本發(fā)明屬于氨合成技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鐵基催化劑串釕基催化劑的低壓氨合成工藝。
背景技術(shù)：
合成環(huán)路廣義上包括一個(gè)或多個(gè)合成塔，一個(gè)合成反應(yīng)熱排除裝置的氨轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，一個(gè)液氮回收系統(tǒng)，一個(gè)含有氫回收單元的凈化氣流系統(tǒng)和一個(gè)為使氣體在環(huán)路內(nèi)循環(huán)并引入新的合成氣體到環(huán)路中的壓縮系統(tǒng)。
目前氨合成系統(tǒng)大多使用傳統(tǒng)的熔鐵催化劑，采取單塔或多塔操作。1992年11月，美國(guó)凱洛格公司與英國(guó)BP公司聯(lián)合開發(fā)的活性炭載釕氨合成催化劑，第一次成功地工業(yè)化應(yīng)用于加拿大Ocelot制氨公司氨廠的KAAP工藝。使用表明，釕系催化劑的催化活性比鐵催化劑高，反應(yīng)溫度低，對(duì)水、一氮化碳、二氮化碳和氨不敏感，可以大大地提高系統(tǒng)的氨合成能力，降低氨合成的能耗和設(shè)備投資。美國(guó)專利文獻(xiàn)US4568532介紹了一種鐵串釕的補(bǔ)充氨合成工藝，合成圈由三個(gè)不同類型的氨合成塔串聯(lián)組成。其中第一觸媒框使用傳統(tǒng)的塔結(jié)構(gòu)，裝鐵催化劑，第二第三塔是球形熱壁結(jié)構(gòu)合成塔，使用活性炭載釕催化劑。在第一合成氣壓力為100-160kg/cm2時(shí)，終塔出口氣氨的體積含量為13-18％；當(dāng)?shù)谝缓铣蓺鈮毫?00-160kg/cm2時(shí)，終塔出口氣氨的體積含量為15-24％。
中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 1544328 A公開了一種氨合成鐵催化劑串釕催化劑工藝，該工藝至少含有二個(gè)合成塔，第一觸媒框裝鐵系催化劑，第二觸媒框及后續(xù)各塔裝釕基催化劑，或第一與第二觸媒框均裝鐵系催化劑，第三及后續(xù)合成塔裝釕系催化劑，各塔以串聯(lián)方式連接。通過循環(huán)氣與塔夾套的換熱實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。然由于該現(xiàn)有技術(shù)中的原料氣進(jìn)入最后面的裝釕系催化劑合成塔時(shí)會(huì)因氨濃度過高而導(dǎo)致經(jīng)反應(yīng)后進(jìn)出口的氨凈值較低，從而使得當(dāng)反應(yīng)氣體空速過大時(shí)而導(dǎo)致熱量不平衡，引起合成塔催化劑層的溫度無(wú)法維持正常的生產(chǎn)運(yùn)行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的由于原料氣進(jìn)入裝釕系催化劑合成塔時(shí)會(huì)因氨濃度過高而導(dǎo)致經(jīng)反應(yīng)后進(jìn)出口的氨凈值較低，從而使得當(dāng)反應(yīng)氣體空速過大時(shí)而導(dǎo)致熱量不平衡，引起合成塔催化劑層的溫度無(wú)法維持正常的生產(chǎn)運(yùn)行的缺陷，從而提供一種鐵基催化劑串釕基催化劑的低壓氨合成工藝。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種鐵基催化劑串釕基催化劑的氨合成工藝，采用兩個(gè)及兩個(gè)以上的氨合成塔通過管道串聯(lián)組合成氨反應(yīng)器，每個(gè)氨合成塔均采用觸媒筐裝填催化劑，第一個(gè)裝填鐵基氨合成催化劑，其他觸媒筐至少裝填一段釕基氨合成催化劑；
第一個(gè)氨合成塔設(shè)有入氣口，以便為反應(yīng)器提供氮?dú)?、氫氣和惰性氣體循環(huán)氣；
最后一個(gè)氨合成塔設(shè)有出氣口，以用于排出合成的氨；
所述氨合成塔外設(shè)有熱交換器殼層用于使加熱后的循環(huán)氣或冷激氣與出口氨氣進(jìn)行熱交換。
所述氨合成塔的個(gè)數(shù)為兩個(gè)，第二個(gè)裝填釕基催化劑。
所述氨合成塔的個(gè)數(shù)為三個(gè)，第二個(gè)裝填鐵基催化劑或釕基催化劑，第三個(gè)裝填釕基催化劑。
所述氨合成塔的個(gè)數(shù)為四個(gè)，第四個(gè)裝填釕基催化劑，第二、第三個(gè)或全裝填鐵基催化劑；或全裝填釕基催化劑；或一個(gè)裝填鐵催化劑，一個(gè)裝填釕基催化劑。
加熱后的循環(huán)氣的溫度為170～185℃。
氮?dú)?、氫氣和惰性氣體循環(huán)氣在8.8-12MPa下進(jìn)入第一個(gè)氨合成塔，入口溫度為365-375℃，通過第一個(gè)氨合成塔的空速為6000-10000h-1。
第一個(gè)氨合成塔的出口氨的濃度為7-11％，出口溫度為475-485℃。
