KR100366202B1 - 암모니아의 제조방법 및 전환장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신선한 암모니아 합성용 가스의 세 개로 분리된 스트림이 사용되는 암모니아의 제조방법에 관한 것이다. 암모니아 전환장치는 연속적으로 연결된 적어도 두 개의 촉매 베드를 포함한다. 제2 및 제3의 합성 가스 스트림은 열교환 단계를 따라 통과되며, 여기서 이들은 제1 촉매 베드로부터 유출되는 스트림에 의해 가열된다. 상기 예열된 스트림은 제1 합성 가스 스트림과 함께 혼합되고 상기 제1 촉매 베드로 공급된다. 상기 부분적으로 전환된 합성 가스는 상기 제2 및 제3 스트림을 가열하기 위해 사용되고 적어도 상기 제2 촉매 베드로 공급된다.
Description
본 발명은 암모니아 합성용 가스로부터 암모니아를 제조하기 위한 방법 및 전환장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 개선된 암모니아 합성 방법을 제공하며, 여기서 반응하는 합성용 가스는 암모니아 합성용 촉매의 적어도 두 개의 촉매 베드를 가지고 있는 암모니아 전환장치에서 신선한 합성용 가스를 가지고 간접적으로 냉각된다.
발명의 요약
본 발명에 의한 암모니아의 제조방법은 세 개로 분리된 신선한 암모니아 합성용 가스의 스트림이 하기의 단계로 연속적으로 연결된 적어도 두 개의 촉매 베드를 가지고 있는 암모니아 전환장치로 도입된다:
신선한 합성용 가스의 제1 스트림이 제1 가스 혼합 단계로 통과되고;
신선한 합성용 가스의 제2 스트림이 제1 촉매 베드로부터 방출되는 제1 방출스트림과 함께 제1 간접 열교환 단계로 통과되고;
신선한 합성용 가스의 제3 스트림이 제1 촉매 베드로부터 방출되는 제2 방출 스트림과 함께 제2 열교환 단계로 통과되고;
상기 제1 및 제2 방출 스트림이 부분적으로 전환된 합성용 가스 스트림을 상기 제1 촉매 베드로부터 분리시킴으로써 공급되고;
상기 제1 방출 스트림이 상기 제1 열교환 단계로 도입되고, 상기 제2 방출 스트림이 상기 제2 열교환 단계로 도입되고, 그리고 상기 신선한 합성용 가스의 제1 및 제2 스트림이 제1 및 제2 방출 스트림으로부터 간접적으로 공급되는 열에 의해 예열되고;
상기 예열된 제1 및 제2 스트림이 상기 혼합 단계로 통과되고, 그리고 신선한 합성용 가스의 상기 예열된 스트림이 암모니아 공정 가스 스트림을 획득하기 위하여 신선한 합성용 가스의 제1 스트림과 혼합되고 결합되며;
상기 공정 가스가 상기 제1 촉매 베드로 도입되고 그리고 상기 부분적으로 전환된 합성용 가스 스트림이 제거되며;
상기 제1 및 제2 방출 스트림이 부분적으로 전환된 공정 가스와 결합하고; 그리고
상기 부분적으로 전환된 공정 가스가 암모니아가 풍부한 생성물 스트림을 획득하기 위하여 적어도 제2 촉매 베드로 도입된다.
