[其他]一种氨合成气的精制工艺过程

说明书

用于氨合成工艺过程的合成气是在去除氧化碳步骤中，或在氨合成的环路中，在吸附－脱附单元中除去该合成气的氮而得以精制。

本发明是合成氨原料生产过程的改进。

最常用的合成氨工艺过程由下列步骤组成：

（a）将碳氢化合物原料在压力条件下进行一次蒸汽转化反应;

CH₄+H₂O→CO+3H₂

（b）将步骤（a）所得的气体，加入空气进行二次蒸汽转化反应;

CH₄+H₂O→CO+3H₂

CH₄+O→CO+2H₂

（c）将步骤（b）所得的气体中的一氧化碳进行一氧化碳催化转化反应;

CO+H₂O→CO₂+H₂

（d）从得自步骤（c）的气体中除去二氧化碳，得到含氮和氢的合成气体;

（e）将所述的氨合成气体进行氨合成反应，生成氨，并将含生成氨的氨合成气送入分离单元，把氨与剩余的氨合成气分开;

N₂+3H₂→2NH₃

（f）将所述的分离出氨的剩余的氨合成气循环至步骤（e），

关于反应步骤（a），在蒸汽与碳按比例、在温度和压力的条件下进行，并从经济观点来选定这些条件，使该反应进行不完全。有一小部分未转化的甲烷在反应步骤（b）中几乎完全被转化成一氧化碳和氢气。更加显著的是，在反应步骤（b），空气与从反应步骤（a）来的高温气体混合，燃烧一部分甲烷，反应温度升至较高温度，此时，在有催化剂存在下，未反应甲烷量降至很低水平。

产品气体中一氧化碳在前面的蒸汽转化反应步骤中几乎完全转化成二氧化碳，氢产生于一氧化碳转化步骤（c）。转化气在氧化碳去除步骤（d）进行处理分离二氧化碳和一氧化碳，然后送入氨合成步骤（e），进行氨合成。

在反应步骤（b）的条件下，是用空气供给反应步骤（b）所需用的氧，其量一般决定于反应步骤（e）中所需氮的化学理论计算值，这样，结果在反应步骤（b）需用的空气量受到了遵守这个要求的限制。反应步骤（a）和（b）是甲烷转化成一氧化碳和氢气的反应。如果能允许在反应步骤（b）中多使用一点空气，将会极大地增加步骤（b）的反应效果，因而减少了反应步骤（a）的“负荷”。“负荷”的意思是指应该在反应步骤（a）中完成的反应程度，即在反应步骤（a）中CH₄的反应与CH₄在步骤（a）与（b）中反应总量的比例。

步骤（a）的转化反应炉是外加热型的，反应管要经受高温和压力的条件，所以牵涉到制造反应管的材料的严格标准要求。因而减小反应步骤（a）的负荷就可以对一次转化管的材料要求不那么严格了，相反地，在一次转化炉中可以在高压下转化气体。

这种作法，可以大为降低合成氨所需的压缩动力，另外，二次转化炉是内加热式，热效率很高。相反地一次转化炉的外加热式热效率很低。相应地总的热效率会由于大量地向二次转化炉通入空气而增高，并且降低了一次转化炉的负荷。所以这个工艺过程是很吸引人的。但为了实现这一反应，通入二次转化炉的过量氮气必须在整个氨合成过程的某一环节除掉。

为了做到这一点，已公开的一种方法是在氨合成步骤（e）之前采用低温分离法从合成气中除去多余的氮气。也就是说在步骤（d）与步骤（e）之间分离出多余的氮气。在这个工艺过程中，采用膨胀机将合成气进行绝热膨胀，造成低温条件，使得合成气中的氮被液化分离，直至氢-氮比例在合成气中适合于氨合成的步骤（e）。同时，合成气中的甲烷几乎完全除去，一氧化碳和氩气也除至一定的程度。