CN206069392U - 一种铁基催化剂串钌基催化剂的低压氨合成设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种铁基催化剂串钌基催化剂的低压氨合成设备，属于氨合成技术领域。本实用新型设备包括两个及两个以上的氨合成塔通过管道串联组合成氨反应器，每个氨合成塔均采用触媒筐装填催化剂，第一个装填铁基氨合成催化剂，其他各个至少装填一段钌基氨合成催化剂；第一个氨合成塔设有入气口，以便为反应器提供氮气、氢气和惰性气体循环气；最后一个氨合成塔设有出气口，以用于排出合成的氨；所述氨合成塔外设有热交换器壳层用于使加热后的循环气或冷激气与出口氨气进行热交换。本实用新型设备可根据实际实现多种铁基串钌基催化剂的组合方式，满足各种合成氨生产工艺要求，方便了催化剂装填，节约了成本，降低了消耗。
Description
技术领域
本实用新型属于氨合成技术领域，涉及一种铁基催化剂串钌基催化剂的低压氨合成设备。
背景技术
合成环路广义上包括一个或多个合成塔，一个合成反应热排除装置的氨转化系统，一个液氮回收系统，一个含有氢回收单元的净化气流系统和一个为使气体在环路内循环并引入新的合成气体到环路中的压缩系统。
目前氨合成系统大多使用传统的熔铁催化剂，采取单塔或多塔操作。1992年11月，美国凯洛格公司与英国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，对水、一氮化碳、二氮化碳和氨不敏感，可以大大地提高系统的氨合成能力，降低氨合成的能耗和设备投资。美国专利文献US4568532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。其中第一触媒框使用传统的塔结构，装铁催化剂，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100-160kg/cm2时，终塔出口气氨的体积含量为15-24％。
中国专利文献CN 1544328 A公开了一种氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺，该工艺至少含有二个合成塔，第一触媒框装铁系催化剂，第二触媒框及后续各塔装钌基催化剂，或第一与第二触媒框均装铁系催化剂，第三及后续合成塔装钌系催化剂，各塔以串联方式连接。通过循环气与塔夹套的换热实现节能的目的。然由于该现有技术中的原料气进入最后面的装钌系催化剂合成塔时会因氨浓度过高而导致经反应后进出口的氨净值较低，从而使得当反应气体空速过大时而导致热量不平衡，引起合成塔催化剂层的温度无法维持正常的生产运行。
发明内容
因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的由于原料气进入装钌系催化剂合成塔时会因氨浓度过高而导致经反应后进出口的氨净值较低，从而使得当反应气体空速过大时而导致热量不平衡，引起合成塔催化剂层的温度无法维持正常的生产运行的缺陷，从而提供一种铁基催化剂串钌基催化剂的低压氨合成设备。
本实用新型的技术方案如下：
一种铁基催化剂串钌基催化剂的氨合成设备，包括两个及两个以上的氨合成塔通过管道串联组合成氨反应器，每个氨合成塔均采用触媒筐装填催化剂，第一个装填铁基氨合成催化剂，其他触媒筐至少装填一段钌基氨合成催化剂；
第一个氨合成塔设有入气口，以便为反应器提供氮气、氢气和惰性气体循环气；
最后一个氨合成塔设有出气口，以用于排出合成的氨；
所述氨合成塔外设有热交换器壳层用于使加热后的循环气或冷激气与出口氨气进行热交换。
所述氨合成塔的个数为两个，第二个装填钌基催化剂。
所述氨合成塔的个数为三个，第二个装填铁基催化剂或钌基催化剂，第三个装填钌基催化剂。
所述氨合成塔的个数为四个，第四个装填钌基催化剂，第二、第三个或全装填铁基催化剂；或全装填钌基催化剂；或一个装填铁催化剂，一个装填钌基催化剂。
加热后的循环气的温度为170～185℃。
氮气、氢气和惰性气体循环气在8.8-12MPa下进入第一个氨合成塔，入口温度为365-375℃，通过第一个氨合成塔的空速为6000-10000h-1。
