[发明专利]开放式合成氨系统

说明书

本发明公开了开放式合成氨系统，涉及化学工业领域中的合成氨工业技术。该系统在合成塔内的氢氮气合成氨出塔后，经过冷却分离液氨的剩余气体，凡是需要继续合成的，把它送入其他的合成塔继续合成。采用不建立回路的方式，把多个合成塔由大到小一级接一级串起来，同一级也可由多个合成塔并联，组成生产体系。第一级只进含少量惰气的新鲜氢、氮原料气，后级只进前级出塔冷却分离氨后的剩余气体。当惰气积累到相当于循环法时，绝大多数气体已在低惰气下合成，最后一级把惰气浓缩了的气体作为尾气全部排出，这就充分利用了新鲜气惰气少不含氨之利，大大提高了出氨量，和循环法相比，可增产30％至40％以上，同时节省电能，原料得到更充分地利用。

技术领域

本发明属于化学工业领域中的合成氨工业技术，具体涉及开放式合成氨系统。

背景技术

自从1912年哈伯发明合成氨以来，使用的就是循环法。因为据哈伯发现，氨的合成率非常低，于是“只有”用循环法，含少量甲烷和氩、氦等惰气的氢、氮原料气压缩送入合成塔后，通过催化剂经过反应，一部分合成了氨，放出塔冷却分离氨后，仍然存在大量氢和氮等有效成分不能丢弃，于是补入新鲜原料气，再一次送回原合成塔合成。如图1所示，原料中混入的少量惰气白白占据了空间，又白白通过催化剂并不发生合成氨作用。这将降低合成塔合成效率，所以惰气越低越好。可是尽管新鲜原料气中惰气含量不是很高，循环法却使得惰气积累了起来，在合成系统里反复循环。从合成塔出来冷却分离氨后的气体混合补入的新鲜气后，新鲜气也不新鲜了，使得合成塔内惰气越来越多，对合成的妨害也越来越大。为了使惰气不至太高，必须将合成塔出塔分离后的气体，放掉一部分，称为尾气。产量低时，只有点天灯烧掉，能够作为燃料就不错了。这不但造成原料损失，而且合成塔工作时惰气含量仍然很高，使得合成率低下。收集利用尾气，需要处理的气量也较大，代价高。直到现在一个世纪过去，虽有改进，基本上还是使用这一方法。

发明内容

开放式合成氨系统，在合成塔内的氢氮气合成氨出塔后，经过冷却分离液氨的剩余气体，凡是需要继续合成的，把它送入其他的合成塔继续合成。

优选地，在上述的开放式合成氨系统中，由多个合成塔串连起来组建成多级系统，所述多级系统就是两级合成塔和两级以上，最前面没有其他合成塔剩余气体输入的合成塔为第一级，相邻各级分别称之为前级和后级，一个多级系统至少两级。

优选地，在上述的开放式合成氨系统中，进合成塔合成的气体是任何以氢氮为主的气体，其中进入第一级合成塔的气体主要为甲烷、氩气、氦气等惰性气体尚未浓集的新鲜原料气，进入其他各级合成塔的气体主要来自于别的合成塔的剩余气体。

优选地，在上述的开放式合成氨系统中，剩余气体的传输路径为前级至后级，除了只有两级的开放式合成氨系统，没有剩余气体输入的第一级，在和第二级大小悬殊时，以及没有后级的最后一级，允许输入自己的剩余气体建立回路生产。

优选地，在上述的开放式合成氨系统中，同一级可以由至少两个合成塔并联组成，该级的合成塔的产能为各并联合成塔的产能总和。

优选地，在上述的开放式合成氨系统中，从第一级到最后一级，随着氢氮气的合成和冷却分离液氨出来，各级合成塔的产能依次逐渐缩小，进出的气体体积越来越小，惰气积累量逐渐增加，后级比前级多，直到绝大部分氢氮气已经合成作为液氨分离出来，在剩余气体的惰气量使得不足以继续生产合成氨时，将该剩余气体一次性地全部作为尾气排出，最后一级建立回路进行循环的合成塔，其产能不受此限制。

优选地，在上述的开放式合成氨系统中，同一级的工作压力必须相同，不同级不受约束，各级压力相同或者不相同，需要再压缩或者不再压缩。

优选地，在上述的开放式合成氨系统中，各级合成塔的剩余气体都不再压缩，就成为免压缩全封闭压力递降的开放式合成氨系统，新鲜气加压进入系统后，依次进入各级合成塔，经过合成、冷却、分离，再合成、再冷却、再分离、再合成、……直到最后一级排出系统。