除第一個(gè)外，其他鐵基催化劑的氨合成塔的入口溫度為385-410℃，通過鐵基催化劑的空速為6000-10000h-1，鐵基催化劑的氨合成塔的出口溫度為430-460℃。
除第一個(gè)外，其他釕基催化劑的氨合成塔的入口溫度為355-390℃，通過釕基催化劑的空速為8000-15000h-1，釕基催化劑的氨合成塔的出口溫度為400-445℃。
各個(gè)氨合成塔出口的新鮮合成氣與出口氣混合的摩爾比為1:4。
本發(fā)明提供的鐵基催化劑串釕基催化劑的氨合成工藝具有如下有益效果：
1、本發(fā)明工藝采用兩個(gè)及兩個(gè)以上的氨合成塔通過管道串聯(lián)組合成氨反應(yīng)器，每個(gè)氨合成塔均采用觸媒筐裝填催化劑，第一個(gè)裝填鐵基氨合成催化劑，其他各個(gè)至少裝填一段釕基氨合成催化劑；第一個(gè)氨合成塔設(shè)有入氣口，以便為反應(yīng)器提供氮?dú)?、氫氣和惰性氣體循環(huán)氣；最后一個(gè)氨合成塔設(shè)有出氣口，以用于排出合成的氨；所述氨合成塔外設(shè)有熱交換器殼層用于使加熱后的循環(huán)氣或冷激氣與出口氨氣進(jìn)行熱交換。
2、本發(fā)明工藝中可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成2-4氨合成塔串聯(lián)組合使用，除第一個(gè)氨合成塔必須裝填鐵基氨合成催化劑之外，其他各段可以實(shí)現(xiàn)鐵基催化劑和釕基催化劑的多種組合方式，但至少裝填一段釕基氨合成催化劑。循環(huán)氣通過合成塔反應(yīng)器的第一段鐵基催化劑筐，部分氮?dú)夂蜌錃庠阼F基氨合成催化劑的作用下合成氨，經(jīng)換熱后分別依次進(jìn)入第二段、第三或第四段催化劑筐，分別在鐵基催化劑或釕基催化劑的作用下生成氨。含氨的出口氣進(jìn)入氨分離器，未分離的氨、未反應(yīng)的氮?dú)?、氫氣和惰性氣體等大部分混合氣作為循環(huán)氣進(jìn)入循環(huán)。
3、本發(fā)明工藝中，氮?dú)?、氫氣和惰性氣體循環(huán)氣在8.8-12MPa下進(jìn)入氨合成反應(yīng)器的第一段，反應(yīng)器入口含有在氨分離器未分離的氨，體積分?jǐn)?shù)為2.5-4％左右，入口溫度為365-375℃，通過第一段鐵基催化劑的空速為6000-10000h-1，部分氮?dú)夂蜌錃庠阼F基催化劑的作用下合成氨，同時(shí)放出熱量，出第一段后的氨濃度7-11％，出口溫度為475-485℃。
若第二段裝填釕基催化劑時(shí)，從第一段出來的含氨濃度7-11％的混合氣進(jìn)入第二段釕基氨合成催化劑，入口溫度經(jīng)來自合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣(170～185℃)換熱后，第二段的入口溫度為355-365℃，通過第二段釕基催化劑的空速為8000-15000h-1，部分氮?dú)夂蜌錃庠阼F基催化劑的作用下合成氨，同時(shí)放出熱量，出第二段后的氨濃度達(dá)到16.5-17.5％。出口溫度為430-445℃。
若第二段繼續(xù)裝填鐵基氨合成催化劑時(shí)，從第一段出來的含氨濃度7-11％的混合氣進(jìn)入第二段釕基氨合成催化劑，入口溫度經(jīng)來自合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣或冷激氣換熱后，第二段的入口溫度為395-415℃，通過第二段鐵基催化劑的空速為6000-10000h-1，部分氮?dú)夂蜌錃庠阼F基催化劑的作用下合成氨，同時(shí)放出熱量，出第二段后的氨濃度達(dá)到10.5-14.5％。出口溫度為440-460℃。
第三段裝填釕基催化劑時(shí)，從第二段出來的含氨濃度16.5-17.5％的混合氣進(jìn)入第三段釕基氨合成催化劑，入口溫度經(jīng)來自合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣或冷激氣換熱后，第二段的入口溫度為355-370℃，通過第二段釕基催化劑的空速為8000-15000h-1，部分氮?dú)夂蜌錃庠阼F基催化劑的作用下合成氨，同時(shí)放出熱量，出第二段后的氨濃度達(dá)到19.5-21.5％。出口溫度為400-415℃。
若第三段繼續(xù)裝填鐵基氨合成催化劑時(shí)，從第二段出來的含氨濃度10.5-14.5％％的混合氣進(jìn)入第三段鐵基氨合成催化劑，入口溫度經(jīng)來自合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣或冷激氣換熱后，第三段的入口溫度為395-415℃，通過第三段鐵基催化劑的空速為6000-10000h-1，部分氮?dú)夂蜌錃庠阼F基催化劑的作用下合成氨，同時(shí)放出熱量，出第三段后的氨濃度達(dá)到15.5-17.2％。出口溫度為430-445℃。
