專利名稱：制備氨合成氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明廣義上涉及生產(chǎn)氨所需的合成氣混合物的制備。特別地，本發(fā)明涉及一種制備氨合成氣體的方法，所述氨合成氣包括由烴重整得 到的氫氣(H2)和氮?dú)?N2)。本發(fā)明還涉及一種由烴重整得到的合成氣體制備氨的方法。在說(shuō)明書(shū)和隨附的權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“烴”一般表示氫和碳的原料來(lái)源，例如甲 烷、天然氣、石腦油、GPL(液化石油氣)或煉油氣及它們的混合物。眾所周知，在制備合成氣體領(lǐng)域中，越來(lái)越需要采用易于實(shí)現(xiàn)，適于大規(guī)模生產(chǎn)， 同時(shí)操作簡(jiǎn)單，成本低，耗能少的方法。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域公知的制備氨合成氣的方法主要是重整耦合法，包括將去硫烴與蒸氣以適 當(dāng)比例混合，得到的混合物進(jìn)入初級(jí)重整器中，其中進(jìn)料中的大部分烴在15 35bar的中 壓和780°C 820°C的高溫下，經(jīng)適當(dāng)催化生成(轉(zhuǎn)化為)一氧化碳、二氧化碳和氫氣混合 物的蒸氣。所述轉(zhuǎn)化過(guò)程為吸熱過(guò)程，催化劑置于多重催化管內(nèi)，并通過(guò)氣體燃料在空氣中 燃燒提供的反應(yīng)熱在外部加熱。氣體產(chǎn)物從初級(jí)重整器排出，進(jìn)入次級(jí)重整器中，所述次級(jí)重整器通常包括催化 床中的適當(dāng)催化劑以及位于催化反應(yīng)床上的反應(yīng)空間，次級(jí)重整器還以可控量進(jìn)料空氣 流，以提供下游氨合成所需的氮?dú)狻Ｑ鯕馀c來(lái)自初級(jí)重整器的氣體產(chǎn)物中的可燃性組分在催化床上的反應(yīng)空間發(fā)生 反應(yīng)，得到的混合產(chǎn)物氣體以高溫進(jìn)入催化床。在通過(guò)催化劑的過(guò)程中，剩余的甲烷吸熱與蒸氣發(fā)生吸熱反應(yīng)，結(jié)果是次級(jí)重整 器出口氣體的溫度約為1000°c，99%的烴進(jìn)料轉(zhuǎn)化為碳氧化物和氫氣。由次級(jí)重整器排出的重整氣體隨后在一系列下游設(shè)備進(jìn)行處理去除碳氧化物，得 到適于氨合成的氣體成分(即H2/N2摩爾比接近3 1)。所述設(shè)備包括-CO變換爐，在CO變換爐中，重整氣體中的大部分一氧化碳(CO)成分與未反應(yīng)的 蒸氣催化轉(zhuǎn)化生成二氧化碳和一定體積的氫氣，_0)2洗滌柱，通過(guò)適當(dāng)?shù)娜軇┤绨坊蛱妓徕浀乃芤涸?)2洗滌柱中滌氣，幾乎完 全去除二氧化碳成分，從而得到含有氮和氫，以及痕量的甲烷、碳氧化物和氬的氣流，其中 H2/N2摩爾比約為3 1。-甲烷轉(zhuǎn)化器，剩余的碳氧化物在甲烷轉(zhuǎn)化器中催化轉(zhuǎn)化為甲烷，以免這些含氧化 合物弓丨起下游氨合成催化劑中毒。這樣，最終得到低壓的氨合成氣(一般15 25bar)，根據(jù)所采用的氨合成方法，將 其壓縮至氨合成所需的壓力，所述壓力通常為80 300bar，一般為約150bar。盡管上述氨合成氣體的方法在一些方面具有優(yōu)點(diǎn)，但也存在公認(rèn)的缺點(diǎn)，即難于在大規(guī)模生產(chǎn)氨的工廠中進(jìn)行。既然這樣，主要的問(wèn)題在于設(shè)計(jì)并制造壓縮機(jī)，其渦輪機(jī)用于壓縮大規(guī)模生產(chǎn)氨 的工廠所需大量的合成氣流，將低壓氣流壓縮至氨合成所需的高壓氣流。此外，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)氨的工廠，在上述合成氣體方法的操作條件(特別是壓力) 下，其它設(shè)備和管道也需要非常大的尺寸。