多级氨合成法制造技术

一种工业用低能耗氨合成法，将含有惰性气体的原料气从为首一级补入，自首至尾逐级合成氨，逐级向后排放弛放气，惰性气被浓集于末一级。各级生成的液氨逐级引到后一级用于热氨洗涤循环气中惰性气。惰性气由循环气中进一步浓集到液氨中。液氨从最后一级减压释放出高浓度惰气的弛放气。本法与现代标准氨厂比较。在同样氢氮气消耗量下能多制得液氨６．５～７％，原料气中氢氮气损失小于１％，同时增加氨合成设备能力和减小动力消耗１０～２５％。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术属于化学工业领域中的合成氨工业制造技术。若进一步说是用含有惰性气的氢氮气作原料低能耗的氨合成法，亦可认为是对传说氨合成法放空气中氢氮气的合理利用于进一步合成氨。目前作为合成氨的原料气中一般含有1%左右或更多的惰性气，在加压到50～320大气压后送入氨合成工段，在氨合成的循环回路中每通过一次合成塔，氢、氮气随着氨的生成而消耗20%左右。惰性气因积累而含量升高，现在工厂中用从系统中排放一部分循环气来保持合成循环气的惰气浓度在10～26%之间的一个稳定水平上。这样原料气的6～8%作为放空气被排放。目前多个合成回路并联或单回路的流程难于解决降低循环气中惰气浓度和减少放空气量之间的矛盾，因为减少合成循环气中的惰气含量虽可提高设备能力和减少合成工段动力消耗，但必将引起放空气中氢、氮气损失增加。而放空气量的减少虽可减少原料气的消耗但又将导致循环气中惰气浓度的提高，以致影响生产能力，增加动力消耗。近年来国内外解决这一问题的基本方法是从放空气中回收氢再用作氨合成的原料。已在工业上实施的主要方法有深冷法、变压吸附法和薄膜分离法，其中尤其以美国MonSanto公司商品名为“prism”的薄膜分离器使用较多，据使用工厂数据实际可增产氨2～4%。但是薄膜法所得回收气为低压气中带回1/3左右惰性气。因此再用来合成氨时必将增加合成气压缩，氨合成和分离等设备的负荷，额外增-->加动力消耗。这不仅影响到实际经济效益，且引起原有生产装置能力之不平衡。变压吸附法和深冷法也在不同程度上存在上述问题。因此近年来各国均很重视用第二氨合成系统将放空气中氢氮气转化为氨的研究。此法的关键问题是欲得高的氢氮气回收率就必须较大幅度提高第二合成系统的惰性气浓度，而这就要使该系统的氨合成率减少，增加这部分的动力消耗，甚至难以使氨合成正常进行。最早的一份美国专利US1938598是将主系统来的弛放气由100～200大气压加压到500～1000大气压来提高第二系统合成率的，这同样使能耗增加。最近的一篇专利为1983年6月2日公布的英国专利GB2109361，其中为主系统取出的弛放气不经压缩升压直接送到第二氨合成系统。该系统惰气浓度为50%，在这里采用铂族金属触媒如钌（Ru）代替铁触媒以提高触媒的低温活性，增加了氨合成率，但显然这将使得触媒费明显增加。本专利技术的目的在于寻找能进一步降低原料气消耗同时进一步提高合成工段生产能力，降低动力消耗的途径。本专利技术采用的第一个措施是用多个回路串联逐级合成，将惰性气浓集在氨合成的尾部，因为除了用惰气含量很低的原料气，在氨合成循环气中惰性气的积累通常是不可避免的，但是惰气含量却是随着原料气中氢、氮气的消耗及氨的生成而逐步提高的。现行的合成装置将全部产量的氨合成置于放空气中惰性气浓度的同一水平上，而未利用补入原料气中惰气含量低的有利条件，致使12～30%的合成工段动力和设备能力无谓的消耗于惰气的循环。在本法中，正是根据这一状况将氨的合成经过多个合成回路由大到小逐级串联进行。