氨合成气的生产方法和装置的制作方法

专利名称:氨合成气的生产方法和装置的制作方法
本发明涉及氨合成气的生产，更有甚者，它是涉及与变压吸附工艺技术相连的改进了的方法和装置，采用该方法和装置去生产氨的合成气。
氨合成气的生产，一般是基于用天然气或石脑油进行蒸汽转化，然后进一步用空气进行第二次转化。最近时期以来，由于能源价格在世界范围内大幅度地增涨，因此，人们普通采用各种方法试图改进工艺和降低能耗以完善流程。在本技术领域：
里，人们已认识到在氢的净化生产上可以采用变压吸附(Pressure swing adsorption简称P.S.A.)工艺以简化、完善生产过程。由于，在化学加工工业中，氨的生产是耗用氢气的最大用户，因此，氨合成气的生产方法具有重大的商业上的意义。一般的生产方法包括有各种组合的洗涤系统，甲烷化和其他有关装置。与此不同，这种变压吸附方法则可以用单一的净化方法，基本上把全部杂质和惰性气体从含氢混合气中完全脱除。
在合成氨生产中，一般是把天然气和石脑油进行蒸汽转化的方法，作为烃原料转化的最佳方法。当然，用烃原料进行部分氧化的转化方法也是可取的，而且在许多规模较大的工厂中也出现了这种倾向，即用氧气对石油重馏分和煤进行部分氧化的转化。无论是采用蒸汽转化或是用部分氧化法去生产合成氨，其中，空气分离装置或是制氮装置是整个合成氨生产系统中必不可少的重要部分。因为，在该系统中制备出的氧气，是用于烃原料的部分氧化;而该系统中出来的氮气，则和从变压吸附系统中出来的净化氢气混合，组成了所需的氨合成气。
人们发现，变压吸附工艺在氨合成气的生产中具有明显的优越性，因此，一直不断地发展和完善该方法，以达到降低昂贵能耗的目的。根据这种需要，有一种方法建议由外部氮源提供氮气，作为在氨生产操作中用变压吸附净化氨气时的
洗气。采用该方法，则可在变压吸附的较高吸附压力中，使氮气随同净化了的氢气一起，比较容易地从变压吸附系统回收。在提高了的压力下，把氮气用作
洗气，而从变压吸附系统出来的
洗气则可以用来发电，所产生的电力可以压缩空气，用以空气分离或制氮。生成的氮气，则可以在提高了的压力下，作为外部氮源，用作变压吸附的
洗气。而生成的氧气，则需要时可以用于第二转化反应，或用于部分氧气以制备氢气。由于这个方法，可以看到能夠得到一个完整一体的流程，包括制备氢气，变压吸附-氢的净化，氨的合成和空气分离等部分，由此把烃原料转化成氨合成气。采用该完整一体的流程，能夠比目前采用的一般其他流程，消耗更少的能源，去生产产品氨和氨合成气。在提高了的压力下，把氮气用作
洗气，也使得变压吸附系统的设计简化，作为所用的吸附床层的更低压力降的结果成为可能。尽管有以上许多的优点和好处，但是采用变压吸附工艺去生产氨合成气的整个生产系统和流程仍需要加强和进一步发展。确实，为了在生产氨合成气时能实现节约能源，降低消耗，则必须不断地努力改进生产方法和流程，以能夠满足世界范围内工业社会对生产高能耗的氨产品的日益增长的需要。
本发明的目的是，提供用以生产氨合成气的改进的方法和装置。
本发明的另一目的是，在生产氨合成气过程中采用变压吸附工艺时，提供方法和装置以强化生产。
本发明的第三个目的是，提供方法和装置，以便能在用烃原料转化成氨合成气的整个生产系统中降低消耗。
根据以上目的和其他方面的考虑，本发明随后要加以详述，而有些特征将在本发明的从属权利要求
中专门提出。
由于在第二转化反应或部分氧化反应中通入了空气，因此，送入下面变压吸附系统的混合气体中就含有适量的氮气，该氮气中有部分是从变压吸附系统中与氢气一起，作为部分净化了的氨合成气回收，而多余的氮气则与废气一起从系统中排出。在提高了的压力下进行
洗操作时，含有多余氮气的