然而，這必將增加成本和能耗，因此限制合成氣 體的生產(chǎn)能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的根本問(wèn)題是提供一種易于實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)量高，且操作簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)省能源 的制備適于生產(chǎn)氨的氨合成氣體的方法。解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的制備氨合成氣體的方法，其特點(diǎn)在于，所述方法包括 以下步驟-向配置有多個(gè)外部加熱的催化管的初級(jí)重整器中通入含烴的氣流和含蒸氣的氣 流；-所述烴與所述蒸氣在所述初級(jí)重整器中的催化管中反應(yīng)，反應(yīng)在操作壓力大于 35bar的催化管中進(jìn)行，得到氣體產(chǎn)物；-向次級(jí)重整器中通入所述氣體產(chǎn)物和空氣流，加入的所述空氣過(guò)量于氨合成所 需的氮?dú)饬?，使得?lái)自初級(jí)重整器的所述氣體產(chǎn)物的全部烴成分基本轉(zhuǎn)化；-使所述氣體產(chǎn)物與所述空氣發(fā)生反應(yīng)，然后進(jìn)行次級(jí)重整，得到含有過(guò)量于氨合 成所需的氮?dú)?、氫氣、碳氧化物和未反?yīng)的蒸氣的重整氣體；-從所述重整氣體中去除碳氧化物和過(guò)量的氮?dú)猓玫剿龊铣蓺怏w。此處，術(shù)語(yǔ)“氣體產(chǎn)物”表示部分重整的氣體，例如初級(jí)重整器出口或次級(jí)重整器 的反應(yīng)空間內(nèi)的氣體，通常包括碳氧化物(CO和C02)、氫氣(H2)、蒸氣和未轉(zhuǎn)化的烴。此處，術(shù)語(yǔ)“合成氣體”表示含有適當(dāng)摩爾比的用于氨合成的N2和H2的氣體，即所 述氣體中，N2/H2接近化學(xué)當(dāng)量1 3的摩爾比。此處，術(shù)語(yǔ)“重整氣體”表示完全重整的氣 體，例如次級(jí)重整器出口的氣體，其通常含有氮?dú)狻錃?、碳氧化物和未反?yīng)的蒸氣，還可能 含有痕量未轉(zhuǎn)化的烴。本發(fā)明基于如下發(fā)現(xiàn)通過(guò)將初級(jí)重整器催化管內(nèi)的操作壓力增加至大于 35bar，并向次級(jí)重整器中提供過(guò)量的空氣(其還產(chǎn)生了超出用于氨合成的最終合成氣所 需的過(guò)量氮?dú)?，使得初級(jí)重整器排出的氣體產(chǎn)物中所含的烴完全轉(zhuǎn)化(重整)，從而能夠 獲得高壓氨合成氣體，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)。這一發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)的教導(dǎo)形成鮮明對(duì)照，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的教導(dǎo)，為了獲得高產(chǎn) 量的氨合成氣體，相關(guān)工廠必須具備大型的設(shè)備(特別是壓縮機(jī))和管道。令人驚訝地，根據(jù)本發(fā)明的方法，特別是增加壓力是可行的，例如與現(xiàn)有技術(shù)的方 法相比，可以將催化管內(nèi)的壓力基本上增加一倍(例如獲得的壓力為60bar)，而無(wú)需改變 目前使用的初級(jí)重整器中的管設(shè)計(jì)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選初級(jí)重整器催化管內(nèi)的壓力為40 lOObar，更優(yōu)選地，60 80baro優(yōu)選地，為避免在本發(fā)明新的操作壓力下可能會(huì)減少管的使用壽命，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可采用下述方式加熱管使得氣體產(chǎn)物離開(kāi)所述管的出口溫度不超過(guò)750°C (優(yōu)選650 750 °C )。管出口溫度的選擇取決于管內(nèi)的操作壓力，當(dāng)操作壓力增加時(shí)，降低出口溫度，以 保證導(dǎo)管的使用壽命。例如，當(dāng)以一般的內(nèi)徑約為100mm，壁厚10 12mm的催化管運(yùn)行時(shí)，根據(jù)本發(fā)明， 60bar壓力/750°C出口溫度，管顯示出約100，000小時(shí)的良好的使用壽命。