TW422816B - Process and reactor for the preparation of ammonia - Google Patents

Description

經济部中央枒準局只工消费合作社印繁 A7 B7 五、發明説明（/ ) 本發明是關於從合成氣製備成氨的方法和反應器， 合成氣包含氮氣及氫氣，將合成氣通過一些觸媒庞，將部 分轉化的合成热在觸媒床之間做中間冷卻（intermediate cooling)。特別的是:本發明是關於上述型態的改進方法， 及一個用於該方法中的氨反應器，其中部分轉化之合成氣 的冷卻是以單一股的新鮮合成氣流以間接的熱交換氣來進 行。 美國專利第4，181，70i號中揭示一種氨反應器，其頂 部及底部是觸媒床’而中央熱交換器是固定在觸媒床之一 上。合成氣的製程流是將在反應器內部的分別進料流組合 而得的； 一股外層流用做冷卻反應器的外殼，一股交換流用做 冷卻中央熱交換器，並且一股繞道流做爲最終製程流溫度 的調整。 在一個反應器中有多於兩個觸媒床時，部分轉化之氨 合成氣的間接冷卻甚至是在習知技藝中已知的，並且是一 般應用於工業上的。 因此，·該合成氣以一些分別之流通過在觸媒床之間的 熱交換器的新鮮合成氣間接地來冷卻。該等流被導經固定 在反應器外殻上之分別的管線聯結。 在一些間歇性的熱交換器中，而以分別氣流將部分轉 化合成氣中間冷卻之已知氨製備方法的主要缺點是:需要許 多進口裝置，並且在氨反應器中有複雜的管線。 因此本發明的一個目的是:提供一種在多於兩個觸媒床 ____ 4_ 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Λ4規格（2ΪΟΧ 297公釐） ^^1 - - -I - m. - 11 ^^^1 k I ill ^^^1 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4228 16 經"部中决梂枣局只工消费合作社印繁 B7 五、發明説明（i ) 上，以部分轉化之合成氣的中間冷卻，來製備氨的方法， 其中該氣體在觸媒床之間以間接的熱交換器冷卻，而沒有 上述已知方法的缺點。 根據以上的目的，本發明提供在一個氨反應器中、在 升高的壓力及溫度下的一種製備氨方法，包含連續地將一 股氨合成氣的製程流通過至少三個觸媒康，並且在觸媒床 中反應該合成氣； 離開觸媒床之部分反應合成氣的中間冷卻，是以安排 在每一個觸媒床之間的熱交換器做熱交換，並且將富含氨 的產物出流取出，其中該製程流是在導入第一個觸媒床之 前’在部分轉化之合成氣的中間冷卻期間，將經過間接熱 交換而已預熱的第一股進料流合成氣，和與產物出流做間 接熱交換而已預熱之第二股進料流合成氣，及第三股做爲 流之溫度調整的進料流合成氣組合而得到，其中第一 股:進料流連續地通過間歇性的熱交換器，用來冷卻部分轉 化的合成氣。 本發明一個進一步的目標是提供一個用於本發明方法 的氨反應器.，其有簡單的進口及管線裝置，來分佈在每一 個觸媒床之間與部分反應合成氣做間接熱交換、而做爲冷 卻介質的新鮮合成氣。 因此，一個根據本發明的氨反應器，包含在圓柱狀的 壓力外殻之間，至少第一及第二及最後一個觸媒床，其垂 直安置於一個共通軸上，並且串聯起來； 中間熱交換裝置，其係安置在每一個觸媒床之間，做 --_5 _ 本紙法尺度4用__家縣（CNS ) Λ微格（2IGX297公楚） ^^1 m I ^^^1 : - r - 士 ¢1. - . ^^1— ί II ^^^1TJ -'β (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

