[发明专利]对来自氨合成方法的吹扫气的利用

说明书

背景技术

通过哈尔法(Hall Process)使氮气和氢气反应以提供氨是一种公知的技术，早在二十世纪初氨的商业化生产便已得到开发利用。通过氢气和氮气在铁基催化剂表面直接反应生产氨。

                     

该合成反应是可逆的，并且热力学平衡并不利于氨的生产。总转化率低，因此这种氨合成法的特征是：将氨合成进料气循环通过反应器，同时将产品在两个循环之间从生成气中取出。根据Le Chatelier原理，压力的增加有利于氨的生产并且较高的温度可以提高反应速度，但是在后一种情况下，产品气中氨的平衡浓度随着温度的增加而下降。此外，高反应温度会加剧催化剂降解。空间速度或者气体在标准状态下相对于单位体积催化剂的流量比通常约在8,000到60,000体积/体积/小时。氨合成反应的空间速度通常并不重要。

众所周知，铁基氨合成催化剂可被任何形式的二氧化碳和氧毒化。现已开发出用昂贵的铜液洗涤工艺将该二氧化碳从氨合成进料气中除去。此外还开发出一种将二氧化碳转化成甲烷的工艺。

氨的商业合成法一般包括三步：第一，制备合成氨进料气，这涉及氢气的生成、引入化学计量合成比例的氮气、去除杂质和催化剂毒物。尽管硫也会毒化催化剂，但催化剂毒物主要是二氧化碳和一氧化碳。过去，气体中的一氧化碳通过在催化剂上与蒸汽反应而转化成氢气和二氧化碳，二氧化碳则通过水洗被去除。然后将合成氨进料气通过合成氨反应器。最后一步，通过水洗出口气体去除氨并且循环未反应的合成氨进料气。

低转化率和由此导致的对循环合成氨进料气的需求使得惰性杂质、主要是氩和甲烷累积。因此必须移出吹扫气流从而防止这些惰性杂质在循环气体中累积。这种吹扫气流几乎无任何价值，通常被送往火炬处理。为了避免被送往火炬处理所带来的经济和环保方面的成本，氨的生产商们非常强调使用高纯度的合成氨进料气。

多年来人们一直使用气化方法从烃流如煤、石油焦碳、渣油以及其它原料中生产氢气和燃料气(也叫合成气)。烃在有氧的条件下气化，而氧气则通常由将氮气从空气中去除以形成纯氧的空气分离设备形成。氮气和氢气的易获得性使得气化过程被用作合成氨进料制备单元。来自气化过程的合成气体还可被用作燃气轮机的燃料。

由固态和液态的碳质燃料特别是煤、焦炭、液态烃进料来生产合成气的方法已被使用了很长时间，并且由于日益增长的能源需求以及其它低值碳类原料的清洁应用的需求，在近年经历了重大改进。合成气可通过将反应性气体如空气或氧气与碳质燃料在气化反应器中通常在蒸汽或水存在下一起加热而生产合成气，之后，该合成气从气化反应器中被移出。

然后，该合成气通常可通过分离进一步处理以形成纯氢气流。合成气流经处理后获得的氢气流纯度大于99.9％(摩尔)。副产品氮气可从氧气站取出、纯化，然后引入氢气流中以形成合成氨的进料气。

除了这些开发利用以外，工业上需要的是一种有效利用来自合成氨反应器的吹扫气流从而降低对合成氨进料气纯度的限制的方法。

本发明概述

烃类原料经气化生成合成气体。该合成气体经冷却并被处理以去除硫。该合成气用气体分离膜分成富氢气和贫氢气。该富氢气与蒸汽通过水煤气转化反应以便将一氧化碳转化成二氧化碳和氢气。二氧化碳通过洗涤从转化后的气体中除去，剩余的碳氧化物则被甲烷化。生成的富氢气与氮气及循环的合成氨进料气混合从而形成大量合成氨进料气。然后将该合成氨进料气通过合成氨催化剂。将氨从生成的产品气中回收，并使剩余部分的合成氨进料气循环。将吹扫气流从循环的合成氨进料气取出并与贫氢气混合。该贫氢气和吹扫气通常在燃气涡轮中燃烧以形成热或动力。

上述方案允许在氨的合成中使用较低纯度氢气。纯度的降低可减少生产氢气时的成本。此外，上述系统可以减少或完全避免使用用来生产高纯度氢气的变压吸附反应器。因此本发明可以使用低成本的纯化方法如薄膜和甲烷化方法。

本发明的这些特征以及其它特征将在下列本发明示例性实施方案说明中详细阐述。

附图说明

下面将参考附图进行说明：

图1为本发明示例性实施方案的示意图。

具体实施方式