KR19980081579A - 암모니아의 제조방법 및 반응기 - Google Patents

Abstract

암모니아 합성기체의 공정흐름을 적어도 세 개의 촉매 베드 속을 연속적으로 통과시키고 베드들 내에서 합성기체를 반응시키며,

각 촉매베드사이에 배치된 열교환기들에서 열교환에 의해 촉매베드에서 나오는 부분적으로 반응된 합성기체를 중간 냉각하고 암모니아가 풍부한 생성물 유출액을 회수하는 것으로 이루어지며,

여기서 공정흐름은 첫 번째 촉매베드에 도입되기 이전에 부분적으로 전환된 합성기체를 중간 냉각하는 동안 간접 열교환을 통하여 예열된 합성기체의 첫 번째 원료흐름, 생성물 유출액으로 간접 열교환하여 예열된 합성기체의 두 번째 원료흐름, 그리고 공정흐름의 온도를 조절하기 위한 합성기체의 세 번째 원료흐름을 결합하여 얻어지며, 여기서 첫 번째 원료흐름은 부분적으로 전환된 합성기체를 냉각하기 위하여 베드사이에 위치한 열교환기들을 통하여 연속적으로 통과하는 암모니아 반응기내에서 고온고압하에 암모니아를 제조하는 방법.

Description

암모니아의 제조방법 및 반응기

본발명은 촉매베드들 사이로 부분적으로 전환된 합성기체를 중간 냉각하면서 많은 수의 촉매베드들 속으로 합성기체를 통과시켜서 질소와 수소로 이루어진 합성기체로부터 암모니아를 제조하기 위한 방법 및 반응기에 관련된다. 특히 본발명은 상기 유형의 개선된 방법과 그 방법에서 사용되는 암모니아 반응기에 관련되는데, 이 방법에서 부분적으로 전환된 합성기체의 냉각은 신선한 합성기체의 단일 흐름과의 간접 열교환에 의해 이루어진다.

미국 특허 제4,181,701호는 최상단 및 최하단 촉매 베드를 가지며 베드들중 하나에 중앙 열교환기가 장치된 암모니아 반응기를 개시한다. 합성기체의 공정흐름은 반응기내에서 분리된 원료흐름들 즉, 반응기 쉘을 냉각시키는 역할을 하는 쉘흐름, 중앙 열교환기를 냉각시키는 역할을 하는 교환흐름, 그리고 공정흐름의 온도를 최종적으로 조절하기 위한 우회흐름을 결합시켜 얻어진다.

더구나, 둘 이상의 촉매베드를 갖는 반응기내에서 부분적으로 전환된 암모니아 합성기체를 간접 냉각하는 것은 본 분야에 공지되어 있고 산업에서 통상적으로 적용되고 있다.

그리하여, 합성기체는 신선한 합성기체를 많은 수의 분리된 흐름들 내에서 촉매베드들 사이에 있는 열교환기들로 통과되면서 간접적으로 냉각된다. 이 흐름들은 반응기 쉘내에 장치된 분리된 관 연결부를 통해 도입된다. 분리된 기체 흐름들을 갖는 많은 수의 베드사이에 있는 열교환기에서 부분적으로 전환된 합성기체를 중간냉각하는 공지의 암모니아 제조공정의 가장 큰 결점은 많은 수의 유입구장치와 암모니아 반응기내에 복잡한 배관이 필요하다는 것이다.

따라서 본발명의 목적은 둘 이상의 촉매베드내에서 부분적으로 전환된 합성기체를 중간 냉각하며, 여기서 기체가 공지된 공정들의 상기 결점없이 간접 열교환기에 의해 촉매베드를 사이에서 냉각되는 암모니아의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적에 따르면, 본발명은 암모니아 합성기체의 공정흐름을 적어도 세 개의 촉매 베드 속을 연속적으로 통과시키고 베드들 내에서 합성기체를 반응시키는 것으로 이루어지는 암모니아 반응기내에서 고온고압하에 암모니아를 제조하는 방법을 제공한다.

