JPH01501141A - Ammonia production method - Google Patents

Ammonia production method

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JPH01501141A
JPH01501141A JP62506696A JP50669687A JPH01501141A JP H01501141 A JPH01501141 A JP H01501141A JP 62506696 A JP62506696 A JP 62506696A JP 50669687 A JP50669687 A JP 50669687A JP H01501141 A JPH01501141 A JP H01501141A
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マトロス ユリ シャエヴィチ
ゲラセヴ アレクサンドル ペトロヴィチ
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インスティトゥト カタリザ シビルスコゴ オトデレニヤ アカデミイ ナウク エスエスエスエル
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 アンモニア生産方法 発明の分野 本発明は化学技術、より詳細には、窒素産業のプラントにおける天然ガスすなわ ちケーシングヘッドガス(easing−head gas)の処理に際し得ら れる窒素−水素混合物がらアンモニアを生産する方法に係る。[Detailed description of the invention] Ammonia production method field of invention The invention relates to chemical technology, more particularly to the production of natural gas in plants of the nitrogen industry. When processing casing-head gas, The present invention relates to a method for producing ammonia from a nitrogen-hydrogen mixture.

従来技術 窒素及び水素からアンモニアを生産するためのより効果的な従来技術の方法は、 次の反応: N 2 + 3 Hz;=t2 N Hs + Qに従って、10〜35MPa の過圧下、600’Cまでの温度で行われる。Conventional technology A more effective prior art method for producing ammonia from nitrogen and hydrogen is The following reaction: N 2 + 3 Hz; = t2 N Hs + 10 to 35 MPa according to Q The process is carried out at temperatures up to 600'C and overpressures of up to 600'C.

アンモニアの合成反応が発熱かつ可逆的であるという事実により、温度を連続的 に減少せしめるとアンモニア濃度が上昇するという特憔を有する理論的に最適の 条件下で、アンモニアの最大収率が達成される(イエ、ヤ、メルニコフ(E、Y a、Mel’ n1kov)iji”ハンドブックオブナイトロジエンヮーカー (Handbookof Nitrogen Worker)、1986. p 、510:エル、デー、クズネトソフ(L、D、にuznetsov)ら、“シ ンセシスオブアンモニア(Synthesisof Ammonia)、198 2.“ヒミャ(Khimiya)”バブリシャ(Publish−ers) 、 モスクワ、 p、296参照)、このために、現代のアンモニア生産技術は、理 論的に最適な条件に近い温度条件を与えるこトニ向ケラしている。さらに、鉄触 媒上でのアンモニアの生産中に、550℃を越える温度を使用すべきでない、な ぜならば、このような温度においては、触媒はその活性を急速に失うからである 。出発水素−窒素供給物のアンモニアへの転化率(de−gree of co nversion)を増大せしめるには、一般に、一部分反応した水素−窒素供 給物を合成反応器の出口から入口へと繰返し再循環し、得られたアンモニアをそ こから分離し、そして再循環した供給物の一部を送出してパージしながら、アン モニア生産方法を行う0合成の再循環比及び圧力は、経済的パラメータに基づい て決定される。The fact that the ammonia synthesis reaction is exothermic and reversible makes it possible to continuously control the temperature. Theoretically optimal ammonia concentration increases when reduced to Under the conditions, maximum yields of ammonia are achieved (E, Y Melnikov (E, Y a, Mel’ n1kov) iji” Handbook of Nitrogen Engine (Handbook of Nitrogen Worker), 1986. p. , 510: L. D., Kuznetsov et al. Synthesis of Ammonia, 198 2. “Khimiya” Publish-ers, Moscow, p. 296), for this reason modern ammonia production technology is It is desirable to provide temperature conditions close to theoretically optimal conditions. Furthermore, iron touch Temperatures above 550°C should not be used during the production of ammonia over medium. This is because at such temperatures the catalyst rapidly loses its activity. . Conversion rate of starting hydrogen-nitrogen feed to ammonia In general, a partially reacted hydrogen-nitrogen donor is used to increase The feed is repeatedly recycled from the outlet to the inlet of the synthesis reactor, and the resulting ammonia is An uncircumcised part of the feed is pumped out and purged. The recirculation ratio and pressure of the zero synthesis carrying out the Monia production process are based on economic parameters. Determined by

反応ガスの温度及び組成が時間と共は実質的に変化しないようなアンモニア生産 方法は、技術上知られている(エル、デー。Ammonia production where the temperature and composition of the reactant gases do not change substantially over time. Methods are known in the art (L, D.