第一个氨合成塔的出口氨的浓度为7-11％，出口温度为475-485℃。
除第一个外，其他铁基催化剂的氨合成塔的入口温度为385-410℃，通过铁基催化剂的空速为6000-10000h-1，铁基催化剂的氨合成塔的出口温度为430-460℃。
除第一个外，其他钌基催化剂的氨合成塔的入口温度为355-390℃，通过钌基催化剂的空速为8000-15000h-1，钌基催化剂的氨合成塔的出口温度为400-445℃。
各个氨合成塔出口的新鲜合成气与出口气混合的摩尔比为1:4。
本实用新型提供的铁基催化剂串钌基催化剂的氨合成设备具有如下有益效果：
1、本实用新型设备包括两个及两个以上的氨合成塔通过管道串联组合成氨反应器，每个氨合成塔均采用触媒筐装填催化剂，第一个装填铁基氨合成催化剂，其他各个至少装填一段钌基氨合成催化剂；第一个氨合成塔设有入气口，以便为反应器提供氮气、氢气和惰性气体循环气；最后一个氨合成塔设有出气口，以用于排出合成的氨；所述氨合成塔外设有热交换器壳层用于使加热后的循环气或冷激气与出口氨气进行热交换。
2、本实用新型设备工作过程中可根据生产实际需要设计成2-4氨合成塔串联组合使用，除第一个氨合成塔必须装填铁基氨合成催化剂之外，其他各段可以实现铁基催化剂和钌基催化剂的多种组合方式，但至少装填一段钌基氨合成催化剂。循环气通过合成塔反应器的第一段铁基催化剂筐，部分氮气和氢气在铁基氨合成催化剂的作用下合成氨，经换热后分别依次进入第二段、第三或第四段催化剂筐，分别在铁基催化剂或钌基催化剂的作用下生成氨。含氨的出口气进入氨分离器，未分离的氨、未反应的氮气、氢气和惰性气体等大部分混合气作为循环气进入循环。
3、本实用新型设备工作过程中中，氮气、氢气和惰性气体循环气在8.8-12MPa下进入氨合成反应器的第一段，反应器入口含有在氨分离器未分离的氨，体积分数为2.5-4％左右，入口温度为365-375℃，通过第一段铁基催化剂的空速为6000-10000h-1，部分氮气和氢气在铁基催化剂的作用下合成氨，同时放出热量，出第一段后的氨浓度7-11％，出口温度为475-485℃。
若第二段装填钌基催化剂时，从第一段出来的含氨浓度7-11％的混合气进入第二段钌基氨合成催化剂，入口温度经来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气(170～185℃)换热后，第二段的入口温度为355-365℃，通过第二段钌基催化剂的空速为8000-15000h-1，部分氮气和氢气在铁基催化剂的作用下合成氨，同时放出热量，出第二段后的氨浓度达到16.5-17.5％。出口温度为430-445℃。
若第二段继续装填铁基氨合成催化剂时，从第一段出来的含氨浓度7-11％的混合气进入第二段钌基氨合成催化剂，入口温度经来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气或冷激气换热后，第二段的入口温度为395-415℃，通过第二段铁基催化剂的空速为6000-10000h-1，部分氮气和氢气在铁基催化剂的作用下合成氨，同时放出热量，出第二段后的氨浓度达到10.5-14.5％。出口温度为440-460℃。
第三段装填钌基催化剂时，从第二段出来的含氨浓度16.5-17.5％的混合气进入第三段钌基氨合成催化剂，入口温度经来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气或冷激气换热后，第二段的入口温度为355-370℃，通过第二段钌基催化剂的空速为8000-15000h-1，部分氮气和氢气在铁基催化剂的作用下合成氨，同时放出热量，出第二段后的氨浓度达到19.5-21.5％。出口温度为400-415℃。
若第三段继续装填铁基氨合成催化剂时，从第二段出来的含氨浓度10.5-14.5％％的混合气进入第三段铁基氨合成催化剂，入口温度经来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气或冷激气换热后，第三段的入口温度为395-415℃，通过第三段铁基催化剂的空速为6000-10000h-1，部分氮气和氢气在铁基催化剂的作用下合成氨，同时放出热量，出第三段后的氨浓度达到15.5-17.2％。出口温度为430-445℃。
