专利名称:多级氨合成法的制作方法
本发明属于化学工业领域中的合成氨工业制造技术。
目前作为合成氨的原料气中一般含有1%左右或更多的惰性气，在氨合成的循环回路中每通过一次合成塔。氢、氮气随着氨的生成而消耗20%左右。惰性气因积累而含量升高。现在工厂中用从系统中排放一部分循环气来保持合成循环气的惰性气浓度在10～30%之间的一个稳定水平上。这样原料气的5～9%作为放空气被排放。目前多个合成回路并联或单回路的流程难于解决降低循环气中惰气浓度和减少放空气量之间的矛盾，因为减少合成循环气中的惰气含量虽可提高设备能力和减少合成工段动力消耗。但必将引起放空气中氢、氮气损失增加。而放空气量的减少虽可减少原料气的消耗但又将导致循环气中惰气浓度的提高。以致影响生产能力，增加动力消耗。近年来国内外提出的建立第二合成系统即将主系统的弛放气作为第二系统的原料气有助于解决这一问题。1982年出版的CEP VOl 78 No 07.67～70 N.Neth.H.puhl的论文具体介绍了西德BASF开展的研究工作，提出设置规模为主系统10～15%，布局与主系统基本相同的第二合成系统来处理主系统弛放气。
本发明的目的在于寻找能进一步降低原料气消耗同时进一步提高合成工段生产能力。降低动力消耗的途径。
本发明采用的第一个措施是用多回路串联逐级合成。将惰性气浓集在氨合成的尾部，因为除了用惰气含量很低的原料气，在氨合成循环气中惰性气的积累通常是不可避免的。但是惰气含量却是随着原料气中氢、氮气的消耗及氨的生成而逐步提高的。现行的合成装置将全部产量的氨合成置于放空气中惰性气浓度的同一水平上，而未利用补入原料气中惰气含量低的有利条件，致使12～30%的合成工段动力和设备能力无谓的消耗于惰气的循环。在本法中，正是根据这一状况将氨的合成经过多个合成回路逐级串联进行。在这一方法中原料气全部补入第一级，使大部分氨的合成在很低的惰气含量下进行，然后将部分循环气排放至第二级作为合成原料。这样逐级进行惰气浓度逐步升高，除了末级要满足排放原料气中带入的惰气量而应维持现有合成回路中同样的惰气浓度外，以前各级均可维持比之低得多的浓度，而末级的产氨量比前几级要小得多，从而可使氨合成中用于惰气循环的功耗和设备投资降低10～25%。
本发明采用的第二个措施是用热氨液洗涤循环气中的惰性气，将惰性气由气相进一步浓集到液相中。因为作为惰性气的甲烷、氩气在液氨中的溶解度大于氢、氮气。且随着温度的升高和压力的增加甲烷和氩气的溶解度增加。当然循环气中惰性气浓度越高，液氨所能吸收的惰气量也越大。本法正是根据这些性质，将前一级回路所产的液氨在系统操作压力下送到后一回路，加热到30～95℃，在氨洗涤塔中与该回路的循环气逆流接触吸收其中的惰性气，使该回路循环气中惰气含量比单用多级串联法进一步降低。然后这些液氨又汇合该回路所产得的液氨送到再后一级回路用作洗涤吸收循环气中的惰气。因为惰气在多级合成回路中一级比一级升高，所以虽经上一回路吸收了惰气的液氨仍可在这里进一步吸收这一级回路中的惰气，由于在液氨中循环气中各气体溶解度按氢、氮、氩气、甲烷的排列次序增加，故从这四种气体组分看，在液氨中惰性气与氢氮气的相对含量要比循环气中的高。经多级吸收惰气的液氨在最后一级经冷却减压到10到20大气压，引到低压氨分离器，溶解在液氨中的这四种气体几乎全部解吸。因此通过液氨热洗涤的弛放气中惰性气含量要比由循环气直接排放的放空气中惰性气浓度高得多，一般在50～85%，从而进一步减少氢氮气的损失。
