JPH05322B2 - - Google Patents

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JPH05322B2
JPH05322B2 JP4429084A JP4429084A JPH05322B2 JP H05322 B2 JPH05322 B2 JP H05322B2 JP 4429084 A JP4429084 A JP 4429084A JP 4429084 A JP4429084 A JP 4429084A JP H05322 B2 JPH05322 B2 JP H05322B2
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gas
ammonia
adsorption
synthesis
nitrogen
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Morihisa Hidaki
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Toyo Engineering Corp
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Toyo Engineering Corp
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Priority to US06/693,491 priority patent/US4624841A/en
Priority to CA000472577A priority patent/CA1229485A/en
Priority to GB08501629A priority patent/GB2155456B/en
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明はアンモニア合成用ガスの、製造工程
の改良に関する。 最も普通のアンモニアの製造法は次のような諸
工程からなつている。 1 1次スチームリフオーミング反応工程 CH4+H2O→CO+3H2 2 2次スチームリフオーミング反応工程 CH4+H2O→CO+3H2 CH4+O→CO+2H2 3 一酸化炭素転化反応工程 CO+H2O→CO2+H2 4 二酸化炭素除去工程 5 一酸化炭素除去工程 6 アンモニア合成反応工程 N2+3H2→2NH3 反応1は水蒸気/炭素比、温度および圧力の、
経済性を考慮した条件の下では不完全に進行し、
少量の未反応メタンは反応2において、ほとんど
転化される。即ち反応2は反応工程1からの高温
ガスに空気を送入し、一部のガスを燃焼させるこ
とにより更に高い温度を得、未反応メタンは触媒
上で低いレベルまで低下される。 スチームリフオーミング工程においてつくられ
たガスは、次に一酸化炭素転化反応工程3におい
て、一酸化炭素をほとんど水素に転化させる。ガ
スは次に二酸化炭素除去工程4、次に一酸化炭素
除去工程5を経てアンモニア合成反応工程6に入
り、アンモニアが合成される。 反応2の条件は、普通、反応2において酸素を
供給するのに必要な量の空気が、反応6において
必要とされる量の窒素を導入するように決められ
る。即ち反応2において導入される空気量はこの
点から制約を受ける。反応1、反応2は共にメタ
ンを一酸化炭素と水素(最終的には水素)に転化
させるための反応であり、もし反応2においても
つと多量の空気を導入することが可能ならば、そ
こにおいてより多量の反応が行われ、反応1の負
荷は大いに減少する。 反応1が行なわれるリフオーマーは通常外熱式
であり、そのチユーブは高温、高圧にさらされ、
材料的に極めて厳しい条件下にある。このような
状態において反応1の負荷が減少することは、リ
フオーマーのチユーブ材料をこの厳しい条件から
解放することであり、逆に言えばより高い圧力の
リフオーミング反応が可能となる。 そのようになればアンモニア合成における圧縮
動力は大幅に減少せしめられることになる。また
二次リフオーマーは内熱式であり、熱効率が極め
て高く、これに比し一次リフオーマーは外熱式の
ため熱効率はかなり低いので、このようにするこ
とによつて熱効率が全体的に高められる。即ちこ
の方法は極めて魅力的な方法である。しかしこの
ためには過剰に導入された窒素をどこかで除去し
なければならない。 このための方法として、アンモニア合成反応6
の前において、深冷分離を利用して除去する方法
が知られている。 この方法は合成ガスを膨脹機を用いて断熱膨脹
させて低温を得、窒素を或程度液化分離せしめ
て、水素と窒素の比率をアンモニア合成反応に適
当な比率にするものである。同時にメタンはほと
んど完全に、一酸化炭素、アルゴンも或程度除去
される。 またアンモニア合成ループにおいて、ガスを深
冷分離によつて処理する方法も提案されている。
(特開昭54−60298) 前者の方法はすぐれた方法ではあるが、しかし
一酸化炭素の分離が充分でないために合成ガスは
メタネーシヨン反応工程、および吸着剤による水
分除去工程を経てから、この分離装置に導入され
ている。従つてプロセス的、コスト的にはそれ程
合理化になつていない。 後者は同様な処理をアンモニア合成ループにお
いて行うものであるが、ここで深冷分離を行うた
めには先ずアンモニアを完全に除去せねばなら
ず、かつ処理すべき窒素の濃度が前者に比較して
低く、窒素を処理する立場からは不利である。従
つてこれらを考慮に入れると必ずしも経済的な方
法とは言えない。 この発明の提供する方法は、アンモニアが合成
され、分離された後の未反応のアンモニア合成ガ
スの一部分を合成ループより抜き出し吸着分離装
置によつて処理し、(ガス中にアンモニアが少量
残つているときは、アンモニアおよび)、窒素お
よび非反応性ガス(即ちメタン、アルゴン)をほ
とんど完全に分離し、水素を主成分とするガスと
しアンモニア合成原料として再利用するにあた
り、この合成ループからの抜き出し量、処理量を
コントロールすることにより合成ガス中の水素、
窒素の比率をコントロールするものである。 生成されたアンモニアを合成ガスから分離する