在这一方法中原料气全部补入第一级，使大部分氨的合成在很低的惰气含量下进行，然后将部分循-->环气排放至第二级作为氨合成原料。这样逐级进行惰气浓度逐步升高，除了末级要满足排放原料气中带入的惰气量而应维持较高的惰气浓度外，前面各级均可维持比现有合成回路低得多的浓度，而末级的产氨量比前几级要小得多，从而可使氨合成中用于惰气循环的功耗和设备投资大幅度降低。本专利技术采用的第二个措施是用热氨液洗涤循环气中的惰性气，将惰性气由气相进一步浓集到液相中，因为作为惰性气的甲烷、氩气在液氨中的溶解度大于氢、氮气。且随着温度的升高和压力的增加甲烷和氩气的溶解度增加。当然循环气中惰性气浓度越高，液氨所能吸收的惰气量也越大。本法正是根据这些性质，将前一级回路所产的液氨利用本身的操作压力送到后一回路，加热到40～140℃，在氨洗涤塔中与该回路出合成塔的循环气接触吸收其中的惰性气，使该回路循环气中惰气含量比单用多级串联法进一步降低。出氨洗塔的循环气经冷凝分氨后补充原料气再循环去合成塔。然后这些液氨又汇合该回路所产得的液氨送到再后一级回路用作洗涤吸收循环气中的惰气。因为惰气在多级合成回路中一级比一级升高，所以虽经上一回路吸收了惰气的液氨仍可在这里进一步吸收这一级回路中的惰气。由于在液氨中循环气中各气体溶解度在同样分压下按氢、氮、氩、甲烷的排列次序增加，故从这四种气体组分看，在液氨中惰性气与氢氮气的相对含量要比循环气中高。经多级吸收惰气的液氨在最后一级经冷却减压后引到低压氨分离器，溶解在液氨中的这四种气体几乎全部解吸，因此通过液氨热洗涤的弛放气中惰性气含量要比由循环气直接排放的放空气中惰性气浓度高得多，一般在50～85%，从而进一步减少氢氮气的损失。在原料气中惰性气浓度很低和操作压力较高的情况下上述方法已可达到目的。-->对于采用原料气中惰气浓度不低和操作压力较低的合成回路可以采用液氨在操作压力下的等压循环洗涤法。这时循环气从氨洗塔中部进入塔的上部作为吸收段，在这里循环气与液氨逆流接触，而塔的下部作为气提段，液氨由吸收段向下流到这里后被来自塔底的惰气含量较高的气体气提，液氨中的氢氮气被惰气置换，所以出氨洗塔液氨中惰气含量进一步提高。（亦可将上述氨洗塔的吸收段和气提段独立设置成吸收塔和气提塔，或用槽式吸收鼓代替板式吸收塔）。大部分出塔液氨冷却到-23到10℃，在气液分离器中释放出富惰性气的气体用于氨洗塔气提。然后液氨加热后经循环泵送回氨洗塔再次吸收惰气用。在末级一部分液氨送去减压后释放出惰性气。在本法中原料气带入的惰性气全部通过溶解于液氨除去。减压排出液氨中的惰性气摩尔分率由物料平衡确定，此值为原料气中惰性气摩尔分率的1.91～1.98倍。故抽出减压的产品氨满足带出全部原料气中惰性气的要求。同时气体中的氢氮比将由氢氮气生成氨的化学计量关系和氢氮气在液氨中的溶解度规律决定。在末级氨合成回路虽然氢氮比可在1～3.2之间选择，但联系原料气的制造情况取较小氢氮比以减小氢气在液氨中的溶解度更为经济。其余各级氨合成系统的氢氮比则由各级产氨量和氢氮气在液氨中的溶解量决定。此氢氮比必定小于3而可在1.5～2.97之间。同样新鲜原料气的氢氮比也一定小于3，而可在2.90～2.995之间。由于本法将氨的合成大部分在低惰气浓度的第一级合成回路进行通过加大和调节排放量使第一级氨合成惰气浓度在3～17%范围内。同时又可有效利用这里生成的产品液氨的压力和冷量用于后面合成回路的-->氨洗。末级合成回路的产氨量少，可比单个合成回路提高惰气浓度而可保持在15～40%内，有效地提高氨洗惰性气效率，从而可用高压下洗涤液氨的等压循环由产品氨减压时一次带出惰性气来代替液氨减压放出惰性气后再用高压液氨泵升压到合成回路压力的变压循环。加之前一级所产液氨直接可用于后一级氨洗。由氨分离器所得可直接用于洗涤的液氨量一般占氨循环泵送氨量之1/4～1/2。因此大幅度地降低了氨泵电耗，也减少了设备投资。由于末级采用惰气浓度提高，也可采用较高氨洗温度，由于本法吸收惰气能力高，故可允许原料气中惰气含量有所提高以适应放宽一、二段天然气蒸气转化炉出口对甲烷含量的限止，而达到更大的节能效果。本法分离所得弛放气中氩气含量可高达10～15%，比现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业用多级氨合成方法，用含有惰性气甲烷和氩气的氢、氮原料气补入氨合成回路在加压和氨合成塔的反应温度下通过氨触媒生产氨。所说的多级氨合成方法的特征是将多个氨合成回路分级串联组成一体。原料气加压后补入为首的第一级回路，然后自首至尾在各级 回路中逐级消耗部分氢、氮气生产氨，逐级由前一级循环气中引出部分排放气补入后一级作继续合成氨的原料直至末级。由此将原料气带入的惰性气浓集到末级合成回路。各级回路生成的液氨用于多级热液氨洗涤惰性气。所说的多级热液氨洗是自首至尾将前一级或前几级合成回路所生成的液氨送到后一级经加热在压力下洗涤循环气中的惰性气，直到末级回路。这样降低循环气中的惰性气浓度，而把此惰性气进一步浓集到液氨中，最后由末级引出经减压释放与液氨分离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1、一种工业用多级氨合成方法，用含有惰性气甲烷和氩气的氢、氮原料气补入氨合成回路在加压和氨合成塔的反应温度下通过氨触媒生产氨。所说的多级氨合成方法的特征是：将多个氨合成回路分级串联组成一体。原料气加压后补入为首的第一级回路，然后自首至尾在各级回路中逐级消耗部分氢、氮气生产氨，逐级由前一级循环气中引出部分排放气补入后一级作继续合成氨的原料直至末级。由此将原料气带入的惰性气浓集到末级合成回路。各级回路生成的液氨用于多级热液氨洗涤惰性气。所说的多级热液氨洗是自首至尾将前一级或前几级合成回路所生成的液氨送到后一级经加热在压力下洗涤循环气中的惰性气，直到末级回路。这样降低循环气中的惰性气浓度，而把此惰性气进一步浓集到液氨中，最后由末级引出经减压释放与液氨分离。2、根据权利要求1的多级氨合成法其特征是：多个氨合成回路按生产能力由大到小依次串联排列组合组成多级。所说的每一级可由一个回路组成，也可由数个回路并联组成同一级。后一级合成回路的压力不大于前一级。惰性气浓度逐级提高。原料气惰气浓度0.5～3%。第一级循环气惰气浓度3～17%。末级合成回路惰气浓度15～40%。氢氮气生成氨的反应大部在低惰性气浓度的前面合成回路进行。液氨热洗循环气中惰性气大部分在高惰性气的末级合成回路进行。3、根据权利要求1的多级氨合成法液氨洗的特征是：采用多级热液氨洗惰性气时每一级中用于洗涤本级循环气中惰性气的液氨量大于或等于以前各级回路所产的液氨总量。为首一级氨合成回路生成的液氨经加热后送入第二回路中氨洗塔，第二级经适当冷却的部分或全部氨合成塔出塔气由氨洗塔吸收塔底部进入在40～140℃下被液氨洗涤去部分惰性气。除末尾一级外所有各级只利用高压氨分离器的压力将氨洗用液氨送入各级氨洗塔。4、根据权利要求1的多级氨合成法中液氨洗用液氨的特征是：末级洗涤用液氨采用合成操作压力下...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼寿林，
申请(专利权)人：楼寿林，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]