专利名称：一种合成氨自供热反应的工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于合成氨领域，涉及一种能耗低、稳定性好的合成氨自供热反应的工艺。
背景技术：
化工反应过程经常是通过几个反应器串联，进行不同的反应，有的是强放热反应，有的是弱放热，甚至是吸热反应。其典型流程如图1所示。
图1示反应2进程有足够的反应热，通过预热器可以达到自热反应外，还有热量多余，需要冷却分离，而反应1没有足够的反应热来维持反应，原料进入反应塔3经过换热器5后并不能达到反应所需温度，需要增设外供热加热器6，以提供热量来维持反应，反应后的混合物经冷却分离器7分离，部分原料进入反应塔4，经过换热器8加温后进行反应2，反应后的混合物经换热器8后通过冷却分离器9分离，部分原料进入下一级反应。这种工艺即需采用外部供热，外供热经常的做法是专设一台加热器，通过电能或蒸汽、或其它外在热源供热，这无疑增加能量的消耗，不是最经济的办法。
在合成氨工艺中，各个阶段反应的理论产热值及实际反应量不同，所产生的热量也会有多有少，如甲醇化反应阶段是强放热反应(产热量多)，氨合成反应阶段产热量也比较多，而甲烷化反应阶段是弱放热反应(主要是由于此阶段反应量少导致产热量少)。甲醇化反应通过预热后即可依靠自身反应热维持反应进行。在常规的工艺中，甲醇化反应放出的大量热量，产生的高温合成气需要通过冷却分离器冷却后进入下一阶段反应，冷却过程释放出的热量往往得不到利用，而甲烷化反应自身产生的反应热不足以使该反应能自动完成，需要额外提供热量来维持反应的进行，因此常常专设一台加热器，这种工艺很明显的缺点是能量的浪费；另一缺点是设备不够紧凑，需专设一个外供热换热器；缺点之三是当外供热出现故障而不能供热时，将直接影响到主要的催化反应过程，迫使甲醇化反应和甲烷化反应停车，造成严重的经济损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种投资少、能耗低、稳定性高、安全性好的合成氨自供热反应的新工艺。
本发明的目的是通过下列措施来实现的一种合成氨自供热反应工艺，该工艺是将合成氨工艺中的强放热反应的余热提供给弱放热反应或吸热反应，使弱放热反应或吸热反应利用所提供的热量能够进行反应。
所述的工艺，其中强放热反应的反应温度高于弱放热反应或吸热反应的反应温度。
本发明所述的强放热反应或弱放热反应是根据两个或多个反应的产热量相对而言，其中强放热反应的温度与弱放热反应或吸热反应的温度差为5℃～500℃。
所述的工艺，其中各反应的反应温度均高于常温，通常各反应的反应温度为50℃～600℃。
所述的工艺，其中各反应的压力为常压至高压，通常各反应压力为0.1～30.0mpa。
所述的工艺，其中各反应在同一个反应塔内进行或在不同的反应塔内进行。
本发明自热反应工艺中，强放热反应与弱放热反应或吸热反应可以在不同的反应塔中进行，其流程示意如图2所示，原料气经预热换热器5加热后并不足以维持反应进行，需要经自供热加热器6进一步加热后才能进行反应1(反应1在反应塔3中进行)，反应1是弱放热反应，反应后混合物的热量一部分可提供给预热换热器5，部分经冷却分离器7吸收，混合物部分经冷却分离，分离后的部分原料经预热换热器8加热后，进入反应塔4内进入反应2，反应2为强放热反应，产生的热量可提供给自供热加热器6，经过自供热加热器6吸收部分热量后的混合物经预热换热器8后进入下一级反应；也可以在同一个反应塔中进行，如图3所示，原料经预热换热器5加热后进入反应塔3内进行反应1(甲醇化反应)，产生大量热量，甲醇化反应后的混合物流经内部换热器4提供给反应2(甲烷化反应)所需热量，混合物通过预热换热器5后经冷却分离器6分离，分离后的原料经预热换热器7后进入反应塔3利用反应1提供的热量进行反应2(甲烷化反应)，反应后的产物经预热换热器7后进入下一级反应。这种通过其内在的传热，将反应热多余的热量直接提供给需供热的反应，以实现稳定的催化反应过程。
本发明适用于两个反应或两个以上的反应，反应可以是有机反应，也可以是无机反应。
强放热反应和弱放热或吸热反应在整个合成氨工艺流程中的位置，可以在前，也可以在后，均可适用本发明到提供的方法实现完全自供热。
本发明的优点
1、建立自供热系统，不需外供热，节省能耗(具体数据参见实施例)；2、克服传统外供热的不安全性和生产的不稳定性，自成独立体系，运行具有非常高的稳定性和安全性；3、可将二个或多个反应器变为一个反应器，在其内部安装直接换热器，设备紧凑，减少投资。
图1是通常化学反应工艺供热示意图。
图2是本发明自供热化学反应示意图之一。
图3是本发明自供热化学反应示意图之二。
图4是本发明实施例1自供热化学反应示意图。
图5是本发明实施例2自供热化学反应示意图。
图6是本发明实施例3自供热化学反应示意图。
具体实施例方式