在前三段均装填铁基催化剂的情况下，第四段装置钌基氨合成催化剂。从第三段出来的含氨浓度15.5-17.2％的混合气进入第四段钌基氨合成催化剂，入口温度经来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气或冷激气换热后，第四段的入口温度为355-370℃，通过第四段钌基催化剂的空速为8000-15000h-1，部分氮气和氢气在铁基催化剂的作用下合成氨，同时放出热量，出第二段后的氨浓度达到19.5-21.5％。出口温度为400-415℃。
4、本实用新型设备采用的催化剂与单纯的铁催化剂相比，钌催化剂具有高氨浓度条件下催化活性高的特点，同时，钌催化剂上，氢的吸附对氮的吸附有强烈的抑制作用，因此钌催化剂更适宜在氢/氮比较小的工况下使用。
5、本实用新型设备工作过程中不会因原料气进入装钌系催化剂合成塔时会因氨浓度过高而导致经反应后进出口的氨净值较低，从而使得当反应气体空速过大时而导致热量不平衡，引起合成塔催化剂层的温度无法维持正常的生产运行。
6、本实用新型设备工作过程中可根据实际实现多种铁基串钌基催化剂的组合方式，满足各种合成氨生产工艺要求。
7、本实用新型设备可以仅采用一个准全径向反应器多段式设计，可方便催化剂装填，节约了成本，降低了消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型优选的铁基催化剂串钌基催化剂的氨合成设备示意图；
附图标记如下：
1-氨合成塔，2-铁基氨合成催化剂，3-钌基氨合成催化剂，4-入气口，5-出气口，6-热交换器壳层。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本实用新型，并不局限于所述最佳实施方式，不对本实用新型的内容和保护范围构成限制，任何人在本实用新型的启示下或是将本实用新型与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本实用新型相同或相近似的产品，均落在本实用新型的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1.
本实施例提供一种铁基催化剂串钌基催化剂的氨合成设备，如图1所示，本实施例具有如下特征：
采用两个及两个以上的氨合成塔通过管道串联组合成氨反应器，每个氨合成塔均采用触媒筐装填催化剂，第一个装填铁基氨合成催化剂，其他触媒筐至少装填一段钌基氨合成催化剂；
第一个氨合成塔设有入气口，以便为反应器提供氮气、氢气和惰性气体循环气；
最后一个氨合成塔设有出气口，以用于排出合成的氨；
所述氨合成塔外设有热交换器壳层用于使加热后的循环气或冷激气与出口氨气进行热交换。
所述氨合成塔的个数为两个，第二个装填钌基催化剂。
所述氨合成塔的个数为三个，第二个装填铁基催化剂或钌基催化剂，第三个装填钌基催化剂。
所述氨合成塔的个数为四个，第四个装填钌基催化剂，第二、第三个或全装填铁基催化剂；或全装填钌基催化剂；或一个装填铁催化剂，一个装填钌基催化剂。
加热后的循环气的温度为170～185℃。
氮气、氢气和惰性气体循环气在8.8-12MPa下进入第一个氨合成塔，入口温度为365-375℃，通过第一个氨合成塔的空速为6000-10000h-1。
第一个氨合成塔的出口氨的浓度为7-11％，出口温度为475-485℃。
除第一个外，其他铁基催化剂的氨合成塔的入口温度为395-410℃，通过铁基催化剂的空速为6000-10000h-1，铁基催化剂的氨合成塔的出口温度为430-460℃。
除第一个外，其他钌基催化剂的氨合成塔的入口温度为355-390℃，通过钌基催化剂的空速为8000-15000h-1，钌基催化剂的氨合成塔的出口温度为400-445℃。
各个氨合成塔出口的新鲜合成气与出口气混合的摩尔比为1:4。
实施例2.
