[发明专利]生产氨合成气的方法和催化剂

说明书

在由含烃原料生产氨合成气的方法中，该方法包括使原料进行蒸汽重整和处理所获得的合成气，合成气的变换包括两个变换步骤，两个步骤均包括稳定的催化剂，从而避免了有害副产物的形成或使其至少减少到可接受的低水平。这两个变换步骤可以均是HTS，或者可以一个是HTS和一个是LTS，或者可以一个是HTS和一个是MTS。在HTS和LTS步骤中使用的催化剂是基于氧化锌和锌铝尖晶石，而在MTS和LTS步骤中使用的催化剂可以是基于铜的催化剂。

技术领域

本发明涉及生产氨合成气的方法和用于该方法的催化剂。

背景技术

典型的制氨厂首先通过蒸汽重整将脱硫的烃气体(例如天然气(即甲烷)或LPG(液化石油气，例如丙烷和丁烷)或石脑油)转化为气态氢气。然后，将氢气与氮气混合以通过Haber-Bosch工艺来生产氨

3H₂+N₂→2NH₃

因此，氨(NH₃)的合成需要合成气(syngas)以合适摩尔比(约为3:1)包含氢气(H₂)和氮气(N₂)。

诸如蒸汽甲烷重整(SMR)的常规重整涉及初级重整器和次级重整器。例如EP 2065 337 A1和EP 2 886 513 A2中公开了通过SMR生产氨合成气的方法。

在本领域中众所周知，氨合成气的生产主要通过组合的重整过程进行，在该过程中，脱硫的烃与蒸汽以适当的比例混合，然后将所得混合物送入初级重整器中，其中将进料中的大多数烃通过在中等压力(通常为15至40巴)和高温(780至820℃)下暴露于合适的催化剂而蒸汽重整(转化)为CO、CO₂和H₂的混合物。

将离开初级重整器的气体产物送入次级重整器，该次级重整器通常在催化床和该床上覆的反应空间中包含合适的催化剂，在其中对来自初级重整器的气体产物进行处理，以提供适合于氨合成的气体组成，即氢气/氮气比接近3:1。

离开次级重整器的气体需要纯化以除去碳氧化物和残留的甲烷。根据现有技术，所述纯化包括一氧化碳的变换(CO转化为CO₂)，其通常在基于铁的催化剂上在高温变换(HTS)转化器中进行；然后在低温变换(LTS)转化器中在基于铜的催化剂上进行。HTS转化器在320-500℃左右运行，而LTS转化器在190-250℃左右运行。变换后，通过除去二氧化碳和任选地通过甲烷化来处理合成气。

这些变换转化器中使用的典型催化剂是分别基于铁和铜，并且生成痕量的副产物，但是副产物的该含量足够高，这既会造成潜在的环境问题，又会导致下游CO₂去除装置中溶液的降解。随着蒸汽/碳比的降低，该问题加剧。在非常低的蒸汽/碳比下，某些催化剂(例如基于铁的催化剂)往往会劣化。其他(如基于铜的)催化剂往往会在更低的蒸汽/碳比下增强。

在本发明的方法中，小于2.6的蒸汽/碳比具有几个优点。例如，通常降低蒸汽/碳比会导致通过重整段以及下游冷却和合成气制备段的质量流量(进料+蒸汽)减少。