五、發明說明) 爲從觸媒床來、與第一股進料流新鮮氨合成氣做間接熱交 換之部分轉化氣合成氣的中間冷卻， 進料-出流的熱交換裝置，其係安置在最後一個觸媒床 的出口處，與第二股進料流氨合成氣做間接熱交換，用來 冷卻氨產物出流； 用來導入第一進料流的進口裝置，以及用來將第二進 料流導至反應器的進口裝置； 用來將第三進料流之新鮮氨合成氣導至反應器的進口 裝置； 用來將第一、第二及第三進料流通到觸媒床頂部的裝 置；及 在將製程流導至觸媒床頂部之前’組合進料流到製程 流的裝置， 其中流通第一進料流的的裝置包括一個通路’用來串 聯中間熱交換器，並且用來從進口裝置連續地將第—進料 流通過中間熱交換裝置，而流到組合進料流的裝置。 本發明將以下列參照圖示的敘述來解釋細節，其中圖 一顯示根據本發明一個特定具體實施例中之氨反應器剖面 圖的純圖解形式。 當操作本發明時，新鮮氨合成氣2被導入根據本發明 一個特定具體實施例所建構的一個氨反應器4中。該合成 氣以三個分別的進料流6、8、1〇被導經安排在反應器外殼 12上之進口 16、18' 20。反應器4包含在外殻之內的頂部 觸媒床24、中央觸媒床26及底部觸媒床28。在觸媒床24 6 表紙張尺ϋ用中國國家標準7cNS)A4規格（210 X 297公;f) {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4228je A7 B7 五、發明説明（（A ) 及26之間和在觸媒床26及28之間，熱交換器30及32被 安置用來冷卻離開觸媒床％及26之部分轉化的製程流37 。底部的熱交換器34安排在底部觸媒床28的下游，做爲 從觸媒床28來之產物出流38的冷卻用。新鮮的合成氣通 入製程流36到觸媒床24，並且在觸媒床24上部分轉化。 該部分轉化的合成氣然後通入製程流37,連續地經過觸媒 康26及28。藉著通過觸媒床，在流中的氮氣及氫氣放熱 反應成爲氨及富含氨的產物出流38。產物出流38在從反 應器經出口 40取出之前，在熱交換器34中、以進料流8 做間接冷卻而冷卻下來。 一如以上所提及的，在氫氣及氮氣之間的反應是在觸 媒康中放熱地進行，而且該製程流溫度升高。因爲熱力學 的理由，製程流37的溫度必須在被導入觸媒床26及28之 前被降低。因此該流在熱交換器30及32中、與進料流6 做間接熱交換而被冷卻下來’其是串聯地通過熱交換器30 及32。 經濟部中央標準局兵工消费合作社印" I - 1 11— 1 I ., -0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本瓦) 藉著通過熱交換器’進料流6及8如上述地、以間接 熱交換被預熱。該被預熱的進料流然後與在觸媒床24上游 組合成製程流36。在導入到觸媒床24之前’製程流36的 溫度以加入冷的進料流10來調整。 7 本纸張尺度適用中困國家掠潭-^^^…规格⑺以所公釐）

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圖式主要元件符號說明 2 合成氣 4 反應器 6 進料流 8 進料流 10 進料流 12 反應器外殼 16 進口 18 進口 20 進口 24 頂部觸媒床 26 中央觸媒床 28 底部觸媒床 30 熱交換器 32 熱交換器 34 熱交換器 37 製程流 38 產物出流 40 出口 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖式簡單說明 圖一顯示根據本發明一個特定具體實施例中之氨反應 器剖面圖的純圖解形式。 ^--------t---------$ I * . ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）

Claims (1)

1. 8 8 8 8 ABCD 砌 濟 部 智 慧 財 k 局 員 X 消 合 作· 社 印 製 六、申請專利範圍 1. 一種在一個氨反應器中、在升高的壓力及溫度下製 備氨之方法，包含連續地將氨合成氣的一股製程流通過至 少三個觸媒床，並且在觸媒床中反應該合成氣； 離開觸媒床之部分反應合成氣的中間冷卻’其是以安 排在每一個觸媒床之間的熱交換器做熱交換’並且將富含 氨的產物出流取出’其中該製程流是在導入第一個觸媒床 之前，在部分轉化之合成氣的中間冷卻期間’將經過間接 熱交換而已預熱的第一股進料流合成氣’和與產物出流做 間接熱交換而已預熱之第二股進料流合成氣’及第三股做 爲製程流之溫度調整的進料流合成氣組合而得到，其中第 一股進料流連續地通過間歇性的熱交換器’用來冷卻部分 轉化的合成氣。 2. —種氨反應器，包含在圓柱狀的壓力外殻之間，至 少第一及第二及最後一個觸媒床’其垂直安置於一個共通 軸上，並且串聯起來； 中間熱交換裝置，其係安置在每一個觸媒床之間，做 爲從觸媒床來、與第一股進料流新鮮氨合成氣做間接熱交 換之部分轉化氨合成氣的中間冷卻； 進料-出流的熱交換裝置，其係安置在最後一個觸媒床 的出口處，與第二股進料流氨合成氣做間接熱交換，用來 冷卻氨產物出流； 用來導入第一進料流的進口裝置，以及用來將第二進 料流導至反應器的進p裝置； 用來將第三進料流之新鮮氨合成氣導至反應器的進口 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 铲！ 本紙伕尺度逋用中國國家樣準{ CNS > Α4规格（210X297公釐） Αδ 4228 1 6 cl D8 六、申請專利範圍 裝置； 用來將第一、第二及第三進料流通到觸媒床頂部的裝 置；及 在將製程流導至觸媒床頂部之前，組合進料流到製程 流的裝置， 其中流通第一進料流的的裝置包括一個通路，用來串 聯中間熱交換器，並且用來從進口裝置連續地將第一進料 流通過中間熱交換裝置，而流到組合進料流的裝置。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）