CN102815721A - 一种低压氨合成的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压氨合成的方法，属于合成氨工艺技术领域。其特征是：合成系统使用纯钌基催化剂或铁、钌催化剂联用的办法，氨合成总压力为5～10MPa，原料气氢氮比为0.5～1.46，氨合成温度为300～425℃，原料气空速为3000～15000h-1。本发明与传统工艺相比，合成塔出口气体经分离氨后，含氢量大大降低，无需再循环而直接送到提氢装置，所以不设置循环压缩机。本发明对于采用高压造气工艺，合成压力在5～7MPa的场合，氨合成生产线可以革除气体压缩机和循环机，既简化了装置又能大幅度降低电耗，从而可获得较大的经济效益。

Description

一种低压氨合成的方法
技术领域
本发明涉及合成氨工艺技术领域，具体涉及一种低压氨合成的方法。
背景技术
在传统的使用铁基氨合成催化剂的生产线，氨合成压力大多在15～30MPa，原料气转化率大多在10％～18％左右。由于出合成塔气体中的氨含量低，经氨分离后，剩余气体中含有大量未反应的氢、氮气。为了回收这部分气体，工业上常采用循环法合成氨，即未反应的氢氮混合气，经分离氨后补充能量，与新鲜原料气汇合，重新进入氨合成塔进行反应。因此，在流程中须设置循环压缩机，合成工艺也因此增加了输送原料气体的动力消耗和设备投资等。为此，克服现有技术的缺陷已成为当务之急。
发明内容
为了克服现有生产铁基氨合成催化剂的不足，本发明的目的是要提供一种使用低压氨合成工艺，解决现有工艺高能耗和高投入的缺点，提高整体工艺过程的效率和最大限度地降低生产成本的低压氨合成的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低压氨合成的方法，其特征是：在总压5～10MPa低压下，采用纯钌基催化剂或铁、钌催化剂联用的办法，将原料气氢氮比降到0.5～1.46；所述的氨合成生产压力为5～10MPa，氨合成温度为300～425℃，原料气空速为3000～15000h-1，出合成塔气体经分离氨后，氨合成流程中就不设置循环压缩机。
本发明所述的在总压5～10MPa低压下，利用钌基氨合成催化剂在低温、低压、低氢氮比条件下，具有较高活性的特性，采用纯钌基催化剂或铁、钌催化剂联用的办法，将原料气氢氮比降到0.5～1.46；所述的氨合成生产压力为5～10MPa，氨合成温度为300～425℃，原料气空速为3000～15000h-1，出合成塔气体经分离氨后，与传统工艺相比，其含氢量大大降低，故无需再循环而直接送到提氢装置，这样氨合成流程中就不必设置循环压缩机。
本发明的氨合成流程不设置分氨后合成尾气循环机，该气体送到提氢装置回收氢气。
本发明为了调节原料气氢氮比，部分提氢后高含氮气体利用压差返回压缩机高压段进口。
本发明在造气压力大于或等于5MPa的场合，氨合成生产线不设置气体压缩机和循环机。
本发明部分提氢后高含氮气体利用增压机送回合成塔进口。
本发明氨合成原料气是煤气化、天燃气转化产生的气体，或是炼焦、半焦(兰炭)炉尾气，或是炼钢高炉尾气。
本发明工艺合成压力较低，若靠低温分氨将造成分氨不彻底，应采用或者增加变压吸附分氨、水洗分氨、吸收分氨等技术手段。
本发明对于采用高压造气工艺，合成压力在5～7MPa的场合，氨合成生产线可以革除气体压缩机和循环机，既简化了装置又能大幅度降低电耗，从而可获得较大的经济效益。
本发明的工艺具有以下明显的优点：
(1)氨合成使用低温低压高活性钌系催化剂，在5～10MPa压力下高效率地进行。
(2)氨合成原料气氢氮比为0.5～1.46，出合成塔的气体经分氨后无需再循环回合成塔，而是直接送到提氢装置，与传统工艺相比可有效减少压缩功耗和设备投资；
(3)本发明的工艺配合高压造气技术，对于合成压力在5～7MPa的场合，则氨合成生产线可以革除气体压缩机和循环机，既简化了装置又能大幅度降低电耗。
附图说明
图1是本发明设置有原料气压缩机的低压氨合成新工艺流程框图，该流程适用于造气压力低于5MPa的场合，或者合成压力高于7.0MPa的场合。
图2是本发明不设置原料气压缩机的低压氨合成新工艺流程框图，该流程适用于造气压力高于5MPa的场合。
具体实施方式
以下实施例中所指的气体比例、浓度均为体积比例、浓度。
本发明的主要特征是在氨合成系统使用了钌基催化剂或钌基催化剂与铁基催化剂联用，氨合成总压为5～10MPa低压，原料气氢氮比在0.5～1.46范围内，由氢氮气高效合成氨，无需设置循环气输送工序和/或原料气压缩工序。
本发明适用于合成原料气生产操作压力为常压至3.0MPa的煤气化气，或炼焦炉和半焦(兰炭)炉尾气，或醇、醚生产尾气，或炼钢尾气和操作压力为0.7～4.0MPa的天然气重整转化流程，也适用于合成原料气生产操作压力为3.5～8MPa水煤浆气化流程。
本发明用于旧的合成氨工艺的改造和新的氨合成工艺建设。
本发明的设置原料气压缩机的低压氨合成新工艺流程框图如图1所示。在此流程中，为了调节原料气氢氮比，部分提氢后的高含氮气体，利用压差，返回压缩机高压段进口。
本发明的不设置原料气压缩机的低压氨合成新工艺流程框图如图2所示。在此流程中，为了调节原料气氢氮比，部分提氢后的高含氮气体，利用增压机提压后返回合成塔进口。
本发明不受上述图1和图2内容的限制。
本发明的合成氨生产压力为5～10MPa，氨合成温度为300～425℃，原料气空速为3000～15000h-1，原料气氢氮比为H2∶N2＝0.5∶1～1.46∶1。
由于本工艺合成压力较低，若仅靠低温分氨将造成氨的分离不彻底，为了解决此问题，在反应压力低于7.0MPa的场合，应考虑使用或增加变压吸附分氨、水洗分氨、吸收分氨等技术手段。
以下使用计算实施例进一步说明本发明，但本发明不受其限制。
实施例1
请参阅图1，由煤气化得到的原料气，或是醇、醚生产尾气，或是焦炉尾气，或是炼钢尾气和操作压力为0.7～4.0MPa的天然气重整转化气，经“压缩1”升压后，进行脱硫、变换、脱碳，再经“压缩2”，将压力升到10MPa后进入气体预热器，与合成塔底部出来的热合成气逆流换热后再进入合成塔，氨合成压力为10.0MPa，空速9000h-1，温度300～400℃，原料气氢氮比为0.55。所述氨合成工序的进出塔气体成份见表1。
表1
  组成/％   H2   N2   NH3
  入塔气组成   35.48   64.52   0
  出塔气组成   19.70   67.20   13.1
实施例2
重复实施例1的过程，将原料气氢氮比为1.11，空速10000h-1，温度300～400℃。氨合成工序的进出塔气体成份见表2。
表2
  组成/％   H2   N2   NH3
  入塔气组成   52.61   47.39   0
  出塔气组成   34.73   47.77   17.5
实施例3
重复实施例1的过程，将原料气氢氮比为1.46，空速10000h-1，温度300～400℃。氨合成工序的进出塔气体成份见表3。
表3
  组成/％   H2   N2   NH3
  入塔气组成   59.35   40.65   0
  出塔气组成   41.43   39.57   19.0
实施例4
重复实施例1的过程，只是氨合成压力为5.0Mpa，过程可以采用图2流程，原料气氢氮比为0.55，空速9000h-1，温度300～400℃。氨合成工序的进出塔气体成份见表4。对于图2所示流程与图1相比，仅少了压缩工序，其合成效果与图1工艺相同。以下例子的情况有与本例所述相同的，不再另行解释。
表4
  组成/％   H2   N2   NH3
  入塔气组成   35.48   64.52   0
  出塔气组成   24.82   66.18   9.0
实施例5
重复实施例1的过程，将氨合成压力为5.0MPa，原料气氢氮比为1.1，空速9000h-1，温度300～400℃。氨合成工序的进出塔气体成份见表5。
表5
  组成/％   H2   N2   NH3
  入塔气组成   52.38   47.62   0
  出塔气组成   39.25   47.75   13.0
实施例6
重复实施例1的过程，将氨合成压力为7.5MPa，原料气氢氮比为0.55，空速9000h-1，温度300～400℃。氨合成工序的进出塔气体成份见表6。
表6
  组成/％   H2   N2   NH3
  入塔气组成   35.48   64.52   0
  出塔气组成   21.72   66.78   11.5
实施例7
重复实施例1的过程，将氨合成压力为7.5MPa，原料气氢氮比为1.11，空速9000h-1，温度300～400℃。氨合成工序的进出塔气体成份见表7。
表7
  组成/％   H2   N2   NH3
  入塔气组成   52.61   47.39   0
  出塔气组成   37.41   47.59   15.0