洗气能用以发电，而在变压吸附系统中的过量氮气的存在能提高氢气的回收率，因此本发明的生产流程中，可以不采用空气分离装置或制氮装置。
在本发明的实施中，用空气来进行烃原料转化操作，其结果是产品气体混合物中含有大量的的氮存在。经过变換后，把含有这种氮的气体混合物通入到PSA系统中。于该系统中，氮起到了有益的作用，其结果是可取消空气分离操作并取得能强化整个氨合成气生产操作的其他好处。PSA系统在排除过剩的氮和其他杂质的同时，还能把部分净化的氢一氮混合气体为一种所需要的氨合成气流来回收。
发明的方法与设备涉及到一些众所周知，已叙述过的，以前以独特方式采用的工序。与常规的方法比较，本发明可强化整个操作并使重要的过程得到简化。为此，该发明的实施分为几个阶段进行一个是把烃料流转化成氢气和一氧化碳的制氢阶段，一个是水煤气变換阶段，还有一个是获得以部分净化氨合成气形式出现的氢一氮气并可把含氮施放废气用于发电的变压吸附阶段，在制氢阶段，把烃料流，例如天然气或石脑，送入第一和第二转化操作。在具体实施中，烃料流在第一转化炉内，与蒸汽催化反应生成含氢和一氧化碳的第一转化气。第一转化是以通常方式在第一转化炉的装有催化剂的转化管中进行。第一转化炉是以典型方式用燃料与空气在炉内，转化管外燃烧，然后把热量传给上述转化炉内的转化管。第一转化混合气是典型性地在温度800℃-900℃下获得。一般使用在第一蒸汽转化操作中的，促使烃料流按需要转化成氢气和一氧化碳的任何条件，都在发明的范围之内。
本领域的技术人员都了解到热的第一转化气往往是要通到第二转化炉中的，在第二转化炉中，上述的第一转化气与氧气或空气一起通过转化催化剂床层，氧气或空气与第二转化混合气中未转化的甲烷气反应，于是形成了第二转化混合气。这种混合气一般在进入下一个过程前，先在废热回收装置中冷却。关于这一点，值得注意的是，在第二转化炉中的部分易燃反应之存在，会导致混合气温度的升高，因此从第二转化炉流出的热流物一般温度在900℃-1200℃。
在发明的实施中，把第一转化混合气按常规流程通入到第二转化炉中，以使其与炉内的空气接触。然而，也有与常规流程不同之处，即通入到上述炉内的空气量要大大超过应提供的，经化学计算的氧量之需要，此氧是用来与第一转化混合气中未转化的甲烷进行反应的。然后，把欲处理的混合气中的大量的氮与上述的气体混合物一起，通入到变压吸附系统中，这个系统有利于达到最佳生产所要求的氨合成气的目的。以后要通入到第二转化炉的过量空气要根据所使用的烃料流、全面的条件、以及氨生产操作等情况而变化，但为了发明的目的，所使用的空气量最好能使经过水煤气变換后的混合气之氢与氮的克分子之比为1/1-2.4/1，而化学计算的比例为3/1。
按照一般的实践，发明中的第二转化气要进入到水煤气变換操作，以转化在转化混合气中在在的一氧化碳，生成氢气和二氧化碳。为此，把第二转化气典型性地冷却到300℃-400℃后，再通入到普通的水煤气变換装置。本领域的技术人员将了解到，转化的混合气要在已知的、工业实用的、铬基的水煤气变換催化剂存在下，于上述指定的温度下进行高温变換。低温变換在本领域中是已知的，一般其温度大约为250℃，而且一般是在已知的、工业实用的、铜基的水煤气变換催化剂存在下进行。虽然，在完成高温变換后再进行低温变換可取得更完全的变換，这在有些大型生产中也是必要的，并且也可能在发明范围内使用了。但必须注意，在发明的实施中，一般只要求上述的高温变換，因此在最佳的发明实施中，变換只包括高温变換，而不采用低温变換。大家可了解到，这一点就是本发明的优点，因为铜基的低温变換催化剂与使用于高温变換的、铬基的催化剂相比，更昂贵、更脆弱、更敏感。在任何情况下，大部分存在于第二转化混合气中的一氧化碳，例如为80%以上，一般在发明实施中，为85%-98%的上述混合气中的一氧化碳能转化。