对于采用原料气中惰气较高和较低操作压力的合成回路，在单用产品氨洗涤时末级回路循环气中惰气浓度尚较高的情况下可以采用液氨在操作压力下部分循环洗涤法，这时循环气从氨洗塔中部进入。塔的上部作为吸收段，在这里循环气与液氨逆流接触，而塔的下部作为气提段，液氨由吸收段下流到这里后被来自塔底的惰气含量较高的气体气提，液氨中的氢氮气被惰气置换，所以出氨洗塔液氨中惰气含量进一步提高。出塔液氨冷却到-23～10℃。部分在气液分离器中释放出富惰性气的气体用于氨洗塔气提，另一部分液氨则送去减压到10到20大气压下释放出惰性气。对于原料气惰气较低和较高操作压力下的合成回路，一般不必用循环，单用产品液氨即可洗去惰气。当末尾一级循环气中惰性含量较高，必要时还将末尾氨洗塔出口液氨减压至10～20大气压在低压氨分离器弛放出液氨中惰性气后再用高压液氨泵升压到各级合成回路自首至尾逐级洗涤。对于第一级若有必要也可用本级液氨对本级循环气进行部分洗涤。
对于惰气含量低的原料气可采用较少级数，例如采用二级，将第一级的产品液氨送去第二级作氨洗涤用。
本法在现行氨合成装置的基础上仅增加液氨洗涤塔等为数很少的几只设备。不用增加压缩机和高压泵，就可达到明显的经济效果。与现行的典型流程进行比较，在同样原料气惰气含量和同样操作压力下，本法在消耗同样数量原料气下可多产氨4～9%。与此同时还可增加设备生产能力10～25%。
附图是一个三级氨合成的流程示例简图。图中含有三个目前常用的150大气压下操作的合成回路。图中自左至右由1～10这些主要设备连同管线组成第一个回路，11～20和21～31分别组成第二和第三个回路。其中7、17、27分别为三个回路中的氨合成塔;8、18、28为三者的锅炉水加热器;10、19、29为水冷器;1、3、4、13、14、23、24均为氨冷器;2、12、22为冷交换器;6、16、26为入塔气预热器;9、11、21为循环机;5、15、20、25、30为高压氨分离器。在中小型厂15、25通常与冷交换器组成一体。31为低压氨分离器。
例如在第一个合成回路中，新补入原料气经循环机与循环气汇合后经水冷器10、氨冷器1、3、4和冷交换器2冷却到-20℃以下分离液氨。气体经2和入塔预热器6加热后进入氨合成塔中反应生成部分NH3，反应后的气体经锅炉水加热器8和换热器6后部分排放，其余气体返回循环机完成一个循环。图中从1到31为传统合成流程已有的各个设备。图中用字母M和一位数字表示按本法串联成三级合成后新增加的设备。用字母L和数字表示管线。图中第一级回路中的排放气经管线L1引入第二级回路循环机11前补入作为第二级回路的原料，第二级回路中氨分离器20后引出排放气，经管L2到第三级回路循环机前，第一级回路中氨分离器5中的冷液氨经管L3引到第二级回路。然后与这一级中氨分离器15分离得的液氨汇合，再经冷热氨换热器M1加热到30～95℃后进入氨洗塔M2顶部。第二级回路中的循环气由预热器16来经管L4进入氨洗涤塔M2底部与热氨液逆流接触洗去惰性气后由管L5出塔，管L6为调节进氨洗塔气温用付线。L7为近路管线。热氨液经营L8出塔与氨分离器20来的液氨汇合经M1冷却后由管线L9送到第三级回路，与该级所产的液氨汇合。然后经换热器M3加热到30～95℃，由氨洗塔M4顶部加入，来自第三级回路预热器26的循环气经管L10进入氨洗塔中部。在氨洗塔上部吸收段与液氨逆流接触。洗去惰性气。然后由顶部出塔经管L11到水冷器29，管L12、L13同样为近路管线，氨洗塔吸收段的液氨下流到气提段，在吸收段中溶解在液氨中的都分氢氮气在这里被惰性气置换，惰性气富集于氨洗塔底部的液氨中，这部分液氨由管L15出塔。经换热器M3冷却到-15～10℃，然后一部分去气液分离器M3，释放出部分富惰性气的气体，这部分气体经管L14进入氨洗塔下部用作气提。液氨经管L16会同水冷氨分离器30来的液氨，然后经循环泵M6送回，与前一级回路来的液氨汇合，去氨洗塔M4继续吸收惰性气。出氨洗塔的另一部分液氨经管L17减压到10～20大气压。在低压分离器31中，溶解的气体几乎全部被释放出。弛放气经管L1，排出以供进一步处理。脱气后的产品液氨由管L18引出。