クズネトソフ(L、D、Kuznetsov)ら、“シンセシスオブアンモニア (Synthesis of^−monia)”、1982. ”ヒミャ(Kh iaiya)″バブリシャ(Publishers)、モスクワ、 p、296 参照)、この方法は、出発窒素−水素混合物を触媒床へ供給する前にその混合物 を予熱すること及び触媒床の間で又は除熱管の使用により直接触媒床内で、反応 ガスを中間冷却することを含んでいる。窒素−水素供給物を中間冷却する場合、 触媒は3〜4個の床内に配置され、その床の間で、窒素−水素供給物を出発ガス と混合することによって冷却が行われ、又は遊M熱は、水の加熱もしくは蒸気の 発生のために使用される。この従来技術の方法は、そのプロセスの温度条件が理 論的に最適な条件に全く十分に従っていないことを特徴としており、したがって 出発窒素−水素供給物(starting nitrogen−hydroge n feed)の所望生成物への不充分な変換率(容量の約16%)が認められ る。Kuznetsov (L, D.) et al., “Synthesis of ammonia (Synthesis of^-monia)”, 1982. “Himya (Kh iaiya)'' Publishers, Moscow, p, 296 ), the process involves the addition of a starting nitrogen-hydrogen mixture to the catalyst bed before the mixture is fed to the catalyst bed. The reaction can be carried out between the catalyst beds or directly within the catalyst bed by preheating the catalyst and using heat removal tubes. It involves intercooling the gas. When intercooling the nitrogen-hydrogen feed, The catalyst is arranged in 3-4 beds between which the nitrogen-hydrogen feed is introduced into the starting gas. Cooling is achieved by mixing with water or free M heat is generated by heating water or steam used for generation. This prior art method requires that the temperature conditions of the process be characterized by not fully complying with theoretically optimal conditions, and therefore starting nitrogen-hydrogen Insufficient conversion of n feed) to the desired product (approximately 16% of volume) was observed. Ru.

さらに、上記方法を実際に実施するためには、精巧な設計の扱いにくい頑丈な反 応器を使用すべきである。In addition, the practical implementation of the above method requires an elaborately designed, cumbersome, and sturdy counter. should be used.

触媒の単一床内で行われるアンモニア生産方法は技術上知られている。触媒は、 120乃至590℃の範囲内の反応温度に相当する温度に予熱される。Processes for producing ammonia carried out in a single bed of catalyst are known in the art. The catalyst is It is preheated to a temperature corresponding to the reaction temperature in the range 120-590°C.

次いで、20乃至150℃の温度において、出発窒素−水素供給物を加熱した触 媒の上に供給する。5〜30分後、窒素−水素混合物の触媒への供給方向を逆方 向へ変化させる(SU、^。The starting nitrogen-hydrogen feed is then heated to a temperature of 20 to 150°C. feed on top of the medium. After 5 to 30 minutes, reverse the direction of supply of the nitrogen-hydrogen mixture to the catalyst. change in the direction (SU, ^.

865796) 、窒素−水素供給物の触媒床への供給方向を等しい時間間隔内 で変化せしめることにより、すなわち窒素−水素供給物の入口及び出口の場所を 断続的に変化せしめることにより、非定常条件(non−stationary  conditions)下でアンモニアの連続合成方法が行われ、温度分布は 触媒床に沿って動く、この温度分布は、三つの帯域、すなわち窒素−水素供給物 の加熱帯域、触媒床の中央内部の高温帯域及び該触媒床からの窒素−水素供給物 の出口附近の温度降下帯域を特徴としている。温度降下帯域は、冷ガス混合物と の熱交換を計算して、触媒の余熱のために形成される。かかる温度分布により、 一般的に、触媒床からの出口においてアンモニアの十分に高い濃度が可能になる 。865796), the direction of feed of the nitrogen-hydrogen feed to the catalyst bed within equal time intervals. i.e. by varying the location of the nitrogen-hydrogen feed inlet and outlet. By making the changes occur intermittently, non-stationary conditions (non-stationary The continuous synthesis method of ammonia is carried out under the following conditions, and the temperature distribution is Moving along the catalyst bed, this temperature distribution is divided into three zones: nitrogen-hydrogen feed; heating zone, a hot zone within the center of the catalyst bed and a nitrogen-hydrogen feed from the catalyst bed. It is characterized by a temperature drop zone near the exit. The temperature drop zone is a cold gas mixture and Calculate the heat exchange of , which is formed for the preheat of the catalyst. Due to this temperature distribution, Generally allows a sufficiently high concentration of ammonia at the outlet from the catalyst bed .

しかしながら、実際的な実施において、アンモニアを生産するためのこの方法は 確かな困難性に遭遇する。However, in practical implementation, this method for producing ammonia encounter certain difficulties.

この方法を実施するに際し、触媒床からの出口における窒素−水素混合物におい て、触媒床充填物の異なった密度のために、15.8容量%に等しい低濃度のア ンモニアが達成される。触媒床充填物の構造的不均一(structural  non−uniformities)は、反応混合物の運動方向に垂直な触媒床 の横断面にお11)て、過熱帯域及び冷却された帯域を形成する一因となり、そ の形成により、結局触媒の過熱及びその活性の損失がもたらされる。When carrying out this process, the nitrogen-hydrogen mixture at the outlet from the catalyst bed is Therefore, due to the different density of the catalyst bed packing, a low concentration of aluminum equal to 15.8% by volume ummonia is achieved. Structural heterogeneity of catalyst bed packing non-uniformities) are catalyst beds perpendicular to the direction of movement of the reaction mixture. 11) contributes to the formation of a superheated zone and a cooled zone, and The formation of eventually leads to overheating of the catalyst and loss of its activity.