場合に、その分離法によつて、分離が不完全な
場合と、ほとんど完全な場合とがある。 従来のアンモニア合成法においては、前者の
不完全な場合が全部であつた。即ちこの場合、
反応済合成ガスを冷却することにより、ガス中
のアンモニアを液化させ分離する。従つて合成
ガス中には1〜数%、通常2〜3%位のアンモ
ニアが残つている。 分離がほとんど完全な場合は、未だ工業的に
は実施されている例はないようであるが、合成
ガス中のアンモニアを吸着法、あるいは吸収法
によつてほとんど完全に分離するものである。 水による吸収法の例については、特開昭54−
60299に記載されている。 吸着法によつて合成ガス中のアンモニアをほと
んど分離する方法の例については、この発明の発
明者による発明、特願昭58−155548に記載されて
いる。その発明に限らず、吸着法によつてアンモ
ニアを分離する場合は、分離された合成ガス中の
アンモニアの濃度は非常に低くなる。 これに比し水による吸収法の場合は、アンモニ
アの濃度はやや高くなるが、しかしの液化分離
の場合に比較するとかなり低いレベルになる。 これら2つの場合、吸着分離すべきガスはの
場合は、少量のアンモニア、および窒素、メタ
ン、アルゴン、の場合は窒素、メタン、アルゴ
ンであり、それぞれ処理の仕方が異なる。 の場合の処理法としては、アンモニアを水に
よる吸収で分離した後窒素、メタン、アルゴンを
分離する方法と、吸着装置を使用してこれらを同
時に吸着分離する方法とがある。 前者の方法はプロセル的には問題ないが、実際
には面倒な方法である。後者の方法はアンモニア
と他のガスが低圧で混合して得られるので、これ
からアンモニアを分離回収するのは、プロセス的
にも設備的にも大変である。 の場合、即ち分離すべきガスが窒素、メタ
ン、アルゴンのみでアンモニアが極めて微量であ
る場合は、この分離には圧力変動吸着分離法が好
適に適用できる。窒素、メタン、アルゴンは吸着
力はやや弱い方であるが、これらが全部吸着され
る場合は、一般的に使用される圧力変動吸着分離
法によつて問題なく吸着分離される。また吸着力
がそれ程強くないため、脱着は容易である。 の場合、アンモニアを適当に前処理によつて
除去できれば、後はの場合と同じく圧力変動吸
着分離法が適用できる。 この前処理の方法として、3A型ゼオライトを
使用してアンモニアを選択的に吸着分離せしめる
方法が好適である。3A型ゼオライトはその細孔
の径が3Å(オングストローム)であり、水素、
ヘリウム、ネオン、水、アンモニア以外の分子は
この細孔内に入り得ない。従つてこの場合アンモ
ニアが選択的に吸着され、他の成分は吸着されな
い。即ち3A型ゼオライトを使用した吸着装置に
よつてアンモニアが選択的に吸着されるわけであ
る。一方この際は全く減圧しないか、または減圧
しても、常温においてアンモニアガ液化する圧力
程度に止めて、液安の取得に便利にした方がよ
い。(非凝縮性ガスがかなり入りこむので液化圧
力はやや高目にした方がよい)。 この場合の脱着法としては吸着床を加熱してア
ンモニアを放出せしめる方法が適当である。熱源
としてはアンモニア合成装置からの流出ガス等の
廃熱を適当に利用するのが望ましい。 このようにして、アンモニアを分離された合成
ガスは、そのアンモニアの分離が不完全な場合も
完全な場合も、吸着分離装置によつて好適にガス
組成の調整処理ができる。 次に具体的な例につき、更に詳細に説明する。
第1図に少量のアンモニアを含む合成ガスからア
ンモニアを吸着分離する吸着装置のフローシート
を示す。 吸着床1a,b,cには3A型ゼオライトが充
填されており、床内には加熱および冷却の伝熱管
が設備されている。 処理ガスは21から吸着工程にある吸着床に導
入され、アンモニアを吸着分離され22から流出
する。吸着床が飽和すると、この吸着床は脱着に
切替えられ、加熱されアンモニアを放出し、次に
冷却され、再び吸着工程に循環される。 脱着されたガスはパージガスによつて液化装置
に送られ、そこで液化分離される。この脱着の加
熱媒体としてはアンモニア合成装置から流出した
反応ガスが好適である。 次にアンモニアをほとんど含まないガスから窒
素、メタン、アルゴンを分離する圧力変動吸着分
離装置の例のフローシートを第2図に、そのサイ
クルダイヤグラムを第3図に示す。 このようなガスに対する吸着分離装置として
は、通常使用されている圧力変動吸着分離装置で
も勿論可能である。しかしこのように工程中に組
込まれている場合は、水素の回収率が特に重要で
ある点に留意すべきである。この例に示した装置
はこの点で簡単な割には回収率の高いものであ
る。 吸着床は1a,b,cの3床型である。(主と
して吸着床1aについて、そのサイクルに関して
述べる。) 処理ガスは21から吸着床に流入する。ガスは
吸着成分、窒素、メタン、アルゴンをほとんど吸
着され、即ちほとんど純粋な水素となつて22か
ら流出する。吸着床が飽和し、吸着成分がリーク
し始めると、吸着床1aへの流入を通常の半分に
落し、同時に処理ガスの1bへの流入を通常の半
分の流量で始める。 このように吸着床への流入を半分に落すことに
よつて、脱着工程に切替る時点での未使用吸着床
が少なくなる。なおこの際1aから僅かな量の吸
着成分がリークするが、リークする吸着成分の濃
度は1a,1b全体としては半分となり、かつこ
れはアンモニア合成に特に支障を及ぼすものでは
ないので問題はない。 この2床を並列に使用する時間は、吸着成分の
リークをどれだけ許容するか予め決めておき切替
えればよい。従つてこの工程は短時間で終り、1
aは減圧脱着工程に、1bは流量が全量となつて
吸着工程を継続する。 吸着床1aからの減圧ガスは先ず減圧ガスタン
ク2に流入させ、両方の圧力が略等しくなつたら
再加圧工程にある吸着床1cに流入させる。1a
と1cの圧力が略等しくなつたら、次に減圧ガス
タンク2から1cに流入させ、1cと2の圧力が
等しくなるまで流入させる。1aには次に置換ガ
スタンク4から置換ガスを入口側から流入させ、
床内の空隙ガスを追い出し、パージガスタンク6
に流入させる。このガス置換によつて床内の水素
はほとんど回収される。 このパージガスタンクの内部には蜂の巣状のハ
