[发明专利]用于大规模设施的NH3

说明书

本发明涉及用于在一个接一个连接的至少两个反应装置(1，3)中在非均相气体催化过程中由合成气生产氨的方法和装置。各反应装置包括至少两个催化剂床(1‑A，1‑B；3‑A，3‑B)，合成气被引导通过所述至少两个催化剂床并且在所述至少两个催化剂床中进行合成气至产物气体的至少部分转化。在第一反应装置(1)中设置有至少一个第一热交换器(1‑2)，并且在第一热交换器中预热新鲜合成气A。离开第一催化剂床(1‑A)且包含产物和未转化反应物的合成气B在进入第二催化剂床(1‑B)之前被冷却。根据本发明，预热过程在布置在第一催化剂床(1‑A)与第二催化剂床(1‑B)之间的第一热交换器(1‑2)中进行。因此，可以在不显著增加过程气体量的情况下增加合成转化率。

技术领域

本发明涉及用于在至少两个串联连接的反应装置中在非均相气体催化下由合成气制备氨的方法和装置，其中这些反应装置中的每一个包括至少两个催化剂床，合成气被引导通过所述至少两个催化剂床，并且在所述至少两个催化剂床中至少部分地转化为产物气体，其中在第一反应装置中设置有至少一个第一热交换器，在所述第一热交换器中预热新鲜合成气 A，并且在所述第一热交换器中提供从第一催化剂床离开的包含产物和未转化反应物的合成气B在进入第二催化剂床之前的冷却。

背景技术

商品化学品工业中的许多产品例如氨或甲醇使用固定床催化剂以工业规模的气体催化合成。合成通常通过在高工作温度下在非常高的工作压力下减小体积来进行。

在氨的生产中，合成气包含氢气和氮气以及任选的另外的惰性气体例如甲烷和/或稀有气体。在该方法中，通常首先将新鲜合成气压缩至高压，并将压缩的合成气进料至回路中，进而被引导通过一个或更多个催化剂填充的反应器，在所述反应器中产生氨。通常在回路中设置有分离系统，产生的氨通过所述分离系统以液体形式从回路排出。

然而，在工业实践中，在作为单流设备的设计中通常作为循环合成执行的大规模合成由于装置、机器和管道而遇到越来越多的限制。例如，从氨合成中的约230巴的最大允许工作压力出发，压力容器和管道的经济可行的构造限制是可预见的。如果意图是在不增加压力装置数量的情况下进一步增加循环合成的能力，则技术改变是必要的。

氨形成反应是明显的平衡反应，其平衡位置随着温度升高而更多地移动到反应物的一侧。在催化剂床的常规工作温度和约200巴的工作压力的区域中，仅实现20％至25％的氨平衡浓度。根据Le Chatelier原理，增加工作压力可以使平衡位置向更高的氨浓度移动。然而，可用压缩机对合成压力的任何增加都有严格的限制。此外，额外的压缩机工作对过程效率具有不利影响，并且较高的工作压力导致装置的壁厚度更大，因此特别地，导致生产成本更高。

氨形成反应是高度放热的，因此如果不进行热的移除，则过程气体在其通过催化剂床时的温度会不断增加。已经提出了具有内部床冷却的氨合成转化器，并且已确实在个别情况下实施。然而，它们是复杂的构造并且相应地制造成本高。此外，催化剂的填充和取出比在床中没有冷却内部构件的反应器的情况下复杂得多。

因此，经济优化在数十年来被认为是催化剂总量在三个单独床之间的分配和过程气体通过位于床之间的热交换器的再冷却。

迄今为止已经提出了用于增加特别是现有设备的容量的各种解决方案。

DE 100 57 863 A1公开了用于由合成气制备氨的方法，所述合成气除氢气和氮气反应物之外还包含在至少两个反应体系中的惰性成分，其中氨由合成气在不同的合成体系中连续合成，其中氨由各合成体系中的一部分合成气生产并且其一部分被排出。

DD 225 029涉及用于由包含惰性材料的合成气合成氨的方法，其特征在于使用两个反应体系。在第一反应体系中，仅转化新鲜合成气。未转化的合成气与来自合成回路的气体一起被引导至第二反应体系，在第二反应体系中进一步转化为氨。

现有技术的一部分是，出于能量原因，来自反应的废热直接在氨反应器的下游用于生产蒸汽或者用于锅炉给水预热。废热随着产生的氨的量和合成回路中的循环体积而增加。