[发明专利]生产氨合成气的方法

说明书

技术领域

从本发明最广义的方面来讲，本发明涉及氨制造所需要的合成气混合物的制备。

具体而言，本发明涉及生产由烃转化获得的包含氢气(H₂)和氮气(N₂)的氨合成气的方法。

本发明还涉及从由烃转化获得的合成气生产氨的方法。

在该说明书和所附权利要求中，术语“烃”用于广泛地指代氢和碳的原料源，例如甲烷、天然气、石脑油、GPL(液化石油气)或炼油气及其混合物。

已知在合成气生产领域内，越来越感到需要实现易于实施并且允许以低的运营和投资成本以及低的能量消耗来达到越来越高的生产能力的方法。

背景技术

本领域内众所周知的是，用于氨的合成气的生产主要通过组合转化法进行，其中将脱硫烃与水蒸气以合适的比率混合，将所得混合物导入初级转化炉中，在其中，进料中的大部分烃在通常为15～35bar(巴)的适度压力下和780℃～820℃的高温下在合适催化剂上通过而被水蒸气重整(转化)为一氧化碳、二氧化碳和氢气的混合物。

由于所述转化是吸热的，因此在多个催化剂管中含有催化剂，所述催化剂管由气体燃料与大气温度下的空气燃烧所提供的反应热从外部加热。

从初级转化炉排出的气体产物被送入到二级转化炉，二级转化炉通常含有在催化剂床上的合适的催化剂和在催化剂床之上的反应空间，二级转化炉还接收受控量的空气流以提供下游氨合成所需的氮气。

氧在催化剂床之上的反应空间中与来自初级转化炉的产物气的可燃组分反应，并且所得到的合成产物气进入处于更高温度的催化剂床。

在向下通过催化剂时，残余的甲烷与水蒸气吸热反应，导致二级转化炉出口气体的典型排出温度为约900-1000℃，并且约99％的烃原料被转化成碳氧化物和氢气。

从二级转化炉排出的重整气然后通常在一系列下游设备中处理，以除去碳氧化物，并获得适用于氨合成的气体组合物(即H₂/N₂摩尔比接近3∶1)，这些设备包括：

-CO转化器，其中，重整气的大多数一氧化碳与未反应的水蒸气被催化转化成二氧化碳和额外体积的氢气。

-CO₂洗涤塔，其中，通过用合适的溶剂洗涤所述气体，二氧化碳几乎被完全去除，所述合适的溶剂例如为胺的水溶液或碳酸钾的水溶液，因此获得包含H₂/N₂摩尔比约为3∶1的氮气和氢气以及痕量的甲烷、碳氧化物和氩气的气流。

-甲烷转化器，其中，残余的碳氧化物被催化转化成甲烷，以避免下游氨合成催化剂被那些含氧化合物毒化。

这样，获得在低压下(通常为15-25bar)的最终氨合成气，该氨合成气需要被压缩到氨合成所需的压力，根据要使用的氨合成方法，该压力一般为80-300bar，通常为约150bar。

尽管在若干方面是有利的，但是上述氨合成气制备方法存在突出的缺点，即它难以在大规模氨气厂中实施。

在这种情况下，为了将大规模氨气厂所需的非常大的合成气流从低压压缩到氨合成所需的高压，主要的困难是设计和制造合适的压缩机及其涡轮机。

此外，对于大规模氨气厂，在上述合成气处理的操作条件(特别是压力)下，需要其他设备和管路具有非常大的尺寸。但是，这将增大太多的投资和能源成本，因此合成气的生产受到限制。

发明内容

本发明的技术问题是提供一种生产适合于氨气生产的合成气的方法，该方法容易实施并且可以用低运行成本和投资以及低能量消耗获得高生产能力。

该问题通过一种用于生产氨合成气的方法解决，该方法包括以下步骤：

-将包含烃的气流和包含水蒸气的气流送入配备有复数个外部加热的催化剂管的初级转化炉中，

-使所述烃与所述水蒸气在所述初级转化炉的催化剂管中反应以获得产物气，该催化剂管中的操作压力为至少45bar，

-将所述产物气和氧化剂气体流送入二级转化炉，

-使所述产物气与所述氧化剂气体反应，然后经过二级重整，以使从初级转化炉排出的所述产物气所含的全部烃充分重整并获得重整气，该重整气包含氢气、碳氧化物和未反应的水蒸气，并且具有的氮气含量为0到所述重整气中H₂/N₂摩尔比接近用于氨合成的化学计量比所需的含量。

-从所述重整气中除去碳氧化物，并且任选地送入一定量氮气以达到等于或接近用于氨合成的化学计量比的H₂/N₂摩尔比，获得所述合成气。