而且，根據(jù)本發(fā)明方法最終得到的合成氣體具有高壓，這允許采用小型設(shè)備和重 整器的下游管道系統(tǒng)，降低了成本和能耗。特別地，這使得在氨生產(chǎn)設(shè)備的合成回路中可以采用小型的和價(jià)格低廉的用于將 最終的合成氣體壓縮至轉(zhuǎn)化成氨所需的壓力的設(shè)備成為可能。此外，由于在重整工序的出 口處最終得到高壓的合成氣體，壓縮所需的能量減少。因此，根據(jù)本發(fā)明，氨合成設(shè)備采用 高壓合成氣體，可實(shí)現(xiàn)能耗的降低。根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選方案，所述空氣的過(guò)量為大于制備氨合成所需氮?dú)獬煞中?要的空氣量的15% 100%，優(yōu)選20% 40%。采用過(guò)量的空氣可以使初級(jí)重整器出口氣體(初級(jí)重整器中烴的含量隨壓力的 增加和溫度的降低而增加)中含有的烴(特別是甲烷)在次級(jí)重整器的催化床的上部空間 發(fā)生有效地轉(zhuǎn)化，生成碳氧化物和蒸氣，由此獲得高溫氣體產(chǎn)物。然后，該氣體產(chǎn)物流經(jīng)次級(jí)重整器的催化床，發(fā)生吸熱重整反應(yīng)(利用所述氣體 產(chǎn)物的熱量)，充分地完成了轉(zhuǎn)化過(guò)程，與現(xiàn)有技術(shù)的生產(chǎn)方法相比，有利地實(shí)現(xiàn)了烴的完
全轉(zhuǎn)化。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，從所述重整氣體中去除碳氧化物和所述過(guò)量氮?dú)獾乃?步驟包括如下操作階段-通過(guò)與部分未反應(yīng)的蒸氣發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，從所述重整 氣體中基本去除一氧化碳，得到去除一氧化碳和蒸氣的重整氣體；-通過(guò)適當(dāng)溶液或溶劑洗滌所述基本去除一氧化碳和部分蒸氣的重整氣體，基本 去除二氧化碳，得到仍含有痕量碳氧化物的重整氣體；-采用將其轉(zhuǎn)化為甲烷的方式，去除重整氣體中含有的痕量碳氧化物，得到不含碳 氧化物的重整氣體；-通過(guò)深冷分離去除所述不含碳氧化物的重整氣體中過(guò)量的氮?dú)?。根?jù)本發(fā)明的另一方面，從重整氣體中去除碳氧化物和所述過(guò)量氮?dú)獾乃霾襟E 包括如下操作階段-通過(guò)與未反應(yīng)的蒸氣發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，從所述重整氣體 中基本去除一氧化碳，得到去除一氧化碳和蒸氣的重整氣體；-通過(guò)適當(dāng)溶液或溶劑洗滌所述基本去除一氧化碳和蒸氣的重整氣體，基本去除 二氧化碳，得到仍含有痕量的碳氧化物的重整氣體；-通過(guò)將所述仍含有痕量碳氧化物的重整氣體流經(jīng)PSA或TSA型分子篩，去除所述 痕量碳氧化物和所述過(guò)量的氮?dú)?。此處，術(shù)語(yǔ)“分子篩”包括所有具有微孔的，易于吸附混合氣體中所含有的氮?dú)?和碳氧化物的材料。根據(jù)吸附和釋放氮?dú)夂吞佳趸锏倪^(guò)程，這些材料可分為PSA(變壓吸附，pressure swing adsorption)分子蹄或 TSA(變溫吸附，temperature swing adsorption)分子蹄。根據(jù)PSA過(guò)程，含有痕量氮?dú)夂吞佳趸锏幕旌蠚怏w在一定壓力下流經(jīng)PSA分子 篩，氮?dú)夂吞佳趸锉环肿雍Y中的微孔結(jié)構(gòu)吸收。然后，降低壓力，氮?dú)夂吞佳趸飶奈⒖?結(jié)構(gòu)中脫附，再生分子篩。與此不同，根據(jù)TSA過(guò)程，含有痕量氮?dú)夂吞佳趸锏幕旌蠚怏w在一定溫度下流 經(jīng)TSA分子篩，氮?dú)夂吞佳趸锉晃铡Ｈ缓?，升高溫度，例如，通蒸氣流或熱水，使氮?dú)夂?碳氧化物從微孔結(jié)構(gòu)中脫附，再生分子篩。