專(zhuān)利名稱(chēng)：以氮和從天然氣中獲得的氫為基礎(chǔ)生產(chǎn)氨的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及以氮和氫為基礎(chǔ)生產(chǎn)氨的方法。
具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及以主要包含氮和從天然氣中獲得的氫的混合物為基礎(chǔ)生產(chǎn)氨的方法，在該方法中，將所述天然氣與富氧氣體在水蒸汽存在下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，得到含有氫和一氧化碳的粗合成氣；將所述粗合成氣在至少一個(gè)催化反應(yīng)步驟(轉(zhuǎn)移)中進(jìn)行處理，以使一部分的一氧化碳轉(zhuǎn)變成二氧化碳，獲得含有氫、二氧化碳和一氧化碳的轉(zhuǎn)化合成氣；將所述轉(zhuǎn)化合成氣進(jìn)行至少一次的脫碳步驟，以至少部分除去二氧化碳，并且進(jìn)行至少一次純化步驟，以至少部分除去一氧化碳。
本發(fā)明還涉及進(jìn)行上述方法的氨生產(chǎn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)已知，對(duì)于由天然氣大規(guī)模生產(chǎn)氨(換言之，例如每天3000t的生產(chǎn))，日益需要實(shí)現(xiàn)一種高產(chǎn)率的方法，即它易于進(jìn)行，并且不需要高的能量消耗和操作成本。
為了滿(mǎn)足上述需求，通常采用進(jìn)行下列操作順序的方法-天然氣的部分氧化反應(yīng)，獲得粗合成氣；-轉(zhuǎn)移反應(yīng)，得到轉(zhuǎn)化合成氣；-脫碳操作，其通過(guò)適用于吸附二氧化碳的物理溶劑進(jìn)行，以除去所述轉(zhuǎn)化合成氣中存在的二氧化碳；-純化操作，其通過(guò)液氮洗滌進(jìn)行，以除去所述轉(zhuǎn)化合成氣中存在的一氧化碳；-氨的合成，其由在上述操作之后獲得的主要含氫和氮的混合物合成。
因此，脫碳和純化操作分別要將二氧化碳和一氧化碳脫去，以使它們的濃度達(dá)到每百萬(wàn)體積中存在幾個(gè)體積份(例如，一氧化碳旨在達(dá)到的值為低于10p.p.m.v.的值)。
盡管從各種觀點(diǎn)考慮，上述示意性描述的生產(chǎn)氨的方法是有一些優(yōu)點(diǎn)的，然而，它也存在一些缺點(diǎn)。
這些缺點(diǎn)之一就是不得不面對(duì)這樣的事實(shí)液氮洗滌操作必需在非常低溫度下進(jìn)行，因而需要采用特殊材料及適當(dāng)絕熱，盡管特殊材料及適當(dāng)絕熱都是已知的，然而它們非常昂貴，并且在全部過(guò)程中都需要特別的小心。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)并提供一種以主要含氮和從天然氣中獲得的氫的混合物為基礎(chǔ)生產(chǎn)氨的方法，該方法能夠滿(mǎn)足上面概述的需求，同時(shí)，以一種簡(jiǎn)單并有效的方式克服所提出的關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的局限性和/或缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)以主要含氮和從天然氣中獲得的氫的混合物為基礎(chǔ)生產(chǎn)氨的上述工藝，解決了這種問(wèn)題，并且該方法的特征在于對(duì)于所述至少一次純化步驟采用至少一個(gè)分子篩。
根據(jù)本發(fā)明用于生產(chǎn)氨的方法的進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)，將從下面參照附圖進(jìn)行的本發(fā)明優(yōu)選示例性的實(shí)施方案的描述變得更加清楚，其中所述優(yōu)選示例性的實(shí)施方案是為表達(dá)和非限制的目的而給出的。


圖1表示進(jìn)行本發(fā)明氨生產(chǎn)方法的設(shè)備的方框圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，示意性示出進(jìn)行本發(fā)明方法并且整體用10表示的氨生產(chǎn)設(shè)備。以主要含氮和從天然氣5中獲得的氧的混合物4為基礎(chǔ)，生產(chǎn)氨3。
設(shè)備10包括第一部分12，其用于生產(chǎn)主要含氮和氧的所述混合物；以及第二部分14，其用于所述氨4的合成。