その結果として、すでに前述したように、触媒床からの出口における窒素−水素 混合物において、アンモニア濃度が低下する。As a result, as already mentioned above, the nitrogen-hydrogen at the outlet from the catalyst bed In the mixture, the ammonia concentration decreases.

発明の開示 本発明は、該プロセスの温度条件を一定水準に維持することによって、高濃度で 所望生成物を得ることを可能にするようなアンモニア生産方法を提供することに 係る。Disclosure of invention By maintaining the temperature conditions of the process at a constant level, the present invention enables To provide a process for the production of ammonia which makes it possible to obtain the desired product It depends.

この目的は、窒素−水素供給物を420乃至590℃の範囲内の温度を有する触 媒床へ入れ、その供給物の供給方向を逆方向に断続的に変化させ、次いで生成ア ンモニア及び未反応窒素−水素供給物を触媒床から除去してなる窒素−水素供給 物からアンモニアを生産する方法において、本発明によれば、その方法を、出発 窒素−水素供給物の供給方向に垂直な触媒床の横断面に沿って少なくとも二つの 部分に分割された触媒床におり)て、前記部分の間で、第一の部分の後の次の触 媒部分への入口における窒素−水素供給物の温度勾配が20℃以下に等しくなる まで、該供給物が混合させられるように行い、またその方法を、20〜250℃ の出発窒素−水素供給物の入口温度において、10〜100MPaの圧力下で行 うことによって達成される。The purpose is to supply the nitrogen-hydrogen feed to a reactor with a temperature in the range of 420 to 590°C. into the medium bed, the feed direction of the feed is intermittently changed in the opposite direction, and then the production Nitrogen-hydrogen feed by removing ammonia and unreacted nitrogen-hydrogen feed from the catalyst bed According to the present invention, in a method for producing ammonia from at least two along the cross-section of the catalyst bed perpendicular to the direction of nitrogen-hydrogen feed feed. (in a catalyst bed divided into parts), between said parts, the next catalyst after the first part is The temperature gradient of the nitrogen-hydrogen feed at the inlet to the media section is equal to or less than 20°C. The feeds are mixed until the temperature is 20-250°C. carried out under a pressure of 10 to 100 MPa at an inlet temperature of the starting nitrogen-hydrogen feed of This is achieved by

本発明によれば、窒素−約20%、水素−約66%、アlレゴン、メタンのよう な不活性ガス−約10%及びアンモニア−約2%を含んでいる出発窒素−水素供 給物から、アンモニア生産のための従来技術の方法と比較して、アンモニア合成 のための電力消費量を減じかつプロセスの一般的簡易化されて、所望生成物を2 0容量%の濃度で得ることが可能である。According to the invention, nitrogen - about 20%, hydrogen - about 66%, alegone, methane, etc. A starting nitrogen-hydrogen supply containing approximately 10% inert gas and approximately 2% ammonia. Ammonia synthesis from feedstock compared to prior art methods for ammonia production reducing power consumption and general simplification of the process to produce the desired product. It is possible to obtain a concentration of 0% by volume.

出発窒素−水素ガス供給物を触媒床を通過せしめて、高温帯域内でのこの供給物 の混合を可能にし、かくしてアンモニア収率を増加せしめるためには、本発明に よれば、出発供給物の供給方向に垂直な触媒の横断面において、0.5〜1:1 に等しい容積比で少なくとも二つの部分に分割された触媒を使用することが適切 である。Passing the starting nitrogen-hydrogen gas feed through a catalyst bed to reduce the temperature of this feed within the hot zone. In order to enable the mixing of ammonia and thus increase the ammonia yield, the present invention According to 0.5 to 1:1 in the cross section of the catalyst perpendicular to the feed direction of the starting feed. It is appropriate to use a catalyst divided into at least two parts with a volume ratio equal to It is.

本発明によれば、15乃至501の粒度を有する触媒を使用することが適切であ る。According to the invention, it is suitable to use catalysts with a particle size of 15 to 501. Ru.

本発明のその上の目的及び利点は、アンモニア生成方法についての以下の詳細な 説明及びこの方法を例示する実施例から、今、より十分明白になるだろう。Further objects and advantages of the present invention are described in the following detailed description of the ammonia production method. It will now become more fully clear from the description and examples illustrating this method.

