[发明专利]以天然气为原料制备氨的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮肥技术领域的合成氨技术，特别是涉及一种降低一段蒸汽转化负荷的以天然气为原料制备氨的方法。 

背景技术

现有的以天然气为原料的合成氨技术主要包括天然气转化制备富氢合成气的过程、合成气进行一氧化碳变换过程、二氧化碳脱除过程、甲烷化过程以及氨合成过程。合成氨工艺主要有KELLOGG合成氨工艺、BRAUN合成氨工艺和UHDE AMV合成氨工艺。 

以KELLOGG工艺为代表的传统合成氨工艺，其特征为转化气成分满足(H₂+CO)∶N₂接近氨合成的化学计量比3∶1，同时为减少合成圈驰放气量，控制转化气中惰性气体CH₄的含量小于0.6％(干)。为实现上述目标，转化系统必须满足水碳比＞3.0、一段转化出口温度＞800℃、二段转化出口温度约1000℃。随后针对上述工艺进行的技改方案中，增加了膜分离装置回收合成驰放气中氢气的节能措施。上述工艺有如下不足： 

a)一段转化出口温度高(＞800℃)，对转化炉管等材料应力要求高，限制了较高转化压力、较大转化炉管的应用。 

b)一段转化负荷高。由于一段转化能效低于二段绝热转化，因而转化综合能效较低。

c)一段蒸汽转化投资远高于绝热的二段转化，且与其负荷成正比。上述工艺由于一段转化负荷重，因而转化总投资高，从而将整体的合成氨系统投资提高。 

因此本领域的技术人员为降低合成氨系统的总体投资，希望能够有一种工艺在保证整体蒸汽转化效率的前提下，将一段炉的负荷部分 转移到二段炉，从而降低一段炉设备的投资。 

为此，产生了BRAUN合成氨工艺，其特征是打破了转化气中(H₂+CO)∶N₂接近氨合成的化学计量比3∶1的法则，最大限度将转化负荷从一段炉转移到二段炉。降低转化投资，提高转化能效。其一段炉转化出口温度为680-720℃，二段加入过量50％以上空气以满足后续深冷净化的冷量需要，合成气进入合成圈前设置冷箱除去过量氮及部分惰性气体。但是该BRAUN工艺有如下不足： 

a)工艺空气加入量过大，空压功耗大。综合高能效需要配置高能效燃气轮机驱动空压机才能体现。 

b)增设冷箱投资较大。 

c)上述工艺在操作中必须严格控制操作条件以便使一段炉的负荷控制在合适的范围内，在实际生产中工艺条件的波动很敏感，造成稳定运行的难度增大，且运行成本提高。 

另外，还提出了UHDE AMV合成氨工艺，其特征是提高转化压力＞40bar，稍稍转移一段转化负荷到二段。一段出口温度约为800℃，二段出口甲烷残留＜0.9％(干)，转化气中(H₂+CO)∶N₂约2.6。设置冷箱回收合成驰放气中氢气返回系统。 

上述工艺有如下不足： 

a)一段转化出口温度稍高(约为800℃)。由于一段转化负荷重，因而转化总投资高。 

b)工艺空气加入量稍大，空压功耗大，从而也导致了整体运行成本的增加。 

由此可见，现有的二段法合成氨工艺，在一段炉负荷的处理上，或者是一段炉负荷大导致整体投资大，或者将一段炉负荷转移到二段炉，但需要增加其他的设备，也依然存在设备投资大的缺陷。 

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的合成氨方法存在的缺陷，而提供一种新的合成氨方法，所要解决的技术问题是选择一段转化出口 温度在合适的范围内，降低天然气一段转化的负荷，从而降低了整体合成氨系统的设备投资。