設(shè)備10的第一部分12包括部分氧化區(qū)16；用于將一氧化碳變成二氧化碳的催化反應(yīng)區(qū)18，其包括至少一個(gè)所謂的轉(zhuǎn)移變換器；脫碳區(qū)20和純化區(qū)22。
具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，有利地，這樣的純化區(qū)22包含至少一個(gè)分子篩裝置。
我們欲借用術(shù)語(yǔ)″分子篩″，包括所有具有能夠優(yōu)選吸附包含在氣體混合物中的預(yù)定氣體的微孔的常規(guī)材料，包括活性炭在內(nèi)。根據(jù)所述預(yù)定氣體的吸附和釋放步驟，將這些材料分為PSA(壓力擺動(dòng)吸附)類(lèi)型的分子篩或活性炭以及TSA(溫度擺動(dòng)吸附)類(lèi)型的分子篩或活性炭。
在PSA吸附步驟中，使含有所述預(yù)定氣體的氣態(tài)混合物在加壓下通過(guò)分子篩，預(yù)定氣體以這種方式被優(yōu)選吸附在微孔內(nèi)。然后，降低壓力，使預(yù)定氣體與可能保留的其他氣態(tài)組分一起脫吸附，因而分子篩得到再生。
不同的是，在TSA方法中，通過(guò)使含有要分離的預(yù)定氣體的氣態(tài)混合物經(jīng)過(guò)在預(yù)定溫度例如在不高于80℃的溫度下的上述分子篩，以使預(yù)定氣體被優(yōu)選吸附在微孔內(nèi)。然后，例如采用蒸汽流將溫度升高，因而使預(yù)定氣體與可能保留的氣態(tài)組分一起脫吸附，從而使分子篩得到再生。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，使用PSA-類(lèi)型分子篩。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案中，純化區(qū)22可以與包含至少一個(gè)所謂甲烷轉(zhuǎn)化器的甲烷化作用區(qū)24聯(lián)合。
下面，詳細(xì)說(shuō)明氨生產(chǎn)設(shè)備10的運(yùn)轉(zhuǎn)。
在設(shè)備10的第一部分12的部分氧化區(qū)16中，適當(dāng)混合有水蒸汽的天然氣5進(jìn)行與富氧氣體6的部分氧化反應(yīng)，得到含氫和一氧化碳的粗合成氣7。作為實(shí)例，當(dāng)部分氧化區(qū)16包含自動(dòng)熱重整裝置時(shí)，它在900～1300℃、優(yōu)選在900～1200℃的溫度以及在40～150bar、優(yōu)選在40～100bar的壓力下工作是有利的；所述富氧氣體6具有至少50％、優(yōu)選至少70％、還更優(yōu)選至少90％的氧。例如，可以使用富氧空氣。
在轉(zhuǎn)移變換器(shift converter)(進(jìn)行轉(zhuǎn)化催化反應(yīng)的步驟)中，處理粗合成氣7，以使一部分的一氧化碳轉(zhuǎn)變成二氧化碳，得到含氫、二氧化碳和一氧化碳的轉(zhuǎn)化合成氣8。
在區(qū)20中，轉(zhuǎn)化合成氣8進(jìn)行至少一次的脫碳步驟，以至少部分除去二氧化碳20a，并且在裝置22中，進(jìn)行至少一次的純化步驟，以除去一氧化碳22a，以使這兩者的濃度與在設(shè)備10的第二部分14中存在的氨合成催化劑相適合，例如使它們的濃度低于10p.p.m.v.。
在純化裝置22中，有利地，為一氧化碳設(shè)置至少一個(gè)分子篩。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案中，采用與純化區(qū)22連接的甲烷化作用區(qū)24，進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，從而減小了純化區(qū)22本身的大小，使一氧化碳轉(zhuǎn)變成甲烷。
在所述純化步驟之后，根據(jù)用于氨合成催化劑的最佳化學(xué)計(jì)量比，進(jìn)行氮9的供給，以形成主要含氮和氫的所述混合物4，所述混合物4實(shí)際上是在設(shè)備10的第二部分14，即用于合成所述氨3的部分中進(jìn)行處理的。
要指出的是，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)，部分氧化區(qū)16優(yōu)選是催化類(lèi)型的，即，它包括自動(dòng)熱重整裝置，但是它不排除使用非催化的部分氧化裝置，相比之下，非催化的部分氧化裝置需要更高的氧消耗，因而需要更高的能量消耗，但是它結(jié)構(gòu)上更加簡(jiǎn)單。尤其是，在能量成本低的情況下，采用非催化裝置可以是有利的。