本發(fā)明還涉及由合成氣體制備氨的方法，包括步驟_將含烴氣流與含蒸氣的氣流通入配置有多個(gè)外部加熱的催化管的初級(jí)重整器 中；-在所述初級(jí)重整器中，所述烴與所述蒸氣在大于35bar壓力的催化管中發(fā)生反 應(yīng)，得到氣體產(chǎn)物；-將所述氣體產(chǎn)物和空氣流通入次級(jí)重整器，所加入的過(guò)量的空氣大于合成氨的 最終合成氣所需的氮?dú)饬?，使?lái)自初級(jí)重整器的所述氣體產(chǎn)物中全部的烴成分基本轉(zhuǎn)化；-使所述氣體產(chǎn)物與所述空氣發(fā)生反應(yīng)，然后進(jìn)行次級(jí)重整，得到含有大于氨合成 所需的過(guò)量的氮?dú)?、氫氣和碳氧化物的重整氣體；-從所述重整氣體中去除碳氧化物和過(guò)量的氮?dú)猓玫剿龊铣蓺怏w；以及-將所述合成氣體加入氨合成回路中，在可有效制得氨的條件下發(fā)生反應(yīng)。參照附圖，以下述實(shí)施例的描述進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，但下述實(shí)施例 不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，制備氨合成氣體的裝置的示意圖，所述裝置與合成氨 設(shè)備的氨合成回路流體連通；圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例制備氨合成氣體的裝置的示意圖，所述裝置與合成氨設(shè) 備的氨合成回路流體連通。
具體實(shí)施例方式圖1中，裝置示意圖闡明了根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)含烴氣流的初級(jí)和次級(jí)重整來(lái)制備 氨合成氣體的方法步驟。在此闡述的方法中，采用由天然氣組成的烴源作為原料。如圖1所示，數(shù)字1為初級(jí)重整器，數(shù)字2為次級(jí)重整器，數(shù)字3為一系列CO變換 爐(僅顯示一個(gè))，數(shù)字4為C02洗滌柱，數(shù)字5為甲烷轉(zhuǎn)化器，區(qū)域6為氨合成回路。低壓線路7表示采用常規(guī)方法去硫后的天然氣氣流，低壓線路8表示蒸氣流。按照每摩爾天然氣中碳，蒸氣約1 2. 5 5的摩爾比，混合去硫天然氣流7和蒸 氣流8，混合物經(jīng)過(guò)線路9進(jìn)入熱交換器10，在此將混合物預(yù)熱至約500°C，預(yù)熱的混合物經(jīng) 過(guò)線路11進(jìn)入初級(jí)重整器1。初級(jí)重整器1內(nèi)部包括常規(guī)的多個(gè)裝有適當(dāng)催化劑的管(未顯示)，其通過(guò)線路 12所示的熱交換液體進(jìn)行外部加熱。
根據(jù)本發(fā)明，加熱初級(jí)重整器的催化管使得管出口溫度達(dá)到650 750°C，同時(shí)通 入初級(jí)重整器1中的含烴和蒸氣的氣體混合物以達(dá)到約60bar的壓力進(jìn)入管內(nèi)。此外，在本實(shí)施例中，全部天然氣給料至初級(jí)重整器1中。初級(jí)重整器1排出的溫度為650 750°C，壓力約60bar的氣體產(chǎn)物由線路13進(jìn) 入次級(jí)重整器2，同時(shí)通過(guò)線路14向次級(jí)重整器2提供由空氣組成的氧化劑氣流。根據(jù)本發(fā)明，向次級(jí)重整器2中提供的空氣大于合成氨的最終氨合成氣所需氮?dú)?的總量，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，采用加壓和降溫的方式，以補(bǔ)償來(lái)自初級(jí)重整器的氣體產(chǎn)物中增加 的烴含量。在本實(shí)施例中，次級(jí)重整器2包括帶有適當(dāng)催化劑(如鎳基催化劑)的催化床2a 和上部反應(yīng)空間2b。進(jìn)入次級(jí)重整器2的氧氣(空氣中含有的)與初級(jí)重整器1排出的氣 體產(chǎn)物在反應(yīng)空間2b中發(fā)生反應(yīng)，在高溫下得到次級(jí)氣體產(chǎn)物。然后，該次級(jí)氣體產(chǎn)物經(jīng)由次級(jí)重整器的催化床2a，發(fā)生吸熱重整反應(yīng)(利用所 述次級(jí)氣體產(chǎn)物的熱量)，從而基本完成重整過(guò)程，得到含氮?dú)?過(guò)量)、氫氣、碳氧化物和 剩余蒸氣的重整氣體。