발명의 상세한 설명
개선된 방법에 의하여, 세 개로 분리된 신선한 암모니아 합성용 가스의 스트림이 하기의 단계로 연속적으로 연결된 적어도 두 개의 촉매 베드를 가지고 있는 암모니아 전환장치로 도입된다:
신선한 합성용 가스의 제1 스트림이 제1 가스 혼합 단계로 통과되고;
신선한 합성용 가스의 제2 스트림이 제1 촉매 베드로부터 방출되는 제1 방출 스트림과 함께 제1 간접 열교환 단계로 통과되고;
신선한 합성용 가스의 제3 스트림이 제1 촉매 베드로부터 방출되는 제2 방출 스트림과 함께 제2 열교환 단계로 통과되고;
상기 제1 및 제2 방출 스트림이 부분적으로 전환된 합성용 가스 스트림을 상기 제1 촉매 베드로부터 분리시킴으로써 공급되고;
상기 제1 방출 스트림이 상기 제1 열교환 단계로 도입되며, 상기 제2 방출 스트림이 상기 제2 열교환 단계로 도입되고, 그리고 상기 신선한 합성용 가스의 제1 및 제2 스트림이 제1 및 제2 방출 스트림으로부터 간접적으로 공급되는 열에 의해 예열되고;
상기 예열된 제1 및 제2 스트림이 상기 혼합 단계로 통과되고, 그리고 신선한 합성용 가스의 상기 예열된 스트림이 암모니아 공정 가스 스트림을 획득하기 위하여 신선한 합성용 가스의 제1 스트림과 혼합되고 결합되며;
상기 공정 가스가 상기 제1 촉매 베드로 도입되고 그리고 상기 부분적으로 전환된 합성용 가스 스트림이 제거되며;
상기 제1 및 제2 방출 스트림이 부분적으로 전환된 공정 가스와 결합되고;그리고
상기 부분적으로 전환된 공정 가스가 암모니아가 풍부한 생성물 스트림을 획득하기 위하여 적어도 제2 촉매 베드로 도입된다.
본 발명의 구체예에서, 상기 제1 베드는 제1 및 제2 부분 사이에서 방출물을 냉각시키는 상기 제1 및 제2 부분으로 나뉘어진다.
상기 공정에서 사용되는 암모니아 전환장치는 압력 쉘(pressure shell) 내에서, 제1 및 제2 열교환기가 제1 촉매 베드의 다운스트림(downstream)에 배치되고, 상기 제1 및 제2 열교환기는 서로 평행하게 연결되어 있으며, 상기 제1 촉매 베드로부터 방출되는 부분적으로 전환된 암모니아 합성용 가스와 함께 신선한 암모니아 합성용 가스의 제1 및 제2 스트림의 간접 가열에 적용되며, 제1 서브 스트림(substream) 및 제2 서브 스트림으로 나뉘어지고, 그리고 상기 제1 및 제2 열교환기로 도입되는 단계로 연속적으로 연결된 적어도 제1 및 제2 촉매 베드;
신선한 암모니아 가스의 상기 제1 및 제2의 예열된 스트림을 신선한 암모니아 합성용 가스의 제3 스트림과 혼합하기 위한 제1 혼합 장치;
부분적으로 전환된 암모니아 합성용 가스의 제1 및 제2 서브 스트림을 혼합하고 결합하기 위한 제2 혼합장치; 및
상기 결합된 부분적으로 전환된 합성용 가스를 적어도 제2 촉매 베드로 주입하기 위한 수단;
으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 주된 목적에 따라, 상기 암모니아 합성방법 및 암모니아 전환장치는 기존의 암모니아 합성 방법 및 전환장치를 현대화하는데 있어서 특히 유용하다.
평행하게 연결된 열교환 단계 및 평행한 열교환기에 의해서, 신선한 합성용 가스를 주입하고 그리고 고온에서 공정으로부터 생성물 가스를 제거할 수 있다.
본 발명의 생성물 가스에서 얻을 수 있는 고온의 배출 온도의 주요 장점으로서는 종래의 암모니아 합성 방법에서와 같이 보일러용 급수 대신에 유용한 스팀(steam)의 제조에 있어서 생성물 가스가 가열 수단으로서 이용될 수 있는 것이다.
하기 상세한 설명에서, 본 발명은 하기 도면을 참조하여 더 자세하게 구체화될 것이다.
제1도는 본 발명의 구체예에 따른 간략한 공정을 나타낸다.
제2도는 본 발명의 구체예에 따른 암모니아 전환장치를 나타낸다.
