[发明专利]由含烃原料制备氨

说明书

本发明涉及由含烃原料制备氨，借助一包括将原料部分氧化的方法制成富氢合成气，然后将之进一步处理并送入一氨合成圈中。

氨可由氢气、氮气在氨生成条件下于一所谓的氨合成圈中根据下述反应方程式反应而制备：

含烃原料诸如从油田附近现场回收的天然气是用于氨合成的方便氢源。具体地，天然气除了含有主要成分甲烷外还有少量乙烷、丙烷及丁烷，此外在某些转化过程中还可以是低沸点液态烃。

为将含烃原料转化成可输入氨合成圈中的含氢蒸汽，原料首先被转化成含大量氢及少量一氧化碳、二氧化碳及甲烷的合成气，甲烷的蒸汽转化过程如下吸热方程式：

进行，甲烷的部分氧化过程如下放热方程式：

进行。另外一种蒸汽转化及氧化的组合已被用于制备合成气。蒸汽转化过程反应式与部分氧化过程反应式相比多产生一摩尔氢。蒸汽转化和/或部分氧化产生合成气可用一水气转换反应

及除去氧化碳的方法加以处理以制备输入氨合成圈中的氢。

通常用以将含烃原料转化成合成气所采用的方法包括，催化蒸汽转化，如上述反应方程式（2）。此过程中，含烃原料在催化剂，通常是含镍催化剂的存在下于1200°F（650℃）-1900°F（1040℃）之间的温度下与蒸汽反应。此反应在充催化剂的加热炉管中进行。烃与蒸汽在这些条件下反应生成一氧化碳及氢。催化蒸汽转化实施成本颇高，不仅含镍催化剂很贵，且反应大量吸热，因此要进行该反应必须提供大量能量。

此外转化反应常常需要提供空气以通过烃的部分氧化提供能量从而减少外界热量需求。空气转化也可作为第二转化步骤进行，以将未反应甲烷（甲烷“逃逸”）减少至体积比的百分之一。从初级蒸汽转化器流出之后，未反应甲烷在二级蒸汽转化器中借助空气的注入而被转化，此时反应热由甲烷，氢以及一氧化碳的燃烧提供。由燃烧空气输入量使其满足氨合成圈中的氮气需求。对氨合成催化剂有毒性的氧化碳在进入氨合成圈之前必须从二级转化器的输出气中除去。

用以氨合成的合成气制备也可在一自热反应器中以氧化剂（如：空气）加入到蒸汽及烃混合气中自热反应而获得。反应所吸收的热量由下列放热反应提供：

自热反应器具体由两个催化剂床组成，第一床为第二床中的蒸汽转化提供一足够高的出口温度。另外，反应物也可在一蒸汽转化炉中部分转化，然后以一足够与进入氧气自燃的高温度进入自热反应器，从而产生一足够高温度以在逆流催化床中转化。自热转化后，氧化碳被除去，从而使合成气可提供至氨合成圈中，自热转化一般在较低物料通过量下进行，该过程在空间速率为8000/小时-12000/小时的情况下实现。“空间速率”可定义为每催化剂单位体积的体积/小时（体积/小时）物料通过速率。这里所引用的所有数字参见标准温度压力条件下的体积/小时速率。

上述可用以制备氨的合成气制作工序有如下缺点：需要高成本的催化剂，催化剂体积大，物料通过量的速率较低，设备昂贵，某些情况下需要过大场地空间;为使反应进行某些情况又需要大量能量。

含烃原料的部分氧化代表合成气生产中蒸汽转化的另一种方法。大多数已商用的部分氧化过程都是非催化过程。然而非催化部分氧化反应效果较差。它们须在高温度即在2200°F（1200℃）-2800°F（1500℃）的温度下进行需要大量氧气。具体地说，在非催化部分氧化反应中氧与碳的比率大于0.8∶1，通常大于1∶1，此外部分氧化还产生游离碳。