[发明专利]一种适用于中小型氨厂的氨合成工艺的改进方法

说明书

本发明是关于氨的合成方法。特别涉及到工业规模较小的氨的合成工艺流程。

由于氨在催化剂活性温度范围内平衡常数较低，通常采用循环工艺使原料气的利用率达到90％左右。由于制造氨的原料气时，不可避免地产生(或由前级原料带入)少量(1％-5％)的且在净化工序不易清除的惰性气体(特别是目前国内的小合成氨)随同补充气进入循环系统，该惰性气体(氨合成系统内的CH₄，Ar)，随着合成过程的进行，在其循环系统内不断积累，其含是量高达20％以上。循环系统内由于这些惰性气体的存在，不仅占据有效空间，浪费循环机和压缩机功耗，而且还将大大降低循环气在催化剂中的化学反应速度和产物的平衡含量。

鉴于循环系统内惰性气体的不良影响，通常采用放空(同时也放掉部份原料气)，深冷分离或在造气或净化工序尽量降低惰性气体的含量来减少惰性气体对合成过程的不良影响，但循环系统中的惰气含量仍然高达12％-25％，另一种方法是前民主德国(VEB KOMBINAT AGROCHMIEPIESTERTZ)公司开发的仅适用于个别(Kellogg工艺)大型氨厂(1000t/日以上)在新鲜补充气管道上设置合成塔及高压换热器、锅炉、软水预热器的改造方法(《化工进展》1994.4.P27)，其具体工艺过程是经合成气压缩机第一级压缩后的氢氨气经一个热交换器降温后，进入文氏管(喷氨)用液氨吸收新鲜气中的水分后，再进入一个分离器、分离其中吸收了水分的液氨，然后气体再回到压缩机进行第二次压缩之后，气体再进入高压换热器预热后，进入新鲜气合成塔，气体中的33％左右的氢、氮气在催化剂作用下合成为氨，气体出塔再进入专门设置的废热锅炉回收热量后，再进入新鲜气预热器进一步降低温度后，才与循环合成塔来的气体一起进入氨冷和氨分装置、分离掉气体中的氨后，进入循环系统。

以上在新鲜气管道上设置合成塔及其相关设备的工艺仅适用于个别日产千吨，合成部分压力为20～30MPa以上的大型氨厂。且由于采用液氨除水及专门设置的废热锅炉、高压换热器、冷却器等设备、新鲜气要通过8个(10次)具有不同功能的设备，才能实现33％左右的新鲜气合成为氨的目的，所以不仅流程显得复杂，而且增加了气体阻力，动力消耗，再则是触媒体积大，因而触媒利用系数低，特别是采用液氨除水，增加了新鲜气合成塔入口的氨含量，从而又降低了氨净值和新鲜气合成率。

再一种是中国专利86108984号所描述的多级氨合成法，特征是将多个氨合成路分级串联组成一个大的氨合成系统。原料气加压后补入为首的第一级回路，然后自首至尾在各级回路中逐级消耗部份氢、氮气，生成为氨。逐级由前一级循环气中引出部分排放气补入后一级作继续合成氨的原料直至末级。由此将原料气带入的惰性气体浓集到末级回路。该法虽能提高原料气利用率和节省部份动力，但由于多级回路串联不仅设备数量庞大，而且流程复杂，不便操作控制。

另外，还有一种是中国专利85106971号所描述的具有分离过剩的氮气回路和多个合成塔及换热设备在循环回路内串联的合成氨工艺，该工艺成功的关键是采用高活性合成催化剂(钌基)，但该专利仅适用于日产1000吨以上的低压合成氨系统。对中国众多的小型合成氨工艺没有适用的可能。

鉴于已上技术的缺点，本发明的目的是发明一种特别适合中小型氨厂的，投资更少，流程更简单，气体阻力更小，合成率更高，工艺参数更优，且能降低硫、氯、砷化合物对催化剂的毒害的氨的合成方法。

本发明是根据合成氨动力学方程，降低入催化剂床气体中的惰性含量能显著加快氨的生成速度和增加平衡氨含量。利用新鲜气中惰气含量～2％，直接进行氨的合成，其氨的生成速度将比利用循环气(其中惰气合量一般在16-25％)合成氨快1～3倍。

本发明的具体工艺是压缩机末级来的新鲜气先经过一个装有固体氢氧化钾颗粒(或其它脱水剂)的容器2除去少量水份和CO₂后，气体进入氨合成塔4，经塔内换热器升温至催化剂初始活性温度后，气体进入催化剂床(三床或四床或连续换热床)，在催化剂作用下约有40％左右的气体被合成为氨，然后气体再经塔内换热器，加热入塔气体后出塔，汇入循环合成塔23出口的(含氨约14％)气体中进入循环系统的废热锅炉，与循环气一起在循环系统的设备内移出热量和气体中的氨产物。

本发明所述的装有氢氧化钾(或其它脱水剂)的容器2是指能满工作条件的普通高压容器，特别是现行的小化肥企业中的闲置的φ500或φ600合成塔或冷热交换器均可采用。