专利名称：以氮和从天然气中获得的氢为基础生产氨的方法
技术领域：
总的来说，本发明涉及以氮和氢为基础生产氨的方法。
具体地说，本发明涉及以主要包含氮和从天然气中获得的氢的混合物为基础生产氨的方法，在该方法中，将所述天然气与富氧气体在水蒸汽存在下进行部分氧化反应，得到含有氢和一氧化碳的粗合成气；将所述粗合成气在至少一个催化反应步骤(转移)中进行处理，以使一部分的一氧化碳转变成二氧化碳，获得含有氢、二氧化碳和一氧化碳的转化合成气；将所述转化合成气进行至少一次的脱碳步骤，以至少部分除去二氧化碳，并且进行至少一次纯化步骤，以至少部分除去一氧化碳。
本发明还涉及进行上述方法的氨生产设备。
背景技术：
现有技术已知，对于由天然气大规模生产氨(换言之，例如每天3000t的生产)，日益需要实现一种高产率的方法，即它易于进行，并且不需要高的能量消耗和操作成本。
为了满足上述需求，通常采用进行下列操作顺序的方法-天然气的部分氧化反应，获得粗合成气；-转移反应，得到转化合成气；-脱碳操作，其通过适用于吸附二氧化碳的物理溶剂进行，以除去所述转化合成气中存在的二氧化碳；-纯化操作，其通过液氮洗涤进行，以除去所述转化合成气中存在的一氧化碳；-氨的合成，其由在上述操作之后获得的主要含氢和氮的混合物合成。
因此，脱碳和纯化操作分别要将二氧化碳和一氧化碳脱去，以使它们的浓度达到每百万体积中存在几个体积份(例如，一氧化碳旨在达到的值为低于10p.p.m.v.的值)。
尽管从各种观点考虑，上述示意性描述的生产氨的方法是有一些优点的，然而，它也存在一些缺点。
这些缺点之一就是不得不面对这样的事实液氮洗涤操作必需在非常低温度下进行，因而需要采用特殊材料及适当绝热，尽管特殊材料及适当绝热都是已知的，然而它们非常昂贵，并且在全部过程中都需要特别的小心。
发明内容
本发明要解决的技术问题是设计并提供一种以主要含氮和从天然气中获得的氢的混合物为基础生产氨的方法，该方法能够满足上面概述的需求，同时，以一种简单并有效的方式克服所提出的关于现有技术的局限性和/或缺点。
根据本发明，通过以主要含氮和从天然气中获得的氢的混合物为基础生产氨的上述工艺，解决了这种问题，并且该方法的特征在于对于所述至少一次纯化步骤采用至少一个分子筛。
根据本发明用于生产氨的方法的进一步特征和优点，将从下面参照附图进行的本发明优选示例性的实施方案的描述变得更加清楚，其中所述优选示例性的实施方案是为表达和非限制的目的而给出的。
图1表示进行本发明氨生产方法的设备的方框图。
具体实施例方式
参考图1，示意性示出进行本发明方法并且整体用10表示的氨生产设备。以主要含氮和从天然气5中获得的氧的混合物4为基础，生产氨3。
设备10包括第一部分12，其用于生产主要含氮和氧的所述混合物；以及第二部分14，其用于所述氨4的合成。
设备10的第一部分12包括部分氧化区16；用于将一氧化碳变成二氧化碳的催化反应区18，其包括至少一个所谓的转移变换器；脱碳区20和纯化区22。
具体地说，根据本发明的一个方面，有利地，这样的纯化区22包含至少一个分子筛装置。
我们欲借用术语″分子筛″，包括所有具有能够优选吸附包含在气体混合物中的预定气体的微孔的常规材料，包括活性炭在内。根据所述预定气体的吸附和释放步骤，将这些材料分为PSA(压力摆动吸附)类型的分子筛或活性炭以及TSA(温度摆动吸附)类型的分子筛或活性炭。
在PSA吸附步骤中，使含有所述预定气体的气态混合物在加压下通过分子筛，预定气体以这种方式被优选吸附在微孔内。然后，降低压力，使预定气体与可能保留的其他气态组分一起脱吸附，因而分子筛得到再生。
不同的是，在TSA方法中，通过使含有要分离的预定气体的气态混合物经过在预定温度例如在不高于80℃的温度下的上述分子筛，以使预定气体被优选吸附在微孔内。然后，例如采用蒸汽流将温度升高，因而使预定气体与可能保留的气态组分一起脱吸附，从而使分子筛得到再生。
优选地，根据本发明，使用PSA-类型分子筛。
在本发明的再一个实施方案中，纯化区22可以与包含至少一个所谓甲烷转化器的甲烷化作用区24联合。
下面，详细说明氨生产设备10的运转。
在设备10的第一部分12的部分氧化区16中，适当混合有水蒸汽的天然气5进行与富氧气体6的部分氧化反应，得到含氢和一氧化碳的粗合成气7。作为实例，当部分氧化区16包含自动热重整装置时，它在900～1300℃、优选在900～1200℃的温度以及在40～150bar、优选在40～100bar的压力下工作是有利的；所述富氧气体6具有至少50％、优选至少70％、还更优选至少90％的氧。例如，可以使用富氧空气。
