制备氨合成气的方法技术

一种通过将烃与蒸气在配置有多个外部加热的催化管的初级重整器（１）中反应，然后与空气在次级重整器（２）中混合制备氨合成气体的方法，其特征在于所述烃与所述蒸气在所述初级重整器（１）中的反应是在操作压力大于３５ｂａｒ的催化管中进行，加入所述次级重整器中空气过量于氨合成所需的氮气量，过量的氮气优选通过次级重整器下游深冷分离或通过ＴＡＳ或ＰＳＡ型分子筛去除。该方法适于大量合成气体的制备，成本低，节省能源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术广义上涉及生产氨所需的合成气混合物的制备。特别地，本专利技术涉及一种制备氨合成气体的方法，所述氨合成气包括由烃重整得 到的氢气(H2)和氮气(N2)。本专利技术还涉及一种由烃重整得到的合成气体制备氨的方法。在说明书和随附的权利要求书中，术语“烃”一般表示氢和碳的原料来源，例如甲 烷、天然气、石脑油、GPL(液化石油气)或炼油气及它们的混合物。众所周知，在制备合成气体领域中，越来越需要采用易于实现，适于大规模生产， 同时操作简单，成本低，耗能少的方法。
技术介绍
本领域公知的主要是重整耦合法，包括将去硫烃与蒸气以适 当比例混合，得到的混合物进入初级重整器中，其中进料中的大部分烃在15 35bar的中 压和780°C 820°C的高温下，经适当催化生成(转化为)一氧化碳、二氧化碳和氢气混合 物的蒸气。所述转化过程为吸热过程，催化剂置于多重催化管内，并通过气体燃料在空气中 燃烧提供的反应热在外部加热。气体产物从初级重整器排出，进入次级重整器中，所述次级重整器通常包括催化 床中的适当催化剂以及位于催化反应床上的反应空间，次级重整器还以可控量进料空气 流，以提供下游氨合成所需的氮气。氧气与来自初级重整器的气体产物中的可燃性组分在催化床上的反应空间发生 反应，得到的混合产物气体以高温进入催化床。在通过催化剂的过程中，剩余的甲烷吸热与蒸气发生吸热反应，结果是次级重整 器出口气体的温度约为1000°c，99%的烃进料转化为碳氧化物和氢气。由次级重整器排出的重整气体随后在一系列下游设备进行处理去除碳氧化物，得 到适于氨合成的气体成分(即H2/N2摩尔比接近3 1)。所述设备包括-CO变换炉，在CO变换炉中，重整气体中的大部分一氧化碳(CO)成分与未反应的 蒸气催化转化生成二氧化碳和一定体积的氢气，_0)2洗涤柱，通过适当的溶剂如胺或碳酸钾的水溶液在0)2洗涤柱中涤气，几乎完 全去除二氧化碳成分，从而得到含有氮和氢，以及痕量的甲烷、碳氧化物和氩的气流，其中 H2/N2摩尔比约为3 1。-甲烷转化器，剩余的碳氧化物在甲烷转化器中催化转化为甲烷，以免这些含氧化 合物弓丨起下游氨合成催化剂中毒。这样，最终得到低压的氨合成气(一般15 25bar)，根据所采用的氨合成方法，将 其压缩至氨合成所需的压力，所述压力通常为80 300bar，一般为约150bar。尽管上述氨合成气体的方法在一些方面具有优点，但也存在公认的缺点，即难于在大规模生产氨的工厂中进行。既然这样，主要的问题在于设计并制造压缩机，其涡轮机用于压缩大规模生产氨 的工厂所需大量的合成气流，将低压气流压缩至氨合成所需的高压气流。此外，对于大规模生产氨的工厂，在上述合成气体方法的操作条件(特别是压力) 下，其它设备和管道也需要非常大的尺寸。然而，这必将增加成本和能耗，因此限制合成气 体的生产能力。
技术实现思路
本专利技术的根本问题是提供一种易于实现，产量高，且操作简单，成本低，节省能源 的制备适于生产氨的氨合成气体的方法。解决上述技术问题所采用的制备氨合成气体的方法，其特点在于，所述方法包括 以下步骤-向配置有多个外部加热的催化管的初级重整器中通入含烃的气流和含蒸气的气 流；-所述烃与所述蒸气在所述初级重整器中的催化管中反应，反应在操作压力大于 35bar的催化管中进行，得到气体产物；-向次级重整器中通入所述气体产物和空气流，加入的所述空气过量于氨合成所 需的氮气量，使得来自初级重整器的所述气体产物的全部烃成分基本转化；-使所述气体产物与所述空气发生反应，然后进行次级重整，得到含有过量于氨合 成所需的氮气、氢气、碳氧化物和未反应的蒸气的重整气体；-从所述重整气体中去除碳氧化物和过量的氮气，得到所述合成气体。此处，术语“气体产物”表示部分重整的气体，例如初级重整器出口或次级重整器 的反应空间内的气体，通常包括碳氧化物(CO和C02)、氢气(H2)、蒸气和未转化的烃。