JPS63288908A

JPS63288908A - アンモニア合成方法の改良

Info

Publication number: JPS63288908A
Application number: JP62293072A
Authority: JP
Inventors: バーナード・ジヨン・グロツツ
Original assignee: Santa Fe Braun Inc
Current assignee: Santa Fe Braun Inc
Priority date: 1986-11-20
Filing date: 1987-11-19
Publication date: 1988-11-25
Also published as: NO874819L; EP0268469B1; NO874819D0; US4867959A; DE3751286D1; ATE122323T1; EP0268469A1; AU8139487A; DE3751286T2; AU601781B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はアンモニアの合成に係わる。より特定的には本
発明は、従来のものより効果的且つ経済的に合成反応生
起温度を制御する新規の連続的アンモニア合成法を提供
する。このような方法を用いれば、従来のアンモニア合
成法より小さい熱交換面積でより効果的な熱回収が実施
され、合成ガスのアンモニア変換率も向上する。

Ｌ元良記アンモニアは現在、化学量論量の窒素と水素との一見簡
単な反応：Ｎ、　＋　３Ｈ２−〉２ＮＨ。

を使用する連続的方法によって工業的に生産されている
。

この種の方法は、窒素と水素とを含む気体混合物を、例
えば細かく分割した鉄又は促進剤添加鉄からなる触媒を
含む２つ以上の触媒ベッドに、比較的高い圧力で且つ調
節温度下で逐次通すことからなる。

この反応は発熱性であり、そのため発熱温度の低下に伴
なって平衡が右方にシフトする。しかしながら反応温度
は実際には、許容し得る量の生成物が妥当な速度で合成
されるように、十分高い値に維持する必要がある。これ
は、反応速度を促進するために通常は触媒が使用されて
いるにも拘わらず必要な条件である。また、熱力学的観
点から見ると、アンモニア生成反応は高圧で実施するの
が好ましい。合成の実施には水素ガス分子と窒素ガス分
子との衝突が必要だからである。そのため、例えば米国
特許明細書第３，３６８，８６９号、第４，１５３゜６
７３号、第４，１６３，７７５号、第４．２５０．０５
７号及び第４゜２７１．１３６号には、このようなマ殻
的タイプの方法が２０ａｔｍ、程度の低い圧力で実施で
きると記述されているが、この種の製法は通常１１００
ａｔ、以上の圧力下で実施されている。

以上の説明から明らかなように、工業的に有利なアンモ
ニア合成の実施条件、特（こ温度を決定する場合には、
熱力学、動力学及び経済面での要件がバランス良く配分
されるように考慮しなければならない６先行技術の典型的アンモニア合成法、例えば１１１ｒｉ
ｇｈＬ他の米国特許明細書第３．８５１．０４６号又は
ＧｒｏＬｚの米国特許明細書第４，５１０，１２３号に
記載の方法は、（ａ）はぼ化学量論量の窒素と水素とを含む合成ガスを
適当な温度レベルに加熱し、（ｂ）このガスを、例えば
鉄又は促進剤添加鉄の触媒を含む２つ以上の直列に配置
された触媒ベッドに通して、反応器流出物を発生させ、
（ｃ）前記反応が発熱性であるために元の合成ガス混合
物より高温であり且つ当該反応器流出物の総量の例えば
１５〜３５％に相当するような量のアンモニアを含む前
記反応器流出物を冷却して、プラントで様々に利用され
る熱を回収し且つ未反応水素、窒素及び存在する不活性
希釈剤からアンモニアを分離すべく更に処理される流出
物を得ることからなる。

第１触媒ベッド及び後続触媒ベッドから流出するガスの
温度は通常、熱力学的観点から、それ以上のアンモニア
生成反応にはかけられない程高い。

そこで触媒ベッドからの流出物は、合成ガスからアンモ
ニアへの変換率を高めるために更に別の触媒ベッドに通
す必要がある場合には、冷却の必要がある。このように
、温度調節は多重触媒ベッド式アンモニア合成法の効率
にとって最も重要な条件である。