本発明による方法は、出発生産物として、次の組成:窒素−約22%、水素−約 66%、アルゴン及びメタンのような不活性ガス−約10%並びにアンモニア− 約2%を有するガス供給物を使用することによって行われる。所望生成物の合成 は、触媒床内で進行する次の反応: N2 +BH4=全2NH,+Qの結果と して起こる。アンモニア合成に関しての触媒活性は、周期系(periodic  5ystes+)のうちの多くの元素によって示される。しかしながら、最も 高い触媒活性は、本発明による方法を遂行する際に最も好ましい助触媒添加鉄触 媒(iron promotedcatalysts)によって示される。より 特定的には、助触媒添加鉄触媒は、化学量論を超えたわずかに過剰のFeOを有 する磁鉄鉱90〜98%及び助触媒添加剤(promotor adJitiv es)(A I 20 、 Ca 01K20.5i(h及び他の酸化物〉7〜 10%を含んでいる。The process according to the invention uses as starting products the following composition: nitrogen - approx. 22%, hydrogen - approx. 66%, inert gases such as argon and methane - about 10% and ammonia - This is done by using a gas feed having about 2%. Synthesis of desired product is the result of the following reaction proceeding in the catalyst bed: N2 + BH4 = total 2NH, +Q It happens. Catalytic activity for ammonia synthesis is periodic. 5ystes+). However, most High catalytic activity makes it the most preferred cocatalyzed iron catalyst when carrying out the process according to the invention. Iron promoted catalysts. Than Specifically, the cocatalyzed iron catalyst has a slight excess of FeO above the stoichiometry. 90-98% magnetite and promoter additive (promotor adJitiv) es) (AI 20, Ca 01K20.5i (h and other oxides) 7~ Contains 10%.

使用触媒は、粒状のまたは圧潰された材料の形状である0分別寸法(fract ion 5ize)は、1〜3.3〜5.5〜7.7〜1O510〜15m論で ある。The catalyst used is of fractional size, which is in the form of granular or crushed material. ion 5ize) is 1-3.3-5.5-7.7-1O510-15m theory be.

本発明による方法は、上で規定した分別寸法及び15乃至5015mの粒度を有 する触媒を使用して実現された。上記分別寸法を有する触媒の使用により、濾過 (filtering)初期窒素−水素供給物と触媒床との間の熱交換の強さが 低下し、その結果、出発冷窒素−水素供給物を高温に加熱するために必要とされ る接触時間が長時間となる。この接触時間の間に、出発反応物質(starti ng reagents)の一部は、アンモニア合成反応に入るため及び部分的 に反応した窒素−水素供給物が通過する高温帯域に入るための時間を有し、その ために熱のより少ない発生で反応が起こり、かくして最高温度の低下がもたらさ れる。アンモニアの生成反応の拡散の減速を防ぐために、触媒の大形粒子(la rge−size particle)内の孔を通して供給することが可能布を ならすことにより、プロセスの温度条件は最適条件に近くなり;さらに使用装置 の液圧抵抗は実質的に低下する。The method according to the invention has a fractionation size as defined above and a particle size of 15 to 5015 m. This was achieved using a catalyst that By using a catalyst with the above fractionation dimensions, filtration (filtering) The strength of the heat exchange between the initial nitrogen-hydrogen feed and the catalyst bed is As a result, the starting cold nitrogen-hydrogen feed is required to heat to a high temperature. The contact time will be long. During this contact time, the starting reactants (starti ng reagents) to enter the ammonia synthesis reaction and partially has time to enter the high temperature zone through which the reacted nitrogen-hydrogen feed passes; Therefore, the reaction takes place with less generation of heat, thus resulting in a lower maximum temperature. It will be done. In order to prevent slowing down of the diffusion of ammonia production reaction, large catalyst particles (la cloth that can be fed through holes in the rge-size particle) By equalizing, the temperature conditions of the process are close to the optimum conditions; The hydraulic resistance of is substantially reduced.

50mmを超える大きさを有する触媒粒子の使用により、−過窒素一水素供給物 (filtering nitrogen−hydrogen feed)と触 媒との間の熱伝達及び物質移動のプロセスの強さが非常に強く低下するので、触 媒床からの出口における窒素−水素供給物において高濃度のアンモニアを維持す るためには、触媒量を実質的に増加せしめること、すなわち、出発ガスの空間速 度を低下せしめることが必要である。By using catalyst particles with a size of more than 50 mm, -pernitrogen-hydrogen feed (filtering nitrogen-hydrogen feed) The strength of the heat transfer and mass transfer processes between the medium and the Maintaining a high concentration of ammonia in the nitrogen-hydrogen feed at the exit from the media bed In order to achieve this, the amount of catalyst must be substantially increased, i.e. It is necessary to reduce the degree of

本発明によれば、アンモニアの合成方法は、分割する部分の容積の間の比率が0 .5〜1:1に等しいように少なくとも二つの部分に分割された触媒床内で行わ れる。該合成方法は、420乃至590℃の範囲内の温度に予熱した触媒床内で 行われる。この温度に達した時、20乃至250℃の温度を有する上記組成の出 発反応ガスが、10乃至100MPaの範囲の圧力下で、触媒床内に供給される 0反応ガスの供給方向は、横断面に垂直であり、上記触媒床はその横断面に沿っ て分割されている。According to the present invention, the method for synthesizing ammonia is such that the ratio between the volumes of the parts to be divided is 0. .. carried out in a catalyst bed divided into at least two parts equal to 5 to 1:1. It will be done. The synthesis method is carried out in a catalyst bed preheated to a temperature in the range of 420 to 590°C. It will be done. When this temperature is reached, the output of the above composition having a temperature of 20 to 250°C The reactant gas is fed into the catalyst bed under a pressure ranging from 10 to 100 MPa. The feeding direction of the 0 reaction gas is perpendicular to the cross section, and the catalyst bed is arranged along the cross section. It is divided into two parts.

