[其他]制备氨的工艺

说明书

本发明涉及一种制备氨的工艺。

在现行的制备氨气的过程中，合成氨通常是用水蒸气转化或用部分氧化一种烃进料来制备的，这种烃进料可以是液态或是气态烃，或烃类混合物。例如轻质油或天然气。用部分氧化获得合成气的这种过程，可以从1983年国际化肥会议记录第159-175页上P.H.勃鲁克先生所发表的“合成氨厂的改造”论文中得知。在此过程中，天然气在得克萨科气化器中用空气进行部分氧化，在此过程中用空气带进的氮气数量超过将氢转化为氨所需的化学计量量，此种过量的氮气数量可达约200%，可在低温分离段除去。将进料气和过程空气分别在单独的炉子中通过燃烧一种合适的燃料例如，膨胀至大气压的天然气，预热至约590℃和约815℃。氧气的量必须充足以便达到所要求的烃转化率，而其以空气形式的进料，在反应压力下进入部分化区时，涉及到将过量的氮气和空气中的其它成份压缩和加热的工序，空气的加热是在预热区和部分氧化区用燃烧天然气来进行的。但是，只能部分地回收用于压缩和加热所需要的能量和热量。

此外，所采用的非催化部分氧化过程必需要有一除去碳的工序来除去在部分氧化区所形成的固态碳，和夹带在气态流出物中的固态碳。在部分氧化反应器中的温度是很高的，因此在出口处的温度约达1260℃。

本发明的主要目的是要提供一种制备氨的过程，此过程的能量消耗低于上述已知的过程的能量消耗。较特别的是，本发明的目标在于提供一种制备氨的过程，在此过程中，可以除去，在氨合成气中存在的大量过剩的氮气，因此可以省去低温除去过剩的氮气的工序。本发明的另一个特殊目标是提供一种过程，在此过程中在部分氧化区所产生的热量可用一种高效率的方式加以利用。

这些目标以及根据下列的详细叙述即可明了的其他目标将可由下列工序组成的用氢和氮制备氨的过程中达到。

a）在合适的压力下，将空气流和烃或烃混合物通入第一反应区，通过部分氧化即可生成由氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、水和未转化的烃原料组成的气体混合物;

b）将工序a）中所获得的气体混合物所包含的一氧化碳移动转化为二氧化碳和氢，并把二氧化碳和水从上述移动转化反应形成的气体混合物中除去;

c）把工序b）中所产生的合成气混合物送到第二反应区，将上述合成气混合物中包含的氢气和氮气部分地转化为氨;

d      从上述第二反应区中产生的气态流出物分离出来。

e）将工序d）中分离出氨气后剩余的至少一部分气体混合物进行循环使用。

根据本发明，在此过程中：

工序a）的部分氧化反应是在有一种合适的催化剂存在的情况下，在压力为35巴至150巴和在第一反应区出口处的温度为850℃至1200℃的条件下进行的，送到第一反应区的空气的数量应使得在由工序b）中所生成的气体混合物中的氢对氮的克分子比在2.5和3至1之间，向第一反应区再加入一定量的补充氧气，此数量的氧气与上述数量的空气中所含的氧气一起，即足以达到所要求的烃转化率。

烃的催化部分氧化反应本来就是已知的。它包括把烃进料在压力约35至150巴之间和反应区的温度逐渐向出口处增加到约850℃至1200℃之间通过一种合适的催化剂。在部分氧化过程中首先用有限数量的氧气将烃氧化，从而形成一氧化碳和二氧化碳并放出热。在催化部分氧化过程中，在有水蒸气存在的情况下，将此氧化过程中所释放出的热量用来将尚未被氧化的烃进行催化转化。因此，在后一种生产过程中，不需要通过反应区的壁从外部热源来供给热能。迄今，非催化部分氧化过程实际上一直是只应用于将象燃料油或裂化在油这样的高级烃转化为合成气的生产中，而水蒸汽转化过程则一直被认为更适合于加工较低级烃，但是非催化部分氧化过程必须在相当高的温度1250℃至1400℃之间或更高的温度下进行。申请人现在已经发现将催化部分氧化过程应用于使用低级的烃：例如，含1-3个碳原子的烃来合成氨时，如果用足够数量的氧气富化的空气进行氧化，则对于水蒸气转化过程和非催化部分氧化过程来说，催化部分氧化过程的确提供了下列特别优点：

-    催化部分氧化过程可在比水蒸气转化过程高的压力下进行，因此只需要较少的压缩能量来将合成气混合物压缩至合成氨氨所需要的压力。如果原材料已经是在高压力下提供的天然气，则这是特别有利的，因为在此情况下不需要降低压力。

-    催化部分氧化过程可在比非催化部分氧化过程低的出口处温度下进行，因而对于烃的转化来说，只需要较少的氧气和进料气。