專(zhuān)利名稱(chēng)：用于氨合成氣生產(chǎn)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在最概括方面涉及一種用于通過(guò)包含氫和氮的合成氣的催化反應(yīng)的生產(chǎn)氨的方法及相應(yīng)的裝置，所述合成氣用合適的兩級(jí)或多級(jí)壓縮機(jī)預(yù)先加壓。
具體地，本發(fā)明涉及一種采用所述壓縮機(jī)的中間級(jí)進(jìn)行的上述類(lèi)型方法，在所述方法中，提供有通過(guò)分離包含在其中的水和二氧化碳的合成氣的凈化步驟。
更具體地，本發(fā)明涉及一種所述類(lèi)型的方法，在該方法中，收集來(lái)自所述壓縮機(jī)的預(yù)定級(jí)的合成氣，在預(yù)定溫度通過(guò)用基本無(wú)水的液氨洗滌而凈化和冷卻，然后合成氣收集后再注入所述壓縮機(jī)的級(jí)中。
背景技術(shù)：
關(guān)于氨生產(chǎn)，在最近已經(jīng)知道將大量的資源致力于具有減少公認(rèn)的高運(yùn)作及投資費(fèi)用的主要目的的裝置和方法革新，其主要目的之一包括能量消耗。
仍舊對(duì)于上述目的，也知道考慮到下面的事實(shí)，特別關(guān)注已經(jīng)集中于將合成氣進(jìn)料至反應(yīng)器中反應(yīng)器性能受到進(jìn)料至氨轉(zhuǎn)化爐的氣體中的氨含量以及這種氣體的純度的強(qiáng)烈影響，即受到在其中存在的氧化物如H2O和CO2的量的強(qiáng)烈影響，原因在于所述“雜質(zhì)”必須實(shí)際上從氣體(進(jìn)料氣體加上循環(huán)氣體)中除去。
對(duì)于該凈化，被現(xiàn)有技術(shù)最廣泛采用的方法是基于將循環(huán)液氨用于洗滌步驟以及合成氣的快速冷卻，然后將合成氣送至反應(yīng)器。但是除了基本操作需要急冷單元以及汽化氨的再冷凝外，上述方法涉及用于加熱凈化氣體至進(jìn)入反應(yīng)器的預(yù)定溫度所必要的后續(xù)步驟的增加費(fèi)用。
如果實(shí)際上不能避免，為減少，該能量消耗，在最普通的凈化系統(tǒng)中，已經(jīng)使用基于使用分子篩(molecular screen)的單元；然而，與所認(rèn)可的高效率相比，所述系統(tǒng)仍舊涉及非常高的操作和投資費(fèi)用。
最近有建議將合成氣用液氨進(jìn)行洗滌，所述的洗滌在為氣體自身必要的壓縮所提供的兩級(jí)壓縮機(jī)的第一和第二級(jí)之間(80至150巴的環(huán)壓)進(jìn)行，或者在三級(jí)壓縮機(jī)的第二和第三級(jí)之間(150至250巴的環(huán)壓)進(jìn)行。在行業(yè)術(shù)語(yǔ)中，這些壓縮級(jí)是指“補(bǔ)充”合成氣的壓縮級(jí)，并與作為被稱(chēng)為循環(huán)級(jí)的最終壓縮級(jí)聯(lián)接，因?yàn)樗糜趬嚎s和循環(huán)從合成部分來(lái)的未反應(yīng)氣體以及壓縮補(bǔ)充氣體入反應(yīng)器中。
特別地，在專(zhuān)利PCT WO 01/66465中描述了上述類(lèi)型的凈化方法，它通過(guò)液氨和來(lái)自所選擇的壓縮機(jī)第一級(jí)的合成氣連續(xù)流逆流進(jìn)料給板式塔而進(jìn)行，而且板式塔中的凈化氣體然后送入同一壓縮機(jī)的第二級(jí)的吸入處。
盡管對(duì)于某些方面是有利的，但是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的凈化方法具有不同的公認(rèn)的技術(shù)缺陷。首先，合成氣穿過(guò)用于自身凈化的洗滌塔，承受預(yù)定的壓力降。該壓力降必須采用壓縮機(jī)隨后的能量消耗在該洗滌下游恢復(fù)。而且，該類(lèi)型凈化引起液體洗滌氨的明顯揮發(fā)，該液氨被合成氣吸收，由此不可避免在反應(yīng)器中循環(huán)，因而降低了反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率。因而，反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率的下降增加了從生產(chǎn)出的氨流中分離出來(lái)的以及被循環(huán)到反應(yīng)器中的未反應(yīng)物質(zhì)的量，其結(jié)果是在用于該操作的部分超負(fù)荷和高能量消耗。