添付図面第１図に、Ｗｒｉｇｈｔ他の特許に記載の方法
を実施することができる装置を簡単に示した。

第１図のバイパス弁１０２及び１０４はＷｒｉｇｈｔ他
の特許には開示されていないが、下記の理由で図示した
。

第１図では、導管１０６を介して導入された新しい合成
ガスが導管１０８を通って熱交換器１１０に達し、そこ
で２８０℃に加熱される。このようにして加熱された合
成ガスは次いで導管１１２を介して第２熱交換器１１４
に達し、そこで４００℃に加熱される。この高温合成ガ
スは更に導管１１６を通って触媒変換器１１８に達し、
そこで発熱性アンモニア生成反応により約５２０℃にな
る。導管１２０を介して触媒変換器１１８から出た部分
的変換ガスは次いで第２熱交換器１１４で約４００℃に
冷却され、その後導管１２２を介して第２触媒変換器１
２４に達し、そこで再び水素及び窒素のアンモニアへの
変換によって約４８０℃に加熱される。第２触媒変換器
１２４からの流出ガスは導管１２６を通って蒸気発生器
又は過熱器１２８に達し、該蒸気発生器１２８内で高圧
蒸気を発生させることにより約３２０℃に冷却される。

このようにして冷却されたガス流は次いで導管１３０を
通り、第１熱交換器１１０で新しい合成ガスとの熱交換
により更に冷却される。

この種の方法の温度調節はバイパス弁１０２及び１０４
を付加することによって達成される。しかしながら、こ
の温度調節法の効果には限界がある。

導管１１２内の温度が一定であれば、バイパス弁１０４
を開放して導管１１６内の温度を低下させると、第１触
媒変換器１１８での変換率が上昇し、その結果導管１２
０を介して第１触媒変換器から流出するガスの温度が高
くなる。バイパス弁１０４を開放すると、第１触媒変換
器１１８からの流出ガスの第２熱交換器１１４での冷却
効率も低下するため、導管１２２を介して第２触媒変換
器１２４に入るガスの温度が高くなり、その結果第２触
媒ベッドでの変換率が低下する。従って、第１及び第２
触媒ベッドでの総合的変換率は弁１０４の開放前と同じ
程度に止まる。

導管１２２及び第２触媒変換器１２４内の気体反応物の
温度を下げるためには、バイパス弁１０２を使用しなけ
ればならない、バイパス弁１０２を開放すると触媒変換
器の入口での温度が低下し、そのため変換率が高くなる
。変換率が高くなれば合成圧力を下げることができ、そ
のためプラントの合成ガス圧縮器又は他の圧縮器を駆動
させるタービンの蒸気消費量を節約することができる。

しかしながらこの節約は、触媒変換器１２４から流出す
るガスの温度が低いために生じる蒸気発生器での蒸気生
産の損失によって相殺される。従って、バイパス弁１０
２の開放は総合的熱回収率を低下させるという問題を生
じることになる。

米国特許明細書第４，５１０，１２３号には３つ以上の
触媒ベッドを使用するアンモニア合成システムが開示さ
れている。このシステムでは第１触媒ベッドの温度を、
第１触媒ベッドからの流出物と新しい合成ガスとの間の
熱交換によって調節し、後続触媒ベッドの温度を高圧蒸
気発生器によって調節する。触媒ベッド数を増加すれば
アンモニア変換率は高くなる。しかしながら、３つ以上
の触媒ベッドからなる前記システムの最初の２つのベッ
ドは、Ｗｒｉｇｈｔ他の特許に開示されている方法につ
いて説明したのと同じ温度調節の限界を有する。

先行技術によるアンモニア合成法のうち成るもの、例え
ば“Ｔｏｐｓｏｅ　Ｓ−２００Ａｍｍｏｎｉａ　５ｙｎ
ｔｈｅｓｉｓＰｒｏｃｅｓｓ”、１９８５年８月なる冊
子に記載の方法は、先ず高圧蒸気を発生させ且つボイラ
ー供給水も加熱することによって最終触媒ベッドから熱
を回収する。この方法を使用すれば総ての触媒ベッドで
効果的な温度調整が可能であるが、合成ループに圧力降
下が生じ、熱交換器を余分につけるためにコストが高く
なり、且つ必ずしも得られるとは限らぬ低温のボイラー
供給水の使用を必要とする、という欠点を有する。