ニカム、あるいは軸方向に並べられたパイプ等に
よつて半径方向の混合が起らないような充填物が
充填されており、流入したガスの組成がそのまま
保たれたまま貯えられるようになつている。従つ
てこのタンクの入口から奥の方には水素の濃度が
高く、入口の方には水素濃度の低いガスが充填さ
れている。 ガス置換が終つたら次に床は更に減圧される。
ここで流出するガスはほとんど水素を含まず、窒
素、アルゴン等吸着力の弱いものから流出する。
この流出ガスは置換ガスとして好適であるので、
置換ガス受入タンク3に受入れ、置換ガス圧縮機
5によつて圧縮され、置換ガスタンク4に蓄えら
れ、置換に使用される。 吸着床1aは更に減圧され、脱着ガスは排ガス
ライン27から流出する。床内の圧力がほとんど
最低レベルに近ずくと、次にパージガスタンク6
に蓄えられているガスがパージライン25から床
内に導入され、床内の脱着ガスは排ガスライン2
7に追い出される。先に述べたようにパージガス
タンクには入口に近い所では水素ガスの濃度が低
く、奥の方では水素ガスの濃度の高いガスが満さ
れている。従つてこのパージ工程の適当な所で排
ガスラインへの流入を止め、水素濃度の高いガス
は吸着床に留め置き、再加圧工程に入る。 吸着床1aには次に1bからの減圧ガスを、次
に減圧ガスタンク2からの減圧ガスを流入させ
る。この後1aには製品ガスである水素ガスを水
素ガスタンク7から、充填ライン24を通じて流
入させる。 水素ガスタンク7は処理済ガスライン22の流
量の変動が大き過ぎないように、バツフアタンク
として置かれている。 なおこの吸着装置に使用する吸着剤としては、
窒素の吸着が第一であるので、窒素に対する吸着
力の大きいもの、例えばゼオライト等が望まし
い。また吸着装置としては、装置の規模に応じ
て、略同様な考えに基ずくサイクルによる4床
型、あるいはそれ以上の数の床をもつた吸着装置
が可能である。 この吸着装置は比較的簡単なプロセスで高い水
素回収率が得られるものであるが、その要因とし
ては、吸着床の切替時に短時間2床を並列に使
用して未使用吸着床を少なくすること、減圧の
中間でガス置換を行ない、水素含有ガスを回収す
ること、およびこの回収されたガスをパージガ
スとして、吸着床の脱着を有効に行うこと等が挙
げられる。 次に同発明者による、吸着法によつてアンモニ
アを分離する方法に関する発明に、この発明を組
み合せた例を説明する。その発明は3つの発明の
方法を含んでいるが、アンモニアを分離された合
成ガスはどの方法の場合でも大体同じであるの
で、その第一の発明の方法についてのみ述べる。 第4図にその第1の方法にこの発明を組み合せ
た例を示す。 アンモニア合成装置12から流出した温度の高
い反応ガスは吸着分離装置14の脱着工程にある
吸着床14cおよび14dに流入し、ここに吸着
されているアンモニアを脱着し、アンモニアの濃
度が高くなつてアンモニア液化装置16に流入す
る。ここでアンモニアの大部分は液化され、ガス
は次に吸着分離装置14の吸着工程にある吸着床
14aおよび14bに流入し、ここでアンモニア
はほとんど完全に吸着分離されて吸着分離装置か
ら流出し、合成ガス圧縮機11によつてアンモニ
ア合成装置に循環される。 脱着工程は主として最初の吸着床(図におい
て)14cにおいて脱着が行なわれ、次の吸着床
14dでは、この脱着ガスで吸着床を予熱してい
る。また吸着工程においては最初の吸着床14a
において吸着が行なわれ、次の吸着床14bでは
脱着によつて加熱された床の冷却が行なわれてい
る。 これらの吸着床は飽和に達したら、順送りに次
の工程に切替られる。 吸着床14aを流出した合成ガスの一部分21
を圧力変動吸着分離装置17に流入させ、ここで
窒素、メタン、アルゴンをほとんど吸着分離す
る。ここで処理されたガス22は、直ちに合成供
給ガス31と合流し、32から合成ガス圧縮機1
1に流入し、合成装置に送入させられる。 31からの合成供給ガスは著しく窒素過剰の状
態にあるが、22からほとんど水素のみからなる
処理ガスが合流することにより、水素/窒素比率
が化学量論的比率に修正されて、32から合成装
置に送入される。比率の修正は、処理されるガス
量22をコントロールすることにより容易に行な
われる。この比率の修正と同時にメタン、アルゴ
ンも効果的に除去され、合成ループにおけるイナ
ートガスの濃度は低いレベルに保たれる。 圧力変動吸着分離装置における圧力降下は小さ
く押えることができるので、この吸着装置をこの
部分に挿入するについての問題はない。 次に第4図に示した本発明による、1000トン/
日のアンモニアプラントのバランスを示す。 前提条件 原料ガス中の窒素過剰率 40% 圧力変動吸着分離装置の水素回収率 95% アンモニア合成装置入口アンモニア濃度 0% 〃 出口 〃 10% 合成ガス圧縮機出口圧力 55Kg/cm2g 31等は第4図のラインを示す。
This invention relates to improvements in the production process of ammonia synthesis gas. The most common method for producing ammonia consists of the following steps. 1 Primary steam reforming reaction process CH 4 +H 2 O→CO+ 3H 2 2 Secondary steam reforming reaction process CH 4 +H 2 O→CO+3H 2 CH 4 +O→CO+2H 2 3 Carbon monoxide conversion reaction process CO+H 2 O →CO 2 +H 2 4 Carbon dioxide removal process 5 Carbon monoxide removal process 6 Ammonia synthesis reaction process N 2 +3H 2 →2NH 3 Reaction 1 is based on the water vapor/carbon ratio, temperature, and pressure.