本発明による方法において、上記窒素−水素供給物の触媒床への供給方向は、定 期的に逆方向(opposite)に変えられる。In the method according to the invention, the direction of feed of the nitrogen-hydrogen feed to the catalyst bed is fixed. Periodically it is changed to the opposite direction (opposite).

かかる変化の期間は、一般に、l乃至30分に等しい。The duration of such changes is generally equal to 1 to 30 minutes.

触媒床を仕切るに際して形成される触媒床の部分の間の空間において、出発窒素 −水素供給物は、触媒の第一部分の後の次の触媒部分への入口における窒素−水 素供給物の温度勾配が20℃以下に等しくなるまで、混合される。In the space between the sections of the catalyst bed formed during partitioning of the catalyst bed, the starting nitrogen - the hydrogen feed is nitrogen-water at the inlet to the next catalyst section after the first section of the catalyst; Mix until the temperature gradient of the elementary feed is equal to or less than 20°C.

窒素−水素供給物の混合は、好ましくは、触媒床の全容積の約1/3を占めかつ 触媒床の中央部分に位置している高温帯域内で行われるべきである。高温帯域の 外側での窒素−水素混合物の混合は、その有効性をかなり減じる。すでに見出さ れていたように、窒素−水素ガスの最も有効な混合のためには、触媒床部分の容 積比は0.5〜1:1に等しいことが必要である。The nitrogen-hydrogen feed mixture preferably accounts for about 1/3 of the total volume of the catalyst bed and It should be carried out in a high temperature zone located in the central part of the catalyst bed. high temperature range Mixing the nitrogen-hydrogen mixture on the outside considerably reduces its effectiveness. Already a headline As previously mentioned, for the most effective mixing of nitrogen-hydrogen gas, the volume of the catalyst bed should be It is necessary that the product ratio be equal to 0.5 to 1:1.

窒素−水素供給物の温度不均一性(temperature non−un−i firmities)を混合によって均一にすることは、圧力降下と関連する。Temperature non-uniformity of nitrogen-hydrogen feed The homogenization of the firmities by mixing is associated with a pressure drop.

触媒床の第一部分の後の次の触媒床部分の入口において20℃以下に等しい温度 勾配にまで、窒素−水素供給物を混合する間に、圧力降下がかなり増加し、かく して、混合のための電力消費量(power eonsua+ption )が かなり増加する。触媒床における20℃より大きい上記温度勾配においては、過 熱帯域及び冷却帯域が形成され、それによって触媒床からの出口における窒素− 水素供給物においてアンモニア濃度は10%を超える値まで減少する。A temperature equal to or less than 20° C. at the inlet of the next catalyst bed section after the first catalyst bed section. During mixing of the nitrogen-hydrogen feed, the pressure drop increases considerably until the gradient Then, the power consumption for mixing (power eonsua+ption) is It increases considerably. At the above temperature gradient greater than 20°C in the catalyst bed, A hot zone and a cooling zone are formed, whereby nitrogen at the outlet from the catalyst bed The ammonia concentration in the hydrogen feed is reduced to a value of over 10%.

20乃至250℃の温度においてかつ10乃至100MPaの範囲内の圧力下で 、窒素−水素供給物は、ガス流の運動に沿って、触媒床の第一部分へと供給され る。20℃未満の温度における窒素−水素供給物の供給は、触媒床からの出口に おけるアンモニア濃度のいかなる増加をももたらさず、一方250℃を超える温 度におけるこの供給物の供給は、触媒床内部の降下温度の最適でない帯域の形成 により、また出発窒素−水素供給物の供給方向の変化と変化との間の時間の実質 的不足により、該触媒床からの出口における窒素−水素供給物において、アンモ ニア濃度の低下を生じさせる。10MPa未満及び100MPaを超える圧力下 でのアンモニア合成法の効率は、低い圧力下では、触媒床の出口における窒素− 水素供給物において、アンモニア濃度がかなり減少し、また高い圧力の使用は、 高価な装置を必要とするという事実により、かなり減少する。触媒床の第一部分 から供給された窒素−水素供給物は、出発ガスの流れに垂直な横断面の場合と異 なる150〜200℃程度までの高温を有している。上記mllIr面の上の窒 素−水素供給物の濃度を均一にするために、触媒床の第一部分の後の次の触媒床 部分の入口におけるこの混合物の温度勾配が20℃以下に等しくされるまで、こ の混合物は混合される。At a temperature of 20 to 250°C and under a pressure in the range of 10 to 100 MPa , a nitrogen-hydrogen feed is fed into the first portion of the catalyst bed along the motion of the gas stream. Ru. The supply of nitrogen-hydrogen feed at a temperature below 20° C. at the outlet from the catalyst bed does not result in any increase in ammonia concentration at temperatures above 250°C. The supply of this feed at a temperature of and the actual time between changes in the feed direction of the starting nitrogen-hydrogen feed. Due to the lack of ammonia in the nitrogen-hydrogen feed at the outlet from the catalyst bed, causing a decrease in near concentration. Under pressures below 10MPa and above 100MPa The efficiency of the ammonia synthesis method in In the hydrogen feed, the ammonia concentration is significantly reduced and the use of high pressures Significantly reduced by the fact that it requires expensive equipment. First part of the catalyst bed The nitrogen-hydrogen feed supplied from It has a high temperature of about 150 to 200°C. Nitrogen on the above mllIr surface The next catalyst bed after the first part of the catalyst bed in order to equalize the concentration of hydrogen feed. This is continued until the temperature gradient of this mixture at the inlet of the section is equalized below 20°C. The mixture of is mixed.