在一般的实施中，通常把变換混合气通入到二氧化碳洗涤装置，以脱除其中的大部份二氧化碳，使剩余的二氧化碳含量减少到0.1%或更少。然后再把此变換混合气通到甲烷化反应装置，以进一步脱除一氧化碳，使变換气中一氧化碳含量降得更低些。这样脱除二氧化碳的装置并不是本发明实施的需要，也不会导致如叙述部分和权利要求
指出的那样，达到方法和装置的进一步简化。变換混合气的二氧化碳含量，由于其中有大量氮气的存在而减少。这种二氮化碳在PSA系统中，很容易从所要求的氢一氮氨合成气中分离出来，在逆流减压期间被脱除后与过量的氮气、剩余的一氧化碳、甲烷、氢气及其他组分一起被施放排除。
欲处理的混合气，经水煤气变換后，通入到变压吸附系统中。此系统能从含有氢气以及含有一部分氮气的上述混合气中，选择性地吸附二氧化碳、一氧化碳、甲烷和其他杂质，并从此系统以所需要产物的形式回收氢-氮氨合成气。上述要回收的产品，是通入PSA系统的料流中，难以被吸附的组分。产品内还含有上述提到的，欲由此分离的杂质，它们是上述料气中易于吸附的组分。PSA操作的循环是按顺序，在PSA系统中的每一个吸附床上进行。其包括(Ⅰ)高压吸附，在这阶段，把变換混合气引入到吸附床的进口端，随着对杂质的吸附，由其出口端排出部分净化了的氢和氮的氨合成气;(Ⅱ)吸附床的部分顺流减压，这是随着从吸附床的出口端排出含氢的空隙空间气产生的;(Ⅲ)随着由其进口端排放产生的吸附床的逆流减压，从而把吸附床的压力减得较低;(Ⅳ)把清洗气体引到吸附床的出口端，最好是在较低的吸附压力中进行，随之，从吸附床的进口端，放出清洗气体流;(Ⅴ)对清洗的吸附床再加压到上述的吸附压力，通常是用原料气或产品气;(Ⅵ)在上述的高压吸附阶段(Ⅰ)，随着新添加的变換混合气通入吸附床，重复上述的循环阶段(Ⅰ)-(Ⅴ)。本领域的技术人员能了解到，把不同的方法和设备特点，结合到PSA方法和设备中，用于不同的具体实施，并不超出发明的范围。本发明的变压吸附是在一个多床的系统中进行的，一般至少采用四个吸附床，尽管在发明的实施中使用的是较少的床。还有一点是可以了解到的，即在多床系统中，通常把在顺流减压期间从一个吸附床的排出口放出的空隙空间气，通入到系统中的另一个吸附床或多吸附床中，其目的是为了保持压力的平衡和/或提供清洗。
正如以上所示，基本上存在于引入PSA系统的变换混合气中的所有二氧化碳、大多数的甲烷、大多数的一氧化碳和过剩的氮气都由部分净化产品气体流中分离出来。此部分净化产品气体流含有75%的氢气和25%的氮气，还有一些残余的其他组份，典型的例如0.4-0.5%氩、0.005-0.3%-氧化碳和小于100ppm的二氧化碳。后面的组份，在以后的甲烷化阶段，可以上述产品气中脱除。如果要求，就把部份净化氨合成混合气，通入到一般的甲烷转化器，使其中极微量的一氧化碳和二氧化碳，随意地转化成甲烷。正如本领域技术人员容易了解到的那样，常规的甲烷化阶段的反应，基本上与第一流转化阶段的反应是相反的，但它是在较低温度下进行，其间一氧化碳和二氧化碳反应生成甲烷和水。
我们将看到，采用了本发明，与常规方法不同，它就不再需要空气分离器或制氮车间，以供给第二转化或部分氧化所需的氧。也不再需要在一般实施中，为
洗、和/或加压的目的、或为与从PSA系统放出的纯氢产品流混合，和/或提供外界的氮源。本发明除了这个非常重要的优点外，正如公开所述，还有其他的好处，由PSA系统可回收到88%-96%的高纯氢。本领域的技术人员会了解到，在每个吸附床的高压吸附阶段，由于床内有大量氮的在存，使氮与未被吸附的氢一起被回收，形成氨合成混合气，而过剩的氮会被吸附剂吸附。在顺流减压阶段，介吸的氮置换了大部分由吸附床排出的、空隙空间内含有的氢。把由后面的吸附二氧化碳峰聚堆起来的氮峰排出床体。这种氮可提供作清洗气。因此以后该系统中其他吸附床的清洗，就可用一种含有50%-90%氮的清洗气来完成。因为吸附床以后基本上要用存在在要流入PSA系统的变換混合气中的过量氮来