アンモニア合成時の温度調整を行う別の先行技術手段と
して、「急冷（ｑｕｅｎｃｈ）　Ｊタイプの方法を用い
るものがある。この場合は触媒ベッドから流出するガス
が「低温」の新しい合成ガスと混合され、その結果次の
触媒ベッドに流入する混合物の温度が適当なレベルに低
下する。急冷は所望のベッド数だけ繰り返し得るが、合
成ガスの全部が総ての触媒ベッドを通るわけではなく、
また急冷処理を行う毎に発生し得る高圧蒸気量が減少す
る。

米国特許明Ｍ３書第４，２３０，６８０号には、触媒ベ
ッドを３つ使用して合成ガスからアンモニアを製造する
方法が開示されている。この方法では、３つの触媒ベッ
ドの各々から流出するガスの一部分を熱交換器に通すこ
とによって温度を調節する。前記熱交換器にはヒートシ
ンクを構成すべく新しいき成ガスも全部又は一部分供給
される。第３触媒ベッドからの流出物は「種々のプラン
ト流体」　［例えばボイラー供給水」によって冷却する
。ボイラー供給水又はこの種の別の冷却流体を使用すれ
ば、最初の２つのベッドでのアンモニア変換率を前述の
方法で得られるレベルより高くすることができる。但し
、高圧蒸気が発生しないため熱回収率は大幅に低下する
。また、ボイラー供給水を加熱する代わりに流出物の熱
を利用して蒸気を発生させると、アンモニア変換率が前
述の方法と同様に制限される。

Ｐｉｎｔｏ他の米国特許明１ｔａＩ書第４，２１５，０
９９号には、第１触媒ベッドに供給した合成ガスを冷却
剤、好ましくは供給合成ガスとの熱交換にかけ、第２触
媒ベッドとして断熱性触媒ベッドを使用するようなアン
モニア又はメタノール製造方法が開示されている。この
システムを用いると第１触媒ベッドでのアンモニア変換
率は増加するが、その代わりに熱回収率が低下する。

米国特許明細書第４，２１３，９５４号には、合成セク
ションがシャットダウンした場合の蒸気発生率をより良
く制御すべく、即ち当該方法の合成ガス発生セクション
における蒸気過熱器の過熱を回避すべく、蒸気を当該方
法の合成セクションで過熱するアンモニア合成法が開示
されている。この方法は、１５０絶対バール（ｂａｒ　
ａｂｓ、）以下、好ましくは４０〜８０絶対バールの合
成圧力で実施され、蒸気過熱器は、反応ガスが他の熱交
換器によって冷却される前に該過熱器で冷却されるよう
に配置され、ブランＩ・全体の蒸気過熱の１５〜３０％
以上を担う。

このような情況に鑑みて、現時点では、効果的温度調整
と熱回収と触媒の使用とを、回収可能生成物の収率を犠
牲にすることなく経済的に行えるような連続的アンモニ
ア製造法が必要とされている。

免匪二ｌ瓦本発明の方法、即ち窒素と水素とを含む合成ガスをアン
モニア合成触媒を含む２つ以上の触媒ベッドに、比較的
高い圧力で且つ調節温度の下で逐次流すことからなる連
続的アンモニア合成法を実施する場きは、第１触媒ベッ
ドからの気体流出物の温度調節を、該流出物が次の触媒
ベッドに移る前に該流出物を高温ヒートシンクに通して
このシンク内での熱交換により冷却し、温度を下げるこ
とによって実施する。第１触媒ベッドからの気体流出物
は、高温ヒートシンク内で冷却する前に、第１触媒ベッ
ドに供給される合成ガス混合物との熱交換にかけて温度
を成る程度下げるようにしてもよい。

第２触媒ベッド及びその後の触媒ベッドからの気体流出
物の温度も、これら流出物が後続触媒ベッドに移る前に
、窒素及び水素のアンモニアへの変換を最適化するのに
必要な程度だけ任怠の方法、例えば高圧蒸気発生器内で
の熱交換によって低下させ得る。

蒸気過熱器を用いて他の熱交換による冷却の前に反応ガ
スを冷却する前述の米国特許明細書第４．２１３，９５
４号に記載の方法と異なり、本発明の方法は高温ヒート
シンク３２用する。