이 방법에서는 각 촉매베드사이에 배치된 열교환기들에서 열교환에 의해 촉매베드에서 나오는 부분적으로 반응된 합성기체를 중간 냉각하고, 암모니아가 풍부한 생성물 유출액을 회수하는데, 여기서 공정흐름은 첫 번째 촉매베드에 도입되기 이전에 부분적으로 전환된 합성기체를 중간 냉각하는 동안 간접 열교환을 통하여 예열된 합성기체의 첫 번째 원료흐름, 생성유출액으로 간접 열교환하여 예열된 합성기체의 두 번째 원료흐름, 그리고 공정흐름의 온도를 조절하기 위한 합성기체의 세 번째 원료흐름을 결합하여 얻어지며, 여기서 첫 번째 원료흐름은 부분적으로 전환된 합성기체를 냉각하기 위하여 베드사이에 위치한 열교환기들을 통하여 연속적으로 통과한다.

본발명의 그 이상의 목적은 단순화된 유입구와 각 촉매 베드사이에서 부분적으로 반응된 합성기체와 간접 열교환을 하는데 있어서 냉각 매체로 작용하는 신선한 합성기체의 분포를 위한 배관장치를 가지는 본발명 방법에서 사용하기 위한 암모니아 반응기를 제공하는 것이다.

따라서 본발명에 따르는 암모니아 반응기는 원통형 압력 쉘내에서 최소한 공동축 주위에 수직으로 배치되고 순차적으로 연결된 첫 번째, 두 번째 그리고 마지막 촉매베드로 구성되고,

신선한 암모니아 합성기체의 첫 번째 원료흐름과의 간접 열교환에 의해 촉매베드로부터 부분적으로 전환된 암모니아 합성기체를 중간냉각하기 위하여 각 촉매 베드 사이에 배치된 중간 열교환장치;

암모니아 합성기체의 두 번째 원료흐름과의 간접 열교환에 의해 암모니아 생성물 유출액 흐름을 냉각하기 위하여 마지막 촉매 베드의 유출구에 배치된 원료-유출액 열교환장치;

첫 번째 원료흐름을 도입하기 위한 유입구 장치와, 반응기로 두 번째 원료흐름을 도입하기 위한 유입구장치;

신선한 암모니아 합성기체의 세번째 흐름을 반응기로 도입하기 위한 유입구 장치;

최상단 촉매베드로 첫 번째, 두 번째 그리고 세 번째 원료 흐름을 통과시키기 위한 장치; 그리고

공정흐름을 최상단 촉매베드로 도입하기 전에 공정흐름에 원료흐름들을 결합시키기 위한 장치를 포함하며,

여기서, 첫 번째 원료흐름을 통과시키기 위한 장치는 중간 열교환기들을 순차적으로 연결하기 위한 그리고 유입구 장치로부터의 첫 번째 흐름을 중간 열교환 장치를 통해 연속적으로 원료흐름을 결합하기 위한 장치로 통과시키기 위한 통로로 구성되어져 있다.

도 1은 본발명의 특정 실시예에 따르는 암모니아 반응기의 개략단면도이다.

본발명은 도면을 참조하여 다음의 설명에서 더 자세하게 설명되는데 여기에서 도 1은 발명의 특정한 실시예에 따르는 암모니아 반응기의 단면도를 개략적인 형태로 보여준다.

본발명을 작동할 때 발명의 특정한 실시예에 따라 구성된 암모니아 반응기(4)로 신선한 암모니아 합성기체(2)가 도입되어진다. 합성기체는 반응기의 쉘(12)에 장치된 유입구(16,18 및 20)를 통하여 세 개의 분리된 원료흐름(6,8,10)에 도입된다.

반응기(4)는 쉘내에서 최상단 촉매베드(24), 중앙 촉매베드(26) 그리고 최하단 촉매베드(28)로 구성된다. 베드(24)와 베드(26) 사이와 베드(26)과 베드(28)사이에 열교환기(30 및 32)는 베드(24 및 26)를 떠나는 부분적으로 전환된 공정흐름(37)을 냉각시키기 위해 배치된다. 최하단 촉매베드(28) 하류쪽으로 배치된 열교환기(34)는 베드(28)로부터 나오는 생성물 유출액(38)을 냉각시키기 위해 사용된다.

신선한 합성기체는 공정흐름(36) 내에서 베드(24)로 운송되어져 베드(24)에서 부분적으로 전환된다. 그리고나서 부분적으로 전환된 합성기체는 공정흐름(37)내에서 베드(26 및 28)를 통하여 연속적으로 통과된다. 질소와 수소는 베드들을 통하여 통과됨으로써 발열적으로 반응하여 암모니아로 되고 생성유출액(38)은 암모니아가 풍부하다. 생성유출액(38)은 배출구(40)을 통해 반응기에서 회수되어지기 전에 원료흐름(8)과의 간접 냉각에 의해 열교환기(34)에서 냉각된다.