本实施例反应器由三段式组成。第一段装填铁基氨合成催化剂，第二段装填钌基催化剂，第三段装填钌基催化剂，三段反应器均为绝热式反应器，以串联方式连接。循环气经气体压缩机增压至9-12MPa，经换热器换热升温至375℃后，进入反应器的第一段，催化剂采用触媒筐装填，反应器的入口气的氨体积分数为3％，通过第一段铁基催化剂的体积空速为8000h-1，部分氢气和氮气在铁基催化剂的作用下反应生成氨，第一段出后气体中的氨体积分数为11％，温度为485℃。
第一段反应器出口气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第二段装填有钌系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第一段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第二段反应器的入口温度为360℃，氨的体积分数含量为11％，通过第二段反应器的体积空速为10000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第二段反应器出口的氨浓度为17.5％，温度为445℃。
第二段反应器出后气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第三段装填有钌系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第二段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第三段反应器的入口温度为365℃，氨的体积分数含量为17.5％，通过第二段反应器的体积空速为10000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第三段反应器出口的氨浓度为21.5％，温度为410℃。
实施例3.
本实施例反应器由三段式组成。第一段装填铁基氨合成催化剂，第二段装填铁基催化剂，第三段装填钌基催化剂，三段反应器均为绝热式反应器，以串联方式连接。
循环气经气体压缩机增压至11-12MPa，经换热器换热升温至360℃后，进入反应器的第一段，催化剂采用触媒筐装填，反应器的入口气的氨体积分数为3.5％，通过第一段铁基催化剂的体积空速为8000-10000h-1，部分氢气和氮气在铁基催化剂的作用下反应生成氨，第一段出后气体中的氨体积分数为10.5％，温度为465℃。
第一段反应器出口气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第二段装填有铁系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第一段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第二段反应器的入口温度为390℃，氨的体积分数含量为10.5％，通过第二段反应器的体积空速为8000-10000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第二段反应器出口的氨浓度为15％，温度为445℃。
第二段反应器出后气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第三段装填有钌系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第二段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第三段反应器的入口温度为370，氨的体积分数含量为14％，通过第三段反应器的体积空速为8000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第三段反应器出口的氨浓度为19.5％，温度为430℃。
实施例4.
本实施例反应器由三段式组成。第一段装填铁基氨合成催化剂，第二段装填铁基催化剂，第三段装填钌基催化剂，三段反应器均为绝热式反应器，以串联方式连接。循环气经气体压缩机增压至11-12MPa，经换热器换热升温至360℃后，进入反应器的第一段，催化剂采用触媒筐装填，反应器的入口气的氨体积分数为3.5％，通过第一段铁基催化剂的体积空速为10000h-1，部分氢气和氮气在铁基催化剂的作用下反应生成氨，第一段出后气体中的氨体积分数为10.5％，温度为465℃。
第一段反应器出口气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第二段装填有铁系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第一段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第二段反应器的入口温度为390℃，氨的体积分数含量为10.5％，通过第二段反应器的体积空速为8000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第二段反应器出口的氨浓度为14％，温度为445℃。
第二段反应器出后气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第三段装填有铁系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第二段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第三段反应器的入口温度为410℃，氨的体积分数含量为14％，通过第三段反应器的体积空速为7000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第三段反应器出口的氨浓度为16％，温度为440℃。
第二段反应器出后气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第三段装填有钌系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第二段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第三段反应器的入口温度为380℃，氨的体积分数含量为16％，通过第三段反应器的体积空速为8000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第三段反应器出口的氨浓度为19.2％，温度为430℃。
实施例5.
本实施例反应器由四段式组成。第一段装填铁基氨合成催化剂，第二段装填铁基催化剂，第三段装填钌基催化剂，第四段装填钌基催化剂，四段反应器均为绝热式反应器，以串联方式连接。
反应器由四段式组成。第一段装填铁基氨合成催化剂，第二段装填钌基催化剂，第三段装填钌基催化剂，第四段装填钌基催化剂，四段反应器均为绝热式反应器，以串联方式连接。
循环气经气体压缩机增压至10-11MPa，经换热器换热升温至370℃后，进入反应器的第一段，催化剂采用触媒筐装填，反应器的入口气的氨体积分数为3.0％，通过第一段铁基催化剂的体积空速为8000h-1，部分氢气和氮气在铁基催化剂的作用下反应生成氨，第一段出后气体中的氨体积分数为9.0％，温度为460℃。
第一段反应器出口气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第二段装填有铁系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第一段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第二段反应器的入口温度为385℃，氨的体积分数含量为9.0％，通过第二段反应器的体积空速为7000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第二段反应器出口的氨浓度为13.5％，温度为450℃。
第二段反应器出后气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第三段装填有钌系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第二段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第三段反应器的入口温度为370℃，氨的体积分数含量为13.5％，通过第三段反应器的体积空速为8000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第三段反应器出口的氨浓度为17.0％，温度为430℃。
第三段反应器出后气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第三段装填有钌系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第二段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第三段反应器的入口温度为390℃，氨的体积分数含量为17.0％，通过第三段反应器的体积空速为8000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第三段反应器出口的氨浓度为19.5％，温度为425℃。
实施例6.