−　このヒートシンクは、部分的に反応した合成ガスが
最初の熱交換にかけられた後でその熱交換を行うように
配置するのが好ましく、 −部分的に反応した合成ガスの温度を調整して第２触媒
変換器に流入する前記ガスを所望レベルに制御する役割
を主に果たし、 −１００絶対バールより大きい圧力で実施するのが好ま
しいアンモニア合成法において、−プラント全体の蒸気
過熱の１５％未満を担う。

本発明の目的は、新規の連続的アンモニア合成法を提供
することにある。

本発明はまた、アンモニア合成実施温度を従来のアンモ
ニア合成法より効果的且つ経済的に調節できるような新
規の連続的アンモニア合成法を提供することも目的とす
る。

本発明の更に別の目的は、従来のアンモニア合成法より
小さい熱交換面積でより効果的な熱回収が実施され、且
つ合成ガスのアンモニアへの変換率も高くなるような方
法によってアンモニア合成反応温度の調節を行う、新規
の連続的アンモニア合成法を提供することにある。

本発明の前記目的及び他の目的、性買、範囲及び使用は
、添付図面に基づく以下の説明並びに特許請求の範囲か
ら、当業者には容易に理解されよう。

１触１本明細書で使用する合成ガス（ｓｙｎｇａｓ及び５ｙｎ
−ｔｈｅｓｉｓ　ｇａｓ）という用語は、窒素及び水素
を好ましくはほぼ１：３のモル比で含む混合物を意味す
る。

この合成ガスは、アルゴン、ヘリウム、メタン等のごと
き不活性希釈剤も含み得る。希釈剤濃度はゼロであるの
が望ましいが、これはなかなか難しいことであり、供給
合成ガスは実質的にほぼ化学量論量の水素及び窒素から
なるのが好ましいものの、本発明の方法に作用する不活
性希釈剤の影響が先行技術の方法の場合と本質的に同じ
であれば、先行技術のアンモニア合成法と同じ量の不活
性希釈剤を含んでいてもよい、また、本発明の方法で供
給される気体の窒素対水素の大体の化学量論比は、達成
し得るアンモニア収率を実質的に損なうことなく、約１
＝２未満〜約１：４以上にし得る。

「最終生成物流出物（ｆｉｎａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｅ
ｆｆｌｕｅｎｔ）」という用語は、完全に反応した、即
ち触媒ベッドの使用数に関係なくこれら触媒ベッドを総
て通過した後のガス流を意味する。このガスは、これか
らアンモニアを抽出すべく、公知の回収処理にかけられ
る。

アンモニア合成の促進のために使用し得る触媒は当業者
に良く知られている。このような触媒としては、細かく
分割した鉄及び促進剤添加鉄の触媒が挙げられる。反応
が例えば約り００℃〜約３６０℃の温度で許容し得る速
度で生起するように、十分な反応促進を実施するような
優れた触媒が発見されれば、以下の説明で本発明の方法
を実施する場合の好ましい反応温度として挙げる温度の
値範囲は変化することになろう。しかしながら本発明の
方法の全般的原理は、前述のごとき触媒が発見されたと
しても、このような触媒の使用によって変わることはな
い。勿論、このような優れた触媒を使用すれば好ましい
温度範囲はより低くなる。

第１触媒ベッド及び後続触媒ベッドでのアンモニア合成
を抑制するのではなく促進するためには、第１触媒ベッ
ドに供給する合成ガスの温度と、一連の触媒反応器の後
続触媒ベッドに供給されることになる第１触媒ベッド及
びその後の触媒ベッドからの流出物の温度とを、約４３
０℃以下、好ましくは約３７０℃〜約４２０℃にする必
要がある。

本発明の方法を実施できるような種々の構造の装置も、
全体的には当業者に良く知られている。

公知タイプのアンモニア合成用触媒変換器の主流を占め
るのは怪力向流変換器及び軸方向流変換器の２つである
。怪力向流変換器では合成ガスが触媒ベッドを径方向に
通過する。軸方向流変換器では合成ガスが触媒ベッドを
下方に即ち軸方向に通過する。しかしながら、触媒変換
器を通過するガス流のパターンは本発明の方法では重要
ではない。

本発明の方法では断熱性触媒変換器を有用なものとして
開示する。但し、本発明の方法で使用する第１触媒変換
器は急冷型変換器であってもよく、その場３は該変換器
の後に供給流体熱交換器と蒸気過熱器又は高温ヒートシ
ンクとを具備する。前記ヒートシンクは合成ガス以外の
外側熱除去媒質を使用する。