在前三段均裝填鐵基催化劑的情況下，第四段裝置釕基氨合成催化劑。從第三段出來的含氨濃度15.5-17.2％的混合氣進(jìn)入第四段釕基氨合成催化劑，入口溫度經(jīng)來自合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣或冷激氣換熱后，第四段的入口溫度為355-370℃，通過第四段釕基催化劑的空速為8000-15000h-1，部分氮?dú)夂蜌錃庠阼F基催化劑的作用下合成氨，同時(shí)放出熱量，出第二段后的氨濃度達(dá)到19.5-21.5％。出口溫度為400-415℃。
4、本發(fā)明工藝與單純的鐵催化劑相比，釕催化劑具有高氨濃度條件下催化活性高的特點(diǎn)，同時(shí)，釕催化劑上，氫的吸附對(duì)氮的吸附有強(qiáng)烈的抑制作用，因此釕催化劑更適宜在氫/氮比較小的工況下使用。
5、本發(fā)明工藝不會(huì)因原料氣進(jìn)入裝釕系催化劑合成塔時(shí)會(huì)因氨濃度過高而導(dǎo)致經(jīng)反應(yīng)后進(jìn)出口的氨凈值較低，從而使得當(dāng)反應(yīng)氣體空速過大時(shí)而導(dǎo)致熱量不平衡，引起合成塔催化劑層的溫度無(wú)法維持正常的生產(chǎn)運(yùn)行。
6、本發(fā)明工藝可根據(jù)實(shí)際實(shí)現(xiàn)多種鐵基串釕基催化劑的組合方式，滿足各種合成氨生產(chǎn)工藝要求。
7、本發(fā)明工藝可以僅采用一個(gè)準(zhǔn)全徑向反應(yīng)器多段式設(shè)計(jì)，可方便催化劑裝填，節(jié)約了成本，降低了消耗。
具體實(shí)施方式
提供下述實(shí)施例是為了更好地進(jìn)一步理解本發(fā)明，并不局限于所述最佳實(shí)施方式，不對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容和保護(hù)范圍構(gòu)成限制，任何人在本發(fā)明的啟示下或是將本發(fā)明與其他現(xiàn)有技術(shù)的特征進(jìn)行組合而得出的任何與本發(fā)明相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
實(shí)施例中未注明具體實(shí)驗(yàn)步驟或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的常規(guī)實(shí)驗(yàn)步驟的操作或條件即可進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購(gòu)獲得的常規(guī)試劑產(chǎn)品。
本發(fā)明中所使用的鐵基催化劑串釕基催化劑反應(yīng)器具有如下特征：
采用兩個(gè)及兩個(gè)以上的氨合成塔通過管道串聯(lián)組合成氨反應(yīng)器，每個(gè)氨合成塔均采用觸媒筐裝填催化劑，第一個(gè)裝填鐵基氨合成催化劑，其他觸媒筐至少裝填一段釕基氨合成催化劑；
第一個(gè)氨合成塔設(shè)有入氣口，以便為反應(yīng)器提供氮?dú)狻錃夂投栊詺怏w循環(huán)氣；
最后一個(gè)氨合成塔設(shè)有出氣口，以用于排出合成的氨；
所述氨合成塔外設(shè)有熱交換器殼層用于使加熱后的循環(huán)氣或冷激氣與出口氨氣進(jìn)行熱交換。
所述氨合成塔的個(gè)數(shù)為兩個(gè)，第二個(gè)裝填釕基催化劑。
所述氨合成塔的個(gè)數(shù)為三個(gè)，第二個(gè)裝填鐵基催化劑或釕基催化劑，第三個(gè)裝填釕基催化劑。
所述氨合成塔的個(gè)數(shù)為四個(gè)，第四個(gè)裝填釕基催化劑，第二、第三個(gè)或全裝填鐵基催化劑；或全裝填釕基催化劑；或一個(gè)裝填鐵催化劑，一個(gè)裝填釕基催化劑。
加熱后的循環(huán)氣的溫度為170～185℃。
氮?dú)?、氫氣和惰性氣體循環(huán)氣在8.8-12MPa下進(jìn)入第一個(gè)氨合成塔，入口溫度為365-375℃，通過第一個(gè)氨合成塔的空速為6000-10000h-1。
第一個(gè)氨合成塔的出口氨的濃度為7-11％，出口溫度為475-485℃。
除第一個(gè)外，其他鐵基催化劑的氨合成塔的入口溫度為395-410℃，通過鐵基催化劑的空速為6000-10000h-1，鐵基催化劑的氨合成塔的出口溫度為430-460℃。
除第一個(gè)外，其他釕基催化劑的氨合成塔的入口溫度為355-390℃，通過釕基催化劑的空速為8000-15000h-1，釕基催化劑的氨合成塔的出口溫度為400-445℃。
各個(gè)氨合成塔出口的新鮮合成氣與出口氣混合的摩爾比為1:4。
實(shí)施例1：
反應(yīng)器由三段式組成。第一段裝填鐵基氨合成催化劑，第二段裝填釕基催化劑，第三段裝填釕基催化劑，三段反應(yīng)器均為絕熱式反應(yīng)器，以串聯(lián)方式連接。循環(huán)氣經(jīng)氣體壓縮機(jī)增壓至9-12MPa，經(jīng)換熱器換熱升溫至375℃后，進(jìn)入反應(yīng)器的第一段，催化劑采用觸媒筐裝填，反應(yīng)器的入口氣的氨體積分?jǐn)?shù)為3％，通過第一段鐵基催化劑的體積空速為8000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F基催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，第一段出后氣體中的氨體積分?jǐn)?shù)為11％，溫度為485℃。
