[发明专利]生产合成氨原料气的工艺及装置

说明书

本发明属于合成氨工艺及装置类，具体地属于用天然气作为原料气合成氨的工艺及装置类。

在富含天然气的地方，利用合成氨生产尿素的厂家大多数以天然气为原料按图2所示的工艺及装置合成氨。其工艺为：经热量回收管19预热、脱硫后的天然气导入天然气燃烧炉14燃烧，产生的热量通过第一蓄热炉16、第二蓄热炉17、传入一段转化炉1、各炉、段的温度均在850℃以上。而后从天然气燃烧炉导入天然气，从第一蓄热炉的入口15导入空气，空气的量满足后续工序中H₂/N₂＝3。天然气在一段转化炉上部的燃烧室18内进行燃烧反应：3CH₄+O₂→2CO+CO₂+6H₂↑。空气中的N₂和余下的O₂进入镍触媒层19、进行以下反应N₂+3H₂→2NH₃、2Ni+O₂→2NiO。前一反应为吸热反应，后一反应为放热反应。反应后温度下降，而后再通入天然气燃烧。重复上面过程。余下的热量导入热量回收段20加热原料天然气，而后排入废热锅炉回收热量。

其装置由天然气燃烧炉14，第一、二蓄热炉16、17，一段转化炉1、热量回收段20组成，各部分彼此相通，内壁铺耐火隔热材料，一段转化炉内设燃烧室18、镍触媒层19。

采取上述工艺及装置，必须先将部分天然气燃烧，以使转化炉内的温度上升到转换温度后，天然气和空气才进行生成H₂和合成氨的反应。吨氨需燃烧天然气将近其量的30%，天然气的消耗量大，生产吨氨消耗800m³。生产为间接生产，加热时间、转化时间基本上各为一半，氨产量低。

本发明的目的是针对上述工艺及装置存在的问题，设计一种不用天然气作热源的生产合成氨原料气的工艺及装置。采用本发明，可将间接转换改为连续转换，吨氨消耗天然气量由1000m³-1100m³[其中（燃烧300m³/tNH₃，进行转换天然气消耗800m³/tNH₃）]下降至650-700m³。

本发明的目的是以下述方式实现的，生产合成氨原料气的工艺为：原料天然气降压至3MPa绝对大气压、引入过滤罐，除去其中夹带的水和杂质，导入换热器8、经一段转化炉1底部连的对流段3加热至350℃、引出脱硫、与经废热锅炉13加热软水形成的蒸汽一起导入换热器5、经对流段3加热至500℃以上进入一段转化炉内的转化管2内。H₂/CH₄的加入量比为3。由生产水煤气工段来的水煤气经换热器9、在对流段3内加热后由环布在一段转化炉1外的烧嘴4喷入燃烧，使炉内温度上升至900℃。转化管2内的混合气部分进行合成氨的原料气转化反应。转化气与从换热器6引入的空气混合后进入二段转化炉12、混合气温度750℃，其中未转化的CH₄和气体中的H₂气与加入的空气在转化炉上部燃烧段燃烧，温度达900℃，进入二段转换炉进一步转换，经转换的气体成分控制在H₂/N₂＝3，未转换的CH₄＜0.4%。

生产合成氨原料气的装置，由一段转炉1、换热器5、6、7、8、9、10，二段转化炉12、废热锅炉13组成，一段转化炉四周环布喷入水煤气的烧嘴4，内部设转化管2，管内装填镍触媒层、炉底连对流段3，诸换热器插入对流段3内，对流段外有烟囱11。

下面参照附图详述本发明的内容。

图1    本发明工艺及装置示意图。

图2    以天然气为热源的工艺及装置示意图。

参照图1，从一段转化炉底部排除的燃烧烟气温度达900℃，在对流段对换热器4、8内的天然气，换热器6内的空气，换热器7内的水蒸汽，换热器9内的软水加热后，温度降至于150℃左右，由引风机导入烟囱11排放。