根據(jù)另一個(gè)可選的實(shí)施例(未顯示)，次級(jí)重整器2沒(méi)有催化床2a。在這種情況 下，次級(jí)重整器2將包括一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)空間作為上述反應(yīng)空間2b，進(jìn)行并完成重整過(guò)程。次級(jí)重整器2排出的最終重整氣體的溫度約1000°C，壓力約60bar，其首先由線路 17進(jìn)入熱交換器16，在此冷卻至約350°C，然后，由線路18進(jìn)入一系列(一般為兩個(gè))CO變 換爐3。在CO變換爐3中，重整氣體中的一氧化碳成分與未反應(yīng)的蒸氣催化轉(zhuǎn)化成二氧化 碳并產(chǎn)生一定體積的氫氣。最后的(第二個(gè))CO變換爐3的出口溫度約220°C，至少98% 的CO進(jìn)氣發(fā)生轉(zhuǎn)化。最后的CO變換爐3排出的重整氣體進(jìn)入熱交換器19 (經(jīng)由線路20)， 在此冷卻至接近環(huán)境溫度，冷卻后的氣體進(jìn)入分離器21 (經(jīng)由線路22)，分離冷凝物。從分離器21排出的氣體經(jīng)線路22a進(jìn)入C02洗滌柱4，大部分二氧化碳成分通過(guò) 適當(dāng)?shù)娜軇?，如胺的水溶液或碳酸鉀溶液，滌氣去除。從?頂部出來(lái)的出氣由過(guò)量氫氣和 氮?dú)庖约昂哿康臒N(甲烷)和碳氧化物組成。氣體經(jīng)過(guò)線路24進(jìn)入熱交換器23，在此加熱至約300°C，然后經(jīng)過(guò)線路25進(jìn)入甲 烷轉(zhuǎn)化器5。甲烷轉(zhuǎn)化器5包括含適當(dāng)催化劑，如鎳基催化劑的催化床，將痕量碳氧化物轉(zhuǎn) 化成甲烷，以免這些含氧化合物造成下游的氨合成催化劑中毒。從甲烷轉(zhuǎn)化器5排出的氣體由線路27進(jìn)入熱交換器26中進(jìn)行冷卻，冷卻后的氣 體經(jīng)線路29進(jìn)入分離器28，進(jìn)行冷凝物的分離。從分離器28排出的氣體隨后由線路30進(jìn)入深冷分離器40，在此分離出大于氨合 成所需的過(guò)量氮?dú)?，以及由甲烷轉(zhuǎn)化器5得到的甲烷和一部分氫氣，得到以適當(dāng)摩爾比混 合的氮?dú)夂蜌錃獾陌焙铣蓺怏w(即，H2/N2摩爾比接近3 1)和分離氣。經(jīng)線路41回收來(lái)自深冷分離器40的分離氣，其通常作為補(bǔ)充燃料，而氨合成氣體 進(jìn)入壓縮機(jī)33 (經(jīng)線路42)，壓縮至氨合成所需的壓力，例如150bar。根據(jù)本發(fā)明，由于通過(guò)壓縮機(jī)33得到的氨合成氣體具有比現(xiàn)有技術(shù)高的壓力(本 實(shí)施例中約為60bar)，因此使得本發(fā)明裝置簡(jiǎn)單，成本低廉。最后，壓縮的合成氣體由線路31供給合成回路6，在有效生成氨的條件下進(jìn)行反應(yīng)。得到的氨經(jīng)線路32從合成回路6排出。圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，制備氨合成氣體的裝置的示意圖。圖2中與上述圖1裝置的相應(yīng)部件相同或等同的裝置的部件，采用與圖1編號(hào)相 同的編號(hào)，且不再贅述。從圖2中可以看出，該裝置與上述圖1裝置不同之處在于其包括具有PSA或TSA 型分子篩的分離器60，其取代了深冷分離器40。此外，分離器60直接經(jīng)線路61接收由洗滌柱4排出的氣體混合物，進(jìn)行碳氧化物 和過(guò)量氮?dú)獾姆蛛x。結(jié)果是，省去了甲烷轉(zhuǎn)化器5和相關(guān)設(shè)備，使得流程簡(jiǎn)化，降低了成本。在分離器60中，根據(jù)PSA或TSA過(guò)程，碳氧化物和過(guò)量的氮?dú)獗环肿雍Y的微孔結(jié) 構(gòu)選擇性地吸附，得到以適當(dāng)摩爾比混合的氮?dú)夂蜌錃獾陌焙铣蓺怏w(即，氏/隊(duì)摩爾比接 近3 1)和分離氣。在分子篩再生過(guò)程中(根據(jù)上述PSA或TSA過(guò)程)，經(jīng)線路62回收來(lái)自分離器60 的分離氣，其通常作為補(bǔ)充燃料，而氨合成氣體進(jìn)入壓縮機(jī)33 (經(jīng)線路42)，壓縮至氨合成 所需的壓力，例如150bar。