第一段反應(yīng)器出口氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第二段裝填有釕系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第一段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第二段反應(yīng)器的入口溫度為360℃，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為11％，通過第二段反應(yīng)器的體積空速為10000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第二段反應(yīng)器出口的氨濃度為17.5％，溫度為445℃。
第二段反應(yīng)器出后氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第三段裝填有釕系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第二段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第三段反應(yīng)器的入口溫度為365℃，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為17.5％，通過第二段反應(yīng)器的體積空速為10000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第三段反應(yīng)器出口的氨濃度為21.5％，溫度為410℃。
實(shí)施例2：
反應(yīng)器由三段式組成。第一段裝填鐵基氨合成催化劑，第二段裝填鐵基催化劑，第三段裝填釕基催化劑，三段反應(yīng)器均為絕熱式反應(yīng)器，以串聯(lián)方式連接。
循環(huán)氣經(jīng)氣體壓縮機(jī)增壓至11-12MPa，經(jīng)換熱器換熱升溫至360℃后，進(jìn)入反應(yīng)器的第一段，催化劑采用觸媒筐裝填，反應(yīng)器的入口氣的氨體積分?jǐn)?shù)為3.5％，通過第一段鐵基催化劑的體積空速為8000-10000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F基催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，第一段出后氣體中的氨體積分?jǐn)?shù)為10.5％，溫度為465℃。
第一段反應(yīng)器出口氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第二段裝填有鐵系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第一段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第二段反應(yīng)器的入口溫度為390℃，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為10.5％，通過第二段反應(yīng)器的體積空速為8000-10000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第二段反應(yīng)器出口的氨濃度為15％，溫度為445℃。
第二段反應(yīng)器出后氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第三段裝填有釕系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第二段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第三段反應(yīng)器的入口溫度為370，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為14％，通過第三段反應(yīng)器的體積空速為8000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第三段反應(yīng)器出口的氨濃度為19.5％，溫度為430℃。
實(shí)施例3：