It progresses incompletely under economical conditions;
The small amount of unreacted methane is mostly converted in reaction 2. That is, reaction 2 introduces air into the hot gas from reaction step 1 to obtain a higher temperature by combusting some of the gas and unreacted methane is reduced to a low level over the catalyst. The gas produced in the steam reforming step then converts most of the carbon monoxide into hydrogen in a carbon monoxide conversion reaction step 3. The gas then passes through a carbon dioxide removal step 4, then a carbon monoxide removal step 5, and then enters an ammonia synthesis reaction step 6, where ammonia is synthesized. The conditions for reaction 2 are usually such that the amount of air required to provide oxygen in reaction 2 introduces the amount of nitrogen required in reaction 6. That is, the amount of air introduced in reaction 2 is restricted from this point. Reactions 1 and 2 are both reactions for converting methane into carbon monoxide and hydrogen (finally hydrogen), and if it is possible to introduce a large amount of air in reaction 2, then More reactions are carried out and the load on reaction 1 is greatly reduced. The reformer in which reaction 1 is carried out is usually an external heating type, and its tube is exposed to high temperature and pressure.
The material is under extremely harsh conditions. Reducing the load on reaction 1 under such conditions frees the reformer tube material from this severe condition, and conversely, allows for a higher pressure reforming reaction. If this happens, the compression power in ammonia synthesis will be significantly reduced. Further, the secondary reformer is an internal heating type and has extremely high thermal efficiency, whereas the primary reformer is an external heating type and has a considerably low thermal efficiency, so by doing so, the overall thermal efficiency is increased. That is, this method is extremely attractive. However, for this purpose, the excess nitrogen introduced must be removed somewhere. As a method for this purpose, ammonia synthesis reaction 6
Before this, a method is known that utilizes cryogenic separation. In this method, synthesis gas is adiabatically expanded using an expander to obtain a low temperature, nitrogen is liquefied and separated to some extent, and the ratio of hydrogen and nitrogen is adjusted to an appropriate ratio for the ammonia synthesis reaction. At the same time, methane is almost completely removed, and carbon monoxide and argon are also removed to some extent. A method has also been proposed in which the gas is treated by cryogenic separation in the ammonia synthesis loop.
(Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-60298) The former method is an excellent method, but because the separation of carbon monoxide is not sufficient, the synthesis gas must undergo a methanation reaction step and a water removal step using an adsorbent before this separation. installed in the device. Therefore, the process and costs have not been streamlined that much. The latter performs similar treatment in the ammonia synthesis loop, but in order to perform cryogenic separation, ammonia must first be completely removed, and the concentration of nitrogen to be treated is higher than in the former. This is disadvantageous from a nitrogen treatment standpoint. Therefore, if these factors are taken into consideration, it cannot necessarily be said that it is an economical method. In the method provided by the present invention, after ammonia has been synthesized and separated, a portion of the unreacted ammonia synthesis gas is extracted from the synthesis loop and treated with an adsorption separation device. When ammonia and ), nitrogen and non-reactive gases (i.e. methane, argon) are almost completely separated and the gas is made into a hydrogen-based gas and reused as a raw material for ammonia synthesis, the amount extracted from this synthesis loop is , hydrogen in synthesis gas by controlling the throughput,
This controls the nitrogen ratio. When the generated ammonia is separated from the synthesis gas, the separation may be incomplete or almost complete depending on the separation method used. In conventional ammonia synthesis methods, the former is incomplete in all cases. That is, in this case,
By cooling the reacted synthesis gas, ammonia in the gas is liquefied and separated. Therefore, 1 to several percent, usually about 2 to 3 percent, of ammonia remains in the synthesis gas. When the separation is almost complete, ammonia in the synthesis gas is almost completely separated by an adsorption method or an absorption method, although there seems to be no example of this being practiced industrially yet. For an example of the absorption method using water, see JP-A-54-
60299. An example of a method for separating most of the ammonia from synthesis gas by the adsorption method is described in Japanese Patent Application No. 155548/1982, an invention by the inventor of the present invention. Not limited to that invention, when ammonia is separated by an adsorption method, the concentration of ammonia in the separated synthesis gas becomes extremely low. In contrast, in the case of the absorption method using water, the concentration of ammonia is slightly higher, but at a much lower level than in the case of liquefaction separation. In these two cases, the gases to be adsorbed and separated are a small amount of ammonia and nitrogen, methane, and argon in the case of 1, and nitrogen, methane, and argon in the case of 2, and the treatment methods are different for each. Treatment methods in this case include a method in which ammonia is separated by water absorption and then nitrogen, methane, and argon are separated, and a method in which an adsorption device is used to adsorb and separate these at the same time. The former method has no problem in terms of processing, but it is actually a troublesome method. Since the latter method involves mixing ammonia and other gases at low pressure, it is difficult to separate and recover ammonia from this, both in terms of process and equipment. In this case, that is, when the gases to be separated are only nitrogen, methane, and argon, and the amount of ammonia is extremely small, the pressure fluctuation adsorption separation method can be suitably applied to this separation. Nitrogen, methane, and argon have slightly weaker adsorption powers, but if they are all adsorbed, they can be adsorbed and separated without any problem by the commonly used pressure fluctuation adsorption separation method. Moreover, since the adsorption force is not so strong, desorption is easy. In the case of , if ammonia can be removed by appropriate pretreatment, the pressure fluctuation adsorption separation method can be applied as in the case of . As a method for this pretreatment, a method of selectively adsorbing and separating ammonia using type 3A zeolite is suitable. Type 3A zeolite has a pore diameter of 3 Å (angstroms) and can contain hydrogen,
Molecules other than helium, neon, water, and ammonia cannot enter this pore. Therefore, in this case, ammonia is selectively adsorbed, and other components are not adsorbed. That is, ammonia is selectively adsorbed by an adsorption device using type 3A zeolite. On the other hand, in this case, it is better not to reduce the pressure at all, or even if the pressure is reduced, it should be kept at a pressure that would liquefy ammonia at room temperature, so that it is convenient to obtain the liquid base. (Since a large amount of non-condensable gas enters, it is better to set the liquefaction pressure a little higher.) In this case, a suitable desorption method is to heat the adsorption bed to release ammonia. As the heat source, it is desirable to appropriately utilize waste heat such as outflow gas from the ammonia synthesis apparatus. In this way, the synthesis gas from which ammonia has been separated can be suitably subjected to gas composition adjustment processing by the adsorption separation device, whether the ammonia separation is incomplete or complete. Next, a specific example will be explained in more detail.
FIG. 1 shows a flow sheet of an adsorption device for adsorbing and separating ammonia from synthesis gas containing a small amount of ammonia. The adsorption beds 1a, b, and c are filled with 3A type zeolite, and heat exchanger tubes for heating and cooling are installed in the beds. The process gas is introduced from 21 into an adsorption bed in an adsorption step, ammonia is adsorbed and separated, and the gas flows out from 22. Once the adsorption bed is saturated, it is switched to desorption, heated to release ammonia, then cooled and recycled back to the adsorption process. The desorbed gas is sent to a liquefier by a purge gas, where it is liquefied and separated. The reaction gas discharged from the ammonia synthesis apparatus is suitable as the heating medium for this desorption. Next, FIG. 2 shows a flow sheet of an example of a pressure fluctuation adsorption separation device for separating nitrogen, methane, and argon from a gas containing almost no ammonia, and FIG. 3 shows its cycle diagram. As an adsorption/separation device for such a gas, a commonly used pressure fluctuation adsorption/separation device can of course be used. However, it should be noted that when incorporated into the process in this way, the recovery rate of hydrogen is particularly important. In this respect, the device shown in this example has a high recovery rate despite its simplicity. The adsorption bed is of three bed type, 1a, b, and c. (The cycle will be mainly described with respect to the adsorption bed 1a.) Processing gas flows into the adsorption bed from 21. The gas leaves 22 with most of the adsorbed components nitrogen, methane and argon adsorbed, ie almost pure hydrogen. When the adsorption bed becomes saturated and the adsorbed components begin to leak, the flow into the adsorption bed 1a is reduced to half of the normal flow rate, and at the same time the flow of process gas into 1b is started at half the normal flow rate. By cutting the flow into the adsorption bed in half in this way, there is less unused adsorption bed at the time of switching to the desorption step. At this time, a small amount of the adsorbed component leaks from 1a, but the concentration of the leaked adsorbed component is half of that of 1a and 1b as a whole, and this does not particularly interfere with ammonia synthesis, so there is no problem. The time during which these two beds are used in parallel can be changed after determining in advance how much leakage of adsorbed components is allowed. Therefore, this process can be completed in a short time, and 1
1b continues the adsorption process at full flow rate. The reduced pressure gas from the adsorption bed 1a is first flowed into the reduced pressure gas tank 2, and when both pressures are approximately equal, it is allowed to flow into the adsorption bed 1c which is in the repressurization process. 1a
When the pressures of 1c and 1c become approximately equal, the reduced pressure gas is then allowed to flow into 1c from tank 2 until the pressures of 1c and 2 become equal. Next, replacement gas is introduced into 1a from the inlet side from the replacement gas tank 4,
Purge gas tank 6 to expel void gas in the floor.
flow into. By this gas replacement, most of the hydrogen in the bed is recovered. The inside of this purge gas tank is filled with a material such as a honeycomb or pipes arranged in the axial direction to prevent radial mixing, so that the composition of the gas that flows in remains unchanged. It is now possible to store it while it is hanging. Therefore, the gas from the entrance to the back of this tank has a high concentration of hydrogen, and the gas toward the entrance has a low concentration of hydrogen. After the gas exchange is complete, the bed is then further depressurized.