Claims (7)

1.一种低压氨合成的方法，其特征是：合成系统使用纯钌基催化剂或铁、钌催化剂联用，氨合成总压力为5～10MPa，原料气氢氮比为0.5～1.46，氨合成温度为300～425℃，原料气空速为3000～15000h-1。
2.根据权利要求1所述的一种低压氨合成的方法，其特征是：在造气压力大于或等于5Mpa时，氨合成生产线不设置气体压缩机和循环机。
3.根据权利要求1所述的一种低压氨合成的方法，其特征是：提氢后的高含氮气体利用增压机送回合成塔进口。
4.根据权利要求1所述的一种低压氨合成的方法，其特征是：氨合成流程不设置分氨后合成尾气循环机，是将气体直接送到提氢装置。
5.根据权利要求1所述的一种低压氨合成的方法，其特征是：提氢后高含氮气体直接返回压缩机高压段进口。
6.根据权利要求1所述的一种低压氨合成的方法，其特征是：本合成压力较低，若靠低温分氨将造成分氨不彻底，应采用或者增加变压吸附分氨、水洗分氨、吸收分氨等技术手段。
7.一种低压氨合成的原料气，其特征是：氨合成原料气是煤气化、天燃气转化产生的气体，或是炼焦、半焦炉尾气，或是炼钢高炉尾气，或醇、醚生产尾气。
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