反應(yīng)器由三段式組成。第一段裝填鐵基氨合成催化劑，第二段裝填鐵基催化劑，第三段裝填釕基催化劑，三段反應(yīng)器均為絕熱式反應(yīng)器，以串聯(lián)方式連接。循環(huán)氣經(jīng)氣體壓縮機(jī)增壓至11-12MPa，經(jīng)換熱器換熱升溫至360℃后，進(jìn)入反應(yīng)器的第一段，催化劑采用觸媒筐裝填，反應(yīng)器的入口氣的氨體積分?jǐn)?shù)為3.5％，通過第一段鐵基催化劑的體積空速為10000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F基催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，第一段出后氣體中的氨體積分?jǐn)?shù)為10.5％，溫度為465℃。
第一段反應(yīng)器出口氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第二段裝填有鐵系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第一段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第二段反應(yīng)器的入口溫度為390℃，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為10.5％，通過第二段反應(yīng)器的體積空速為8000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第二段反應(yīng)器出口的氨濃度為14％，溫度為445℃。
第二段反應(yīng)器出后氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第三段裝填有鐵系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第二段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第三段反應(yīng)器的入口溫度為410℃，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為14％，通過第三段反應(yīng)器的體積空速為7000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第三段反應(yīng)器出口的氨濃度為16％，溫度為440℃。
第二段反應(yīng)器出后氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第三段裝填有釕系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第二段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第三段反應(yīng)器的入口溫度為380℃，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為16％，通過第三段反應(yīng)器的體積空速為8000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第三段反應(yīng)器出口的氨濃度為19.2％，溫度為430℃。
實(shí)施例4：
反應(yīng)器由四段式組成。第一段裝填鐵基氨合成催化劑，第二段裝填鐵基催化劑，第三段裝填釕基催化劑，第四段裝填釕基催化劑，四段反應(yīng)器均為絕熱式反應(yīng)器，以串聯(lián)方式連接。
反應(yīng)器由四段式組成。第一段裝填鐵基氨合成催化劑，第二段裝填釕基催化劑，第三段裝填釕基催化劑，第四段裝填釕基催化劑，四段反應(yīng)器均為絕熱式反應(yīng)器，以串聯(lián)方式連接。
循環(huán)氣經(jīng)氣體壓縮機(jī)增壓至10-11MPa，經(jīng)換熱器換熱升溫至370℃后，進(jìn)入反應(yīng)器的第一段，催化劑采用觸媒筐裝填，反應(yīng)器的入口氣的氨體積分?jǐn)?shù)為3.0％，通過第一段鐵基催化劑的體積空速為8000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F基催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，第一段出后氣體中的氨體積分?jǐn)?shù)為9.0％，溫度為460℃。
第一段反應(yīng)器出口氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第二段裝填有鐵系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第一段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第二段反應(yīng)器的入口溫度為385℃，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為9.0％，通過第二段反應(yīng)器的體積空速為7000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第二段反應(yīng)器出口的氨濃度為13.5％，溫度為450℃。
