[发明专利]具有内部冷却回路的氨合成

说明书

本发明涉及一种用于氨合成的方法，其中，主要由氢和氮组成的新鲜气体(5)经由压缩机(C)压缩并接着输入给氨转换器(K)，以转换成含氨的、包括氢和氮的转换器产物(26)。氨(6)在新鲜气体压缩机(C)上游蒸发到新鲜气体(5)中，以冷却新鲜气体并产生冷的、包括氨和新鲜气体的混合物料(9)。混合物料在换热器(E2)中被待冷却的氨合成过程流(10)加热，经由新鲜气体压缩机(C)压缩，以获得压缩的、包括氨和新鲜气体的混合物料(18)。在循环冷却器(E2)上游给包括新鲜气体的物料流(7)输入主要由氢和氮组成的混合气体(8)，该混合气体的组成成分从转换器产物(26)和/或压缩的、包括氨和新鲜气体的混合物料(18)分离出。

技术领域

本发明涉及一种用于合成氨的方法，其中，主要由氢和氮组成的新鲜气体通过压缩机(新鲜气体压缩机)压缩，然后输入给氨转换器，以转换成含氨的、包括氢和氮的转换器产物，其中，新鲜气体压缩机上游的氨蒸发到新鲜气体中，以冷却新鲜气体并产生冷的氨以及产生包括新鲜气体的混合物，该混合物在换热器(循环冷却器)中通过至少一个待冷却的氨合成过程流加热，然后通过新鲜气体压缩机被压缩，以获得压缩的、包括氨和新鲜气体的混合物料。

背景技术

根据现有技术，在工业规模上，用含碳的能量载体例如天然气、石油、煤或生物质来生产氨，这些能量载体在这种情况下在第一工艺步骤中转换为粗合成气。然后将粗合成气在进一步的工艺步骤中制备成主要由氢和氮组成的合成气，在该合成气中，两种气体在20至30巴(a)的压力下以用于氨合成的化学计量比3：1存在。然后将合成气作为新鲜气体输入给氨合成回路，其中，它在通过新鲜气体压缩机压缩后以120和180巴(a)之间的压力进入氨转换器中，以便在与催化载体的放热反应中转换成氨。然而，由于热力学限制，该转换仅不完全地发生，使得产生转换器产物，该转换器产物除了氨之外还含有显著的氢和氮。产物气体以400-450℃之间的温度离开转换器，随后在一系列换热器中冷却，以使形成的氨通过冷凝而沉积并获得主要由氢和氮气组成的剩余气体，该剩余气体为了提高氨产率而被导送返回并与新鲜气体一起作为进料气体添加给氨转换器。

为了实现足够高的氨沉积速率，转换器产物有利地冷却到10℃至-5℃之间的温度水平。必要时，必须将所得的氨产物进一步冷却至-33℃，以便能够实现其在无压罐中的大气压储存。为该冷却目的所需的冷却功率或者在外部产生，或者由内部的、集成在氨合成过程中的冷却回路来提供，如同例如在公开文献DE3707605A1中所描述的那样。

为了在外部产生冷，在封闭的冷却回路中引导制冷剂，该制冷剂例如是氨，该制冷剂在与氨合成的至少一个待冷却的过程流的间接热交换中在低压下蒸发，并且在通过制冷剂压缩机压缩后在提高的压力下再冷凝。

在DE3707605A1中也用氨作为制冷剂，然而在这里，氨不在闭合回路中被引导，而是在新鲜气体在新鲜气体压缩机中压缩之前液态地添加到新鲜气体中，其中，它大部分蒸发。在蒸发时产生冷，该冷用于满足冷阱的冷却需求并且必要时用于将从转换器产物分离出来的氨冷却至所希望的最终温度。在该变型中也需要的蒸发制冷剂的压缩与新鲜气体一起通过新鲜气体压缩机进行，从而可以省去单独的制冷剂压缩机。

从现有技术中已知的内部冷却回路允许降低氨合成的投资成本，这尤其对于小型氨设备有意义，在这类设备中，具有其自身制冷剂压缩机的外部冷却回路占设备成本的大部分。然而，内部冷却回路的冷却能力受到可蒸发的氨量的限制，可蒸发的氨量取决于压力、温度以及同样受限的新鲜气体量，因此在有些情况下氨量不足以满足氨合成的制冷需求。

发明内容

本发明的目的是，提供一种所述类型的方法，利用该方法可以克服现有技术的所述缺点。

根据本发明，该目的通过以下方式实现：在循环冷却器上游给包括新鲜气体的物料流输入主要由氢和氮组成的混合气体，混合气体的组分从转换器产物和/或压缩的、包含氨和新鲜气体的混合物料分离出来。

包括新鲜气体并且被输入以主要由氢和氮组成的混合气体的物料流可以是新鲜气体或由新鲜气体通过混合液氨而形成的物料流。