触媒ベッドを幾つ使用しても、合成ガスを完全にアンモ
ニアに変換することは不可能である。通常は、第１触媒
で出発材料の約１５〜２０％がアンモニアに変換し、後
続触媒で更に変換が進む。本発明の方法を用いると、直
列に配置した僅が３つの触媒変換器を使用するだけで、
最終生成物流出物がほぼ２０容量％のアンモニアを含む
ようになる。

これは、約３０〜３５％の窒素出発材料変換率に相当す
る。

第２図に示したように、最大限に精製された合成ガスは
供給源（図示せず）から導管２０２を介して当該システ
ムに送給され、第１熱交換器２０４を通過する。この第
１熱交換器の熱源は導管２４８を介して熱交換器２０４
に流入する最終生成物流出物である。前記合成ガスはこ
の熱交換器内で好ましくは約り５０℃〜約３２０℃に加
熱され、その後導管２０６を通り、弁２１０を備えたバ
イパス制御ライン２０８によって分割される。その結果
前記合成ガスの一部分はバイパス制御ライン２０８及び
弁２１０を介して、第１触媒変換器２１４に連通する導
管２１２に直接流れる。前記合成ガスの残部は導管２０
６がら熱交換器２１６に達し、そこで第１触媒変換器２
１４がら導管２１８を通って流入する流出物の冷却に用
いられる。

その結果、この合成ガス部分は温度が上昇する。

熱交換器２１６からの流出物は導管２２０で、弁２１０
を通ってバイパス制御ライン２０８から流入した合成ガ
スと合流し、この混合物は導管２１２を介して第１触媒
変換器２１４に送られる。第１触媒変換器２１４に流入
する時の前記混合ガスの温度は前述のごとく約３７０℃
〜約４２０℃が好ましい、触媒変換器２１４を通過する
間に窒素及び水素の一部分は発熱反応によってアンモニ
アに変換される。この発熱反応によって、第１触媒変換
器２１４から導管２１８を介して流出するガスの温度は
約り８０℃〜約５４０℃になる。

この流出物は、熱交換器２１６がら導管２２２を介して
流出する流出物が好ましくは約３９０℃〜約４４０℃に
なるように、熱交換器２１６内で供給合成ガスとの熱交
換により冷却される。

導管２２２は熱交換器２１６から出た流出物を高温ヒー
トシンクまで運ぶ。このヒートシンクは該具体例では蒸
気過熱器２２４であり、前記流出物はここで、第２高温
ヒートシンクで発生した蒸気の少なくとも一部分に熱を
与えることによって更に所望レベルまで冷却される。前
記第２高温ヒートシンクは該具体例では高圧蒸気発生器
２３４及び２４６である。第２触媒変換器２２８に流入
する前に導管２２６内で行われる供給ガスの温度調整は
バイパスライン２３１によって維持される。このバイパ
スラインは、高圧蒸気発生器２３４から導管２３３を介
して流入する流体即ち冷却用蒸気の量を制御する弁２３
２によって制御される。第２触媒変換器２２８に流入す
るガスの温度は約３７０℃〜約４２０℃が好ましい。第
２触媒変換器２２８でもアンモニアへの変換が生起し、
流出物の流出温度を約り５０℃〜約５１０℃にする十分
な熱を発生する。導管２３６を介して第２触媒変換器２
２８から流出する前記流出ガスは、高圧蒸気発生器２３
４内で約３７０℃〜約４２０℃に冷却される。この温度
は第３触媒変換器２３８内の触媒ベッドに移る時の好ま
しい温度である。この工程変数の制御はバイパスライン
２４２の制御弁２４０によって維持され、適切な高温を
保持するのに十分な量のフラクジョンが高圧蒸気発生器
２３４をバイパスする。第３触媒変換器２３８でも、導
管２４３を通って該触媒変換器に流入したガスが同様の
反応を生起し、その結果流出ガス混合物の温度が上昇す
るため、導管２４４を介して高圧蒸気発生器２４６に流
入するガスの温度は約り２０℃〜約４８０℃になる。