參照?qǐng)D2，根據(jù)需要和根據(jù)已知技術(shù)，可沿柱4和分離器60之間的線路61增加一 個(gè)或多個(gè)中間設(shè)備(例如熱交換器或壓縮機(jī))，來(lái)提供其它實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，在初級(jí)重整器1的下游設(shè)置預(yù)重整器。該預(yù)重整器 本身是常規(guī)型號(hào)，因此沒(méi)有在圖1或圖2中顯示，其以隔熱方式運(yùn)行，S卩，無(wú)熱交換。向該預(yù) 重整器中通入天然氣氣流7和部分蒸氣流8。在預(yù)重整器中，得到含烴氣流，將其與蒸氣流 8的其余部分一起加入初級(jí)重整器1。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行的修改或改進(jìn)，都屬于權(quán)利要求請(qǐng)求保 護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種制備氨合成氣體的方法，其特征在于，其包括步驟-向配置有多個(gè)外部加熱的催化管的初級(jí)重整器中通入含烴氣流和含蒸氣氣流；-所述烴與所述蒸氣在所述初級(jí)重整器的中催化管進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)是在操作壓力大于35bar的催化管中進(jìn)行，得到氣體產(chǎn)物；-向次級(jí)重整器中通入所述氣體產(chǎn)物和空氣流，加入的所述空氣過(guò)量于氨合成所需的氮?dú)饬?，使得?lái)自初級(jí)重整器的所述氣體產(chǎn)物的全部烴成分基本轉(zhuǎn)化；-使所述氣體產(chǎn)物與所述空氣發(fā)生反應(yīng)，然后進(jìn)行次級(jí)重整，得到含有過(guò)量于氨合成所需的氮?dú)?、氫氣、碳氧化物和未反?yīng)的蒸氣的重整氣體；-從所述重整氣體中去除碳氧化物和過(guò)量的氮?dú)?，得到所述合成氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述空氣的過(guò)量為大于制備氨合成所需 氮?dú)獬煞中枰目諝饬康?5% 100%，優(yōu)選20% 40%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述初級(jí)重整器的催化管內(nèi)的操作壓 力為40 lOObar，優(yōu)選60 80bar。
4.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，來(lái)自初級(jí)重整器催化管的所 述氣體產(chǎn)物的出口溫度不超過(guò)750°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述初級(jí)重整器(1)的催化管內(nèi)的操 作壓力為約60bar，所述出口溫度為650 750°C。
6.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，從所述重整氣體中去除碳氧 化物和過(guò)量氮?dú)獾乃襟E包括如下操作階段-通過(guò)與未反應(yīng)的蒸氣發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，從所述重整氣體中基 本去除一氧化碳，得到基本去除一氧化碳和部分蒸氣的重整氣體；-通過(guò)適當(dāng)溶液或溶劑洗滌所述基本去除一氧化碳和部分蒸氣的重整氣體，基本去除 二氧化碳，得到仍含有痕量碳氧化物的重整氣體；-通過(guò)將其催化轉(zhuǎn)化為甲烷，去除重整氣體中含有的痕量碳氧化物，得到不含碳氧化物 的重整氣體；-通過(guò)深冷分離去除所述不含碳氧化物的重整氣體中過(guò)量的氮?dú)狻?