The gas that flows out here contains almost no hydrogen, and gases that have weak adsorption power, such as nitrogen and argon, flow out.
Since this effluent gas is suitable as a replacement gas,
The replacement gas is received in the replacement gas receiving tank 3, compressed by the replacement gas compressor 5, stored in the replacement gas tank 4, and used for replacement. The adsorption bed 1a is further reduced in pressure and the desorbed gas flows out through the exhaust gas line 27. When the pressure in the bed approaches the lowest level, the next purge gas tank 6
The gas stored in the bed is introduced into the bed from the purge line 25, and the desorbed gas in the bed is introduced into the exhaust gas line 2.
7 to be kicked out. As mentioned above, the purge gas tank is filled with gas with a low concentration of hydrogen gas near the inlet, and with a high concentration of hydrogen gas toward the back. Therefore, the flow into the exhaust gas line is stopped at an appropriate point in this purge step, the gas with high hydrogen concentration is retained in the adsorption bed, and the repressurization step begins. Next, the reduced pressure gas from 1b and then the reduced pressure gas from the reduced pressure gas tank 2 are introduced into the adsorption bed 1a. Thereafter, hydrogen gas, which is a product gas, is introduced into 1a from the hydrogen gas tank 7 through the filling line 24. The hydrogen gas tank 7 is placed as a buffer tank so that the flow rate of the treated gas line 22 does not fluctuate too much. The adsorbents used in this adsorption device include:
Since nitrogen adsorption is the first priority, it is desirable to use a material with a large adsorption capacity for nitrogen, such as zeolite. Depending on the scale of the device, the adsorption device may be of a four-bed type or an adsorption device with more beds based on a cycle based on substantially the same idea. This adsorption device achieves a high hydrogen recovery rate through a relatively simple process, but this is due to the fact that two beds are used in parallel for a short period of time when changing adsorption beds to reduce the number of unused adsorption beds. , performing gas replacement in the middle of reduced pressure to recover hydrogen-containing gas, and using the recovered gas as a purge gas to effectively desorb the adsorption bed. Next, an example in which this invention is combined with the invention related to a method for separating ammonia by adsorption method by the same inventor will be explained. Although the invention includes three inventive methods, only the first inventive method will be described since the synthesis gas from which ammonia has been separated is generally the same in each method. FIG. 4 shows an example in which the first method is combined with the present invention. The high-temperature reaction gas flowing out from the ammonia synthesis device 12 flows into the adsorption beds 14c and 14d in the desorption process of the adsorption separation device 14, where the ammonia adsorbed there is desorbed, and the ammonia concentration increases. It flows into the liquefaction device 16. Here, most of the ammonia is liquefied, and the gas then flows into the adsorption beds 14a and 14b in the adsorption stage of the adsorption separation device 14, where the ammonia is almost completely adsorbed and separated and flows out of the adsorption separation device. The synthesis gas compressor 11 circulates the ammonia synthesizer. In the desorption process, desorption is mainly performed in the first adsorption bed (in the figure) 14c, and in the next adsorption bed 14d, the adsorption bed is preheated with this desorption gas. In addition, in the adsorption process, the first adsorption bed 14a
At the next adsorption bed 14b, the bed heated by desorption is cooled. Once these adsorption beds reach saturation, they are sequentially switched to the next step. A portion 21 of the synthesis gas leaving the adsorption bed 14a
flows into the pressure fluctuation adsorption separation device 17, where most of nitrogen, methane, and argon are adsorbed and separated. The processed gas 22 immediately joins the synthesis feed gas 31 and is sent from 32 to the synthesis gas compressor 1.