权利要求
1、一种工业用氨合成方法，用含有惰性气甲烷和氩气的氢氮原料气补入氨合成回路。在30到320大气压和300℃以上反应温度下通过氨触媒作用生产氨。所说的氨合成方法的特征在于
采用多级氨合成法。所说的多级氨合成法在于将多个氨合成回路串联组成一体，原料气加压后全部补入为首的第一个回路。然后自首至尾在各个回路中逐级消耗部分氢氮气生产氨，逐级将前一级的排放气补入后一级作继续合成氨的原料气直至末尾。由此将原料气中的惰性气浓集到尾部合成回路。各级回路生成的液氨用于多级热氨洗惰性气。所说的多级热氨洗其特征是自首至尾逐个将前一级或前几级回路所生成的液氨送到后一级经加热洗涤循环气中的惰性气。直到末尾回路。这相把循环气中的惰性气进一步浓集到液氨中而分离。
2、根据权利要求
1中的多级氨合成法中的多级其特征是二级和多于二级。所说的二级合成其特征是将第一级回路所产液氨在操作压力下送到第二级用作洗涤循环气中惰性气。所说的多于二级其特征是至少有三级回路串联。原料气全部补入第一级。然后自首至尾各个回路逐级消耗氢氮气生成氨。逐级将前一级排放气补入后一级作合成氨的原料直至末级。循环气中的惰性气可以采用多级液氨洗法进一步浓集分离。也可不经氨洗由最后一级回路排放。然后再采用其它方法回收。
3、根据权利要求
1所说的多级热氨洗是将所有前几级生成的液氨汇合经加热后送入氨洗塔洗涤循环气中惰性气。所说的循环气是指可将末尾一级经过合成塔的全部循环气送入氨洗塔进行洗涤。对其它各级的循环气可部分或全部送入氨洗塔洗涤。氨洗全部循环气比部分洗涤可更有效的降低进塔气中的惰性气浓度。
4、根据权利要求
1中所说的多级氨合成法是说在多级串联合成回路中自首至尾各级回路中的循环气量和前后各级之间的排放气量逐级减少，循环气和液氨中的惰气含量及用于氨洗循环气中惰气的液氨量逐级增加。为首的氨合成回路中惰气浓度不到传统方法的50%。
5、根据权利要求
1中所说的多级热氨洗惰气用的液氨其特征是所洗这一级以前所有各级回路所产的液氨在保持原有压力下用作洗涤本级循环气中惰性气。所说的原有压力其特征是除末尾一级外所有各级只利用高压氨分离器的压力而不用高压液氨泵和液氨循环泵升压。当原料气中惰性气和循环气中惰性气含量较高时除了利用高压液氨分离器压力外，还可辅以通过液氨循环泵将部分出氨洗塔液氨经冷却、气液分离，加热后再循环至本级氨洗塔吸收惰性气。必要时还可将末尾氨洗塔出口液氨减压至10～20大气压在低压氨分离器弛放出液氨中惰性气后再用高压液氨泵升压到各级合成回路自首至尾逐级洗涤。对第一级若有必要也可利用本级液氨压力对本级循环气进行部分洗涤。
6、根据权利要求
1中多个氨合成回路串联其特征是按多个回路的生产能力从大到小依次排列。前一级与后一级的生产能力之比等于或大于1。所说的每一级可以由一个回路构成。也可由多个回路并联组成，其级数和前后二级间生产能力比值大小视原料气中惰气浓度，操作压力等条件合理选择。
专利摘要
一种工业用氨合成法，采用多个氨合成回路按生产能力由大到小串联组成多级合成流程。含有惰性气体的原料气从为首一级补入，自首至尾逐级合成氨，逐级向后排放弛放气，惰性气被浓集于末一级。各级生成的液氨逐级引到后一级用于热氨洗涤循环气中惰性气。惰性气由循环气中进一步浓集到液氨中。液氨从最后一级减压释放出高浓度惰气的弛放气。本法与现行方法比较，在同样氢氮气消耗量下能多制得液氨4-9％，同时增加设备能力和减小动力消耗10-25％。
文档编号C01C1/00GK85102389SQ85102389
公开日1986年10月29日 申请日期1985年4月1日
发明者楼寿林 申请人:楼寿林导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan