[发明专利]一种等压氨合成工艺

说明书

本发明提供了一种等压氨合成工艺，该工艺采用氨合成循环气和前工序来的新鲜H₂和N₂的混合气作为原料气，依次在第一钌基催化剂和第二钌基催化剂存在的不同工艺条件下进行氨合成反应，通过先后两级反应的配合，大幅提高了氢氮的转化率及氨收率，使得出口气中的氨净值达到19.5～21.5％，不仅收率高且波动小；本发明的整个工序简单、操作压力低、氨净值高，大幅节约了合成氨的整体工艺流程和设备投入，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于合成氨技术领域，尤其涉及一种等压氨合成工艺。

背景技术

氨是重要的无机化工产品，自1902年德国化学家哈伯发现氮气和氢气在高温高压及催化剂存在下能够直接化合成氨以来，氨合成工业逐渐发展成为国民经济的支柱产业。目前工业上应用较广的大型氨合成技术是15MPa以上合成压力的升压氨合成工艺，该工艺的优点是合成压力较高，未反应物循环能耗小，便于氨的分离，但相应地也存在因原料合成气压力较低而需要配备大功率的合成气压缩机和循环机，进而导致设备投资大、电耗高的缺陷。

在当今世界范围内，合成氨的发展趋势是制气压力逐渐升高、合成压力逐渐降低，使得制气和合成在接近相等的压力下进行，也即是实现等压氨合成，从而降低能耗并简化工艺流程。近年来，随着低温低压氨合成催化剂的开发及合成塔、氨分离技术的不断改进，等压氨合成的工业化应用已成为可能。

中国专利文献CN102815721A公开了一种低压氨合成方法，该方法使用纯钌基催化剂或铁、钌催化剂联用，在温度为300～425℃、压力为5～10MPa、氢氮比为0.5～1.46、原料气空速为3000～15000h^-1的条件下生产氨。上述技术通过采用氢氮比为0.5～1.46的原料气，使得合成塔出口气经氨分离后无需再循环回合成塔而是直接进入提氢装置，并且氨合成压力在5～10MPa下进行，可省略气体压缩机和循环机的使用，从而有效减少了压缩功耗和设备投资。然而，上述技术的合成塔出口气中的氨浓度较低且波动较大，为9～19％，导致该工艺的产能低、经济效益不佳，从而制约其产业化应用。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有的低压氨合成工艺的出口氨浓度较低且波动较大的缺陷，进而提供一种可提高氨收率的等压氨合成工艺。

为此，本发明实现上述目的的技术方案为：

一种等压氨合成工艺，包括如下步骤：

S1、采用氨合成循环气和前工序来的新鲜氢气与氮气的混合气作为原料气，在第一钌基催化剂存在的条件下发生反应；

S2、步骤S1得到的反应气在压力为5.2～7.2MPa、温度为360～430℃及第二钌基催化剂存在的条件下发生反应；

所述第二钌基催化剂以氮掺杂的镁铝水滑石的焙烧产物为载体，所述焙烧产物中含有30～60v％的尖晶石相；

S3、步骤S2得到的反应气经氨分离后，未分离出的氨与未反应的氢、氮的混合气循环至步骤S1中用于配制原料气。

步骤S1的原料气中，氨的体积百分含量为1～5％，氢氮体积比为1.95～2.35。

步骤S1的反应压力为5.5～7.5MPa、温度为380～435℃，所述原料气的体积空速为7000～9000h^-1。

所述第一钌基催化剂以活性炭载体重量为基准包含Ru：2～7wt％、Ba+Mg+Ln：3～8wt％、K：6～18wt％。

步骤S2中原料气的体积空速为8000～12000h^-1。

步骤S2的反应压力为6.3～6.9MPa、温度为340～370℃。

所述第一钌基催化剂和第二钌基催化剂分别装填于不同的氨合成塔中；或者