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明基礎(chǔ)上的問(wèn)題是提供一種用于上面所述類(lèi)型的合成氨生產(chǎn)的方法，在該方法中，合成氣的凈化系統(tǒng)具有這樣的功能特性，以便克服關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的上面提到的缺陷，尤其對(duì)比迄今為止的方法可以使節(jié)省大量的能量。
根據(jù)本發(fā)明，該問(wèn)題是由通過(guò)一種在適宜的多級(jí)壓縮機(jī)中加壓的合成氣的催化反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)氨的方法而得以解決的，壓縮機(jī)的每級(jí)都配備有用于所述合成氣的進(jìn)口和出口，所述方法包括所述合成氣通過(guò)液氨除去在合成氣中含有的水和二氧化碳的凈化步驟，其特征在于，所述凈化包括下面的操作步驟-安置氣體-液體混合器，所述的氣體-液體混合器的一端與所述壓縮機(jī)的第一級(jí)的出口流體相通，或與其中間級(jí)的出口流體相通，且其另一端與緊接著所述第一級(jí)或所述中間級(jí)的級(jí)的進(jìn)口流體相通，所述混合器具有減小橫截面的部分，并延伸預(yù)定的軸長(zhǎng)，-從所述第一級(jí)或從所述中間級(jí)流出的合成氣流同時(shí)與液氨流軸向加料入所述混合器中，所述流體共軸且并流，-從所述混合器中流出的所述流體的混合物中，分離出基本上無(wú)水的合成氣，并將所述氣體送入在所述第一級(jí)或所述中間級(jí)之后的所述級(jí)中。
有利的是，所述合成氣流在進(jìn)料至所述混合器中前被冷卻到+8至-20℃。
本發(fā)明方法的特性和優(yōu)點(diǎn)從下面的實(shí)施方案描述中，并參考用于說(shuō)明而不是限制目的的附圖將變得更加清楚。


-圖1示意性表示用于氨生產(chǎn)的裝置，它包含為本發(fā)明氨生產(chǎn)方法中提供的合成氣的壓縮和凈化的裝置；-圖2表示圖1氨生產(chǎn)裝置局部的放大橫剖面圖。
發(fā)明詳述參考附圖，用于氨生產(chǎn)的裝置是由P總括地示意表示，它包含用于進(jìn)行本發(fā)明方法的裝置，所述裝置包含多級(jí)壓縮機(jī)，其中只有縱軸A示出，而且使用1和2示意性地表示在所述軸A上排列并相鄰的兩個(gè)連綿續(xù)的級(jí)。優(yōu)選，但不是為了限制，該壓縮機(jī)為兩級(jí)壓縮機(jī)，其中的一級(jí)是用于已知作為補(bǔ)充氣體壓縮的，而另外一級(jí)是用于作為已知的循環(huán)壓縮的。
級(jí)1具有與合成氣的來(lái)源3通過(guò)管線4流體相通的進(jìn)口1a(或吸入端)，而且具有通過(guò)管線6和冷卻組7與第一氣體-液體分離器5流體相通的出口1b(或排出端)。
級(jí)2具有與第二氣體-液體分離器8的頂部8a通過(guò)對(duì)應(yīng)的管線9流體相通的第一進(jìn)口2a，和與第三氣體-液體分離器10的頂部10a通過(guò)管線11和冷卻組12流體相通的第二進(jìn)口2b。所述級(jí)2的出口2c與氨合成反應(yīng)器13的頂部13a通過(guò)管線14和相應(yīng)的冷卻組15流體相通。
根據(jù)本發(fā)明特性，圖1的裝置包括混合器16，所述混合器的一端與所述分離器8通過(guò)管線17流體相通，而另一端與分離器5的頂部通過(guò)管線18和對(duì)應(yīng)的冷卻組19流體相通。
應(yīng)當(dāng)指出的是，在以兩級(jí)合成氣壓縮機(jī)作為舉例的情況下，所述混合器16位于在第一和第二級(jí)之間。而且，優(yōu)選安置在相對(duì)于裝置P的地面的基本水平位置上。
從第一壓縮級(jí)1出來(lái)的合成氣進(jìn)料至冷卻組7，然后至分離器5中，在分離器中，大部分水從氣體中分離并經(jīng)過(guò)導(dǎo)管20排出。
這樣脫水了的所述合成氣流被送到冷卻組19中。有利的是，在該組19的進(jìn)口的上流，從分離器10的下游出來(lái)并通過(guò)管線21循環(huán)的(加壓的)液氨流以低流速進(jìn)料至合成氣中。這是為了避免在后續(xù)的低溫冷卻組19中冷凍的目的。
