NO321774B1 - Fremgangsmate og reaktor for fremstilling av ammoniakk - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og reaktor for fremstilling av ammoniakk fra en syntesegass innbefattende nitrogen og hydrogen ved passasje av syntesegassen gjennom et antall katalysatorsj ikt med mellomliggende avkjøling av delvis konvertert syntesegass mellom katalysatorsj iktene. Spesielt vedrører oppfinnelsen en forbedret fremgangsmåte av den ovenfor nevnte rypen og en ammoniakk-reaktor for anvendelse i fremgangsmåten, hvori avkjøling av den delvis konverterte syntesegassen utføres ved indirekte varmeveksling med en enkelt strøm av fersk syntesegass.

US-patent nr. 4 181 701 beskriver en ammoniakk-reaktor med et topp- og et bunn-katalysatorsjikt med en sentral varmeveksler montert på ett av sjiktene. En prosesstrøm av syntesegass oppnås ved kombinering inne i reaktoren av separate råstoffstrømmer; en skallstrøm som tjener til å avkjøle reaktorskallet, en vekslerstrøm som tjener til å avkjøle den sentrale varmeveksleren og en by-pass strøm for endelig regulering av temperaturen av prosesstrømmen.

Indirekte avkjøling av delvis konvertert ammoniakk-syntesegass i en reaktor med mer enn to katalysatorsjikt er videre kjent innen teknikken og konvensjonelt anvendt i industrien.

Derved avkjøles syntesegassen indirekte med fersk syntesegass som føres i et antall separate strømmer til varmevekslere mellom katalysatorsj iktene. Strømmene innføres gjennom separate rørforbindelser montert i reaktorskallet.

Hovedulempen ved de kjente ammoniakk-fremstillingsprosessene med mellomliggende avkjøling av delvis konvertert syntesegass i et antall meUomsjikts-varmevekslere med separate gasstrømmer er behovet for tallrike innløpsinnretninger og komplisert rør-anlegg i ammoniakk-reaktoren.

Følgelig er en ammoniakk-reaktor med tre katalysatorsjikt som kontrolleres ved hjelp av mellomliggende varmeveksler mellom delvis omsatt ammoniakk-syntesegasseffluent fra katalysatorsjiktene og ved å kombinere fire separate innløpsstrømmer til en prosess-gasstrøm beskrevet i EP-A-332,757 og EP-A-222f069.

Den nevnte EP-A-332,757 viser videre en tresjikts ammoniakk-reaktor som drives med tre separate innløpsstrømmer av syntesegass. Produktgass som forlater det siste katalysatorsjiktet fjernes fra reaktoren uten indirekte avkjøling og gjenvinning av verdifull reaksjonsvarme for foroppvarming av syntesegass.

Andre tidligere kjente katalysatorsjiktanordninger er beskrevet i EP-A-374,564 og EP-A-7,743.

Det er følgelig et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstillingen av ammoniakk i mer enn to katalysatorsjikt med mellomliggende av-kjøling av delvis konvertert syntesegass, hvor gassen avkjøles mellom katalysatorsj iktene ved indirekte varmeveksling uten de ovenfor omtalte ulempene ved de kjente prosessene.

Ifølge det ovenstående formålet tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av ammoniakk ved forhøyet trykk og temperatur i en ammoniakk-reaktor, innbefattende føring av en prosesstrøm av ammoniakk-syntesegass suksessivt gjennom minst tre katalysatorsjikt og omsetning av syntesegassen i sjiktene;

mellomliggende avkjøling av delvis omsatt syntesegass som forlater katalysatorsjiktene ved varmeveksling i varmevekslere anordnet mellom hvert katalysatorsjikt og fjernelse av produkteffluent som er rik på ammoniakk, kjennetegnet ved at proses-strømmen oppnås ved kombinasjon før innføring i et første katalysatorsjikt, av en første råstoffstrøm av syntesegass som er foroppvarmet ved indirekte varmeveksling gjennom den mellomliggende avkjølingen av den delvis konverterte syntesegassen, en andre råstoffstrøm av syntesegass som er foroppvarmet ved indirekte varmeveksling med produkteffluenten, og en tredje råstoffstrøm av syntesegass for regulering av temperaturen av prosesstrømmen og hvor den første råstoffstrømmen føres suksessivt gjennom varmevekslerne mellom sjiktene for avkjøling av den delvis konverterte syntesegassen.