洗，人们又期望在发明的实施中回收高纯氢，因此既使在上述变換混合气中只存在50-70%的氮，也要回收。
由发明可见，在上面提到的具体实施中，发明包括采用第一转化器、第二转化器、变換器、PSA系统和常规的甲烷转化器。其中第二转化器是用过剩的空气来操作，因此为了以后的氨合成，把过剩的氮气引入到系统中，并在PSA系统被排出。在发明的重要修改中，有一部份进第一转化炉的流体烃料流，可转换通道直接通向第二转化炉。这样就使第一转化炉的管内反应段之蒸汽需要量明显减少，但是在上述的管内反应段，蒸汽与碳的比例还是保持不变。同时会注意到，通入旁路第一转化炉料气的数量变化是很大的，其次定于，与一定操作有关的情况。在第二转化炉内，有50%以上的全部烃原料发生转化反应。第二转化混合气于上述指出的温度进行变換前，先通到一个热交换器，并从上述的混合气中回收热量。在热交换器回收热量以前，先把第二转化混合气用水急冷，这是有利的。因为急冷的水可把其温度降到中温，例如750℃或更低，这样就可使用比较便宜的热交换器或其他热回收系统。这是一个重要的实施措施，特别是对规模比较小的工厂更切实际。
在发明的实施中，用或不用部分料气转移到第二转化器，第一转化器能保持很小而且可在很缓和的条件下操作。完全地取消第一转化器，和用过量的空气，部分氧化烃料流，形成含有氢和一氧化碳的气体，这是进一步发明范围内的问题。正如以上具体实施中讨论的一样，为了上述的部分氧化，所使用的空气量要超过经过化学计算所需要的氧气量，从而提供了过量的氮以供氨的合成。还要知道，流出的气流中会包含过量的氮，这种氮存在，用于烃料流部分氧化的空气中。经过变換，通入到变压吸附系统的混合气，以后会含有过量的氮，这样就导致氢/氮的克分子比在1/1和2.4/1之间。尽管有时也了解到，按照发明操作，虽然氮量有时能降低而不在上述范围内，但仍能进行反应。部分氧化的方法，应该注意到是普遍地用在残油和煤的处理上，正如前面所提到的，蒸汽转化普遍地用于天然油和轻油的转化上。
在提高压力的条件下，发明的方法是更有利地进行。这将被了解到，即蒸汽转化操作包括发明在内，都普遍在超大气压的压力下进行。具体的操作压力受以后生产阶段压力要求的影响。虽然高达1000巴或更高的高压，在特殊的具体实施中也能被维持着，但一般都在350-700巴之间。从发明的要求看来，一般最好在500-1000巴的压力下，特殊的为700-900巴，把大量的用于第二转化的空气，通入到上述的第二转化炉。以后的操作想要按要求进行，这就要使从PSA系统的每个介吸床进口端排出清洗气流出物的操作，在一个相对于比较低的介吸压力，约1个大气压，为高的介吸压力下进行。所以，在发明较好的具体实施中，清洗气流出物由每个吸附床的进口端排出，是在压力为60-100巴下进行的，特殊的为70-90巴。在上述压力下获得的清洗气，很有利于发电的目的，特别是在
洗气流中，过量氮和二氧化碳含量较少的情况下。因此，为了发电，把上述的情况气流在一个透平膨胀器，或类似的设备中进行膨胀，以强化合成氨生产总过程。为了这样的用途，净化气流一般膨胀到大气压即可。把膨胀的清洗气通到第一转化炉，这也是发明的内容。虽然清洗气中可能包含少量易燃组分，但在使用时还可作为燃料用。
任何一种适当的、具有发明所要求的选择性的吸附材料，都可在实际中使用。适当的吸附剂包括石分子筛、活性炭、硅胶、活性铝及其他同类物。一般沸石分子筛是符合发明要求的。有关这种沸石分子筛的情报，在Kiyonaga Patent，U.S.3，176，444和有关PSA方法和系统的多方面应用的其他专利中有提到。