液氨的量要確保在冷卻后，在液相中的氨濃度在25至50％之間，其余為水。
從冷卻組19出來(lái)的合成氣被冷卻到+8至-20℃，而且在這種條件下軸向進(jìn)料至混合器16中。
(加壓的)液氨流與合成氣同時(shí)通過(guò)管線21a進(jìn)料(注入)至所述混合器中，計(jì)算其流速以進(jìn)行所述氣體的有效“洗滌”，以使在氣體中不含有水。該液氨流21a來(lái)自前面所述的循環(huán)管線21。
有利的是，所述液氨流21a軸向進(jìn)料到混合器16中，并與合成氣并流。因此，優(yōu)選降低合成氣的溫度至-20/-27℃。
根據(jù)本發(fā)明的特性，上面所述混合器16預(yù)定軸長(zhǎng)的部分16a具有減小的橫截面。在部分16a中，液氨流和反應(yīng)氣體流被有利加速，并混合在一起(混合區(qū)域)。優(yōu)選地，為擴(kuò)散該流體，具有減小橫截面的部分16a之后的是預(yù)定軸長(zhǎng)的具有恒定橫截面的部分16b。部分16b又進(jìn)入具有預(yù)定軸長(zhǎng)和減小橫截面的第三部分16c，以便使一旦混合后的流體的速度降低。
取決于操作條件，采用第一混合部分16a的軸長(zhǎng)例如為0.5至1m可以得到反應(yīng)氣體凈化的特別滿意的結(jié)果。在這些情況下，具有恒定部分的第二部分16b軸長(zhǎng)為0.6至1.2m。
而且，根據(jù)在圖2表示的本發(fā)明一個(gè)特別優(yōu)選的具體實(shí)施方案，液氨流進(jìn)料至到混合器16中是通過(guò)安置在混合器的部分16a內(nèi)并連接至管線21a的合適分配器的噴嘴23進(jìn)行。管線21a又安置在用于進(jìn)料反應(yīng)氣體流的管線18中，并且與混合器的部分16a的自由端相連。
噴嘴23的端部23a配備有合適的開(kāi)口或狹縫(未示出)，開(kāi)口或狹縫具有合適尺寸以使液氨流以多股高速射流形式出來(lái)。
換句話說(shuō)，由于噴嘴23，因而可以有利地使用來(lái)自循環(huán)管線21的液氨流的壓力，以獲得促進(jìn)反應(yīng)氣流的洗滌的高速射流，同時(shí)產(chǎn)生了在混合器16中的該反應(yīng)氣流的壓縮。
有利的是，由于本發(fā)明的上述特性，不僅可以在用液氨洗滌(凈化)反應(yīng)氣體步驟中獲得反應(yīng)氣體流的壓力降的減少，甚至可以得到該氣流壓力的增加，結(jié)果是，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，具有用于合成氣隨后壓縮的的基本能量節(jié)省。
在隨后的分離器8中，液氨和水從合成氣中分離，并通過(guò)導(dǎo)管22排出，而從分離器8中出來(lái)的所述脫水的合成氣在-20/-27℃的溫度被進(jìn)料至壓縮器的第二級(jí)2(2a)中。
由于進(jìn)入壓縮器的該低溫氣體，基本上減少了它所需要的能量，因而其效率提高。
而且，在混合器16之前使用低溫冷卻器(19)的技術(shù)措施賦予了下面的益處減少蒸發(fā)的氨在合成氣中的量，因此進(jìn)一步減少了壓縮能量，而且與現(xiàn)有技術(shù)相比，提高合成反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率的同時(shí)，具有其帶來(lái)的所有優(yōu)點(diǎn)。
在壓縮器的第二級(jí)中被壓縮到預(yù)定值的合成氣，在15中加熱后，被進(jìn)料至合成反應(yīng)器13中。從反應(yīng)器13得到的包含氨和未反應(yīng)氣體的氣體混合物逐漸地通過(guò)多個(gè)冷卻組(15，12)冷卻，并進(jìn)料至分離器10中。從分離器得到的液氨送去儲(chǔ)存，而從分離器頂部10a出來(lái)的氣體循環(huán)進(jìn)入到壓縮器的第二級(jí)2中。