Et ytterligere formål ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en ammoniakk-reaktor for anvendelse i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med forenklede innløps-og rørsystemanlegg for fordeling av fersk syntesegass som tjener som kjølemedium i indirekte varmeveksling med delvis omsatt synstesegass mellom hvert katalysatorsjikt.

Følgelig innbefatter en ammoniakk-reaktor ifølge oppfinnelsen innenfor et sylindrisk trykkskall minst et første, et andre og et siste katalysatorsjikt vertikalt anordnet omkring en felles akse og forbundet i serie;

mellomliggende varmeveksleranordninger anordnet mellom hvert katalsyatorsjikt for mellomliggende avkjøling av en delvis konvertert ammoniakk-syntesegass fra

katalysatorsj iktet ved indirekte varmeveksling med en første råstoffstrøm av fersk ammoniakk-syntesegass;

innløpsinnretninger for innføring av en første råstoffstrøm og innløpsinn-retninger for innføring av en andre og en tredje råstoffstrøm av frisk ammoniakk-syntesegass i reaktoren;

innretninger for å føre den første, den andre og den tredje råstoffstrømmen til topp-katalysatorsj iktet; og

innretninger for å kombinere råstoffstrømmene til en prosesstrøm før innføring av prosesstrømmen i topp-katalysatorsj iktet, kjennetegnet ved at

innretningene for føring av den første råstoffstrømmen består av en passasje for i serie å forbinde de mellomliggende varmevekslerne og for å føre den første strømmen fra innløpsinnretningen etter hverandre gjennom de mellomliggende varmeveksler-innretningene til en innretning for å kombinere råstoffstrømmene, og

varmeveksleirnnretninger for råstoff-effluent anordnet ved utløp av det siste katalysatorsj iktet for avkjøling av en ammoniakk-produkteffluentstrøm ved indirekte varmeveksling med en andre råstoffstrøm av ammoniakk-syntesegass.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli forklart i større detalj under henvisningen til tegningene, hvori den eneste figuren i rent skjematisk form viser et snitt av en ammoniakk-reaktor i henhold til en spesifikk utførelsesform av oppfinnelsen.

Ved drift av oppfinnelsen innføres frisk ammoniakk-syntesegass 2 i en ammoniakk-reaktor 4 som er konstruert i henhold til en spesifikk utførelsesform av oppfinnelsen. Syntesegassen innføres i tre separate matestrømmer 6, 8,10, gjennom innløpene 16,18 og 20, anordnet i skall 12 av reaktoren. Reaktor 4 innbefatter innenfor skallet et topp-katalysatorsj ikt 14, et sentralt katalysatorsjikt 16 og et bunn-katalysatorsjikt 28. Mellom sjiktene 24 og 26 og mellom sjiktene 26 og 28 er varmevekslere 30 og 32 anordnet for avkjøling av en delvis konvertert prosesstrøm 37, som forlater sjiktene 24 og 26. En bunn-varmeveksler 34 anordnet nedstrøm for bunn-katalysatorsjiktet 28 tjener til avkjøling av en produkteffluent 38 fra sjikt 28. Frisk syntesegass føres i prosesstrøm 36 til sjikt 24 og konverteres delvis i sjikt 24. Den delvis konverterte syntesegassen føres så i prosesstrøm 37 suksessivt gjennom sjikt 26 og 28. Ved passasje gjennom sjiktene reagerer nitrogen og hydrogen i strømmen eksotermt til ammoniakk og produkteffluent 38 som er rik på ammoniakk. Produkteffluent 38 avkjøles i varmeveksler 34 ved indirekte avkjøling med råstoffstrøm 8 før den tas ut fra reaktoren gjennom utløp 40. Som nevnt tidligere forløper reaksjonen mellom hydrogen og nitrogen eksotermt i katalysatorsjiktene og temperaturen av prosesstrømmen øker. Av termodynamiske årsaker må temperaturen av prosesstrømmen 37 reduseres før den innføres i sjikt 26 og 28. Strømmen avkjøles derved i varmevekslere 30 og 32 ved indirekte varmeveksling med råstoffstrøm 6, som føres i serie gjennom varmevekslere 32 og 30.