触媒床の構造的不均質性(struetural non−homogenei ty)によって生じた窒素−水素供給物の温度不均一(temperature  non−uniformity)を確立するための特性時間(charact eristictise)が、出発窒素−水素供給物の供給方向の変化と変化と の間の時間よりも大きいという事実のために、本発明によるこの窒素−水素供給 物の混合は、出発ガス流に垂直な触媒床の任意の横断面における温度の均一化を 引き起こし、かくして一般的に、アンモニア生産方法の最適条件を可能にする。Structural non-homogeneity of the catalyst bed Temperature non-uniformity of the nitrogen-hydrogen feed caused by Characteristic time (character) to establish non-uniformity eristictise) due to changes in feed direction and changes in the starting nitrogen-hydrogen feed. Due to the fact that the time between The mixing of the materials leads to temperature homogenization in any cross-section of the catalyst bed perpendicular to the starting gas flow. inducing and thus generally allowing optimum conditions for the ammonia production process.

触媒床への窒素−水素供給物の供給方向の変化は、既に前述したように、1乃至 30分の間隔で行われる。出発ガスの供給方向の変化が許容されうる最大期間よ りも短い期間においては、触媒床の出口における窒素−水素混合物のアンモニア 濃度は減少する。より長い期間においては、触媒床からの熱は、供給された出発 供給物によって除かれ、そしてアンモニアの生成反応は停止される。The change in the direction of feed of the nitrogen-hydrogen feed to the catalyst bed can vary from 1 to 1, as already mentioned above. It takes place every 30 minutes. The maximum period for which a change in the direction of supply of starting gas is allowed is In the short term, the ammonia in the nitrogen-hydrogen mixture at the outlet of the catalyst bed concentration decreases. In longer periods, the heat from the catalyst bed is The feed is removed and the ammonia production reaction is stopped.

触媒床を通しての出発窒素−水素供給物の濾過(filtration)の結果 として、すでに詳細に前述したように、本発明によれば、アンモニアは、キャリ ヤー(窒素−水素混合物)中に約20容量%の濃度で生成される。生成したアン モニア及び未反応の混合物は、触媒床から取り除かれ、そして通常の技術によっ て行われる分離及び精製へと送出される。Results of filtration of the starting nitrogen-hydrogen feed through the catalyst bed According to the invention, as already mentioned in detail above, ammonia is (nitrogen-hydrogen mixture) at a concentration of about 20% by volume. The generated Anne Monia and unreacted mixture are removed from the catalyst bed and by conventional techniques. It is sent for further separation and purification.

発明を実施するための最良の実施態様 本発明のより良き理解のために、いくつかの特定の実施例を以下に与える。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION For a better understanding of the invention, some specific examples are given below.

実施例1 1:1に等しい容積比で二つの部分に分割されかつ500℃の温度に加熱された 3〜5−の粒度を有する触媒床に、窒素−22容量%、水素−66容量%、不活 性ガス−10容1%、アンモニア−2容量%を含んでいる窒素−水素供給物を、 20℃の温度で、32MPaの圧力下に、12,000h−’の供給物流空間速 度で供給する。窒素−水素供給物を、触媒床の第一部分の後の次の触媒床部分へ の入口におけるこの供給物の温度勾配が20℃に等しくされるまで、該触媒床の 部分の間で混合する。出発供給物の供給方向の反対方向(opposite ) への変化を1分ごとに行う、アンモニアの平均収率は16.1%であり、アンモ ニアの増加(gain)は14.1%である。Example 1 divided into two parts with a volume ratio equal to 1:1 and heated to a temperature of 500 °C A catalyst bed with a particle size of 3 to 5 was charged with nitrogen - 22% by volume, hydrogen - 66% by volume, inert A nitrogen-hydrogen feed containing 1% by volume of aqueous gases, 2% by volume of ammonia, At a temperature of 20°C and under a pressure of 32 MPa, a feed flow space velocity of 12,000 h-' Supply in degrees. the nitrogen-hydrogen feed to the next catalyst bed section after the first section of the catalyst bed; of the catalyst bed until the temperature gradient of this feed at the inlet of the catalyst bed is equal to 20°C. Mix between parts. Opposite to the feed direction of the starting feed The average yield of ammonia is 16.1%, with a change in ammonia every minute. The near gain is 14.1%.