以下结合附图通过实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1某合成氨厂设计一套甲烷化反应串接氨合成反应的工业流程，操作压力25.0mpa，甲烷化反应温度230-280℃，氨合成反应温度380-500℃，进入合成塔温度180℃，其中甲烷化反应由于反应量很少，不能自燃，采用本发明在系统内部串接反应中的强放热反应热进行供热，供反应1维持正常运行。
图4是该例的流程框图，其中反应1的原料气，从35℃经出口换热器3加热到200℃，再经自供热加热器4提温到250℃，进入反应器2进行甲烷化反应1，至240℃出反应器2经出口换热器3后经冷却分离器5分离，合成气经换热器6加热后进入反应塔8进行氨合成反应7(自供热加热器4的热源来自串联氨合成反应器8的氨合成反应(强放热反应)7，引出少量300℃的反应气，经换热降至250℃返回)，反应后的混合物热量经自供热加热器4及换热器6吸收后排出。本例只在反应开始时反应气预热需要提供外来热源，反应正常进行后即可停止外界供热，完全依靠反应自身产生的热量即可将全部反应持续进行下去。
实施例2某合成氨厂设计CO变换反应和甲烷化反应的串联自供热工艺，变换反应由中温变换反应和低温变换反应再串甲烷化反应，其流程框图见图5。
由图5可见，反应气经下部换热器加热至300℃后进行中温变换反应1，反应后出口温度为350℃，反应所产生的热量部分可以传递给下部换热器4、5，部分传递给自供热加热器7(自供热加热器7的热源取自中温变换反应1出口350℃气体。因为该温度供甲烷化的温度正好适宜，而低温变换后的温度250℃则嫌低，并不适宜)，温度降至200℃进入低温变换反应2，出口温度为250℃，产物经CO2吸收塔8后通过下部换热器6预热后再经自供热加热器7加温至280℃进入甲烷化反应3，反应后的热量可以由下部换热器6吸收。本例只在反应开始时反应气预热需要提供外来热源，反应正常进行后即可停止外界供热，完全依靠反应自身产生的热量即可将全部反应持续进行下去。
本例子的压力范围可在0.1mpa-7.0mpa。
实施例3串联反应的甲醇合成反应和甲烷化反应在一个组合或反应器内完成(见图6)。
35℃的反应物可在流经下部换热器5时进行预热，达到甲醇化反应所需要的温度200℃后，进入反应塔4进行反应1(甲醇化反应)，反应后的混合物温度达270℃，在反应塔内直接通过中间自供热换热器2(自供热换热器的热量来自于反应1的放热)提供给反应3(甲烷化反应)，使其维持在230-250℃，给甲烷化反应供热后的温度仍能达到240℃，提供给下部换热器5，从而使甲醇化反应持续进行，不再需要外界额外提供热量即可正常反应；甲醇化反应产物通过冷却分离器6分离降温分离，分离后的反应气经外部自供热换热器7加热至230℃进行甲烷化反应，甲烷化后反应气温度可达250℃，提供外部自供热换热器7的热量。本例只在反应开始时反应气预热需要提供外来热源，反应正常进行后即可停止外界供热，完全依靠反应自身产生的热量即可将全部反应持续进行下去。
甲醇化反应和甲烷化反应均可设计在5.0-30.0mpa范围，两个反应必须等压。
权利要求
1.一种合成氨自供热反应工艺，其特征在于该工艺是将合成氨工艺中的强放热反应的余热提供给弱放热反应或吸热反应，使弱放热反应或吸热反应利用所提供的热量能够进行反应。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于强放热反应的反应温度高于弱放热反应或吸热反应的反应温度。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于强放热反应的温度与弱放热反应或吸热反应的温度差为5℃～500℃。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于各反应的反应温度均高于常温。
5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于各反应的反应温度为50℃～600℃。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于各反应的压力为常压至高压。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于各反应压力为0.1～30.0mpa。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于各反应在同一个反应塔内进行或在不同的反应塔内进行。
全文摘要
本发明公开了一种合成氨自供热反应的工艺。该工艺是将合成氨工艺中的强放热反应的余热提供给弱放热反应或吸热反应，使弱放热反应或吸热反应利用所提供的热量能够进行反应。该工艺具有投资少、能耗低、稳定性高、安全性好的优点。
文档编号C01C1/02GK1709795SQ20051004032
公开日2005年12月21日 申请日期2005年5月31日 优先权日2005年5月31日
发明者吕仲明 申请人:吕仲明