本实施例反应器由四段式组成。第一段装填铁基氨合成催化剂，第二段装填钌基催化剂，第三段装填钌基催化剂，第四段装填钌基催化剂，四段反应器均为绝热式反应器，以串联方式连接。
循环气经气体压缩机增压至9.5MPa，经换热器换热升温至380℃后，进入反应器的第一段，催化剂采用触媒筐装填，反应器的入口气的氨体积分数为3.0％，通过第一段铁基催化剂的体积空速为8000h-1，部分氢气和氮气在铁基催化剂的作用下反应生成氨，第一段出后气体中的氨体积分数为8.5％，温度为470℃。
第一段反应器出口气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第二段装填有钌系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第一段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第二段反应器的入口温度为365℃，氨的体积分数含量为8.5％，通过第二段反应器的体积空速为10000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第二段反应器出口的氨浓度为13.0％，温度为435℃。
第二段反应器出后气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第三段装填有钌系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第二段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第三段反应器的入口温度为375，氨的体积分数含量为13.0％，通过第三段反应器的体积空速为9000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第三段反应器出口的氨浓度为17.0％，温度为430℃。
第三段反应器出后气由中心管换热后通过轴径向转换器由径向进入第三段装填有钌系氨合成催化剂的反应器，新鲜合成气与第二段反应器出口气混合的摩尔比为1:4，控制新鲜气的温度使进入第三段反应器的入口温度为385℃，氨的体积分数含量为17.0％，通过第三段反应器的体积空速为8000h-1，部分氢气和氮气在钌基催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第三段反应器出口的氨浓度为20.0％，温度为430℃。
对比例1.
中国专利文献CN105013408A中公开所述准全径向固定床反应器包括筒体，筒体的轴心处设有中心管，筒体内设有引气管和3个上下排列的触媒筐，触媒筐之间可拆卸连接；3个上下排列的触媒筐自上而下依次命名为第一触媒筐、第二触媒筐和第三触媒筐。第一触媒筐内设有轴向段和位于轴向段下面的径向段，轴向段和径向段之间设有轴径向气体转换器；第二触媒筐内、第三触媒筐内均设有一个径向床层。第三触媒筐内的径向床层装填钌基氨合成催化剂，其余床层装填铁基氨合成催化剂；筒体内的引气管贯穿第三触媒筐内的径向床层，引气管的进口设在第三触媒筐内径向床层的上方，其出口设在筒体底部。引气管将铁基氨合成催化剂在升温还原时产生的水气引出至筒体外，使得两种催化剂床层相对独立而且反应互不影响，避免了对钌基氨合成催化剂的危害。所述第一触媒筐内的径向床层，第二触媒筐和第三触媒筐内的径向床层均设有换热装置,用于移走床层的热量。
中国专利文献CN102815722A中公开第一触媒框装铁系催化剂，第二触媒框装铁系催化剂，第三触媒框装钌系催化剂，合成塔均为绝热式反应器，以串联方式连接。循环气经循环气压缩机增压至15MPa，经换热器换热升温至380℃后进入第一触媒框，塔入口气中氨的体积含量为5％，通过第一触媒框床层的体积空速为10000h-1，部分氢气和氮气在铁系催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第一触媒框出口气体中氨的体积含量为13％，温度为500℃，第一触媒框出口气进入静态混合器，新鲜合成气经过新鲜合成气压缩机增压至14.8MPa进入静态混合器与第一触媒框出口气混合换热，新鲜合成气与第一触媒框出口气的摩尔比为1:4，控制新鲜合成气的温度使出静态混合器的气体温度为380℃，静态混合器出口气进入第二触媒框，静态混合器出口气中氨的体积含量为10.4％，通过第二触媒框床层的体积空速为10000h-1，部分氢气和氮气在铁系催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第二触媒框出口气中氨的体积含量为18％，温度为500℃，第二触媒框出口气进入静态混合器，新鲜氮气经过新鲜氮气压缩机增压至14.6MPa进入静态混合器与第二合成塔出口气混合换热，出静态混合器的气体温度为370℃，静态混合器出口气进入第三触媒框，通过第三合成塔床层的体积空速为10000h-1，部分氢气和氮气在钌系催化剂的作用下反应生成氨，同时放出热量，第三合成塔出口气中氨的体积含量为21％，温度为415℃。