此处，术语“合成气体”表示含有适当摩尔比的用于氨合成的N2和H2的气体，即所 述气体中，N2/H2接近化学当量1 3的摩尔比。此处，术语“重整气体”表示完全重整的气 体，例如次级重整器出口的气体，其通常含有氮气、氢气、碳氧化物和未反应的蒸气，还可能 含有痕量未转化的烃。本专利技术基于如下发现通过将初级重整器催化管内的操作压力增加至大于 35bar，并向次级重整器中提供过量的空气(其还产生了超出用于氨合成的最终合成气所 需的过量氮气)，使得初级重整器排出的气体产物中所含的烃完全转化(重整)，从而能够 获得高压氨合成气体，同时可实现大量生产。这一发现与现有技术的教导形成鲜明对照，根据现有技术的教导，为了获得高产 量的氨合成气体，相关工厂必须具备大型的设备(特别是压缩机)和管道。令人惊讶地，根据本专利技术的方法，特别是增加压力是可行的，例如与现有技术的方 法相比，可以将催化管内的压力基本上增加一倍(例如获得的压力为60bar)，而无需改变 目前使用的初级重整器中的管设计。根据本专利技术优选初级重整器催化管内的压力为40 lOObar，更优选地，60 80baro优选地，为避免在本专利技术新的操作压力下可能会减少管的使用寿命，已经发现可采用下述方式加热管使得气体产物离开所述管的出口温度不超过750°C (优选650 750 °C )。管出口温度的选择取决于管内的操作压力，当操作压力增加时，降低出口温度，以 保证导管的使用寿命。例如，当以一般的内径约为100mm，壁厚10 12mm的催化管运行时，根据本专利技术， 60bar压力/750°C出口温度，管显示出约100，000小时的良好的使用寿命。而且，根据本专利技术方法最终得到的合成气体具有高压，这允许采用小型设备和重 整器的下游管道系统，降低了成本和能耗。特别地，这使得在氨生产设备的合成回路中可以采用小型的和价格低廉的用于将 最终的合成气体压缩至转化成氨所需的压力的设备成为可能。此外，由于在重整工序的出 口处最终得到高压的合成气体，压缩所需的能量减少。因此，根据本专利技术，氨合成设备采用 高压合成气体，可实现能耗的降低。根据本专利技术方法的优选方案，所述空气的过量为大于制备氨合成所需氮气成分需 要的空气量的15% 100%，优选20% 40%。采用过量的空气可以使初级重整器出口气体(初级重整器中烃的含量随压力的 增加和温度的降低而增加)中含有的烃(特别是甲烷)在次级重整器的催化床的上部空间 发生有效地转化，生成碳氧化物和蒸气，由此获得高温气体产物。然后，该气体产物流经次级重整器的催化床，发生吸热重整反应(利用所述气体 产物的热量)，充分地完成了转化过程，与现有技术的生产方法相比，有利地实现了烃的完全转化。根据本专利技术的另一方面，从所述重整气体中去除碳氧化物和所述过量氮气的所述 步骤包括如下操作阶段-通过与部分未反应的蒸气发生催化转化反应生成二氧化碳和氢气，从所述重整 气体中基本去除一氧化碳，得到去除一氧化碳和蒸气的重整气体；-通过适当溶液或溶剂洗涤所述基本去除一氧化碳和部分蒸气的重整气体，基本 去除二氧化碳，得到仍含有痕量碳氧化物的重整气体；-采用将其转化为甲烷的方式，去除重整气体中含有的痕量碳氧化物，得到不含碳 氧化物的重整气体；-通过深冷分离去除所述不含碳氧化物的重整气体中过量的氮气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备氨合成气体的方法，其特征在于，其包括步骤：－向配置有多个外部加热的催化管的初级重整器中通入含烃气流和含蒸气气流；－所述烃与所述蒸气在所述初级重整器的中催化管进行反应，反应是在操作压力大于３５ｂａｒ的催化管中进行，得到气体产物；－向次级重整器中通入所述气体产物和空气流，加入的所述空气过量于氨合成所需的氮气量，使得来自初级重整器的所述气体产物的全部烃成分基本转化；－使所述气体产物与所述空气发生反应，然后进行次级重整，得到含有过量于氨合成所需的氮气、氢气、碳氧化物和未反应的蒸气的重整气体；－从所述重整气体中去除碳氧化物和过量的氮气，得到所述合成气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：厄曼诺菲利皮，马克巴达诺，杰弗里弗雷德里克斯金纳，
申请(专利权)人：阿梅尼亚卡萨莱股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]