前記ガスは高圧蒸気発生器２４６内で約り００℃〜約４
００℃に冷却される。高圧蒸気発生器２４６から出たガ
スは導管２４８を通って熱交換器２０４に流入し、新し
い供給合成ガスを約り５０℃〜約３２０℃の温度に加熱
する。導管２５０を介して熱交換器２０４から流出する
最終生成物流出物は、次いで従来のアンモニア回収処理
にかけられる。

高圧蒸気発生器２３４及び２４６で発生した高圧蒸気は
導管２３０内で合流する。この合流蒸気流は次いで分割
され、一部分が蒸気過熱器２２４で約り２０℃〜約４０
０℃に加熱され、残りが弁２３２及び導管２５２を介し
てプラントの別の部分に送られる。

以上説明してきた本発明の好ましい具体例では、触媒変
換器を３つ使用する。しかしながら、本発明はこの変換
器数には限定されず、例えば２つの触媒ベッドからなる
システムを使用することもでき、その場合には触媒変換
器２３８と、高圧蒸気発生器２３４及びこれによって発
生する蒸気と、弁２４０とを省略し、触媒変換器２２８
がらの流出物を直接高圧蒸気発生器２４６に送るように
する。

前述の好ましい具体例ではまた、高圧蒸気発生器２３４
及び２４６で発生した蒸気を用いて、第２触媒変換器２
２８への供給ガスを蒸気過熱器２２４内で冷却するが、
本発明はアンモニアプラントのアンモニア合成部分で発
生した蒸気を蒸気過熱器２２４で使用することには限定
されない。即ち、プラントの他の任意の部分で発生した
蒸気も使用し得る。また、蒸気過熱器２２４に代えて、
合成ガス以外の外側熱除去媒質、例えばボイラー供給水
、蒸気発生供給ガス又はプロセスガス流等を使用する高
温ヒートシンクを用いることもできる。

当業者が本発明をより良く理解できるように、以下に非
限定的実施例を示す。

及１１下記の組成の連続的供給ガス流を圧力１５５バール、温
度５１℃で、導管２０２を介して第２図のシステムに導
入する。

組ＪＬ　　　　　　　　　　　　　　　ｉｊ二ＬしＬ水
素　　　　　　　　　　　　２０，３３３窒素　　　　
　　　　　　　　　６，６９２アンモニア　　　　　　
　　　　　９３９アルゴン”　　　　　　　　　　　　
９３２ヘリウム目　　　　　　　　　　１５９（１′ア
ルゴン及びヘリウムの流量はほぼ一定）熱交換器２０４
通過後のガス流の温度は２８１℃である。熱交換器２１
６を通過し、バイパス弁２１０を通って流れるガス流と
合流した前記ガス流の温度は３９３℃である。

このガス流は次いで第１触媒変換器２１４に送られ、そ
こで窒素及び水素の一部がアンモニアに変換する。この
第１触媒変換器は内径３メートル、長さ３．４４メート
ルの円筒形容器からなり、中に約２２立方メートルの酸
化鉄アンモニア合成触媒が入っている。

第１触媒変換器から流出するガス流は温度が５１６℃で
あり、アルゴン及びヘリウムを除いて下記の組成を有す
る。

」え　　　　　　　　　　　　覇天基刀１水素　　　　
　　　　　　　　１７，３４６窒素　　　　　　　　　
　　　５，６９６アンモニア　　　　　　　　　２．９
３０これは、この時点で、初期供給ガス流の窒素量の１
５％がアンモニアに変換したことを意味する。

第１触媒変換器から出たガス流は熱交換器２１６に流入
し、そこで４０３℃に冷却された後、蒸気過熱器２２４
に流入する。この過熱器を出る時の前記ガス流の温度は
３８０℃である。部分的に変換した前記ガス流は次いで
第２触媒変換器２２８に送られる。この変換器は内径３
．３５メートル、長さ７．７２メートルの円筒形容器で
あり、中に約５８立方メートルの酸化鉄アンモニア合成
触媒を収容する。

第２触媒変換器から流出するガス流は温度が４６７℃で
あり、アルゴン及びヘリウムを除いて下記の組成を有す
る。

乱炙　　　　　　　　　　　　ｈ天ルｐ【水素　　　　
　　　　　　　　１５，２２８窒素　　　　　　　　　
　　　　４，９９１アンモニア　　　　　　　　　４，
３４２これは、この時点で、初期供給ガス流の窒素量の
ほぼ２５％がアンモニアに変換したことを意味する。

