[发明专利]一种低压氨合成工艺

说明书

本发明提供了一种低压氨合成工艺，包括如下步骤：1)对空气进行深冷空分，得到氮气和氧气，氧气与天然气进行纯氧自热转化，得到含CO和H₂的混合气；2)对混合气进行电解水分离，得到氢气；3)将氢气与氮气混合成合成氨原料气，并将其在装填铁基催化剂的第一氨合成塔中进行一级氨合成，合成压力为5‑7MPa；4)从所述第一氨合成塔中出来的混合气进入装填钌基催化剂的第二氨合成塔中进行二级氨合成，合成压力为4‑6MPa。本发明将氨合成过程分成两段，在特定压力、特定种类的催化剂、特定氢氮比的原料气下进行，不但满足了合成氨工艺要求、保证工艺平稳运行，还提高了氨合成塔出口氨净值以及氮气和氢气的利用率。

技术领域

本发明属于氨合成技术领域，具体涉及一种低压氨合成工艺。

背景技术

氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨 可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯 化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。因此，合成氨对国民经济 具有重要作用，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80％的 氨用来生产化学肥料，20％作为其它化工产品的原料。

众所周知，合成氨是由氮和氢在高温、高压和催化剂下直接合成的。 德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。于1908年 申请专利，即“循环法”。目前常见的氨合成工艺主要有如下几种：1)等 压工艺：8.5MPa下水煤浆制气，经脱硫、变换、脱碳、补氮后，在7.5MPa 下合成氨；2)微加压工艺：在8.5MPa下水煤浆制气，经脱硫、变换、脱碳、补氮后，微加压(由大循环机附带原料气微加压段)至9.0-10.0MPa合 成氨；3)升压工艺：在5.0MPa下水煤浆制气，气体经净化补氮后，升压 至15-22MPa合成氨。

上述几种氨合成工艺中，氨合成阶段均是在一定压力下进行的，但是， 随着氨合成反应的进行，反应过程中的各项参数，如温度、压力、反应原 料及氨气含量均会发生变化，导致整个氨合成阶段的稳定性低。为了降低 上述缺陷对氨合成的影响程度，中国专利文献CN106315619A公开了一种 铁基催化剂串钌基催化剂的低压氨合成工艺。该技术设置至少两个串联的 氨合成塔，沿氨合成路径，在上游氨合成塔中设置铁基氨合成催化剂，在下游氨合成塔中设置钌基催化剂。通过设置不同种类的氨合成催化剂，在 一定程度上适应了氨合成过程中反应参数的变化，保证了氨合成阶段的稳 定运行。

上述技术更多从催化剂的角度去适应反应参数的变化，以确保氨合成 阶段的稳定运行。但是，合成氨反应是在高温、高压和催化剂下进行的平 衡反应，影响因素众多，仅在上游氨合成塔中设置铁基氨合成催化剂，在 下游氨合成塔中设置钌基催化剂，难以满足合成氨工艺要求，也会导致氨 合成塔出口氨净值不高，氮气和氢气的利用率偏低。因此，如何提供一种 高出口氨净值、高氮气和氢气的利用率的氨合成工艺是本领域技术人员亟 需解决的一个技术问题。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在出口氨净 值不高，氮气和氢气的利用率偏低的缺陷，进而提供一种高出口氨净值、 高氮气和氢气利用率、低能耗、运行平稳的低压氨合成工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明所提供的低压氨合成工艺，包括如下步骤：

1)对空气进行深冷空分，得到氮气和氧气，所述氧气与天然气进行纯 氧自热转化，得到含CO和H₂的混合气；

2)对所述混合气进行电解水分离，得到氢气；

3)将所述氢气与氮气按摩尔比为(1.5-2.5)：1混合形成合成氨原料气， 并将所述合成氨原料气在装填铁基催化剂的第一氨合成塔中进行一级氨合 成，所述一级氨合成的合成压力为5-7MPa；