способ и конвертер для получения аммиака

Формула изобретения

1. Способ получения аммиака, в котором три отдельные потока свежего синтез-газа для получения аммиака вводятся в конвертер для получения аммиака, содержащий не менее двух слоев катализатора, расположенных последовательно, первый поток свежего синтез-газа подается на первую ступень смешивания газа, второй поток свежего синтез-газа подается на первую ступень косвенного теплообмена первым потоком, выходящим с первого слоя катализатора, и третий поток свежего синтез-газа подается на вторую ступень косвенного теплообмена вторым потоком, выходящим с первого слоя катализатора, первый и второй выходящие потоки формируются путем разделения потока частично конвертированного синтез-газа, выходящего с первого слоя катализатора, первый выходящий поток подается на первую ступень косвенного теплообмена, а второй выходящий поток подается на вторую ступень косвенного теплообмена и таким образом второй и третий потоки свежего синтез-газа косвенно подогреваются теплом, поступающим от первого и второго выходящих потоков, подогретые второй и третий потоки подаются на ступень смешения, для получения газового потока способа получения аммиака подогретые потоки свежего синтез-газа смешиваются и объединяются с первым потоком свежего синтез-газа, технологический газ подается на первый слой катализатора и поток частично конвертированного синтез-газа выводится, первый и второй выходящие потоки объединяются с частично конвертированным технологическим газом и для получения потока продукта, обогащенного аммиаком, частично конвертированный технологический газ подается хотя бы на второй слой катализатора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в конкретной реализации настоящего изобретения первый слой разделяется на первую часть и вторую часть, причем между первой и второй частью выходящий газ резко охлаждается.

3. Конвертер аммиака, содержащий в корпусе высокого давления хотя бы первый и второй слои катализатора, расположенные последовательно, первый и второй теплообменники, расположенные ниже по потоку от первого слоя катализатора, причем первый и второй теплообменники соединены параллельно и приспособлены для косвенного нагрева второго и третьего потоков свежего синтез-газа для получения аммиака, причем частично конвертированный синтез-газ для получения аммиака выводится с первого слоя катализатора и разделяется на первую часть потока и вторую часть потока посредством разделяющего устройства и подается на первый и второй теплообменники, первый смеситель для смешивания первого и второго подогретых потоков свежего газа для получения аммиака с третьим потоком свежего синтез-газа для получения аммиака, второй смеситель для смешивания и объединения первой и второй частей потока частично конвертированного синтез-газа для получения аммиака, средства для подачи объединенного частично конвертированного синтез-газа хотя бы на второй слой катализатора.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу и конвертеру для получения аммиака из синтез-газа для получения аммиака. В частности, настоящее изобретение обеспечивает улучшения способа синтеза аммиака, при котором реагирующий синтез-газ в конвертере для получения аммиака, содержащем не менее двух слоев катализатора синтеза аммиака косвенно, охлаждается свежим синтез-газом.

Известен способ и конвертер для получения аммиака из синтез-газа, в котором используют два соединенные последовательно теплообменника, причем в конце процесса целевой продукт синтеза подвергается косвенному охлаждению свежим синтез-газом (см. , например, ЕР 0374564 А1, C 01 C 1/04, опубл. 27.06.1990 или ЕР 0386693 А2, B 01 J 8/04, опубл. 12.09.1990). Таким образом, получают выходящий газовый продукт низкой температуры, который нельзя использовать в качестве теплоносителя в процессе синтеза аммиака. Следовательно, утилизация тепловой энергии газовых потоков является недостаточной.

Задачей данного изобретения является разработка способа для получения аммиака из синтез-газа, который позволяет повысить утилизации тепловой энергии газовых потоков.

Поставленная задача решается в способе получения аммиака, в котором три отдельных потока свежего синтез-газа для получения аммиака вводятся в конвертер для получения аммиака, содержащий не менее двух слоев катализатора, расположенных последовательно, первый поток свежего синтез-газа подается на первую ступень смешивания газа, второй поток свежего синтез-газа подается на первую ступень косвенного теплообмена с первым потоком, выходящим с первого слоя катализатора, и третий поток свежего синтез-газа подается на вторую ступень косвенного теплообмена вторым потоком, выходящим с первого слоя катализатора, первый и второй выходящие потоки формируются путем разделения потока частично конвертированного синтез-газа, выходящего с первого слоя катализатора, первый выходящий поток подается на первую ступень косвенного теплообмена, а второй выходящий поток подается на вторую ступень косвенного теплообмена и таким образом второй и третий потоки свежего синтез-газа косвенно подогреваются теплом, поступающим от первого и второго выходящих потоков, подогретые второй и третий потоки подаются на ступень смешения, для получения газового потока способа получения аммиака подогретые потоки свежего синтез-газа смешиваются и объединяются с первым потоком свежего синтез-газа, технологический газ подается на первый слой катализатора и поток частично конвертированного синтез-газа выводится, первый и второй выходящие потоки объединяются с частично конвертированным технологическим газом и для получения потока продукта, обогащенного аммиаком, частично конвертированный технологический газ подается, по крайней мере, на второй слой катализатора.

