[发明专利]制备氨合成气的方法

说明书

技术领域

本发明广义上涉及生产氨所需的合成气混合物的制备。

特别地，本发明涉及一种制备氨合成气体的方法，所述氨合成气包括由烃重整得到的氢气(H₂)和氮气(N₂)。

本发明还涉及一种由烃重整得到的合成气体制备氨的方法。

在说明书和随附的权利要求书中，术语“烃”一般表示氢和碳的原料来源，例如甲烷、天然气、石脑油、GPL(液化石油气)或炼油气及它们的混合物。

众所周知，在制备合成气体领域中，越来越需要采用易于实现，适于大规模生产，同时操作简单，成本低，耗能少的方法。

背景技术

本领域公知的制备氨合成气的方法主要是重整耦合法，包括将去硫烃与蒸气以适当比例混合，得到的混合物进入初级重整器中，其中进料中的大部分烃在15～35bar的中压和780℃～820℃的高温下，经适当催化生成(转化为)一氧化碳、二氧化碳和氢气混合物的蒸气。

所述转化过程为吸热过程，催化剂置于多重催化管内，并通过气体燃料在空气中燃烧提供的反应热在外部加热。

气体产物从初级重整器排出，进入次级重整器中，所述次级重整器通常包括催化床中的适当催化剂以及位于催化反应床上的反应空间，次级重整器还以可控量进料空气流，以提供下游氨合成所需的氮气。

氧气与来自初级重整器的气体产物中的可燃性组分在催化床上的反应空间发生反应，得到的混合产物气体以高温进入催化床。

在通过催化剂的过程中，剩余的甲烷吸热与蒸气发生吸热反应，结果是次级重整器出口气体的温度约为1000℃，99％的烃进料转化为碳氧化物和氢气。

由次级重整器排出的重整气体随后在一系列下游设备进行处理去除碳氧化物，得到适于氨合成的气体成分(即H₂/N₂摩尔比接近3∶1)。所述设备包括：

-CO变换炉，在CO变换炉中，重整气体中的大部分一氧化碳(CO)成分与未反应的蒸气催化转化生成二氧化碳和一定体积的氢气，

-CO₂洗涤柱，通过适当的溶剂如胺或碳酸钾的水溶液在CO₂洗涤柱中涤气，几乎完全去除二氧化碳成分，从而得到含有氮和氢，以及痕量的甲烷、碳氧化物和氩的气流，其中H₂/N₂摩尔比约为3∶1。

-甲烷转化器，剩余的碳氧化物在甲烷转化器中催化转化为甲烷，以免这些含氧化合物引起下游氨合成催化剂中毒。

这样，最终得到低压的氨合成气(一般15～25bar)，根据所采用的氨合成方法，将其压缩至氨合成所需的压力，所述压力通常为80～300bar，一般为约150bar。

尽管上述氨合成气体的方法在一些方面具有优点，但也存在公认的缺点，即难于在大规模生产氨的工厂中进行。

既然这样，主要的问题在于设计并制造压缩机，其涡轮机用于压缩大规模生产氨的工厂所需大量的合成气流，将低压气流压缩至氨合成所需的高压气流。

此外，对于大规模生产氨的工厂，在上述合成气体方法的操作条件(特别是压力)下，其它设备和管道也需要非常大的尺寸。然而，这必将增加成本和能耗，因此限制合成气体的生产能力。

发明内容

本发明的根本问题是提供一种易于实现，产量高，且操作简单，成本低，节省能源的制备适于生产氨的氨合成气体的方法。

解决上述技术问题所采用的制备氨合成气体的方法，其特点在于，所述方法包括以下步骤：

-向配置有多个外部加热的催化管的初级重整器中通入含烃的气流和含蒸气的气流；

-所述烃与所述蒸气在所述初级重整器中的催化管中反应，反应在操作压力大于35bar的催化管中进行，得到气体产物；

-向次级重整器中通入所述气体产物和空气流，加入的所述空气过量于氨合成所需的氮气量，使得来自初级重整器的所述气体产物的全部烃成分基本转化；

-使所述气体产物与所述空气发生反应，然后进行次级重整，得到含有过量于氨合成所需的氮气、氢气、碳氧化物和未反应的蒸气的重整气体；

-从所述重整气体中去除碳氧化物和过量的氮气，得到所述合成气体。

此处，术语“气体产物”表示部分重整的气体，例如初级重整器出口或次级重整器的反应空间内的气体，通常包括碳氧化物(CO和CO₂)、氢气(H₂)、蒸气和未转化的烃。