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，從所述重整氣體中去除碳氧 化物和所述過(guò)量氮?dú)獾乃霾襟E包括如下幾個(gè)階段-通過(guò)與部分未反應(yīng)的蒸氣發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，從所述重整氣體 中基本去除一氧化碳，得到基本去除一氧化碳和部分蒸氣的重整氣體；-通過(guò)適當(dāng)溶液或溶劑洗滌所述基本去除一氧化碳和蒸氣的重整氣體，基本去除二氧 化碳，得到仍含有痕量碳氧化物的重整氣體；-通過(guò)將所述仍含有痕量碳氧化物的重整氣體流經(jīng)PSA或TSA型分子篩，去除所述痕量 碳氧化物和所述過(guò)量的氮?dú)狻?br> 8.—種由合成氣體制備氨的方法，其特征在于，其包括步驟-將含烴氣流與含蒸氣的氣流通入配置有多個(gè)外部加熱的催化管的初級(jí)重整器中； -所述烴與所述蒸氣在所述初級(jí)重整器的催化管中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)是在操作壓力大于 35bar的催化管中進(jìn)行，得到氣體產(chǎn)物；_將所述氣體產(chǎn)物和空氣流通入次級(jí)重整器，所加入的空氣過(guò)量于合成氨的最終合成氣所需的氮?dú)饬?，使?lái)自初級(jí)重整器的所述氣體產(chǎn)物中全部的烴成分基本轉(zhuǎn)化；-使所述氣體產(chǎn)物與所述空氣發(fā)生反應(yīng)，然后進(jìn)行次級(jí)重整，得到含有大于氨合成所需 的過(guò)量的氮?dú)?、氫氣、碳氧化物和未反?yīng)蒸氣的重整氣體；“從所述次級(jí)重整氣體中去除碳氧化物和過(guò)量的氮?dú)?，得到所述合成氣體；以及 -將所述合成氣體加入氨合成回路中，在可有效制得氨的條件下發(fā)生反應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，從所述重整氣體中去除碳氧化物和過(guò)量 氮?dú)獾乃霾襟E包括如下操作階段-通過(guò)與未反應(yīng)的蒸氣發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，從所述重整氣體中基 本去除一氧化碳，得到基本去除一氧化碳和部分蒸氣的重整氣體；-通過(guò)以適當(dāng)溶液或溶劑洗滌所述基本去除一氧化碳和部分蒸氣的重整氣體，基本去 除二氧化碳，得到仍含有痕量碳氧化物的重整氣體；-采用將其催化轉(zhuǎn)化為甲烷，去除重整氣體中含有的痕量碳氧化物，得到不含碳氧化物 的重整氣體；-通過(guò)深冷分離去除所述不含碳氧化物的重整氣體中過(guò)量的氮?dú)狻?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，從所述重整氣體中去除碳氧化物和所述 過(guò)量氮?dú)獾乃霾襟E包括如下操作階段-通過(guò)與部分未反應(yīng)的蒸氣發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，從所述重整氣體 中基本去除一氧化碳，得到基本去除一氧化碳和去除部分蒸氣的重整氣體；-通過(guò)以適當(dāng)溶液或溶劑洗滌所述基本去除一氧化碳和蒸氣的重整氣體，基本去除二 氧化碳，得到仍含有痕量碳氧化物的重整氣體；-通過(guò)將所述仍含有痕量碳氧化物的重整氣體流經(jīng)PSA或TSA型分子篩，去除所述痕量 碳氧化物和所述過(guò)量的氮?dú)狻?br> 全文摘要
一種通過(guò)將烴與蒸氣在配置有多個(gè)外部加熱的催化管的初級(jí)重整器(1)中反應(yīng)，然后與空氣在次級(jí)重整器(2)中混合制備氨合成氣體的方法，其特征在于所述烴與所述蒸氣在所述初級(jí)重整器(1)中的反應(yīng)是在操作壓力大于35bar的催化管中進(jìn)行，加入所述次級(jí)重整器中空氣過(guò)量于氨合成所需的氮?dú)饬?，過(guò)量的氮?dú)鈨?yōu)選通過(guò)次級(jí)重整器下游深冷分離或通過(guò)TAS或PSA型分子篩去除。該方法適于大量合成氣體的制備，成本低，節(jié)省能源。
文檔編號(hào)C01B3/02GK101801840SQ200880102280
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月8日
發(fā)明者厄曼諾·菲利皮, 杰弗里·弗雷德里克·斯金納, 馬克·巴達(dá)諾 申請(qǐng)人:阿梅尼亞·卡薩萊股份有限公司