在发明的实施中，可体会到PSA系统一定要配合不同的导管、阀门和其他的控制部件，才能使吸附床在相应的顺序中，由一个生产阶段转入到另一个阶段。同样，在不同的、公知的PSA循环方法和系统的具体实施中，导管装置要准备用来放氨合成气、净化气流和顺压介吸，这就是说要用它从系统中排气，还要准备把气体通到每一个吸附床，并从一个吸附床通到另一个吸附床，其方式可能是直接的，也可能是通过一个中间贮缶。应该注意到，当烃转化炉包括第一转化炉和第二转化炉时，采用这样一种联体的第一和第二转化炉方式的烃转化炉是很有益的。在这种炉中，第二转化混合气可供应烃料流第一转化反应所需要吸收的热量。这样基本上可达到自动控制的状态，取消了采用外部燃料燃烧第一转化炉，和/或节省了部分作为燃料用的烃料。
在一个转化天然气，生成氨合成气的说明例中，发明得到了进一步的使用。此说明例是在第二转化过程中使用过量空气，其结果导致通入高温变換器的第二转化混合气，在压力750巴时，其氢与氧的克分子比为2/1。通到PSA系统的变換混合气含二氧化碳15%、含氮气30%、含一氧化碳1%。从PSA系统中排出的施放废气，在70巴的压力下，含有二氧化碳、甲烷、一氧化碳、还有过剩的氮和氢。这种施放废气再被加热和/或用空气燃烧，然后通到一个透平膨胀器以便回收动力。这是先有技术的PSA工艺技术，它用外来的氮气源作为
洗气。由PSA系统回收得到的部分净化氢一氮氨合成混合气，大体上含有75%的氢气和25%的氮气，同时还含有1000ppm(百万分之一)的一氧化碳、少于5ppm的二氧化碳、100ppm的甲烷和0.3%的氩。通过甲烷化作用，获得的氨合成气是一种含0.2%甲烷的湿的合成气。经压缩到1500巴或更高压力后，大部分的合成气就转化成氨的成品。为了防止在合成的过程中，有过多的氩和甲烷组成，有些在过程中被
洗的气体，还可以循环加入到PSA系统，作为第二次加料。
空气分离器或制氮车间的取消，标志着本领域有显著的发展。但在这以前，这些过程都包括在将烃燃料流转化成氨的传统系统中。正如以上公开的那样，使用超过第二转化所需的空气量，或使用为了部分氧化而加入过量空气的技术，都会使欲加热的混合气中存在大量的氮。在这基础上，再连同使用这里公开和权利要求
的变压吸附技术就表明了上述的氮气只有促进作用，不是有害的。这种氮可用来生成所需要的氢-氮合成混合气。这种混合气要在高吸附压力下回收。存在在PSA系统中的过剩氮可有助于系统中氢的回收，还能帮助由施放废气中回收动力。
用过量的空气进行生产操作，其结果会导致氮/氢之比会比化学计算的高，这一点是本领域范围内众所周知的，因此而存在的过剩氮，可用冷冻技术脱除。这就必须要求在使用上述的冷冻技术以前，先从气流中脱除二氧化碳，并预净化经过上述处理的气流以去除微量的二氧化和水。在发明的实施中，通过比较可了解，在一个单一的生产阶段中，PSA净化系统就可去除掉二氧化碳、过剩的氮以及大部分的杂质。
更重大的意义是PSA生产操作中使用了罕见的高净化压力，这能使所有被排出的二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氮气都能在大约80巴的压力下获得。而且在热气膨胀器中，经过燃烧和膨胀，还能产生相当数量的电。例如在一个每天生产1000公吨氨的工厂里，这样的热气膨胀器可生产12000KW的电。本文公开和要求权利的方法和设备，标志着氨生产技术及大生产上行之有效方法的发展。
权利要求