実施例2 前記実施例1記載の条件と同様の条件でアンモニアの合成を行う、しかしながら 、触媒床への入口における窒素−水素供給物の温度は100℃である。出発供給 物の供給方向の反対方向への変化は4分ごとに行われる。アンモニアの平均収率 は19.7%であり、アンモニアの増加は17.7%である。Example 2 Synthesis of ammonia is carried out under conditions similar to those described in Example 1 above, however , the temperature of the nitrogen-hydrogen feed at the inlet to the catalyst bed is 100°C. departure supply A change in the direction of supply of material to the opposite direction takes place every 4 minutes. Average yield of ammonia is 19.7%, and the increase in ammonia is 17.7%.

実施例3 前記実施例1記載の条件と同様な条件でアンモニアの合成を行う、しかしながら 、触媒床への入口における窒素−水素供給物の温度は250℃である。出発供給 物の供給方向の反対方向への変化は5分ごとに行われる。アンモニアの平均収率 は19%であり、アンモニアの増加は17%である。Example 3 Synthesis of ammonia is carried out under conditions similar to those described in Example 1 above, however. , the temperature of the nitrogen-hydrogen feed at the inlet to the catalyst bed is 250°C. departure supply A change in the direction of supply of material to the opposite direction takes place every 5 minutes. Average yield of ammonia is 19% and the increase in ammonia is 17%.

実施例4 実施例1の条件と同様の条件でアンモニアの合成を行う、しかしながら、出発窒 素−水素供給物の圧力は10MPaであり、触媒床の入口における窒素−水素供 給物の温度は100℃である。出発供給物の供給方向の反対方向への変化は5分 ごとに行われる。アンモニアの平均収率は10%であり、アンモニアの増加は8 %である。Example 4 Synthesis of ammonia is carried out under conditions similar to those of Example 1, however, the starting nitrogen The pressure of the nitrogen-hydrogen feed was 10 MPa, and the nitrogen-hydrogen feed pressure was 10 MPa. The feed temperature is 100°C. Change in feed direction of starting feed in opposite direction is 5 minutes It is done every. The average yield of ammonia is 10% and the increase in ammonia is 8 %.

実施例5 実施例1の条件と同様の条件でアンモニアの合成を行う、しかしながら、出発窒 素−水素供給物の圧力は100MPaである。アンモニアの平均収率は32%で あり、アンモニアの増加は30%である。Example 5 Synthesis of ammonia is carried out under conditions similar to those of Example 1, however, the starting nitrogen The pressure of the hydrogen-hydrogen feed is 100 MPa. The average yield of ammonia is 32%. Yes, the increase in ammonia is 30%.

実施例6 前記実施例2の条件と同様の条件でアンモニアの合成を行う。Example 6 Ammonia is synthesized under the same conditions as in Example 2 above.

しかしながら、触媒の粒度は15mmである。アンモニアの平均収率は20.2 %であり、アンモニアの増加は18.2%である。However, the particle size of the catalyst is 15 mm. The average yield of ammonia is 20.2 %, and the increase in ammonia is 18.2%.

実施例7 実施例2記載の条件と同様な条件でアンモニアの合成を行う。Example 7 Ammonia synthesis is carried out under conditions similar to those described in Example 2.

しかしながら、触媒の平均粒度は50■−である。アンモニアの平均収率は16 %であり、アンモニアの増加は14%である。However, the average particle size of the catalyst is 50 cm. The average yield of ammonia is 16 %, and the increase in ammonia is 14%.

実施例8 実施例1で特定した条件と同様の条件でアンモニアの合成を行う、しかしながら 、触媒床は、0.5:1に等しい容積比で二つの部分に分割されている。アンモ ニアの平均収率は15.9%であり、アンモニアの増加は13.8%である。Example 8 Ammonia synthesis is carried out under conditions similar to those specified in Example 1, however , the catalyst bed is divided into two parts with a volume ratio equal to 0.5:1. Anmo The average yield of ammonia is 15.9% and the increase of ammonia is 13.8%.

実施例9 実施例1の条件と同様な条件でアンモニアの合成を行う、しかしながら、触媒床 は、0.6:1の容積比で二つの部分に分割されている。アンモニアの平均収率 は15.9%であり、アンモニアの増加は13.9%である。Example 9 Synthesis of ammonia is carried out under conditions similar to those of Example 1, however, the catalyst bed is divided into two parts with a volume ratio of 0.6:1. Average yield of ammonia is 15.9%, and the increase in ammonia is 13.9%.

実施例10 実施例1の条件と同様の条件でアンモニアの合成を行う、しかしながら、触媒床 は、0.7:1の容積比で二つの部分に分割されている。アンモニアの平均収率 は14%であり、アンモニアの増加は12%である。Example 10 Synthesis of ammonia is carried out under conditions similar to those of Example 1, however, the catalyst bed is divided into two parts with a volume ratio of 0.7:1. Average yield of ammonia is 14% and the increase in ammonia is 12%.

実施例11 前記実施例1記載の条件と同様の条件でアンモニアの合成を行う、しかしながら 、触媒床は、0.8:1の容積比で二つの部分に分割されている。アンモニアの 平均収率は16%であり、アンモニアの増加は14%である。Example 11 Synthesis of ammonia is carried out under conditions similar to those described in Example 1 above, however , the catalyst bed is divided into two parts with a volume ratio of 0.8:1. of ammonia The average yield is 16% and the ammonia increase is 14%.