在转移变换器(shift converter)(进行转化催化反应的步骤)中，处理粗合成气7，以使一部分的一氧化碳转变成二氧化碳，得到含氢、二氧化碳和一氧化碳的转化合成气8。
在区20中，转化合成气8进行至少一次的脱碳步骤，以至少部分除去二氧化碳20a，并且在装置22中，进行至少一次的纯化步骤，以除去一氧化碳22a，以使这两者的浓度与在设备10的第二部分14中存在的氨合成催化剂相适合，例如使它们的浓度低于10p.p.m.v.。
在纯化装置22中，有利地，为一氧化碳设置至少一个分子筛。
在本发明的再一个实施方案中，采用与纯化区22连接的甲烷化作用区24，进行甲烷化反应，从而减小了纯化区22本身的大小，使一氧化碳转变成甲烷。
在所述纯化步骤之后，根据用于氨合成催化剂的最佳化学计量比，进行氮9的供给，以形成主要含氮和氢的所述混合物4，所述混合物4实际上是在设备10的第二部分14，即用于合成所述氨3的部分中进行处理的。
要指出的是，对于大规模生产，部分氧化区16优选是催化类型的，即，它包括自动热重整装置，但是它不排除使用非催化的部分氧化装置，相比之下，非催化的部分氧化装置需要更高的氧消耗，因而需要更高的能量消耗，但是它结构上更加简单。尤其是，在能量成本低的情况下，采用非催化装置可以是有利的。
从现有的描述中，可以清楚地看出，根据本发明的生产氨的方法解决了所述技术问题，并且提供了大量的优点，第一个优点是它避免了在现有技术中为正确处理所使用液氮而需要的所有特殊材料。
本发明的另一个主要优点是在纯化步骤的最后获得的气体实际上是与氨合成同时存在的纯氢，而该纯氢可以用于其它生产。
当然，本领域的技术人员为了满足特殊和偶然的需求，可以对上述生产氨的方法进行大量的改进和变化，所有这些改进和变化都应当是涵盖在下面权利要求所限定的本发明保护范围内的。
权利要求
1.一种以主要含氮以及从天然气(5)中获得的氢的混合物(4)为基础生产氨(3)的方法，在所述方法中，所述天然气(5)在水蒸汽的存在下进行与富氧气体(6)的部分氧化反应，得到含有氢和一氧化碳的粗合成气(7)；将所述粗合成气(7)在至少一个催化反应步骤(转移)中进行处理，以将一部分的一氧化碳转变成二氧化碳，得到含有氢、二氧化碳和一氧化碳的转化合成气(8)；将所述转化合成气(8)进行至少一次脱碳步骤，以至少部分除去二氧化碳(20a)，并且进行至少一次纯化步骤，以至少部分除去一氧化碳(22a)，其特征在于对于所述至少一次纯化步骤，采用至少一个分子筛。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述至少一次纯化步骤之后，进行氮(9)的供给，以形成要在所述氨(3)的合成设备(14)中进行处理并且主要含有氮和氧的所述混合物(4)。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述至少一个分子筛是PSA类型。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于所述至少一次纯化步骤与甲烷化作用区(24)联合。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于所述部分氧化反应是催化类型的(自动热重整)。
6.用于生产氨(3)的设备(10)，其以主要含氮和由天然气(5)在水蒸汽的存在下获得的氢的混合物(4)为基础，这种类型的设备包括第一部分(12)，其用于生产主要含氮和氢的所述混合物(4)，以及第二部分(14)，其用于合成所述氨(3)，所述第一部分(12)包含部分氧化区(16)、催化反应区(18)、脱碳区(20)和纯化区(22)，特征在于所述纯化区(22)包含至少一个分子筛装置。
7.根据权利要求6的设备，其特征在于所述纯化区(22)与甲烷化作用区(24)联合。
全文摘要
在以主要含氮以及从天然气(5)中获得的氢的混合物(4)为基础生产氨(3)的方法中，所述天然气(5)与富氧气体(6)在水蒸汽的存在下进步部分氧化反应，得到含有氢和一氧化碳的粗合成气(7)；将所述粗合成气(7)在至少一个催化反应步骤(转移)中处理，以将一部分的一氧化碳转变成二氧化碳，得到含有氢、二氧化碳和一氧化碳的转化合成气(8)；将所述转化合成气(8)在至少进行一次脱碳步骤，以至少部分除去二氧化碳，并且进行至少一次纯化步骤，以至少部分除去一氧化碳。
文档编号C01B3/02GK1968891SQ200580019478
公开日2007年5月23日 申请日期2005年6月10日 优先权日2004年6月18日
发明者E·菲利皮 申请人:阿梅尼亚·卡萨莱股份有限公司