第２触媒変換器から流出するガス流の一部分は高圧蒸気
発生器２３４に送られる。この高圧蒸気発生器からの流
出物は、バイパス弁２４０を介して流れる第２触媒変換
器からの残りのガス流部分と合流して３８０℃の温度に
なり、第３触媒変換器２３８に流入する。この第３触媒
変換器は内径３．３５メートル、長さ７．７２メートル
の円筒形容器であり、中に６８立方メーＩ〜ルの酸化鉄
アンモニア合成触媒を収容する。

第３触媒変換器から流出するガス流は温度が４３６℃で
あり、アルゴン及びヘリウムを除いて下記の組成を有す
る。

北九　　　　　　　　　　　　１ゑ庄刀劇水素　　　　
　　　　　　　　１３，９０６窒素　　　　　　　　　
　　　　４，５５０アンモニア　　　　　　　　　　５
，２２４これは、この時点で、初期供給ガス流の窒素量
の約３２％がアンモニアに変換したことを意味する。

第３触媒変換器から流出するガス流の温度は次いで高圧
蒸気発生器２４６を通過することによって３１８℃に下
がり、更に熱交換器２０４を通過することによって７３
℃に下がる（最終生成物流出物として導管２５０から流
出する時の温度）。

最終生成物流出物は次いで、該流出物からアンモニアを
抽出すべく、プラントの回収処理セクションに送られる
。

以上、本発明の好ましい具体例を説明してきたが、これ
は非限定的なものであり、本発明はその範囲内で様々に
変形し得る。例えば、前述のごとく、任意の水素−窒素
含有供給ガスから任意の反応速度でアンモニアを合成す
べく適当な触媒を収容した触媒変換器は２つ、３つ又は
それ以上使用してよい。第２触媒変換器又は任意の後続
触媒変換２′：！からの流出物を当該システム内の次の
触媒変換器に送る萌に、又は最終生成物流出物をプラン
Ｉ・の回収処理セクションに送る前にこれら流出物を冷
却する操作にも、高圧蒸気発生器に代えて、又はこれに
加えて、別の手段を使用し得る。また、別の不活性希釈
剤を使用するか、又は不活性希釈剤を全く使用しなくて
もよい。このように、前述の具体例は本発明の範囲を逸
脱せずに更に様々な変形が可能であるが、これは当業者
には自明であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術のアンモニア合成装置にバイパス弁１
０２及び１０４を加えたシステムの簡略説明図、第２図
は触媒ベッドを３つ使用する本発明のアンモニア合成装
置の簡略説明図である。２０４．２１６・・・・・・熱交換器、２１４，２２８
，２３８・・・・・・触媒変換器、２２４・・・・・・
蒸気過熱器、２３４，２４６・・・・・・高圧蒸気発生
器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）窒素と水素とを含む合成ガスをアンモニア合成触
媒を含む２つ以上の触媒ベッドに逐次通して、前記各触
媒ベッドからアンモニアと未反応窒素及び水素とを含む
気体流出物を発生させることからなる連続的アンモニア
合成法であり、改良点として、第２触媒ベッドに入る気
体流出物の温度を所望レベルに調節すべく、第１触媒ベ
ッドからの気体流出物を、これが第２触媒ベッドに入る
前に、高温ヒートシンク内で熱交換により冷却すること
を特徴とする方法。
（２）第１触媒ベッドからの気体流出物を約３７０℃〜
約４２０℃に冷却する特許請求の範囲第１項に記載の方
法。
（３）触媒ベッドを２つ使用する特許請求の範囲第１項
に記載の方法。
（４）触媒ベッドを３つ以上使用する特許請求の範囲第
１項に記載の方法。
（５）気体流出物を高温ヒートシンクで冷却する前に、
第１触媒ベッドへの供給合成ガス混合物との熱交換にか
ける特許請求の範囲第１項に記載の方法。
（６）第２触媒ベッド及びその後の触媒ベッドからの気
体流出物を後続触媒ベッドに送給する前に、第２高温ヒ
ートシンク内で熱交換により冷却する特許請求の範囲第