Ved passasje gjennom varmevekslerne foroppvarmes råstoffstrømmer 6 og 8 ved indirekte varmeveksling, som beskrevet ovenfor. De foroppvarmede råstoffstrømmene kombineres så til prosesstrøm 36 oppstrøm for topp-katalysatorsjikt 24. Før de innføres i sjikt 24 reguleres temperaturen av prosesstrøm 36 ved tilsetning av en kald råstoffstrøm 10.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av ammoniakk ved forhøyet trykk og temperatur i en ammoniakk-reaktor som innbefatter føring av en prosesstrøm av ammoniakk-syntesegass suksessivt gjennom minst tre katalysatorsjikt og omsetning av syntesegassen i sjiktene; mellomliggende avkjøling av delvis reagert syntesegass som forlater katalysatorsj iktene ved varmeveksling i varmevekslere anordnet mellom hvert katalysatorsjikt og fjernelse av en produkteffluent som er rik på ammoniakk, karakterisert ved at prosesstrømmen oppnås ved å kombinere, før innføringen i et første katalysatorsjikt, en første råstoffstrøm av syntesegass som er foroppvarmet ved indirekte varmeveksling gjennom den mellomliggende avkjølingen av delvis konvertert syntesegass, en andre råstoffstrøm av syntesegass som er foroppvarmet ved indirekte varmeveksling med produkteffluenten, og en tredje råstoffstrøm av syntesegass for regulering av temperatur av prosesstrømmen og hvor den første råstoffstrømmen føres suksessivt gjennom varmevekslerne mellom sjiktene for avkjøling av den delvis konverterte syntesegassen.

2. Ammoniakk-reaktor som i et sylindrisk trykkskall innbefatter minst et første, et andre og et siste katalysatorsjikt vertikalt anordnet rundt en felles akse og forbundet i serie; mellomliggende varmeveksleirnnretninger anordnet mellom hvert katalysatorsjikt for mellomliggende avkjøling av en delvis konvertert ammoniakk-syntesegass fira katalysatorsjiktet ved indirekte varmeveksling med en første råstoffstrøm av fersk ammoniakk-syntesegass; innløpsinnretninger for innføring av den første råstoffstrømmen og innløpsinn-retninger for innføring av en andre og en tredje råstoffstrøm av frisk ammoniakk-syntesegass i reaktoren; innretninger for å føre den første, den andre og den tredje råstoffstrømmen til topp-katalysatorsjiktet; og innretninger for å kombinere råstoffstrømmene til en prosesstrøm før innføring av prosesstrømmen i topp-katalysatorsjiktet, karakterisert v e d at innretningene for føring av den første råstoffstrømmen består av en passasje for i serie å forbinde de mellomliggende varmevekslerne og for å føre den første strømmen fra innløpsinnremingen etter hverandre gjennom de mellomliggende varme-vekslerinnretningene til innretningen for kombinering av råstoffstrømmene, og varmeveksleirnnretninger for råstoff-effluent anordnet ved utløp av det siste katalysatorsj iktet for avkjøling av en ammoniakk-produkteffluentstrøm ved indirekte varmeveksling med en andre råstoffstrøm av ammoniakk-syntesegass.