從現(xiàn)有的描述中，可以清楚地看出，根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)氨的方法解決了所述技術(shù)問(wèn)題，并且提供了大量的優(yōu)點(diǎn)，第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它避免了在現(xiàn)有技術(shù)中為正確處理所使用液氮而需要的所有特殊材料。
本發(fā)明的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是在純化步驟的最后獲得的氣體實(shí)際上是與氨合成同時(shí)存在的純氫，而該純氫可以用于其它生產(chǎn)。
當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員為了滿(mǎn)足特殊和偶然的需求，可以對(duì)上述生產(chǎn)氨的方法進(jìn)行大量的改進(jìn)和變化，所有這些改進(jìn)和變化都應(yīng)當(dāng)是涵蓋在下面權(quán)利要求所限定的本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種以主要含氮以及從天然氣(5)中獲得的氫的混合物(4)為基礎(chǔ)生產(chǎn)氨(3)的方法，在所述方法中，所述天然氣(5)在水蒸汽的存在下進(jìn)行與富氧氣體(6)的部分氧化反應(yīng)，得到含有氫和一氧化碳的粗合成氣(7)；將所述粗合成氣(7)在至少一個(gè)催化反應(yīng)步驟(轉(zhuǎn)移)中進(jìn)行處理，以將一部分的一氧化碳轉(zhuǎn)變成二氧化碳，得到含有氫、二氧化碳和一氧化碳的轉(zhuǎn)化合成氣(8)；將所述轉(zhuǎn)化合成氣(8)進(jìn)行至少一次脫碳步驟，以至少部分除去二氧化碳(20a)，并且進(jìn)行至少一次純化步驟，以至少部分除去一氧化碳(22a)，其特征在于對(duì)于所述至少一次純化步驟，采用至少一個(gè)分子篩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述至少一次純化步驟之后，進(jìn)行氮(9)的供給，以形成要在所述氨(3)的合成設(shè)備(14)中進(jìn)行處理并且主要含有氮和氧的所述混合物(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述至少一個(gè)分子篩是PSA類(lèi)型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述至少一次純化步驟與甲烷化作用區(qū)(24)聯(lián)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述部分氧化反應(yīng)是催化類(lèi)型的(自動(dòng)熱重整)。
6.用于生產(chǎn)氨(3)的設(shè)備(10)，其以主要含氮和由天然氣(5)在水蒸汽的存在下獲得的氫的混合物(4)為基礎(chǔ)，這種類(lèi)型的設(shè)備包括第一部分(12)，其用于生產(chǎn)主要含氮和氫的所述混合物(4)，以及第二部分(14)，其用于合成所述氨(3)，所述第一部分(12)包含部分氧化區(qū)(16)、催化反應(yīng)區(qū)(18)、脫碳區(qū)(20)和純化區(qū)(22)，特征在于所述純化區(qū)(22)包含至少一個(gè)分子篩裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于所述純化區(qū)(22)與甲烷化作用區(qū)(24)聯(lián)合。
全文摘要
在以主要含氮以及從天然氣(5)中獲得的氫的混合物(4)為基礎(chǔ)生產(chǎn)氨(3)的方法中，所述天然氣(5)與富氧氣體(6)在水蒸汽的存在下進(jìn)步部分氧化反應(yīng)，得到含有氫和一氧化碳的粗合成氣(7)；將所述粗合成氣(7)在至少一個(gè)催化反應(yīng)步驟(轉(zhuǎn)移)中處理，以將一部分的一氧化碳轉(zhuǎn)變成二氧化碳，得到含有氫、二氧化碳和一氧化碳的轉(zhuǎn)化合成氣(8)；將所述轉(zhuǎn)化合成氣(8)在至少進(jìn)行一次脫碳步驟，以至少部分除去二氧化碳，并且進(jìn)行至少一次純化步驟，以至少部分除去一氧化碳。
文檔編號(hào)C01B3/02GK1968891SQ200580019478
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者E·菲利皮 申請(qǐng)人:阿梅尼亞·卡薩萊股份有限公司