本实用新型专利技术公开一种铁基催化剂串钌基催化剂的低压氨合成设备，属于氨合成技术领域。本实用新型专利技术设备包括两个及两个以上的氨合成塔通过管道串联组合成氨反应器，每个氨合成塔均采用触媒筐装填催化剂，第一个装填铁基氨合成催化剂，其他各个至少装填一段钌基氨合成催化剂；第一个氨合成塔设有入气口，以便为反应器提供氮气、氢气和惰性气体循环气；最后一个氨合成塔设有出气口，以用于排出合成的氨；所述氨合成塔外设有热交换器壳层用于使加热后的循环气或冷激气与出口氨气进行热交换。本实用新型专利技术设备可根据实际实现多种铁基串钌基催化剂的组合方式，满足各种合成氨生产工艺要求，方便了催化剂装填，节约了成本，降低了消耗。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于氨合成
，涉及一种铁基催化剂串钌基催化剂的低压氨合成设备。
技术介绍
合成环路广义上包括一个或多个合成塔，一个合成反应热排除装置的氨转化系统，一个液氮回收系统，一个含有氢回收单元的净化气流系统和一个为使气体在环路内循环并引入新的合成气体到环路中的压缩系统。目前氨合成系统大多使用传统的熔铁催化剂，采取单塔或多塔操作。1992年11月，美国凯洛格公司与英国BP公司联合开发的活性炭载钌氨合成催化剂，第一次成功地工业化应用于加拿大Ocelot制氨公司氨厂的KAAP工艺。使用表明，钌系催化剂的催化活性比铁催化剂高，反应温度低，对水、一氮化碳、二氮化碳和氨不敏感，可以大大地提高系统的氨合成能力，降低氨合成的能耗和设备投资。美国专利文献US4568532介绍了一种铁串钌的补充氨合成工艺，合成圈由三个不同类型的氨合成塔串联组成。其中第一触媒框使用传统的塔结构，装铁催化剂，第二第三塔是球形热壁结构合成塔，使用活性炭载钌催化剂。在第一合成气压力为100-160kg/cm2时，终塔出口气氨的体积含量为13-18％；当第一合成气压力为100-160kg/cm2时，终塔出口气氨的体积含量为15-24％。中国专利文献CN1544328A公开了一种氨合成铁催化剂串钌催化剂工艺，该工艺至少含有二个合成塔，第一触媒框装铁系催化剂，第二触媒框及后续各塔装钌基催化剂，或第一与第二触媒框均装铁系催化剂，第三及后续合成塔装钌系催化剂，各塔以串联方式连接。通过循环气与塔夹套的换热实现节能的目的。然由于该现有技术中的原料气进入最后面的装钌系催化剂合成塔时会因氨浓度过高而导致经反应后进出口的氨净值较低，从而使得当反应气体空速过大时而导致热量不平衡，引起合成塔催化剂层的温度无法维持正常的生产运行。
技术实现思路
因此，本技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的由于原料气进入装钌系催化剂合成塔时会因氨浓度过高而导致经反应后进出口的氨净值较低，从而使得当反应气体空速过大时而导致热量不平衡，引起合成塔催化剂层的温度无法维持正常的生产运行的缺陷，从而提供一种铁基催化剂串钌基催化剂的低压氨合成设备。本技术的技术方案如下：一种铁基催化剂串钌基催化剂的氨合成设备，包括两个及两个以上的氨合成塔通过管道串联组合成氨反应器，每个氨合成塔均采用触媒筐装填催化剂，第一个装填铁基氨合成催化剂，其他触媒筐至少装填一段钌基氨合成催化剂；第一个氨合成塔设有入气口，以便为反应器提供氮气、氢气和惰性气体循环气；最后一个氨合成塔设有出气口，以用于排出合成的氨；所述氨合成塔外设有热交换器壳层用于使加热后的循环气或冷激气与出口氨气进行热交换。所述氨合成塔的个数为两个，第二个装填钌基催化剂。所述氨合成塔的个数为三个，第二个装填铁基催化剂或钌基催化剂，第三个装填钌基催化剂。所述氨合成塔的个数为四个，第四个装填钌基催化剂，第二、第三个或全装填铁基催化剂；或全装填钌基催化剂；或一个装填铁催化剂，一个装填钌基催化剂。加热后的循环气的温度为170～185℃。氮气、氢气和惰性气体循环气在8.8-12MPa下进入第一个氨合成塔，入口温度为365-375℃，通过第一个氨合成塔的空速为6000-10000h-1。第一个氨合成塔的出口氨的浓度为7-11％，出口温度为475-485℃。除第一个外，其他铁基催化剂的氨合成塔的入口温度为385-410℃，通过铁基催化剂的空速为6000-10000h-1，铁基催化剂的氨合成塔的出口温度为430-460℃。除第一个外，其他钌基催化剂的氨合成塔的入口温度为355-390℃，通过钌基催化剂的空速为8000-15000h-1，钌基催化剂的氨合成塔的出口温度为400-445℃。各个氨合成塔出口的新鲜合成气与出口气混合的摩尔比为1:4。本技术提供的铁基催化剂串钌基催化剂的氨合成设备具有如下有益效果：1、本技术设备包括两个及两个以上的氨合成塔通过管道串联组合成氨反应器，每个氨合成塔均采用触媒筐装填催化剂，第一个装填铁基氨合成催化剂，其他各个至少装填一段钌基氨合成催化剂；第一个氨合成塔设有入气口，以便为反应器提供氮气、氢气和惰性气体循环气；最后一个氨合成塔设有出气口，以用于排出合成的氨；所述氨合成塔外设有热交换器壳层用于使加热后的循环气或冷激气与出口氨气进行热交换。