제1도에 있어서, 신선한 암모니아 합성용 가스의 주요 스트림(stream)이 제1 스트림(2), 제2 스트림(4) 및 제3 스트림(6)으로 분리된다. 제1 스트림(2)이 혼합 지점으로 이동하고, 여기서 상기 제1 스트림(2)이 제2 스트림(4) 및 제3 스트림(6)과 혼합되고 결합된다. 제1 스트림(2)과 결합되기 전에, 제2 스트림(4)은 제1 암모니아 촉매 베드(16)로부터 스트림(10)에서 방출된 부분적으로 전환된 암모니아 합성용 가스의 서브 스트림(12)과 함께 열교환기(18)에서 간접적 열교환에 의해 예열되고, 그리고 제3 스트림(6)은 부분적으로 전환된 암모니아 합성용 가스의 서브 스트림(14)과 함께 열교환기(20)에서 간접적 열교환에 의해 예열된다. 스트림(4) 및 스트림(6)에 열을 공급하고서, 서브 스트림(12) 및 서브 스트림(14)은 혼합 지점(22)에서 재결합되며 혼합되고, 그리고 상기 결합된 스트림은 스트림(24)의 더 많은 전환을 위해 제2 암모니아 촉매 베드로 도입된다. 생성된 암모니아가 풍부한 생성물 스트림(28)은 베드(26)로부터 방출된다.
상기 공정을 수행하기에 유용한 암모니아 전환장치를 제2도에 나타내었다.
제2도에서, 상기 전환장치는 병목 상단 부위(40)를 가지는 실린더형 압력 쉘(20) 내에서, 연속적으로 배치된 고리모양의 제1 암모니아 촉매 베드(60) 및 제2 암모니아 촉매 베드(80); 상기 베드(60)에서 고리모양의 공간 내에서 중심으로 배치된 제1 열교환기(100); 및 쉘(20)의 상단 부위(40) 내에 배치된 제2 베드 교환기(120)로 이루어진다.
상기 열교환기(100) 및 열교환기(120)는 가스 분리 장치(140)에 의해 평행하게 연결되어 있다. 신선한 암모니아 합성용 가스는 세 개의 분리된 스트림으로 상기 전환장치로 도입된다.
제1 스트림은 쉘(20)의 상부 영역에 있는 혼합 영역(180)으로 통로(160)를 따라 주입된다. 제2 스트림은 열교환기(100)에서 상기 상부 영역에 있는 수송관(200)을 따라 튜브(tube) 측으로 통과되고, 그리고 제3 스트림은 쉘(20)의 상단 부위(40)로 지나가며, 열교환기(120)의 쉘 측으로 통로(220)를 따라 통과된다. 열교환기(100 및 120)를 따라 통과하면서, 상기 제2 및 제3 스트림은 촉매 베드(60)로부터 방출되는 뜨거운 방출 가스(240)에 의한 간접 열교환에 의해 예열되며, 이들은 분리 장치(140) 수단에 의해서 두 개의 서브 스트림으로 나뉘어지며, 하나의 서브 스트림에서는 열교환기(100)를 따라 지나가고, 다른 하나의 서브 스트림에서는 열교환기(120)를 따라 지나간다. 그리고 암모니아 합성용 가스의 상기 예열된 제2 스트림 및 제3 스트림은 혼합 영역(180)에서 상기 제1 스트림과 함께 결합되어 암모니아 공정 가스가 된다. 상기 공정 가스는 방사상의 공급 방향으로 암모니아 합성용 촉매와 접촉하여 베드(60)를 따라 통과하며, 그리고 방출 스트림(240)으로 전환된다. 상기에서 서술한 바와 같이, 제2 및 제3 암모니아 합성용 가스 스트림으로 열을 공급하고서, 상기 방출 스트림(240)의 서브 스트림은 촉매 베드(60 및 80) 사이에 배치되어 있는 혼합 영역(260)에서 재결합된다.
