[发明专利]高效的氨合成圈新工艺

说明书

本发明涉及一种合成法制氨工艺，特别涉及一种高效的氨合成圈新工艺。

目前氨合成的工艺流程沿用合成循环圈流程，除进行一次合成的循环圈流程外，为了追求更高的氨净值，降低合成压力和压降，降低能耗，有人采用二次合成的合成循环圈流程，将第一次反应后的气体进行分氨，然后进第二合成塔进行二次反应，再出塔分氨，相当于双塔串连的流程，该方案的优点是由于一次合成后将产物氨进行了分离，极大地提高了后续反应的反应速率，两次合成及两次分氨，使合成的氨净值大幅度提高，同时系统内循环量降低，其缺陷是需要采用两套氨分离系统，合成塔的结构也较为复杂。有人提出双合成循环圈串连的流程，第一循环圈的合成塔在惰性气体含量较低的情况下反应，平衡氨含量高，反应速率快，可获得高的氨净值，其放空气体作为第二循环圈原料气；第二循环圈中惰性气体含量高，它在高惰气、低空速下运行，该方案需用两套循环系统，投资增大，而效益也不理想。

美国Kellogg公司为提高氨合成效率及降低能耗，将原料气通过分子筛最终精制后与循环气汇合进入合成塔，使入塔气中氨含量降低1％左右，具有一定的节能效果。以重油为原料的制氨工艺中，利用空分设备分离多余的氮气，对原料气进行液氮洗，在除去CO的同时，能将其它工艺难以脱除的CH₄、Ar等气体除去，入塔气体的气质甚佳，获得较高的合成率，但该工艺仅适用于有空分设备的场合，所用的合成循环圈仍为单合成循环圈，入塔气中氨含量为3～4％，影响反应速率的进一步提高。

德国KEB KOMBINAT AGROCHMIE PIESTERTZ公司开发一种适用于氨厂合成部份改造的新工艺，在新鲜补气管线上安装一个合成塔，反应后的气体再进入原循环系统。

本发明的目的在于提供一种高效的氨合成圈新工艺，本工艺通过降低进入合成塔原料气中的惰性气体含量，以提高平衡氨含量和合成反应速率，及降低进塔气体中氨含量，直至该氨含量为零，又能极大地提高反应速率，两者共同作用的结果，使氨净值有更大幅度的提高。

一种高效的氨合成圈新工艺，包括原料气的净化精制，氨的合成反应，反应热的回收，氨的冷凝分离，其特征在于：精制的原料气是惰性气体含量不超过2％、无氨的原料气，该原料气先在第一合成塔进行一次合成反应，然后从第二合成塔出口处进入合成循环圈，一并回收反应热、冷凝分离氨后进行二次合成反应；原料气的净化精制是通过冷凝、吸附(吸收)、过滤获得的彻底精制，一次合成反应在轴向四段二冷激一间接换热式的第一合成塔中进行，并适合于零氨、低惰气的操作工况，其操作空速为8000-12000／h，合成循环圈采用塔前循环机流程，提温型后置废热锅炉和软水加热器二级的方式回收反应热，二次合成在轴径赂合成塔中进行，其操作空速6000-15000／h，催化剂选用氧化亚铁，或者维氏体Fe_1-XO催化剂(专利号ZL86108528．0)，或者该类预还原型催化剂(专利号ZL94106145．0)，其中第一合成塔用的催化剂根据需要可采用上述催化剂与A110系列催化剂混装，催化剂还原过程将第一合成塔和第二合成塔并联操作，还原用的氢氮气在氨冷前或者氨冷后的部位进入，还原时阀门K1关闭，阀门K2、K3打开；适用于以煤、石油或天然气为原料、年生产能力为1-45万吨的氨厂，氨合成循环圈的操作压力为7-30MPa。

本发明采用的氨合成循环圈如图1所示，图中标记1为净化器，2为第一合成塔，3为第二合成塔，4为废

热锅炉，5为热交换器，6为水加热器，7为水冷器，8为冷交换器，9为氨分离器，10为氨冷器，11为循环机，12为油过滤器，以及阀门K1、K2、K3，其中阀门K1、净化器1是为原料气的净化精制而设置的，净化器的形式、数量、及安装位置因原料气不同而异。新增的第一合成塔2对氨净值的提高具有重要贡献，当还原催化剂时关闭阀门K1，打开阀门K2、K3，其余的结构和原有的氨合成循环圈基本相同。本发明的工艺其工况与现行工艺的工况各不相同，其要点如下：

(1)关于平衡氨含量，本发明与现行工艺在30MPa、450℃条件下，两者的数据列于表1。

(2)关于反应速率，本发明与现行工艺在30MPa、380℃、A301催化剂的条件下，两者的数据列于表2。

(3)关于循环气量，本发明与现行工艺在30MPa、入塔气成份相同的条件下，两者的数据列于表3。

从上述比较中不难看出，本发明的工艺比现行工艺优越得多。

表4为本发明推荐的工艺设计参数表。