1 and fed into the synthesizer. The synthesis feed gas from 31 is in a state of significant nitrogen excess, but by joining the process gas consisting almost only of hydrogen from 22, the hydrogen/nitrogen ratio is corrected to the stoichiometric ratio, and the synthesis gas from 32 sent to Modification of the ratio is easily accomplished by controlling the amount of gas 22 processed. Simultaneously with this ratio correction, methane and argon are also effectively removed, keeping the inert gas concentration in the synthesis loop at a low level. Since the pressure drop in the pressure fluctuation adsorption separation device can be kept small, there are no problems with inserting this adsorption device into this part. Next, according to the present invention shown in Fig. 4, 1000 tons/
Showing the balance of the ammonia plant for the day. Prerequisites Nitrogen excess rate in raw gas 40% Hydrogen recovery rate of pressure fluctuation adsorption separation device 95% Ammonia concentration at inlet of ammonia synthesizer 0% 〃 Outlet 〃 10% Synthesis gas compressor outlet pressure 55Kg/cm 2 g 31 etc. The lines in Figure 4 are shown.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 以上のバランスでわかるように、原料ガス中の
メタン濃度は2.4%もあるにも拘らず、合成装置
入口のイナートガス濃度は数%に止まつている。
即ちこの発明の方法を用いることによつて、一方
ではリフオーマーの負荷を減ずることによつて、
その圧力を増大させ、一方ではアンモニアを低圧
で合成することが可能となるのである。 この処理法による利点は次の通りである。 1 この処理工程において除去される窒素の量は
原料ガス中の過剰窒素と同じでなければならな
い。従つてこの処理工程で処理されるガス量
は、原料ガス中の窒素の過剰率によつて異なる
が、概ね原料ガス量の50%以下になる。(前述
の例に示すように、窒素過剰率40%の場合、処
理ガス量は原料ガス量の41%となる。) 深冷分離によつて合成前で処理する場合は当
然原料ガスの全量を処理しなければならない。
合成ループで処理する場合も冷却温度の点か
ら、それ程大幅に窒素を除去することはできな
い。(膨脹機において圧力降下を大きくすれば、
より低温が得られ、窒素の除去量も多くなる
が、圧力回復のための動力が大きくなる)。即
ちこの場合も合成前で処理する場合と大差はな
く、従つて吸着分離法による本法の場合の処理
ガス量は、深冷分離に比較して大幅に少くな
る。 処理ガス量が少ないために、装置のコストも
安くなるという利点があるが、同時に大体ガス
量に比例して起る水素の損失も小さくなる。 2 一般的に、吸着分離装置内の圧力降下は、深
冷分離に比し小さい。特に先に述べたようにガ
ス量が小さいので、その圧力降下が小さくなる
ように設計することができる。 従つて処理されたガスを、合成ガス圧縮機入
口の原料ガスと合流させるのは容易であり、こ
の結果ガス処理のための動力の増加は僅かとな
る。 3 この吸着においては窒素のみならずメタン、
アルゴンもほとんど完全に吸着分離されるので
合成ループにおけるメタンとアルゴンの濃度が
低くなる。従つて原料ガス中のメタンの濃度を
高く許容でき、二次リフオーマー出口のメタン
のリークを高く許容することができる。 このことによつて二次リフオーマーに送入す
る空気量の増大の効果と共に、リフオーマーに
おける操業圧力の増大、操業温度の低下、スチ
ーム/炭素比の低下等の非常に好ましい結果の
いずれかを、選択的に実現させることができる
のである。 4 処理されたガスは、窒素過剰の状態にある原
料ガスと混合し、過剰を修正されてからアンモ
ニア合成装置に送り込まれるので、窒素過剰に
よる悪影響は全くなく、水素/窒素比率のコン
トロールが容易である。 5 処理ガスがアンモニアを含む場合は、その分
離が吸着装置および冷却液化装置の組合せによ
つて可能となり、水による吸収等が不必要とな
り、プロセス的に簡潔となる。
[Table] As can be seen from the above balance, even though the methane concentration in the raw material gas is as high as 2.4%, the inert gas concentration at the inlet of the synthesizer remains at a few percent.
That is, by using the method of this invention, on the one hand, by reducing the load on the reformer,
By increasing the pressure, on the other hand, it becomes possible to synthesize ammonia at low pressure. The advantages of this treatment method are as follows. 1. The amount of nitrogen removed in this treatment step must be the same as the excess nitrogen in the feed gas. Therefore, the amount of gas treated in this treatment step varies depending on the excess ratio of nitrogen in the raw material gas, but is approximately 50% or less of the amount of raw material gas. (As shown in the example above, when the nitrogen excess rate is 40%, the amount of processed gas is 41% of the amount of raw material gas.) When processing before synthesis by cryogenic separation, naturally the entire amount of raw material gas is must be processed.
Even when processing in a synthesis loop, nitrogen cannot be removed to such a large extent due to the cooling temperature. (If you increase the pressure drop in the expander,
(This results in lower temperatures and more nitrogen removal, but requires more power to restore pressure.) That is, in this case as well, there is no big difference from the case where the treatment is performed before synthesis, and therefore, the amount of gas to be treated in the present method using the adsorption separation method is significantly smaller than that in cryogenic separation. Since the amount of gas to be processed is small, the cost of the apparatus is advantageously reduced, but at the same time, the loss of hydrogen, which occurs approximately in proportion to the amount of gas, is also reduced. 2 Generally, the pressure drop within an adsorption separation device is smaller than that in cryogenic separation. In particular, as mentioned above, since the amount of gas is small, it is possible to design the pressure drop to be small. It is therefore easy to combine the treated gas with the feed gas at the inlet of the synthesis gas compressor, so that the increase in power for gas treatment is small. 3 In this adsorption, not only nitrogen but also methane,