由此所構(gòu)思的本發(fā)明可以進(jìn)行變化和修改，所有這些都由后附權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)在適宜的多級(jí)(1，2)壓縮機(jī)中加壓的合成氣的催化反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)氨的方法，所述壓縮機(jī)的每級(jí)都配備有用于所述合成氣的進(jìn)口和出口(1a，2a，1b，2b，2c)，所述方法包括所述合成氣通過(guò)液氨除去在合成氣中含有的水和二氧化碳的凈化步驟，其特征在于，所述凈化包括下面的操作步驟—安置氣體-液體混合器(16)，所述的氣體-液體混合器的一端與所述壓縮機(jī)的第一級(jí)(1)的出口(1b)流體相通，或與其中間級(jí)的出口流體相通，且其另一端與緊接著所述第一級(jí)或所述中間級(jí)的級(jí)(2)的進(jìn)口(2b)流體相通，所述混合器(16)具有減小橫截面的部分，并延伸預(yù)定的軸長(zhǎng)，—從所述第一級(jí)(1)或從所述中間級(jí)流出的合成氣流同時(shí)與液氨流軸向加料入所述混合器(16)中，所述流體共軸且并流，—從所述混合器(16)中流出的所述流體的混合物中，分離出基本上無(wú)水的合成氣，并將所述氣體送入在所述第一級(jí)(1)或所述中間級(jí)之后的所述級(jí)(2)中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述合成氣流在進(jìn)料至到所述混合器(16)之前被冷卻到+8至-20℃的溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述冷卻通過(guò)液氨流進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷卻在所述混合器(16)中的合成氣和液氨的所述同軸流體的進(jìn)口的上游進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述液氨以多股高速射流的形式進(jìn)料至所述混合器(16)中。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述液氨流進(jìn)料至混合器(16)中，使液氨通過(guò)配備有合適尺寸的開(kāi)口或裂縫的適當(dāng)噴嘴(23)。
7.一種用于進(jìn)行如權(quán)利要求1至6所述方法的裝置，所述裝置包含多級(jí)(1，2)壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)的每級(jí)配備有進(jìn)口和出口(1a，2a，1b，2b，2c)，該裝置的特征在于，它包含氣體-液體混合器(16)，所述的氣體-液體混合器的一端與所述壓縮機(jī)的第一級(jí)(1)的出口(1b)流體相通，或與其中間級(jí)的出口流體相通，且其另一端與緊接著所述第一級(jí)或所述中間級(jí)的級(jí)(2)的進(jìn)口(2b)流體相通，所述混合器(16)具有減小橫截面的部分，并延伸預(yù)定的軸長(zhǎng)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述氣體-液體分離器(8)安置于所述混合器(16)和所述壓縮機(jī)的所述后一級(jí)(2)之間。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)冷卻組(19)安置于所述混合器(16)和所述壓縮機(jī)的所述第一級(jí)(1)之間。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，其包含一個(gè)配備有合適尺寸的開(kāi)口或裂縫的噴嘴(23)，所述噴嘴的一端與所述混合器(16)的減小橫截面的所述部分(16a)流體相通，其另一端與用于將液氨流進(jìn)料至所述混合器(16)的管線(21a)流體相通。
全文摘要
一種通過(guò)在適宜的多級(jí)(1，2)壓縮機(jī)中加壓的合成氣的催化反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)氨的方法，所述壓縮機(jī)的每級(jí)都配備有用于所述合成氣的進(jìn)口和出口(1a，2a，1b，2b，2c)，所述方法包括所述合成氣通過(guò)液氨除去在合成氣中含有的水和二氧化碳的凈化步驟。
文檔編號(hào)B01F3/04GK1665741SQ03815298
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者塞爾焦·德貝納爾迪 申請(qǐng)人:阿梅尼亞·卡薩萊股份有限公司