[发明专利]基于ATR的氨工艺和装置

说明书

一种用于生产氨合成气的方法，所述方法包括以下步骤：‑在重整步骤中重整烃进料，由此获得包含CH₄、CO、CO₂、H₂和H₂O的合成气；‑在高温变换步骤中在促进的基于锌‑铝氧化物的高温变换催化剂上变换所述合成气，其中重整步骤中的蒸汽/碳比小于2.6。

跟随当今氨生产中的需求和竞争，已经为开发优化氨生产装置做出了重大努力，目的是提高整体能效并降低资金成本。对于更具成本效益的氨生产的需求促进了用于大规模氨生产单元的技术和催化剂的开发，以便从规模经济中受益。

托普索公司在氨生产技术中的最新创新和新一代最新催化剂的开发确保了高成本效益的氨生产和高装置可靠性，单线产能为5000MTPD氨或更高，而今标准最多只有3300MTPD。

在本发明的第一方面，提供了一种方法，其使得能够利用成熟重整技术以低蒸汽/碳运行的工艺流程。

在本发明的第二方面，提供了一种方法，其使得能够以与重整工段相同的低蒸汽/碳比在重整工段的下游运行高温(HT)变换。

在本发明的第三方面，提供了一种工艺流程，其不需要甲烷化工段来除去用于氨合成的补充合成气中的残余碳组分。

在本发明的第四方面，提供了一种能够实现最大单线产能的整体工艺布局。

这些和进一步的优点通过一种用于生产氨合成气的方法来实现，所述方法包括以下步骤：

-在重整步骤中重整烃进料，由此获得包含CH₄、CO、CO₂、H₂和H₂O的合成气；

-在高温变换步骤中在促进的基于锌-铝氧化物的HT变换催化剂上变换所述合成气，其中

-重整步骤中的蒸汽/碳比小于2.6。

HT变换被定义为这样的工艺步骤：其中含有CO、CO₂、H₂和H₂O的合成气在300℃至600℃的温度范围内经受变换反应。

在传统的氨装置中，基于铁的HT变换催化剂的标准使用需要约3.0的蒸汽/碳比以避免形成碳化铁。

(1)

碳化铁的形成将削弱催化剂颗粒，并可能导致催化剂解体和压降增加。

碳化铁将催化费-托(Fischer-Tropsch)副产物形成。

(2)

费-托反应消耗氢气，由此降低了变换工段的效率。

然而，根据本发明，使用非Fe催化剂，例如促进的基于锌-铝氧化物的催化剂。例如，托普索公司的SK-501Flex^TM HT变换催化剂，其能够实现重整工段和HT变换工段以低至0.3的蒸汽/碳比运行。

因此，在低至0.3的蒸汽/碳比下运行的本发明的方法不同于当今传统氨装置，传统氨装置基于在2.6或更高的蒸汽/碳比下运行的重整和/或HT变换工段。在本方法的有利的实施方案中，活性形式的基于锌-铝氧化物的催化剂包含锌铝尖晶石和氧化锌的混合物与选自Na、K、Rb、Cs及其混合物的碱金属的组合，并且任选地与Cu组合。基于氧化的催化剂的重量，催化剂可以具有0.5至1.0的Zn/Al摩尔比、0.4至8.0wt％的碱金属的含量和0至10％的铜含量。

根据本发明的方法所使用的HT变换催化剂不受对蒸汽与碳比的严格要求的限制，这使得其可以降低变换工段以及重整工段中的蒸汽/碳比。

小于2.6的蒸汽/碳比具有几个优点。总的来说，降低蒸汽/碳比导致通过重整工段和下游的冷却和合成气制备工段的进料加蒸汽流减少。