[发明专利]合成氨用气体的生产方法

说明书

本发明涉及一种供合成氨使用的由氢和氮气组成的混合气体的生产方法。在该方法中一种主要由氢和一氧化碳组成且含有杂质甲烷在内的混合气体在10到60巴左右的压力，大约在350℃到550℃的温度下，经过催化转化反应生成一种转化反应过的含有CO₂和占体积2%到8%之间的CO的混合气体。在从这种所谓转化反应过的混合气体中除去CO₂后，预冷到温度不超过-50℃，这种预冷过的富H₂混合气体在热交换器中进一步冷却到温度不超过-160℃。

德国专利2007441披露了一种供氨合成使用的气体是如何生产出来的，烃类物质气化后生成一种原料气体，这种原料气体经脱硫、转化反应和清除CO₂后用液氮洗涤气体以除去残留杂质同时一氧化碳也被除去并掺夹在杂质混合物中。

本发明的目的是尽量减少一氧化碳中的甲烷含量，用液氮洗涤方法把它从氢气中分离以便使全部或大部分一氧化碳能够重新循环回转化器中。在转化反应中，CO用来产生氢气以增加H₂的产率，从而增加合成气体的生产速度。

在上面描述的工艺过程中，我们的目标之所以能够达到是由于采取了下列步骤：富H₂混合气体的温度在热交换器中降低到甲烷露点温度以下，富甲烷冷凝液从混合气体中清除;用液氮洗涤混合气体以除去一氧化碳冷凝液;至少部分富CO₂冷凝液在热交换器中蒸发并被送入转化器;以及含H₂和N₂的混合气体从涤气器中提取出来再通过热交换区。

如果富H₂混合气体除含有甲烷外还含有氩气，则混合气体的温度在热交换器中降至氩气的露点温度以下以使含有氩气的富甲烷冷凝液能够被分离出来。

根据本发明，在本发明方法中包含在混合气体中的大部分甲烷和所有氩气在用液氮洗涤这种混合气体之前，已从富H₂混合气体中分离出来，接着又从本工艺流程中除去。仍然包含在富H₂混合气体中的一氧化碳用液氮涤气的方法除去后，又可以重新循环回转化器。由于这个原因，转化器可以在相当高的温度下工作和使用相当不敏感的催化剂，例如一种含铁催化剂。这种催化剂不会使转化反应CO+H₂O＝H₂+CO₂进行到一氧化碳完全反应为止。

在以前所了解的工艺方法中，部分没有转化的一氧化碳将随着用液氮涤气的办法排除出来的杂质一起被排除并随着所谓的杂质一起被遗弃。在按照本发明所采用的流程中，甲烷和氩气是大量存在的杂质、它们得以清除是由于富氢混合气体在热交换器中被冷却，而这是由液氮涤气后的产物提供的致冷作用。

预冷过的富H₂混合气体在20到60巴的压力下，被适当地送入热交换器使得富甲烷冷凝液在相当高的压力下也变成可以利用的东西了。如果这种冷凝液随着它部分地被释放而降压，则它的温度进一步降低，因此当这种冷凝液流过热交换器时它能够起附加冷凝剂的作用。

该工艺流程的可能实施方法将根据附图加以说明。

管线1用来供给原料气体。这种气体已经脱硫并主要由氢和一氧化碳组成，此外还包含甲烷，一氧化碳，以及在大多数情况下还有氩。这种原料气体通常是由气化烃类物质或煤得到。这种由气化产生的气体用通常熟知的方法脱硫。管线1中的这种混合气体用来转化为用于合成氨所需气体的有用物质是氢和CO。在包括级间冷却器3在内的二级转化器2a，2b中，CO至少实际上被用来同水蒸汽催化转化成H₂和CO₂。转化器的第一级2a工作温度大约在450℃和550℃之间。转化器第二级2b工作温度在350℃和430℃之间。一种众所周知的相当不灵敏转化反应催化剂，如含铁催化剂，可以用在这二级转化器中。同样鉴于转化器工作在10到大约60巴范围的高压下，上述的催化剂比低温催化剂更合乎要求。

来自第二级转化器2b并含有占体积大约2%到8%CO的混合气体经管线4导出。在涤气器5中用已知的办法尽可能完全除去CO₂。例如在大约-70℃到-20℃的范围内用甲醇涤气就有效。在涤气器5中进行有效地冷却对进一步处理混合气体也是所需的。

完全除去了CO₂的富H₂混合气体经管线6从涤气器5中导出。如果需要的话，可以使这种混合气体通过更冷的冷却器7。