CN1544328A - 氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种至少含有二个合成塔的氨合成系统中，第一合成塔装铁系氨合成催化剂，第二合成塔及后续各塔装钌基氨合成催化剂，或第一与第二合成塔均装铁系催化剂，第三及后续各塔装钌系催化剂，各塔以串联方式连接，实施氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺，其特征是：H2、N2循环气经加压并分离除油后，部分进入第一个合成塔的夹套内进行换热，另有部分循环气与从塔外热交换器出来的提温气体的一部分混合，调节混合气的温度为30～50℃后，再引入第二及之后各塔的夹套内进行换热，换热后的气体与第一塔夹套流出的气体合并后进入塔外换热器，与废热锅炉的出塔反应气换热升温后入合成塔反应，反应气体出合成塔系统后，依次经废热锅炉、塔外换热器冷却后去水冷工序。
Description
技术领域
本发明涉及合成氨厂氨合成圈的工艺改进，具体的说，是一种氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺。
背景技术
目前氨合成系统大多使用传统的熔铁催化剂，采取单塔操作，少数采用多塔并联或串联。1992年11月美国Kellogg公司与英国BP公司联合开发的活性炭载钌氨合成催化剂，第一次成功地工业化应用于加拿大Ocelot制氨公司氨厂的KAAP工艺。使用表明，钌系催化剂的催化活性比铁催化剂高，反应温度低，对H2O、CO、CO2、NH3不敏感，可以大大提高系统的氨合成能力，降低氨合成的能耗和设备投资。美国专利US 4,568,532介绍了一种铁串钌的补充氨合成工艺，合成圈由三个不同类型的氨合成塔串联组成。其中第一合成塔使用传统的塔结构，装的是铁催化剂，第二、第三塔是球形热壁结构合成塔，使用活性炭载钌催化剂。在第一合成气压力为100～160kg/cm2时，终塔出口气氨的体积含量为13～18％；当第一合成气压力为160～220kg/cm2时，终塔出口气氨的体积含量为15～24％。
中国专利申请CN 1229058A，公开了一种多塔串联的氨合成工艺，据介绍该工艺可使各合成塔出塔气体氨含量逐塔提高，从而使系统循环气量减少，能耗降低。但由于该工艺采用H2、N2循环气在进入塔外换热器升温之前，先通入各合成塔的夹套内换热，使塔壁冷却，再汇合并入塔外换热器。由于H2、N2循环气在进入塔外换热器升温之前的温度为室温，若直接通入在高含氨量合成气下工作的第二及后续各塔的夹套内进行换热，不适应钌催化剂对合成环境的要求。
传统的氨合成工艺使用熔铁催化剂，在450～500℃高温，20～32MPa压力下进行。高活性的钌基氨合成催化剂的诞生，使得在较低温度和压力下进行氨的高效合成成为可能。因此，对传统的工艺进行技术改造成了必然性。
发明内容
为了克服现有进行氨合成的大、中、小型合成氨厂使用传统工艺的不足，本发明提出了一种可以达到高效节能合成氨之目的技术改造方案一氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在至少含有二个合成塔的氨合成系统中，第一合成塔装铁系氨合成催化剂，第二合成塔及后续各塔装钌基氨合成催化剂，或第一与第二合成塔均装铁系催化剂，第三及后续各塔装钌系催化剂，各塔以串联方式连接，实施氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺，其特征是：H2、N2循环气经加压并分离除油后，约有100～50％进入第一个合成塔的夹套内进行换热，另有约0～50％循环气与从第一合成塔夹套出来的提温气体的一部分(约占提温气总量的2～100％)混合，调节混合气的温度为30～50℃后，再引入第二及之后各塔的夹套内进行换热，换热后的气体与第一塔夹套流出的气体合并后进入塔外换热器，与来自废热锅炉的出塔反应气换热升温后入合成塔反应，反应气体出合成塔系统后，依次经废热锅炉、塔外换热器冷却后去水冷工序。