[发明专利]多级氨合成法

说明书

本发明属于化学工业领域中的合成氨工业制造技术。

目前作为合成氨的原料气中一般含有1%左右或更多的惰性气，在氨合成的循环回路中每通过一次合成塔、氢、氮气随着氨的生成而消耗20%左右。惰性气因积累而含量升高。现在工厂中用从系统中排放一部分循环气来保持合成循环气的惰性气浓度在10～30%之间的一个稳定水平上。这样原料气的5～9%作为放空气被排放。目前多个合成回路并联或单回路的流程难于解决降低循环气中惰气浓度和减少放空气量之间的矛盾，因为减少合成循环气中的惰气含量虽可提高设备能力和减少合成工段动力消耗，但必将引起放空气中氢、氮气损失增加。而放空气量的减少虽可减少原料气的消耗但又将导致循环气中惰气浓度的提高，以致影响生产能力、增加动力消耗。

近年来，国内外提出建立第二合成系统来解决这一问题，如美国专利文献US-A-3，615，200中就有一例，它将主合成系统回路的排放气由150atm压缩到450atm，在一个较小的合成回路里进一步制氨，第二回路惰气浓度提高到26%，压力的提高作为抵消惰气含量升高对合成的不利影响，但此法尚存在氢氮气损失较大，能耗较高的问题。另外，也有用液氨萦洗惰性气来降低原料气损失，如美国专利文献US-A-3，805，536中通过液氨吸收惰气，使原料气中的氢氮气损失低于1%，但是该法尚存在高压氨泵电耗高，合成回路动力消耗较大的问题。

本发明的目的在于寻找能进一步降低原料气消耗同时进一步提高合成工段生产能力，降低动力消耗的途径。

本发明采用的第一个措施是用多回路串联逐级合成，其中每一级可以由一个回路组成，也可以由数个回路组成，将惰性气浓集在氨合成的尾部，因为除了用惰气含量很低的原料气。在氨合成循环气中循性气的积累通常是不可避免的。但是惰气含量却是随着原料气中氢、氮气的消耗及氨的生成而逐步提高的。现行的合成装置将全部产量的氨合成置于放空气中惰性气浓度的同一水平上。而未利用补入原料气中惰气含量低的有利条件。致使12～30%的合成工段动力和设备能力无谓的消耗于惰气的循环。在本法中、正是根据这一状况将氨的合成经过多个合成回路逐级串联进行。在这一方法中原料气全部补入第一级。使大部分氨的合成在很低的惰气含量下进行。然后将部分循环气排放至第二级作为合成原料。这样逐级进行惰气浓度逐步升高。除了末级要满足排放原料气中带入的惰气量而应维持现有合成回路中同样的惰气浓度外，以前各级均可维持比之低得多的浓度。而末级的产氨量比前几级要小得多，从而可使氨合成中用于惰气循环的功耗和设备投资降低10～25%。

本发明采用的第二个措施是用热氨液洗涤循环气中的惰性气。将惰性气由气相进一步浓集到液相中。因为作为惰性气的甲烷、氩气在液氨中的溶解度大于氢、氮气。且随着温度的升高和压力的增加甲烷和氩气的溶解度增加。当然循环气中惰性气浓度越高，液氨所能吸收的惰气量也越大。本法正是根据这些性质，将前一级回路所产的液氨在系统操作压力下送到后一回路。加热到30～95℃在氨洗涤塔中与该回路的循环气逆流接触吸收其中的惰性气。使该回路循环气中惰气含量比单用多级串联法进一步降低。然后这些液氨又汇合该回路所产得的液氨送到再后一级回路用作洗涤吸收循环气中的惰气。因为惰气在多级合成回路中一级比一级升高。所以虽经上一回路吸收了惰气的液氨仍可在这里进一步吸收这一级回路中的惰气。由于在液氨中循环气中各气体溶解度按氢、氮、氩气、甲烷的排列次序增加。故从这四种气体组分看。在液氨中惰性气与氢氮气的相对含量要比循环气中的高。经多级吸收惰气的液氨在最后一级经冷却减压到10到20大气压。引到低压氨分离器、溶解在液氨中的这四种气体几乎全部解吸、因此通过液氨热洗涤的弛放气中惰性气含量要比由循环气直接排放的放空气中惰性气浓度高得多。一般在50～85%，从而进一步减少氢氮气的损失。