그리고 상기 결합된 방출 스트림(280)은 촉매 베드(80)를 따라 방사상으로 통과되고, 베드(80)에서 암모니아가 풍부한 생성물 가스(300)로 더욱 전환된다. 상기 생성물 가스는 촉매 베드(80)의 중심상으로 배치된 수송관(320) 및 쉘(2)의 바닥 부위에 있는 배출구(340)를 따라 상기 전환장치로부터 최종적으로 제거된다.
Claims (3)
- 신선한 합성용 가스의 제1 스트림이 제1 가스 혼합 단계로 통과되고;신선한 합성용 가스의 제2 스트림이 제1 촉매 베드로부터 방출되는 제1 방출 스트림과 함께 제1 간접 열교환 단계로 통과되고;신선한 합성용 가스의 제3 스트림이 제1 촉매 베드로부터 방출되는 제2 방출 스트림과 함께 제2 열교환 단계로 통과되고;상기 제1 및 제2 방출 스트림이 부분적으로 전환된 합성용 가스 스트림을 상기 제1 촉매 베드로부터 분리시킴으로써 공급되고;상기 제1 방출 스트림이 상기 제1 열교환 단계로 도입되고, 상기 제2 방출 스트림이 상기 제2 열교환 단계로 도입되고, 그리고 상기 신선한 합성용 가스의 제2 및 제3 스트림이 제1 및 제2 방출 스트림으로부터 간접적으로 공급되는 열에 의해 예열되고;상기 예열된 제2 및 제3 스트림이 상기 혼합 단계로 통과되고, 그리고 신선한 합성용 가스의 상기 예열된 스트림이 암모니아 공정 가스 스트림을 획득하기 위하여 신선한 합성용 가스의 제1 스트림과 혼합되고 그리고 결합되며;상기 공정 가스가 상기 제1 촉매 베드로 도입되고 그리고 상기 부분적으로 전환된 합성용 가스 스트림이 제거되며;상기 제1 및 제2 방출 스트림이 부분적으로 전환된 공정 가스와 결합되고; 그리고상기 부분적으로 전환된 공정 가스가 암모니아가 풍부한 생성물 스트림을 획득하기 위하여 적어도 제2 촉매 베드로 도입되는;단계로 연속적으로 연결된 적어도 두 개의 촉매 베드를 가지고 있는 암모니아 전환장치로 세 개로 분리된 신선한 암모니아 합성용 가스의 스트림이 도입되는 것을 특징으로 하는 암모니아의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 베드가 제1 부분 및 제2 부분 사이에서 방출물을 냉각시키는 상기 제1 부분 및 제2 부분으로 나뉘어지는 것을 특징으로 하는 암모니아의 제조방법.
- 제1 및 제2 열교환기가 제1 촉매 베드의 다운 스트림(down stream)에 배치되고, 서로 평행하게 연결되어 있으며, 상기 제1 촉매 베드로부터 방출되는 부분적으로 전환된 암모니아 합성용 가스와 함께 신선한 암모니아 합성용 가스의 제1 및 제2 스트림의 간접 가열에 적용되고, 분리 장치 수단에 의해 제1 서브 스트림(substream) 및 제2 서브 스트림으로 나뉘어지고, 그리고 상기 제1 및 제2 열교환기로 도입되는 단계로 연속적으로 연결된 적어도 제1 및 제2 촉매 베드;신선한 암모니아 가스의 상기 제1 및 제2의 예열된 스트림을 신선한 암모니아 합성용 가스의 제3 스트림과 혼합하기 위한 제1 혼합 장치;부분적으로 전환된 암모니아 합성용 가스의 제1 및 제2 서브 스트림을 혼합하고 결합하기 위한 제2 혼합장치; 및상기 결합된 부분적으로 전환된 합성용 가스를 적어도 제2 촉매 베드로 주입하기 위한 수단;으로 압력 쉘(pressure shell) 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 암모니아 전환장치.
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