2、本技术设备工作过程中可根据生产实际需要设计成2-4氨合成塔串联组合使用，除第一个氨合成塔必须装填铁基氨合成催化剂之外，其他各段可以实现铁基催化剂和钌基催化剂的多种组合方式，但至少装填一段钌基氨合成催化剂。循环气通过合成塔反应器的第一段铁基催化剂筐，部分氮气和氢气在铁基氨合成催化剂的作用下合成氨，经换热后分别依次进入第二段、第三或第四段催化剂筐，分别在铁基催化剂或钌基催化剂的作用下生成氨。含氨的出口气进入氨分离器，未分离的氨、未反应的氮气、氢气和惰性气体等大部分混合气作为循环气进入循环。3、本技术设备工作过程中中，氮气、氢气和惰性气体循环气在8.8-12MPa下进入氨合成反应器的第一段，反应器入口含有在氨分离器未分离的氨，体积分数为2.5-4％左右，入口温度为365-375℃，通过第一段铁基催化剂的空速为6000-10000h-1，部分氮气和氢气在铁基催化剂的作用下合成氨，同时放出热量，出第一段后的氨浓度7-11％，出口温度为475-485℃。若第二段装填钌基催化剂时，从第一段出来的含氨浓度7-11％的混合气进入第二段钌基氨合成催化剂，入口温度经来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气(170～185℃)换热后，第二段的入口温度为355-365℃，通过第二段钌基催化剂的空速为8000-15000h-1，部分氮气和氢气在铁基催化剂的作用下合成氨，同时放出热量，出第二段后的氨浓度达到16.5-17.5％。出口温度为430-445℃。若第二段继续装填铁基氨合成催化剂时，从第一段出来的含氨浓度7-11％的混合气进入第二段钌基氨合成催化剂，入口温度经来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气或冷激气换热后，第二段的入口温度为395-415℃，通过第二段铁基催化剂的空速为6000-10000h-1，部分氮气和氢气在铁基催化剂的作用下合成氨，同时放出热量，出第二段后的氨浓度达到10.5-14.5％。出口温度为440-460℃。第三段装填钌基催化剂时，从第二段出来的含氨浓度16.5-17.5％的混合气进入第三段钌基氨合成催化剂，入口温度经来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气或冷激气换热后，第二段的入口温度为355-370℃，通过第二段钌基催化剂的空速为8000-15000h-1，部分氮气和氢气在铁基催化剂的作用下合成氨，同时放出热量，出第二段后的氨浓度达到19.5-21.5％。出口温度为400-415℃。若第三段继续装填铁基氨合成催化剂时，从第二段出来的含氨浓度10.5-14.5％％的混合气进入第三段铁基氨合成催化剂，入口温度经来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气或冷激气换热后，第三段的入口温度为395-415℃，通过第三段铁基催化剂的空速为6000-10000h-1，部分氮气和氢气在铁基催化剂的作用下合成氨，同时放出热量，出第三段后的氨浓度达到15.5-17.2％。出口温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铁基催化剂串钌基催化剂的氨合成设备，其特征在于，包括两个及两个以上的氨合成塔通过管道串联组合成氨反应器，每个氨合成塔均采用触媒筐装填催化剂，第一个装填铁基氨合成催化剂，其他各个至少装填一段钌基氨合成催化剂；第一个氨合成塔设有入气口，以便为反应器提供氮气、氢气和惰性气体循环气；最后一个氨合成塔设有出气口，以用于排出合成的氨；所述氨合成塔外设有热交换器壳层用于使加热后的循环气或冷激气与出口氨气进行热交换。
【技术特征摘要】
1.一种铁基催化剂串钌基催化剂的氨合成设备，其特征在于，包括两个及两个以上的氨合成塔通过管道串联组合成氨反应器，每个氨合成塔均采用触媒筐装填催化剂，第一个装填铁基氨合成催化剂，其他各个至少装填一段钌基氨合成催化剂；第一个氨合成塔设有入气口，以便为反应器提供氮气、氢气和惰性气体循环气；最后一个氨合成塔设有出气口，以用于排出合成的氨；所述氨合成塔外设有热交换器壳层用于使加热后的循环气或冷激气与出口氨气进行热交换。2.根据权利要求1所述的氨合成设备，其特征在于，所述氨合成塔的个数为两个，第二个装填钌基催化剂。3.根据权利要求1所述的氨合成设备，其特征在于，所述氨合成塔的个数为三个，第二个装填铁基催化剂或钌基催化剂，第三个装填钌基催化剂。4.根据权利要求1所述的氨合成设备，其特征在于，所述氨合成塔的个数为四个，第四个装填钌基催化剂，第二、第三个或全装填铁基催化剂；或全装填钌基催化剂；或一个装填铁催化剂，一个装填钌基催化剂。5.根据权利要求1-4任一所述的氨合成设备，其特征在于，加热后的循环气的温度为170～185℃。6.根据权利要求5所述的氨...
【专利技术属性】
技术研发人员：江莉龙，林建新，倪军，林炳裕，
申请(专利权)人：福州大学化肥催化剂国家工程研究中心，福建三聚福大化肥催化剂国家工程研究中心有限公司，
类型：新型
国别省市：福建;35
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