1.一种改进的生产合成氨气的方法包括(a)烃料流在第一转化炉内与蒸汽进行催化反应，生成含有氢和一氧化碳的第一转化混合气；(b)将所说的第一转化混合气通入第二转化炉内，使其中存在的未转化的甲烷与空气反应，所说的第二转化炉中引入的空气中的含氮量大大超过按氨合成法与氢气反应，经化学计算得出的应提供的氮气量；(c)第二转化混合气经过水煤气变换，使存在于所说的转化混合气中的一氧化碳转化为氢和二氧化碳；(d)将这种变换的混合气通入能从存在于通过所说系统的气体中的氢气和部分氮气中选择吸附二氧化碳、一氧化碳、甲烷和其它杂质的变压吸附系统。变压吸附系统的循环过程包括(Ⅰ)在吸附压力水平下，将这种变换气体从吸附床的进口端引入，随着其中杂质的吸附，氢和氮的部分净化氨合成混合气从吸附床的出口端排出；(Ⅱ)随着含氢空隙空间气体从吸附床的出口端排放，吸附床的部分同流减压；(Ⅲ)随着气体从进口端排放，吸附床的逆流减压，由此，吸附床的压力降低到较低的解吸压力；(Ⅳ)在较低的解吸压力下，
洗气体从吸附床的出口端引入，从进口端排出；(Ⅴ)将
洗床的压力再增加到吸附压力水平；和(Ⅵ)补充这种变换混合气，重复所说的(Ⅰ)-(Ⅴ)循环步骤；其结果，欲处理的转化混合气中过剩的氮气很容易在变压吸附系统中脱去，并产生了所要求的氨合成混合气，无需使用空气分离或制氮车间提供所说的氨合成气中的氮气。
2.根据权利要求
1的方法，其中的
洗气流在大约60～100巴的压力下，从吸附床的进口端排出。
3.根据权利要求
2的方法，包括在膨胀透平中膨胀所说的从吸附床的进口端排出的
洗气流，用以发电，并进一步强化了整个氨合成过程。
4.根据权利要求
3的方法，将其中所说的净化气流预热和/或与空气燃烧，且膨胀到约为大气压。
5.根据权利要求
4的方法，其中所说的净化气流在大约70～80巴的压力下，从吸附床的进口端排出。
6.根据权利要求
4的方法，包括所说的膨胀的
洗气体通入所说的第一转化炉，作为其中的燃料。
7.根据权利要求
4的方法，其中所说的通入变压吸附系统的这种变換混合气含有氢/氮克分子比大约为1/1至2.4/1的过量氮气，变換仅是高温变換。
8.根据权利要求
7的方法，其中从变压吸附系统排出的氨合成混合气基本上含有75%的氢和25%的氮，并带有扩量的一氧化碳、甲烷的氩。
9.根据权利要求
1的方法，其中的空气在大约500～1000巴的压力下，通入第二转化炉。
10.根据权利要求
5的方法，其中所说的压力大约是700～900巴。
11.根据权利要求
1的方法，包括将一部分已通过第一转化炉的烃料流直接通入到所说的第二转化炉，借以达到有效地减少所说的第一转化炉中所需的蒸汽的目的。
12.根据权利要求
11的方法，包括在所说的混合气变換之前，回收第二转化混合气的热量。
13.根据权利要求
12的方法，包括在回收所说的混合气热量之前，用水冷却所说的第二转化混合物，使其温度降低。
14.一种改进的生产合成氨气的方法包括(a)烃料流经过部分氧化，生成含有氢的一氧化碳的流出气体，所说的部分氧化所用的空气含氮里大大超过按所说的氨合成法与氢反应，经化学计算得出的应提供的氮气量;(b)所说的流出气体经过水煤气变換，使存在于所说的转化混合气中的一氧化碳转化为氢的二氧化碳;(c)将这种变換混合气通入能从存在于通过所说系统的气体中的氢气和部分氮气中选择吸附二氧化碳、一氧化碳、甲烷和其它杂质的变压吸附系统，变压吸附系统的循环过程包括(Ⅰ)在吸附压力水平下，将这种变待混合气从吸附床的进口端引入，随着其中的杂质吸附，氢和氮的部分净化氨合成混合气从其出口端排出;(Ⅱ)随着含氢空隙空间气体从吸附床的出口端排放，吸附床的部分同流减压。(Ⅲ)随着气体从其进口端排放，吸附床的逆流减压，由此，吸附床的压力降低到较低的解吸压力;(Ⅳ)在较低的解吸压力下，
洗气体从吸附床的出口端引入，从进口端排出;(Ⅴ)将