第二段反應(yīng)器出后氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第三段裝填有釕系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第二段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第三段反應(yīng)器的入口溫度為370℃，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為13.5％，通過第三段反應(yīng)器的體積空速為8000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第三段反應(yīng)器出口的氨濃度為17.0％，溫度為430℃。
第三段反應(yīng)器出后氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第三段裝填有釕系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第二段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第三段反應(yīng)器的入口溫度為390℃，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為17.0％，通過第三段反應(yīng)器的體積空速為8000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第三段反應(yīng)器出口的氨濃度為19.5％，溫度為425℃。
實(shí)施例5：
反應(yīng)器由四段式組成。第一段裝填鐵基氨合成催化劑，第二段裝填釕基催化劑，第三段裝填釕基催化劑，第四段裝填釕基催化劑，四段反應(yīng)器均為絕熱式反應(yīng)器，以串聯(lián)方式連接。
循環(huán)氣經(jīng)氣體壓縮機(jī)增壓至9.5MPa，經(jīng)換熱器換熱升溫至380℃后，進(jìn)入反應(yīng)器的第一段，催化劑采用觸媒筐裝填，反應(yīng)器的入口氣的氨體積分?jǐn)?shù)為3.0％，通過第一段鐵基催化劑的體積空速為8000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F基催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，第一段出后氣體中的氨體積分?jǐn)?shù)為8.5％，溫度為470℃。
第一段反應(yīng)器出口氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第二段裝填有釕系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第一段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第二段反應(yīng)器的入口溫度為365℃，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為8.5％，通過第二段反應(yīng)器的體積空速為10000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第二段反應(yīng)器出口的氨濃度為13.0％，溫度為435℃。
第二段反應(yīng)器出后氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第三段裝填有釕系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第二段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第三段反應(yīng)器的入口溫度為375，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為13.0％，通過第三段反應(yīng)器的體積空速為9000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第三段反應(yīng)器出口的氨濃度為17.0％，溫度為430℃。
第三段反應(yīng)器出后氣由中心管換熱后通過軸徑向轉(zhuǎn)換器由徑向進(jìn)入第三段裝填有釕系氨合成催化劑的反應(yīng)器，新鮮合成氣與第二段反應(yīng)器出口氣混合的摩爾比為1:4，控制新鮮氣的溫度使進(jìn)入第三段反應(yīng)器的入口溫度為385℃，氨的體積分?jǐn)?shù)含量為17.0％，通過第三段反應(yīng)器的體積空速為8000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懟呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第三段反應(yīng)器出口的氨濃度為20.0％，溫度為430℃。