所述的H2、N2循环气以串联方式依次通入各合成塔，即首先通入第一个合成塔，在塔内换热器换热升温后进入催化剂层反应，一部分H2、N2气转化成NH3，随后再经塔内换热器冷却出塔，并直接导入第二合成塔中，在塔内换热器换热升温后进入催化剂层反应，其中又有部分H2、N2气被反应转化成NH3，随后再经塔内换热器冷却出塔，气体出塔后又直接进入下一个合成塔，如此直至最后一个合成塔；终塔出塔气体依次通入上述废热锅炉、塔外热交换器冷却后去水冷工序。
本发明的有益效果是：由于本发明采用上述铁串钌多塔串联的氨合成工艺，使H2、N2气经多段高效反应，氨转化率得到大大提高。除装铁系催化剂的合成塔热点温度为450℃及以上外，装钌系催化剂的各塔热点温度均低于450℃甚至低于430℃。当使用含多层催化剂床的合成塔内件时，第一合成塔各催化剂层间冷却介质使用温度为室温至50℃的H2、N2循环气。第二合成塔各催化剂层间的冷却介质使用经第一塔合成后含高浓度氨气体的冷却气，或是该气体与H2、N2循环气的混合气，其余各塔的情况类推。由于实施了技术改造，所以本发明在第二或第三及后续各合成塔内使用高活性的钌系氨合成催化剂；第一合成气压力为＞22.0～26.0MPa时，终塔出口气的体积含氨量可达20～25％。
附图说明
以下结合附图流程说明及实施例对各控制点温度和气体的氨含量数据进行进一步的说明。
图1表示二个合成塔串联的氨合成工序流程示意图。
图1中各控制点数据如下：
A是原料气与系统循环气输入各合成塔塔壁夹套前的控制点，该点气体温度为室温，NH3含量4％。
B是气体通过夹套与各塔塔壁换热升温后流出夹套并汇合的控制点，该点温度为55～80℃，NH3含量4％。
C是来自B点的气体经塔外换热器换热升温之后进合成塔2之前的控制点，该点的控制温度为190℃，NH3含量4％。
D是气体出合成塔2之后，入合成塔7之前的控制点，该点的控制温度为320℃，NH3含量14～16％。
E是气体进入合成塔7塔壁夹套前的控制点，该点气体温度为30～50℃，NH3含量4％。
F是气体出合成塔7之后，入废热锅炉14之前的控制点，该点控制温度为400℃，NH3含量20～25％。
G是气体出废热锅炉之后，去塔外换热器10之前的控制点，该点控制温度为250℃，NH3含量20～25％。
H是上述G点气体经与B点气体换热降温后，出塔外换热器之后的控制点，该点控制温度为100℃，NH3含量20～25％。
图中1经压缩除油后的循环气，2合成塔，3合成塔2夹套流出气，4为3的分支，5为3的分支，6循环气分支，7合成塔，8合成塔7夹套流出气，9为4与8的混合气，10塔外换热器，11为出10后进2的气，12为2进7的气线，13为从7进入废热锅炉的气线，14废热锅炉，15为出14的气线，16为出10去冷水加热器的气线，17为盐水泵的水，18为产自14的蒸汽去蒸汽管网。
具体实施方式
实施例1：
请参阅附图1，图中合成塔2装填传统的铁系催化剂，合成塔7装填新型钌系氨合成催化剂，二个合成塔以串联方式连接。通过循环压缩机增压并经油分离器除油后的H2、N2循环气，经管线1，约有占循环气总量80％的气体通入合成塔2的塔壁夹套内，用以冷却塔壁，另有占循环气总量20％的气体经管线6与管线3流出的提温后气体的一部分(约占提温气总量的2～100％)经管线5与之相混合，调节混合气的的温度为40℃后，导入合成塔7的塔壁夹套内，用以冷却塔壁。从合成塔2夹套经管线3流出的气体的一部分(约占总量的2～100％)经过管线4，从合成塔7塔壁夹套流出的气体经管线8，二股气体汇合后经管线9进入塔外换热器10升温后经管线11通入合成塔2，经塔内换热器换热升温后进催化剂床层反应，部分H2、N2气转化为NH3，反应后气体经塔内换热器降温后流出塔2，出塔气体通过管线12直接进入合成塔7，经塔内换热器换热升温后进催化剂床层反应，又有部分H2、N2气转化为NH3，反应后气体经塔内换热器降温后流出塔7，塔7流出的气体(含氨量约为20～25％)经管线13通入废热锅炉14，与来自盐水泵17的脱盐水换热后降温，降温后的气体经管线16去软水加热器等装置，经分离氨，并经循环机加压后返回氨合成系统再反应。管线18为废热锅炉产生的蒸汽通往蒸汽管网。