第三合成塔出口气进入氨冷器，分离出大部分的氨，未分离下来的氨与未反应的氢气、氮气和惰性组分氩气的混合物分为两部分，一小部分作为驰放气回收氢后排放，大部分作为循环气循环到循环气压缩机。
与对比文献相比，本实用新型技术达到同样的出口氨浓，需要的合成压力仅为对比文献的60％～80％，对催化剂的是氨合成技术的巨大进步，是一次质的飞跃，本实用新型所使用的技术是钌基氨合成催化剂低压合成技术，对节能降耗和减排具有显著的优势，该技术的使用将带来显著的社会经济效益。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。因此，凡是本领域技术人员依照本实用新型的构思在现有技术的基础之上通过逻辑分析、推理或者是有限次的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型权利要求书所确定的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种铁基催化剂串钌基催化剂的氨合成设备，其特征在于，包括两个及两个以上的氨合成塔通过管道串联组合成氨反应器，每个氨合成塔均采用触媒筐装填催化剂，第一个装填铁基氨合成催化剂，其他各个至少装填一段钌基氨合成催化剂；
第一个氨合成塔设有入气口，以便为反应器提供氮气、氢气和惰性气体循环气；
最后一个氨合成塔设有出气口，以用于排出合成的氨；
所述氨合成塔外设有热交换器壳层用于使加热后的循环气或冷激气与出口氨气进行热交换。
2.根据权利要求1所述的氨合成设备，其特征在于，所述氨合成塔的个数为两个，第二个装填钌基催化剂。
3.根据权利要求1所述的氨合成设备，其特征在于，所述氨合成塔的个数为三个，第二个装填铁基催化剂或钌基催化剂，第三个装填钌基催化剂。
4.根据权利要求1所述的氨合成设备，其特征在于，所述氨合成塔的个数为四个，第四个装填钌基催化剂，第二、第三个或全装填铁基催化剂；或全装填钌基催化剂；或一个装填铁催化剂，一个装填钌基催化剂。
5.根据权利要求1-4任一所述的氨合成设备，其特征在于，加热后的循环气的温度为170～185℃。
6.根据权利要求5所述的氨合成设备，其特征在于，氮气、氢气和惰性气体循环气在8.8-12MPa下进入第一个氨合成塔，入口温度为365-375℃，通过第一个氨合成塔的空速为6000-10000h-1。
7.根据权利要求6所述的氨合成设备，其特征在于，第一个氨合 成塔的出口氨的浓度为7-11％，出口温度为475-485℃。
8.根据权利要求7所述的氨合成设备，其特征在于，除第一个外，其他铁基催化剂的氨合成塔的入口温度为395-410℃，通过铁基催化剂的空速为6000-10000h-1，铁基催化剂的氨合成塔的出口温度为430-460℃。
9.根据权利要求8所述的氨合成设备，其特征在于，除第一个外，其他钌基催化剂的氨合成塔的入口温度为355-390℃，通过钌基催化剂的空速为8000-15000h-1，钌基催化剂的氨合成塔的出口温度为400-445℃。
10.根据权利要求1-4或6-9任一所述的氨合成设备，其特征在于，各个氨合成塔出口的新鲜合成气与出口气混合的摩尔比为1:4。
11.根据权利要求5所述的氨合成设备，其特征在于，各个氨合成塔出口的新鲜合成气与出口气混合的摩尔比为1:4。
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| CN109884241A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-06-14 | 华电电力科学研究院有限公司 | 一种scr脱硝催化剂模拟反应装置及模拟方法 |
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2016
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