実施例12 実施例1の条件と同様の条件でアンモニアの合成を行う、しかしながら、触媒床 は、0.9:1の容積比で二つの部分に分割されている。アンモニアの平均収率 は16%であり、アンモニアの増加は14,1%である。Example 12 Synthesis of ammonia is carried out under conditions similar to those of Example 1, however, the catalyst bed is divided into two parts with a volume ratio of 0.9:1. Average yield of ammonia is 16% and the increase in ammonia is 14.1%.

実施例13 実施例1記載の条件と同様な条件でアンモニアの合成を行う。Example 13 Ammonia synthesis is carried out under conditions similar to those described in Example 1.

しかしながら、触媒床の部分の間で、触媒床の第一部分に続く次の触媒床部分へ の入口において、窒素−水素供給物の温度勾配が10℃に等しくなるまで、この 供給物を混合する。アンモニアの平均収率は16.4%であり、アンモニアの増 加は14.4%である。However, between sections of the catalyst bed, to the next section of the catalyst bed following the first section of the catalyst bed. This is continued until the temperature gradient of the nitrogen-hydrogen feed equals 10°C at the inlet of the Mix the feeds. The average yield of ammonia was 16.4%, and the increase in ammonia Addition is 14.4%.

実施例14 前記実施例1記載の条件と同様な条件でアンモニアの合成を行う、しかしながら 、出発窒素−水素供給物は、窒素−20容量%、水素−60容量%、不活性ガス −15容量%、アンモニア−5容量%を含んでいる。出発供給物の供給方向の反 対方向への変化は2分ごとに行われる。アンモニアの平均収率は16.6%であ り、アンモニアの増加は11.6%である。Example 14 Synthesis of ammonia is carried out under conditions similar to those described in Example 1 above, however. , the starting nitrogen-hydrogen feed was: nitrogen - 20% by volume, hydrogen - 60% by volume, inert gas -15% by volume, and -5% by volume of ammonia. Opposite of feeding direction of starting feed Changes in the opposite direction occur every two minutes. The average yield of ammonia was 16.6%. The increase in ammonia was 11.6%.

産業上の利用性 アンモニアは、硝酸、窒素含有塩、尿素、炭酸水素ナトリウム、シアン化水素酸 、肥料、ジアゾタイプの光複写用材料の生産に有用である。Industrial applicability Ammonia, nitric acid, nitrogen-containing salts, urea, sodium bicarbonate, hydrocyanic acid , fertilizers, and the production of diazo-type photocopying materials.

国際調査報告international search report

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.窒素一水素供給物を420乃至590℃の範囲内の温度を有する触媒床へ供 給し、該供給物の供給方向を逆方向へ断続的に変化せしめ、次いで生成したアン モニア及び未反応の窒素一水素供給物を触媒床から除去することによって該供給 物からアンモニアを生産する方法において、この方法を、出発窒素一水素供給物 の供給方向に垂直な断面において少なくとも二つの部分に分割された触媒床にお いて、前記部分の間で、窒素一水素供給物が、触媒床の第一部分の後の次の触媒 床部分への入口における該供給物の温度勾配が20℃以下に等しくなるまで、混 合されるように行い、またこの方法を、10乃至100MPaの圧力下で、20 乃至250℃の窒素一水素供給物の入口温度において行うことを特徴とするアン モニア生産方法。1. A nitrogen-hydrogen feed is provided to the catalyst bed having a temperature within the range of 420 to 590°C. The feed direction of the feed is intermittently changed to the opposite direction, and then the generated ampere is supply by removing monia and unreacted nitrogen-hydrogen feed from the catalyst bed. In the process of producing ammonia from a starting nitrogen-hydrogen feed, in a catalyst bed that is divided into at least two parts in a cross section perpendicular to the feeding direction. between said portions, the nitrogen-hydrogen feed passes to the next catalyst after the first portion of the catalyst bed. Mix until the temperature gradient of the feed at the inlet to the bed section is equal to or less than 20°C. This method is carried out under a pressure of 10 to 100 MPa, at a pressure of 20 The method is characterized in that the process is carried out at a nitrogen-hydrogen feed inlet temperature of between 250°C and 250°C. Monia production method. 2.出発供給物の供給方向に垂直な断面において、0・5〜1:1に等しい容積 比で少なくとも二つの部分に分割された触媒が使用されることを特徴とする請求 の範囲第1項に記載の方法。2. Volume equal to 0.5 to 1:1 in the cross section perpendicular to the feeding direction of the starting feed Claim characterized in that a catalyst is used which is divided into at least two parts in ratio The method described in item 1 of the scope. 3.15乃至50mmの粒度を有する触媒が使用されることを特徴とする請求の 範囲第1項及び第2項に記載の方法。3. The claim is characterized in that a catalyst having a particle size of 15 to 50 mm is used. The method according to scope items 1 and 2.
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