５項に記載の方法。
（７）１００絶対バールより大きい圧力で実施される特
許請求の範囲第５項に記載の方法。
（８）最終生成物流出物が約２０容量％のアンモニアを
含み、これが約３０〜３５％の窒素出発材料変換率に相
当する特許請求の範囲第７項に記載の方法。
（９）高温ヒートシンクが合成ガス以外の外側熱除去媒
体を使用する特許請求の範囲第１項に記載の方法。
（１０）第２触媒ベッドに入る流出物の温度を所望レベ
ルに調節すべく、高温ヒートシンクを通る流体の量を調
整するバイパス手段を前記高温ヒートシンクに連結する
特許請求の範囲第１項に記載の方法。
（１１）第１触媒ベッドからの気体流出物を高温ヒート
シンク内で冷却する前に、約３９０℃〜約４４０℃に予
冷する特許請求の範囲第１項に記載の方法。
（１２）第２触媒ベッドからの気体流出物が後続触媒ベ
ッドに入る前に、この気体流出物を第２高温ヒートシン
ク内で熱交換により冷却する特許請求の範囲第１項に記
載の方法。
（１３）窒素と水素とを含む合成ガスをアンモニア合成
触媒を含む２つ以上の触媒ベッドに逐次通して、前記各
触媒ベッドからアンモニアと未反応窒素及び水素とを含
む気体流出物を発生させ、且つ第１触媒ベッドからの流
出物を第１触媒ベッドに供給される合成ガス混合物との
熱交換にかけることからなる連続的アンモニア合成法で
あり、改良点として、第２触媒ベッドに入る気体流出物
の温度を所望レベルに調節すべく、第１触媒ベッドから
の気体流出物を、これが第２触媒ベッドに入る前に、高
温ヒートシンク内で熱交換により冷却することを特徴と
する方法。
（１４）第１触媒ベッドからの気体流出物を高温ヒート
シンク内で熱交換にかける前に、合成ガス混合物との熱
交換にかける特許請求の範囲第１３項に記載の方法。
（１５）触媒ベッドを３つ以上使用する特許請求の範囲
第１４項に記載の方法。
（１６）第２触媒ベッドに入る流出物の温度を所望レベ
ルに調節すべく、高温ヒートシンクを通る流体の量を調
整するバイパス手段を前記高温ヒートシンクに連結する
特許請求の範囲第１５項に記載の方法。
（１７）第２触媒ベッド及びその後の触媒ベッドからの
気体流出物を後続触媒ベッドに送る前に、１つ以上の補
足高温ヒートシンク内で熱交換により冷却する特許請求
の範囲第１６項に記載の方法。
（１８）１００絶対バールより大きい圧力で実施される
特許請求の範囲第１７項に記載の方法。
（１９）最終生成物流出物が約２０容量％のアンモニア
を含み、これが約３０〜３５％の窒素出発材料変換率に
相当する特許請求の範囲第１８項に記載の方法。
（２０）高温ヒートシンクが合成ガス以外の外側熱除去
媒体を使用する特許請求の範囲第１９項に記載の方法。
（２１）第１触媒ベッドからの気体流出物を約３７０℃
〜約４２０℃に冷却する特許請求の範囲第２０項に記載
の方法。
（２２）第１触媒ベッドからの気体流出物を高温ヒート
シンク内で冷却する前に約３９０℃〜約４４０℃に予冷
する特許請求の範囲第２１項に記載の方法。
（２３）第２触媒ベッドからの気体流出物を後続触媒ベ
ッドに送る前に、第２高温ヒートシンク内で熱交換によ
り冷却する特許請求の範囲第２２項に記載の方法。
（２４）第１触媒ベッドからの気体流出物を高温ヒート
シンク内で冷却する前に、約３９０℃〜約４４０℃に予
冷する特許請求の範囲第１４項に記載の方法。
（２５）高温ヒートシンクが合成ガス以外の外側熱除去
媒体を使用する特許請求の範囲第１３項に記載の方法。
（２６）高温ヒートシンクが合成ガス以外の外側熱除去
媒体を使用する特許請求の範囲第１４項に記載の方法。
（２７）第１触媒ベッドが急冷型変換器である特許請求
の範囲第１４項に記載の方法。
（２８）第１触媒ベッドが断熱型変換器である特許請求
の範囲第１４項に記載の方法。
（２９）１００絶対バールより大きい圧力で実施される
特許請求の範囲第１４項に記載の方法。