对于使用多催化剂床层的合成塔内件，合成塔2各催化剂床层间冷却介质使用温度为室温至50℃的H2、N2循环气，合成塔7各催化剂床层间冷却介质使用经合成塔2合成后，并经冷却后的含高浓度氨的H2、N2、NH3混合气，或是该气体与原低温H2、N2循环气的混合气，混合气的温度为30～110℃。本实施例在循环气成份为：H2＝61％，CH4＝8％，NH3＝4％，第一合成气压力为22.1MPa情况下，第二合成塔出口NH3体积含量为23％。
Claims (6)
1.在至少含有二个合成塔的氨合成系统中，第一合成塔装铁系氨合成催化剂，第二合成塔及后续各塔装钌基氨合成催化剂，或第一与第二合成塔均装铁系催化剂，第三及后续各塔装钌系催化剂，各塔以串联方式连接，实施氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺，其特征是：H2、N2循环气经加压并分离除油后，约有100～50％进入第一个合成塔的夹套内进行换热，另有0～50％循环气与从第一合成塔夹套出来的提温气体的2～100％混合，调节混合气的温度为30～50℃后，再引入第二及之后各塔的夹套内进行换热，换热后的气体与第一塔夹套流出的气体合并后进入塔外换热器，与来自废热锅炉的出塔反应气换热升温后入合成塔反应，反应气体出合成塔系统后，依次经废热锅炉、塔外换热器冷却后去水冷工序。
2.根据权利要求1所述的一种氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺，其特征是：所述的H2、N2循环气以串联方式依次通入各合成塔，即首先通入第一个合成塔，在塔内换热器换热升温后进入催化剂层反应，一部分H2、N2气转化成NH3，随后再经塔内换热器冷却出塔，并直接导入第二合成塔中，在塔内换热器换热升温后进入催化剂层反应，其中又有部分H2、N2气被反应转化成NH3，随后再经塔内换热器冷却出塔，气体出塔后又直接进入下一个合成塔，如此直至最后一个合成塔；终塔出塔气体依次通入上述废热锅炉、塔外热交换器冷却后去水冷工序。
3.根据权利要求1所述的一种氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺，其特征是：在第二或第三及后续各合成塔内使用高活性的钌系氨合成催化剂。
4.根据权利要求1所述的一种氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺，其特征是：使用含多层催化剂床的合成塔内件时，第一合成塔各催化剂层间冷却介质使用温度为室温至50℃的H2、N2循环气。
5.根据权利要求1所述的一种氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺，其特征是：第二合成塔各催化剂层间的冷却介质使用经第一塔合成后含高浓度氨气体的冷却气，或是该气体与H2、N2循环气的混合气，混合气的温度为30～130℃，后续各塔的情况类推。
6.根据权利要求1所述的一种氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺，其特征是：第一合成气压力为＞22.0～26.0MPa时，终塔出口气的体积含氨量可达20～25％。
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