對(duì)比例1
中國(guó)專利文獻(xiàn)CN105013408A中公開所述準(zhǔn)全徑向固定床反應(yīng)器包括筒體，筒體的軸心處設(shè)有中心管，筒體內(nèi)設(shè)有引氣管和3個(gè)上下排列的觸媒筐，觸媒筐之間可拆卸連接；3個(gè)上下排列的觸媒筐自上而下依次命名為第一觸媒筐、第二觸媒筐和第三觸媒筐。第一觸媒筐內(nèi)設(shè)有軸向段和位于軸向段下面的徑向段，軸向段和徑向段之間設(shè)有軸徑向氣體轉(zhuǎn)換器；第二觸媒筐內(nèi)、第三觸媒筐內(nèi)均設(shè)有一個(gè)徑向床層。第三觸媒筐內(nèi)的徑向床層裝填釕基氨合成催化劑，其余床層裝填鐵基氨合成催化劑；筒體內(nèi)的引氣管貫穿第三觸媒筐內(nèi)的徑向床層，引氣管的進(jìn)口設(shè)在第三觸媒筐內(nèi)徑向床層的上方，其出口設(shè)在筒體底部。引氣管將鐵基氨合成催化劑在升溫還原時(shí)產(chǎn)生的水氣引出至筒體外，使得兩種催化劑床層相對(duì)獨(dú)立而且反應(yīng)互不影響，避免了對(duì)釕基氨合成催化劑的危害。所述第一觸媒筐內(nèi)的徑向床層，第二觸媒筐和第三觸媒筐內(nèi)的徑向床層均設(shè)有換熱裝置,用于移走床層的熱量。
中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102815722A中公開第一觸媒框裝鐵系催化劑，第二觸媒框裝鐵系催化劑，第三觸媒框裝釕系催化劑，合成塔均為絕熱式反應(yīng)器，以串聯(lián)方式連接。循環(huán)氣經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)增壓至15MPa，經(jīng)換熱器換熱升溫至380℃后進(jìn)入第一觸媒框，塔入口氣中氨的體積含量為5％，通過第一觸媒框床層的體積空速為10000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F系催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第一觸媒框出口氣體中氨的體積含量為13％，溫度為500℃，第一觸媒框出口氣進(jìn)入靜態(tài)混合器，新鮮合成氣經(jīng)過新鮮合成氣壓縮機(jī)增壓至14.8MPa進(jìn)入靜態(tài)混合器與第一觸媒框出口氣混合換熱，新鮮合成氣與第一觸媒框出口氣的摩爾比為1:4，控制新鮮合成氣的溫度使出靜態(tài)混合器的氣體溫度為380℃，靜態(tài)混合器出口氣進(jìn)入第二觸媒框，靜態(tài)混合器出口氣中氨的體積含量為10.4％，通過第二觸媒框床層的體積空速為10000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠阼F系催化劑的作用下反應(yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第二觸媒框出口氣中氨的體積含量為18％，溫度為500℃，第二觸媒框出口氣進(jìn)入靜態(tài)混合器，新鮮氮?dú)饨?jīng)過新鮮氮?dú)鈮嚎s機(jī)增壓至14.6MPa進(jìn)入靜態(tài)混合器與第二合成塔出口氣混合換熱，出靜態(tài)混合器的氣體溫度為370℃，靜態(tài)混合器出口氣進(jìn)入第三觸媒框，通過第三合成塔床層的體積空速為10000h-1，部分氫氣和氮?dú)庠卺懴荡呋瘎┑淖饔孟路磻?yīng)生成氨，同時(shí)放出熱量，第三合成塔出口氣中氨的體積含量為21％，溫度為415℃。第三合成塔出口氣進(jìn)入氨冷器，分離出大部分的氨，未分離下來的氨與未反應(yīng)的氫氣、氮?dú)夂投栊越M分氬氣的混合物分為兩部分，一小部分作為馳放氣回收氫后排放，大部分作為循環(huán)氣循環(huán)到循環(huán)氣壓縮機(jī)。
與對(duì)比文獻(xiàn)相比，本發(fā)明技術(shù)達(dá)到同樣的出口氨濃，需要的合成壓力僅為對(duì)比文獻(xiàn)的60％～80％，對(duì)催化劑的是氨合成技術(shù)的巨大進(jìn)步，是一次質(zhì)的飛躍，本發(fā)明所使用的技術(shù)是釕基氨合成催化劑低壓合成技術(shù)，對(duì)節(jié)能降耗和減排具有顯著的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)的使用將帶來顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。因此，凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員依照本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)之上通過邏輯分析、推理或者是有限次的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍之內(nèi)。