Argon is also almost completely adsorbed and separated, resulting in low methane and argon concentrations in the synthesis loop. Therefore, a high concentration of methane in the raw material gas can be tolerated, and a high leakage of methane at the outlet of the secondary reformer can be tolerated. This has the effect of increasing the amount of air fed into the secondary reformer, with very favorable results such as increased operating pressure in the reformer, lower operating temperature, lower steam/carbon ratio, etc. It can be realized in a practical manner. 4 The treated gas is mixed with the raw material gas which is in a state of excess nitrogen, and the excess is corrected before being sent to the ammonia synthesis equipment, so there is no negative effect from excess nitrogen and it is easy to control the hydrogen/nitrogen ratio. be. 5. When the treated gas contains ammonia, its separation can be achieved by a combination of an adsorption device and a cooling liquefaction device, eliminating the need for absorption with water and simplifying the process.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図 アンモニアを少量含む合成ガスを予備
処理する、吸着分離装置フローシート、第2図
アンモニアをほとんど含まない合成ガスを処理す
る、圧力変動吸着分離装置フローシート、第3図
同上 サイクルダイヤグラム、第4図 吸着法
によつてアンモニアを分離する合成装置に、圧力
変動吸着分離装置を組合せた例のフローシート。 1a,b,c……吸着床、2……減圧ガスタン
ク、3……置換ガス受入タンク、4……置換ガス
タンク、5……置換ガス圧縮機、6……パージガ
スタンク、7……水素ガスタンク、11……合成
ガス圧縮機、12……アンモニア合成装置、14
a,b,c,d……吸着床、16……アンモニア
液化装置、17……圧力変動吸着分離装置、21
……処理ガス入口、22……処理済ガス出口、2
3……減圧ガスライン、24……再加圧充填ガス
ライン、25……パージガスライン、26……置
換ガスライン、27……排ガスライン、31……
原料ガス入口、32……合成ガス圧縮機入口、3
3……循環ガス入口、34……合成ガス圧縮機出
口、35……アンモニア合成装置入口、36……
アンモニア合成装置出口。
Figure 1 Flow sheet for adsorption separation equipment that pre-processes synthesis gas containing a small amount of ammonia, Figure 2
Flow sheet for a pressure fluctuation adsorption separation device that processes synthesis gas containing almost no ammonia, Figure 3. Cycle diagram, Figure 4. Same as above. Cycle diagram, Figure 4. A pressure fluctuation adsorption separation device is combined with a synthesis equipment that separates ammonia by adsorption method. Example flowsheet. 1a, b, c...Adsorption bed, 2...Reduced pressure gas tank, 3...Replacement gas receiving tank, 4...Replacement gas tank, 5...Replacement gas compressor, 6...Purge gas tank, 7...Hydrogen gas tank, 11...Synthesis gas compressor, 12...Ammonia synthesis device, 14
a, b, c, d...Adsorption bed, 16...Ammonia liquefaction device, 17...Pressure fluctuation adsorption separation device, 21
...Processed gas inlet, 22...Processed gas outlet, 2
3...Decompression gas line, 24...Repressurized filling gas line, 25...Purge gas line, 26...Replacement gas line, 27...Exhaust gas line, 31...
Raw material gas inlet, 32... Synthesis gas compressor inlet, 3
3... Circulating gas inlet, 34... Synthesis gas compressor outlet, 35... Ammonia synthesis equipment inlet, 36...
Ammonia synthesizer outlet.

【特許請求の範囲】[Claims]

1 塩化第2スズと水素化リチウムアルミニウム
とから水素化スズを製造する方法において、一般
式CmH2m+1OCnH2n+1(ここで、mとnは、
1≦m≦3,1≦n≦3の整数である)で示され
るエーテル、メチルtertiary−ブチルエーテルお
よびテトラヒドロフランから選ばれた少くとも1
種のエーテルと、上記塩化第2スズとの混合物を
つくり、次いで該混合物と上記水素化リチウムア
ルミニウムとを、−60℃ないし−40℃で反応させ
ることを特徴とする水素化スズの製造方法。
1. In a method for producing tin hydride from stannic chloride and lithium aluminum hydride, the general formula CmH 2 m+ 1 OCnH 2 n+ 1 (where m and n are
1≦m≦3, an integer of 1≦n≦3), methyl tertiary-butyl ether, and tetrahydrofuran.
A method for producing tin hydride, comprising preparing a mixture of a seed ether and the stannic chloride, and then reacting the mixture with the lithium aluminum hydride at -60°C to -40°C.

Claims (1)

によつて、アンモニア合成における水素と窒素
の割合をその化学量論的比率にコントロールさ
せることを特徴とするアンモニアの製造法。 2 工程(e)におけるアンモニアの分離が不完全な
場合、工程(f)の吸着分離装置として、まず最初に
3A型ゼオライトを吸着剤とする吸着分離装置を
使用して、主としてアンモニアを分離し、次に
3A型ゼオライト以外の吸着剤を使用した圧力変
動吸着分離装置を使用する、特許請求の範囲第1
項に記載のアンモニアの製造法。 3 工程(e)におけるアンモニアの分離がほとんど
完全な場合、工程(f)における吸着分離装置とし
て、圧力変動吸着分離装置を使用する、特許請求
の範囲第1項に記載のアンモニアの製造法。
A method for producing ammonia characterized by controlling the ratio of hydrogen and nitrogen in ammonia synthesis to their stoichiometric ratio. 2 If the ammonia separation in step (e) is incomplete, first use the adsorption separation device in step (f).
Using an adsorption separation device using type 3A zeolite as an adsorbent, ammonia is mainly separated, and then
Claim 1, which uses a pressure fluctuation adsorption separation device using an adsorbent other than type 3A zeolite.
The method for producing ammonia as described in Section. 3. The method for producing ammonia according to claim 1, wherein when the separation of ammonia in step (e) is almost complete, a pressure fluctuation adsorption separation device is used as the adsorption separation device in step (f).
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