱交換加熱。
全文摘要
從烴原料制備氨合成氣的方法和裝置,包括在熱交換初次蒸汽轉化裝置和其后的二次轉化裝置里順序地初次蒸汽轉化和二次蒸汽轉化原料,其中將流出的初次蒸汽轉化氣體流用在初次蒸汽轉化氣體輸入二次轉化裝置之前的二次轉化氣體的熱產物流采用間接熱交換加熱。
文檔編號B01J19/00GK1203186SQ9810978
公開日1998年12月30日 申請日期1998年5月4日 優(yōu)先權日1997年5月5日
發(fā)明者C·L·勞爾森, H·O·斯塔爾 申請人:赫多特普索化工設備公司