Согласно форме выполнения настоящего изобретения первый слой разделяется на первую часть и вторую часть, причем между первой и второй частью выходящий газ резко охлаждается.

Поставленная задача также решается в конвертере аммиака, предназначенном для использования в вышеописанном способе, содержащем в корпусе высокого давления хотя бы первый и второй слои катализатора, расположенные последовательно, первый и второй теплообменники, расположенные ниже по потоку от первого слоя катализатора, причем первый и второй теплообменники соединены параллельно и приспособлены для косвенного нагрева второго и третьего потоков свежего синтез-газа для получения аммиака, причем частично конвертированный синтез-газ для получения аммиака выводится с первого слоя катализатора и разделяется на первую часть потока и вторую часть потока и подается на первый и второй теплообменники, первый смеситель для смешивания первого и второго подогретых потоков свежего газа для получения аммиака с третьим потоком свежего синтез-газа для получения аммиака, второй смеситель для смешивания и объединения первой и второй частей потока частично конвертированного синтез-газа для получения аммиака, средства для подачи объединенного частично конвертированного синтез-газа хотя бы на второй слой катализатора.

Вышеуказанные способ синтеза аммиака и конвертер аммиака согласно основной задаче настоящего изобретения, в частности, применимы для модернизации действующих способов получения аммиака и конвертеров.

При параллельном расположении ступеней теплообмена и параллельном расположении теплообменников можно вводить свежий синтез-газ и выводить из процесса газовый продукт при высокой температуре.

Важным преимуществом высокой температуры выходящего газового продукта, соответствующего настоящему изобретению, является то, что для получения необходимого пара в качестве теплоносителя можно использовать газовый продукт, а не котловую воду, как при обычном способе синтеза аммиака.

В приведенном ниже подробном описании настоящее изобретение более подробно проиллюстрировано с помощью чертежей, на которых представлено следующее:

на фиг. 1 - упрощенная схема процесса, соответствующего конкретному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 - конвертер аммиака, соответствующий конкретному варианту осуществления настоящего изобретения.

Если обратиться к фиг. 1, то видно, что основной поток свежего синтез-газа для получения аммиака разделяется на первый, второй и третий потоки 2, 4, 6. Поток 2 подается на участок смешения, где поток 2 смешивается и объединяется с потоками 4 и 6. До объединения с потоком 2 поток 4 подогревается путем косвенного теплообмена в теплообменнике 18с частью 12 потока частично конвертированного синтез-газа для получения аммиака, выводимого в поток 10 с первого слоя катализатора для получения аммиака 16, поток 6 подогревается путем косвенного теплообмена в теплообменнике 20 с частью 14 потока частично конвертированного синтез-газа для получения аммиака. После передачи тепла потокам 4 и 6 части потоков 12 и 14 повторно объединяются и смешиваются на участке смешения 22, и затем объединенный поток подается на второй слой катализатора получения аммиака для дальнейшей конверсии потока 24. Поток продукта 28, обогащенный полученным аммиаком, удаляется из слоя 26.

Конвертер для получения аммиака, используемый в вышеуказанном способе, представлен на фиг. 2.

На фиг. 2 конвертер содержит в цилиндрическом корпусе высокого давления 20 с суженной верхней частью 40 первый и второй кольцевой слои катализатора для получения аммиака 60 и 80, расположенные последовательно, первый теплообменник 100, расположенный в центре кольцевого пространства слоя 60, и второй теплообменник 120, расположенный в верхней части 40 корпуса 20. Теплообменники 100 и 120 расположены параллельно устройству разделения потока газа 140.

Свежий синтез-газ для получения аммиака поступает в конвертер тремя отдельными потоками.

Первый поток поступает через канал 160 на участок смешения 180, расположенный в верхней части корпуса 20. Второй поток поступает через канал 200, расположенный в верхней части, на участок теплообменника 100, обращенный к трубам, а третий поток поступает в верхнюю часть 40 корпуса 20 и проходит через канал 220 к стороне теплообменника 120, обращенной к корпусу. При прохождении через теплообменники 100 и 120 второй и третий потоки косвенно подогреваются с помощью горячего газа 240, выходящего со слоя катализатора 60 и разделенного на две части с помощью разделяющего устройства 120, и одна часть потока проходит через теплообменник 100, а вторая часть потока проходит через теплообменник 120. Затем подогретые второй и третий потоки синтез-газа для получения аммиака на участке смешивания 180 объединяются с первым потоком, и образуется газ для способа получения аммиака. Технологический газ проходит через слой 60 в радиальном направлении и контактирует с катализатором синтеза аммиака, в результате чего он превращается в выходной поток 240. Передав, как это описано выше, тепло второму и третьему потокам синтез-газа для получения аммиака, разделенные потоки выходящего газа 240 объединяются на участке смешивания 260, расположенном между слоями катализатора 60 и 80.

Объединенный выходной поток 280 затем проходит через слой катализатора 80 в радиальном направлении и вследствие контакта с катализатором синтеза аммиака, образующего слой 80, конвертируется в газовый продукт 300, обогащенный аммиаком. Газовый продукт выводится из конвертера через канал 320, расположенный в центре слоя катализатора 80, и через выходной канал 340, расположенный в нижней части корпуса 2.