위에서 언급된 바와같이 수소와 질소간의 반응은 촉매베드들 내에서 발열적으로 진행되고 공정흐름의 온도는 상승한다. 열역학적인 이유로 인하여 공정흐름(37)의 온도는 베드(26 및 28)로 도입되기 이전에 낮추어져야한다. 이리하여 열교환기(32 및 30)를 통해 순차적으로 통과되는 원료흐름(6)과의 간접 열교환에 의하여 열교환기(30 및 32)내에서 냉각되어 진다.

열 교환기를 통해 통과시킴으로써 원료 흐름(6 및 8)은 상기에서 설명한 바와같이 간접 열교환에 의해 예열된다. 그리고나서 예열된 원료흐름들은 최상단 촉매베드(24) 상류의 공정흐름에 결합된다. 베드(24)에 도입되기 전에 공정흐름(36)의 온도는 냉 원료흐름(10)을 추가함으로써 조절되어진다.

촉매베드들 사이로 부분적으로 전환된 기체를 중간 냉각하면서, 많은 수의 촉매베드를 속으로 질소와 수소로 이루어진 합성기체를 통과시켜 암모니아를 생성시키는 본발명의 공정은 유입구의 수를 줄이고 배관을 단순화시켜 반응기 제조비용과 시간을 절약하며 다른 공정에 응용을 용이하게 한다.

Claims (2)

1. 암모니아 반응기내에서 고온고압하에 암모니아를 제조하는 방법에 있어서,

   암모니아 합성기체의 공정흐름을 적어도 세 개의 촉매 베드 속을 연속적으로 통과시키고 베드들 내에서 합성기체를 반응시키며,

   각 촉매베드사이에 배치된 열교환기들에서 열교환에 의해 촉매베드에서 나오는 부분적으로 반응된 합성기체를 중간 냉각하고 암모니아가 풍부한 생성물 유출액을 회수하는 것으로 이루어지며,

   여기서 공정흐름은 첫 번째 촉매베드에 도입되기 이전에 부분적으로 전환된 합성기체를 중간 냉각하는 동안 간접 열교환을 통하여 예열된 합성기체의 첫 번째 원료흐름, 생성물 유출액으로 간접 열교환하여 예열된 합성기체의 두 번째 원료흐름, 그리고 공정흐름의 온도를 조절하기 위한 합성기체의 세 번째 원료흐름을 결합하여 얻어지며, 여기서 첫 번째 원료흐름은 부분적으로 전환된 합성기체를 냉각하기 위하여 베드사이에 위치한 열교환기들을 통하여 연속적으로 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 원통형 압력 쉘내에서 최소한 공동축 주위에 수직으로 배치되고 순차적으로 연결된 첫 번째, 두 번째 그리고 마지막 촉매베드로 구성되며,

   신선한 암모니아 합성기체의 첫 번째 원료흐름과의 간접 열교환에 의해 촉매베드로부터 부분적으로 전환된 암모니아 합성기체를 중간냉각하기 위하여 각 촉매 베드 사이에 배치된 중간 열교환장치;

   암모니아 합성기체의 두 번째 원료흐름과의 간접 열교환에 의해 암모니아 생성물 유출액 흐름을 냉각하기 위하여 마지막 촉매 베드의 유출구에 배치된 원료-유출액 열교환장치;

   첫 번째 원료흐름을 도입하기 위한 유입구 장치와, 반응기로 두 번째 원료흐름을 도입하기 위한 유입구장치;

   신선한 암모니아 합성기체의 세번째 흐름을 반응기로 도입하기 위한 유입구 장치;

   최상단 촉매베드로 첫 번째, 두 번째 그리고 세 번째 원료 흐름을 통과시키기 위한 장치; 그리고

   공정흐름을 최상단 촉매베드로 도입하기 전에 공정흐름에 원료흐름들을 결합시키기 위한 장치를 포함하며,

   여기서, 첫 번째 원료흐름을 통과시키기 위한 장치는 중간 열교환기들을 순차적으로 연결하기 위한 그리고 유입구 장치로부터의 첫 번째 흐름을 중간 열교환 장치를 통해 연속적으로 원료흐름을 결합하기 위한 장치로 통과시키기 위한 통로로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 암모니아 장치.