[其他]一種氨合成氣的精制工藝過程

在審

• 申請號: 101985000001579
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN1004346B
• 公開（公告）日: 1989-05-31
• 發明（設計）人: 肥田木盛久
• 申請（專利權）人: 東洋工程株式會社
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 羅才希

用于氨合成工藝過程的合成氣是在去除氧化碳步驟中，或在氨合成的環路中，在吸附－脫附單元中除去該合成氣的氮而得以精制。

本發明是合成氨原料生產過程的改進。

最常用的合成氨工藝過程由下列步驟組成：

（a）將碳氫化合物原料在壓力條件下進行一次蒸汽轉化反應;

CH₄+H₂O→CO+3H₂

（b）將步驟（a）所得的氣體，加入空氣進行二次蒸汽轉化反應;

CH₄+H₂O→CO+3H₂

CH₄+O→CO+2H₂

（c）將步驟（b）所得的氣體中的一氧化碳進行一氧化碳催化轉化反應;

CO+H₂O→CO₂+H₂

（d）從得自步驟（c）的氣體中除去二氧化碳，得到含氮和氫的合成氣體;

（e）將所述的氨合成氣體進行氨合成反應，生成氨，并將含生成氨的氨合成氣送入分離單元，把氨與剩余的氨合成氣分開;

N₂+3H₂→2NH₃

（f）將所述的分離出氨的剩余的氨合成氣循環至步驟（e），

關于反應步驟（a），在蒸汽與碳按比例、在溫度和壓力的條件下進行，并從經濟觀點來選定這些條件，使該反應進行不完全。有一小部分未轉化的甲烷在反應步驟（b）中幾乎完全被轉化成一氧化碳和氫氣。更加顯著的是，在反應步驟（b），空氣與從反應步驟（a）來的高溫氣體混合，燃燒一部分甲烷，反應溫度升至較高溫度，此時，在有催化劑存在下，未反應甲烷量降至很低水平。

產品氣體中一氧化碳在前面的蒸汽轉化反應步驟中幾乎完全轉化成二氧化碳，氫產生于一氧化碳轉化步驟（c）。轉化氣在氧化碳去除步驟（d）進行處理分離二氧化碳和一氧化碳，然后送入氨合成步驟（e），進行氨合成。

在反應步驟（b）的條件下，是用空氣供給反應步驟（b）所需用的氧，其量一般決定于反應步驟（e）中所需氮的化學理論計算值，這樣，結果在反應步驟（b）需用的空氣量受到了遵守這個要求的限制。反應步驟（a）和（b）是甲烷轉化成一氧化碳和氫氣的反應。如果能允許在反應步驟（b）中多使用一點空氣，將會極大地增加步驟（b）的反應效果，因而減少了反應步驟（a）的“負荷”。“負荷”的意思是指應該在反應步驟（a）中完成的反應程度，即在反應步驟（a）中CH₄的反應與CH₄在步驟（a）與（b）中反應總量的比例。

步驟（a）的轉化反應爐是外加熱型的，反應管要經受高溫和壓力的條件，所以牽涉到制造反應管的材料的嚴格標準要求。因而減小反應步驟（a）的負荷就可以對一次轉化管的材料要求不那么嚴格了，相反地，在一次轉化爐中可以在高壓下轉化氣體。

這種作法，可以大為降低合成氨所需的壓縮動力，另外，二次轉化爐是內加熱式，熱效率很高。相反地一次轉化爐的外加熱式熱效率很低。相應地總的熱效率會由于大量地向二次轉化爐通入空氣而增高，并且降低了一次轉化爐的負荷。所以這個工藝過程是很吸引人的。但為了實現這一反應，通入二次轉化爐的過量氮氣必須在整個氨合成過程的某一環節除掉。

為了做到這一點，已公開的一種方法是在氨合成步驟（e）之前采用低溫分離法從合成氣中除去多余的氮氣。也就是說在步驟（d）與步驟（e）之間分離出多余的氮氣。在這個工藝過程中，采用膨脹機將合成氣進行絕熱膨脹，造成低溫條件，使得合成氣中的氮被液化分離，直至氫-氮比例在合成氣中適合于氨合成的步驟（e）。同時，合成氣中的甲烷幾乎完全除去，一氧化碳和氬氣也除至一定的程度。