洗床的压力再增加到吸附压力水平;和(Ⅵ)补充这种变換混合物，重复所说的(Ⅰ)-(Ⅴ)循环步骤;其结果，欲处理的混合气中过剩的氮气很容易在变压吸附系统脱去，并产生了所要求的氨合成混合气，无需使用空气分离或制氮车间提供所说的氨合成气中的氮气。
15.根据权利要求
14的方法，
洗气流在大约60～100巴的压力下，从床的进口端排出，包括在膨胀透平中膨胀所说的
洗气流，用以发电，并进一步强化了整个氨合成过程。
16.根据权利要求
15的方法，包括在膨胀透平膨胀所说的从吸附床的进口端排出的
洗气流，用以发电，并进一步强化了整个氨合成过程。
17.根据权利要求
16的方法，将其中所说的
洗气预热和/或与空气燃烧，且膨胀到大约为大气压。
18.根据权利要求
14的方法，其中所说的通入变压吸附系统的这种变換混合气含有氢/氮克分子的大约为1/1至2.4/1的过量氮气。
19.根据权利要求
18的方法，其中所说的变压吸附系统包括多床系统，每个吸附床按预定顺序进行所说的循环操作。
20.根据权利要求
14的方法，其中所说的从省压吸附系统排出的氨合成混合气基本上含有以体积计75%的氢和25%的氮，并带有少量的一氧化碳，甲烷和氢。
21.一种改进的生产合成氨气的设备包括(a)将烃料流转化为含有氢和一氧化碳的流出混合气的烃转化装置，所说的装置包括用空气或用空气部分氧化的第二转化，还包括提供空气的装置，所提供的空气含氮量大大超过按所说的氨合成，经化学计算而得的氮气量;(b)将存在于所说的流出混合气中的一氧化碳转化为氢和二氧化碳的水煤气变換装置;(c)加热这种变換混合气，以及存在于所说的烃转化装置中的空气里的氮气的变压吸附系统，所说的系统能从存在于所说的混合气中的氢气和部分氮气中选择吸附二氧化碳、一氧化碳、甲烷和其它杂质;(d)能将氢和氮的部分净化的氨合成混合气从所说的系统中排出的导管装置;(e)从所说的系统中排出
洗气流的导管装置;欲处理的流出混合气中过剩的氮气很容易在变压吸附系统脱去，产生所要求的氨合成气，无需使用空气分离或制氮车间提供所说的氨合成气中的氮气。
22.根据权利要求
21的设备，包括能夠膨胀从所说的变压吸附系统排出的
洗气体的膨胀透平装置。
23.根据权利要求
21的设备，其中所说的烃转化装置包括一个第一一第二转化炉联合体，其中的第二转化混合气提供烃料流进行第一转化所需吸收的热量。
24.根据权利要求
21的设备，其中所说的烃变換装置基本上由第一转化炉和第二转化炉组成。
25.根据权利要求
21的设备，其中的烃变換装置包括部分氧化装置。
26.根据权利要求
21的设备，其中所说的变压吸附系统包括多床系统。
27.根据权利要求
21的设备，其中所说的变压吸附系统至少包括4个吸附床。
28.根据权利要求
21的设备，包括将残留在部分净化氨合成混合气中的一氧化碳和二氧化碳转化为甲烷的甲烷转化装置。
专利摘要
烃料流体与过量空气反应转化成含有氢气和一氧化碳的混合气，混合气中还含有该空气进行转化反应后剩留的氮气。在高温下，进行了把该一氧化碳反应成二氧化碳和氢气的变换反应后，把混合气送入用于生产不纯的、含有氢气和氮气的氨合成气的省压吸附系统，其中把过量的氮与从该系统中脱除的杂质一起，在较高操作压力下分离并排除。从变压吸附系统中出来的清洗气送入到膨胀透平，用作需要的能量。而氨合成气，则可以送入甲烷化炉，以进行最后净化，整个生产流程中，没有使用空气分离装置或制氮装置，却能生产氨合成气。
文档编号C01B3/00GK85101024SQ85101024
公开日1987年1月10日 申请日期1985年4月1日
发明者富德纳 申请人:联合碳化公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan