第一氨合成塔的吹扫气体用于还原第二氨合成塔的催化剂的用途及其方法和系统技术方案

本公开涉及基本上不含一氧化碳和二氧化碳并且包含氮气、氢气和氨气的吹扫气体(7)在用于还原第二氨生产单元的合成塔(2)的催化剂的方法中的用途，所述吹扫气体直接从第一氨生产单元的合成塔(1)生产。本公开进一步涉及一种用于改进包括至少两个氨生产单元(100，200)的系统的方法，每个单元均包括氨合成塔(1，2)，每个氨合成塔均具有用于接收工艺气体(8)的入口(5)和用于释放吹扫气体(7)的出口(3)，用于改进的所述方法包括以下步骤：将第一氨生产单元(200)的所述合成塔(2)的所述入口(5)流体连接至第二氨生产单元(100)的所述合成塔(1)的所述出口(3)，以用于将由所述第二氨生产单元(4)的所述合成塔(1)生产的所述吹扫气体(7)传输至所述第一氨生产单元(200)的所述合成塔(2)。最后，本公开描述了一种用于在包括至少两个氨生产单元(100，200)的氨生产系统(9)中还原氨合成塔(1，2)中的催化剂的方法，以及一种系统，在所述系统中可以执行用于还原所述催化剂的所述方法。剂的所述方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】第一氨合成塔的吹扫气体用于还原第二氨合成塔的催化剂的用途及其方法和系统


[0001]本公开涉及通过使用另一个氨合成塔的吹扫气体来对氨合成塔的催化剂进行化学还原，并且涉及其方法和系统。

技术介绍

[0002]氨为具有分子式NH3的氮和氢的化合物。作为稳定的二元氢化物以及最简单的氮氢化物，氨为无色气体，具有独特的刺激性气味。它是一种常见的含氮废物，特别是在水生生物中，并且它通过充当食物和肥料的前体，极大地满足了陆地生物的营养需求。氨直接地或间接地也是用于合成许多医药产品的基本要素，并且用于许多商业清洁产品。它主要通过向下排放空气和水两者来进行收集。
[0003]典型的现代氨生产装置首先将天然气(即，甲烷)或LPG(液化石油气，诸如丙烷和丁烷)或石脑油转换为气态氢。用于从烃中生产氢气的方法称为蒸汽转化。然后，将氢气与氮气经由Haber
‑
Bosch工艺结合以生产氨。
[0004]从天然气原料开始，用于生产氢气的工艺的第一步骤为：从原料中脱除硫化合物，因为硫会使在后续步骤中使用的催化剂失去活性。脱硫需要催化加氢，以将原料中的硫化合物转换为气态硫化氢：
[0005]H2+RSH
→
RH+H2S(气体)
[0006]然后，通过将气态硫化氢通过氧化锌床而使气态硫化氢被吸附并脱除，在该氧化锌床中该气态硫化氢转换为固体硫化锌：
[0007]H2S+ZnO
→
ZnS+H2O
[0008]然后使用无硫原料的催化蒸汽转化以形成氢气加一氧化碳：
[0009]CH4+H2O
→
CO+3H2[0010]然后，下一步骤使用催化变换以将一氧化碳转换为二氧化碳和更多的氢气：
[0011]CO+H2O
→
CO2+H2[0012]然后，二氧化碳通过以下方式来进行脱除：在乙醇胺水溶液中吸附，或使用专有固体吸附介质在变压吸附器(PSA)中吸附。
[0013]生产氢气的最终步骤为：使用催化甲烷化，以从氢气中脱除任何微小残留量的一氧化碳或二氧化碳：
[0014]CO+3H2→
CH4+H2O
[0015]CO2+4H2→
CH4+2H2O
[0016]为了生产所需的最终产品氨，然后氢气与氮气(衍生自工艺空气)进行催化反应，以形成无水液氨。该步骤称为氨合成回路，也称为Haber
‑
Bosch工艺或氨合成塔：
[0017]3H2+N2→
2NH3[0018]氨的合成是在高达160巴至290巴的压力下实现的。这意味着氢气和氮气在气体压缩机中被压缩。通常，氨合成塔至少包括压缩机，该压缩机既可以在范围为60巴至140巴的
压力下在低压模式下进行操作，也可以在范围为140巴以上至290巴的压力下在高压模式下进行操作。操作这些压缩机的传统方式为通过蒸汽涡轮机。通常，氨合成塔包括在范围为90巴至110巴的供应压力和范围为490℃至510℃的供应温度下工作的高压蒸汽涡轮机，以及在范围为35巴至40巴的供应压力下工作的低压蒸汽涡轮机。低压蒸汽涡轮机的操作使得压缩机能够在低压模式下进行操作，而高压蒸汽涡轮机的操作允许压缩机在高压模式下进行操作。
[0019]由于氨合成反应中使用的(通常是多促进磁铁矿(multi
‑
promoted magnetite))催化剂的性质，在合成(氢气和氮气混合物)气体中仅可以容忍非常低水平的含氧(尤其是CO、CO2和H2O)化合物。相对纯的氮气可以通过空气分离来获得，但可能需要额外的脱氧。
[0020]由于单程转换率相对较低(通常小于20％)，因此需要大量循环流。这可能导致惰性气体在回路气体中积聚。
[0021]为了使氢气与氨气之间的反应为有效的，氨合成反应中使用的催化剂被还原是必要的。
[0022]蒸汽转化步骤、变换步骤、脱二氧化碳步骤和甲烷化步骤各自在约25巴至35巴的绝对压力下进行操作，并且氨合成回路在范围为60巴至290巴的绝对压力下进行操作，这取决于所使用的专有设计。
[0023]蒸汽转化或蒸汽甲烷转化是一种用于通过烃与水进行反应来生产合成气(氢气和一氧化碳)的方法。通常以天然气为原料。天然气通常称为转化单元的进料。该技术的主要目的为氢气生产。该反应由该平衡表示：
[0024][0025]该反应为强吸热的(ΔH
r
＝206kJ/mol)并且消耗热量。
[0026]1998年，天然气的蒸汽转化生产了5000亿m3的世界氢气产量的95％，或者到2018年生产7000万吨。氢气用于氨的工业合成并且用于大量其他化学品的生产。
[0027]该反应在转化炉容器中进行，其中蒸汽和甲烷的高压混合物与镍催化剂接触。由于因高操作温度导致的扩散限制，优选具有高表面积与体积比的催化剂。所使用的催化剂形状的实例为辐条轮、齿轮和带孔的环。此外，这些形状具有低压降，这对于该应用为有利的。催化剂通常包含在构成转化炉的管部分的管中，在该转化炉中天然气被转化以便生产包含一氧化碳和氢气的混合物的被转化的气体。典型的蒸汽甲烷转化炉可以含有180个至325个管。如上所述，蒸汽甲烷转化是吸热反应，因此必须向围绕管部分的管的炉室供应燃料气体，以便在燃料气体燃烧时，在管内侧以蒸汽形式向天然气和水供应热量。燃料气体的燃烧会导致产生烟道气，该烟道气具有范围为1000℃至1200℃的温度。
[0028]经由水煤气变换反应，可以通过用水处理蒸汽转化所生成的一氧化碳来获得额外的氢气：
[0029][0030]后一个反应为轻微放热的(产生热量，ΔHr＝
‑
41kJ/mol)。以这种方式每生产一吨氢气，也会生产9吨CO2。天然气的蒸汽转化的效率为大约65％至75％。
[0031]从烃类气体(例如天然气)中生产H2和CO可以通过两个众所周知的“一段”转化炉和“二段”转化炉来执行。蒸汽甲烷转化(SMR)和自热转化炉(ATR)分别为一段转化炉和二段转化炉的两个工业示例。联合转化的工艺利用一段工具和二段工具中的两者以用于生产合
成气体，这在氨制造中是常见的做法。
[0032]自热转化(ATR)使用氧气和二氧化碳或蒸汽与甲烷进行反应，以形成氢气。该反应发生在单个室中，在该单个室中甲烷被部分氧化。由于氧化，该反应为放热的。当ATR使用二氧化碳时，所生产的H2:CO比率为1:1；当ATR使用蒸汽时，所生产的H2:CO比率为2.5:1。使用CO2，该反应可以在以下方程式中描述：
[0033]2CH4+O2+CO2→
3H2+3CO+H2O
[0034]并且使用蒸汽，该反应可以在以下方程式中描述：
[0035]4CH4+O2+2H2O
→
10H2+4CO
[0036]氢气的出口温度在950℃至1100℃之间，并且出口压力可以高达100巴。
[0037]SMR与ATR之间的主要差异在于SMR对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.基本上不含一氧化碳和二氧化碳并且包含氮气、氢气和氨气以及任选的氩气的吹扫气体在用于还原第二氨生产单元的合成塔的失活且被氧化的催化剂的方法中的用途，所述吹扫气体直接从第一氨生产单元的合成塔生产，所述第一氨生产单元的合成塔包括活性且被还原的催化剂。2.一种用于改进包括至少两个氨生产单元的系统的方法，每个单元均包括氨合成塔，每个氨合成塔均具有用于接收工艺气体的入口和用于释放吹扫气体的出口，所述方法包括以下步骤：将第一氨生产单元的所述合成塔的所述入口流体连接至第二氨生产单元的所述合成塔的所述出口，以用于将由所述第二氨生产单元的所述合成塔生产的所述吹扫气体传输至所述第一氨生产单元的所述合成塔，所述第一氨生产单元的所述合成塔包括失活且被氧化的催化剂，所述第二氨生产单元的所述合成塔包括活性且被还原的催化剂。3.一种用于在氨生产系统中还原氨合成塔中的催化剂的方法，所述氨生产系统至少包括第一氨生产单元和第二氨生产单元，每个氨生产单元均至少包括：
·
氨合成塔，其生成在范围为140巴以上至290巴的压力下的吹扫气体，并且包括：ο低压蒸汽涡轮机，其用于在范围为35巴至40巴的压力下操作气体压缩机；以及ο气体压缩机，其在范围为60巴至90巴的压力下可操作；所述方法的特征在于，其包括以下步骤：a)将在范围为350℃至390℃的温度下并且在范围为35巴至40巴的压力下的低压蒸汽进料至第一氨生产单元的氨合成塔的所述低压蒸汽涡轮机，从而操作所述压缩机，所述第一氨生产单元的所述氨合成塔包括活性且被还原的催化剂；以及b)将所述第二氨生产单元的所述吹扫气体以范围为9,000Nm3/h至16,500Nm3/h的流量进料至所述第一氨生产单元的所述合成塔的所述压缩机，所述第一氨生产单元的所述合成塔包括失活且被氧化的催化剂。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述吹扫气体基本上不含一氧化碳和二氧化碳并且包含氮气、氢气和氨气。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述吹扫气体包含氮气、氢气、氨气和氩气。6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中吹扫气体流量的范围为10,000Nm3/h至15,500Nm3/h。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述吹扫气体流量的范围为12,000Nm3/h至13,500Nm3/h。8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中所述第一氨生产单元进一步包括：
·
前端部，其包括：ο脱硫单元，其用于从天然气的进料中脱硫；ο一段转化炉，其用于将基本上不含硫的天然气的进料转换为一氧化碳和氢气的混合物；ο任选地，二段转化炉，其用于提高在所述一段转化炉中实现的所述基本上不含硫的天然气的进料转换为一氧化碳和氢气的混合物的转换率；以及ο变换单元，其用于将在所述一段转化炉中或任选地在所述二段转化炉中生产的所述一氧化碳和氢气的混合物转换为氢气和二氧化碳混合物；ο脱二氧化碳单元，其用于将在所述变换单元中生产的所述氢气和二氧化碳混合物中
的氢气与二氧化碳分离；以及ο甲烷化单元，其用于将剩余量的一氧化碳和二氧化碳转换为甲烷；以及
·
所述第一氨生产单元的所述氨合成塔，其进一步包括：ο高压蒸汽涡轮机，其用于在范围为140巴以上至290巴的高压下操作所述压缩机；所述方法进一步包括以下步骤：c)在脱硫单元中从天然气的进料中脱硫，以用于生产基本上不含硫的天然气的进料；d)在所述一段转化炉中，使用蒸汽将在步骤c)中获得的所述基本上不含硫的天然气的进料转换为一氧化碳和氢气的混合物；e)任选地，在所述二...

【专利技术属性】
技术研发人员：费萨尔，
申请(专利权)人：亚拉国际有限公司，
类型：发明
国别省市：