一种低压氨合成工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种低压氨合成工艺，包括如下步骤：1)对空气进行深冷空分，得到氮气和氧气，氧气与天然气进行纯氧自热转化，得到含CO和H2的混合气；2)对混合气进行电解水分离，得到氢气；3)将氢气与氮气混合成合成氨原料气，并将其在装填铁基催化剂的第一氨合成塔中进行一级氨合成，合成压力为5‑7MPa；4)从所述第一氨合成塔中出来的混合气进入装填钌基催化剂的第二氨合成塔中进行二级氨合成，合成压力为4‑6MPa。本发明专利技术将氨合成过程分成两段，在特定压力、特定种类的催化剂、特定氢氮比的原料气下进行，不但满足了合成氨工艺要求、保证工艺平稳运行，还提高了氨合成塔出口氨净值以及氮气和氢气的利用率。

Low pressure ammonia synthesis process

The present invention provides a process for the synthesis of low pressure ammonia, which comprises the following steps: 1) the air by cryogenic air separation, oxygen and nitrogen, oxygen and oxygen gas from thermal conversion, a gas mixture containing CO and H2; 2) of the mixed gas of electrolytic water separation, to obtain hydrogen; 3) will hydrogen and nitrogen mixed into raw gas of synthetic ammonia, and its level of ammonia in the first ammonia synthesis tower filling iron based catalyst in the synthesis of pressure of 5 7MPa; 4) two ammonia synthesis tower the second mixture from the first ammonia synthesis tower in the loading of ruthenium catalysts in the synthesis of pressure of 4 6MPa. The invention of the ammonia synthesis process is divided into two sections, in particular pressure, specific types of catalyst, the specific ratio of hydrogen to nitrogen gas of synthetic ammonia process not only meet the requirements and ensuring the smooth operation of the process, but also improve the ammonia synthesis tower outlet and the net value of ammonia nitrogen and hydrogen utilization rate.

【技术实现步骤摘要】
一种低压氨合成工艺
本专利技术属于氨合成
，具体涉及一种低压氨合成工艺。
技术介绍
氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。因此，合成氨对国民经济具有重要作用，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80％的氨用来生产化学肥料，20％作为其它化工产品的原料。众所周知，合成氨是由氮和氢在高温、高压和催化剂下直接合成的。德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。于1908年申请专利，即“循环法”。目前常见的氨合成工艺主要有如下几种：1)等压工艺：8.5MPa下水煤浆制气，经脱硫、变换、脱碳、补氮后，在7.5MPa下合成氨；2)微加压工艺：在8.5MPa下水煤浆制气，经脱硫、变换、脱碳、补氮后，微加压(由大循环机附带原料气微加压段)至9.0-10.0MPa合成氨；3)升压工艺：在5.0MPa下水煤浆制气，气体经净化补氮后，升压至15-22MPa合成氨。上述几种氨合成工艺中，氨合成阶段均是在一定压力下进行的，但是，随着氨合成反应的进行，反应过程中的各项参数，如温度、压力、反应原料及氨气含量均会发生变化，导致整个氨合成阶段的稳定性低。为了降低上述缺陷对氨合成的影响程度，中国专利文献CN106315619A公开了一种铁基催化剂串钌基催化剂的低压氨合成工艺。该技术设置至少两个串联的氨合成塔，沿氨合成路径，在上游氨合成塔中设置铁基氨合成催化剂，在下游氨合成塔中设置钌基催化剂。通过设置不同种类的氨合成催化剂，在一定程度上适应了氨合成过程中反应参数的变化，保证了氨合成阶段的稳定运行。上述技术更多从催化剂的角度去适应反应参数的变化，以确保氨合成阶段的稳定运行。但是，合成氨反应是在高温、高压和催化剂下进行的平衡反应，影响因素众多，仅在上游氨合成塔中设置铁基氨合成催化剂，在下游氨合成塔中设置钌基催化剂，难以满足合成氨工艺要求，也会导致氨合成塔出口氨净值不高，氮气和氢气的利用率偏低。因此，如何提供一种高出口氨净值、高氮气和氢气的利用率的氨合成工艺是本领域技术人员亟需解决的一个技术问题。
技术实现思路
因此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在出口氨净值不高，氮气和氢气的利用率偏低的缺陷，进而提供一种高出口氨净值、高氮气和氢气利用率、低能耗、运行平稳的低压氨合成工艺。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术所提供的低压氨合成工艺，包括如下步骤：1)对空气进行深冷空分，得到氮气和氧气，所述氧气与天然气进行纯氧自热转化，得到含CO和H2的混合气；2)对所述混合气进行电解水分离，得到氢气；3)将所述氢气与氮气按摩尔比为(1.5-2.5)：1混合形成合成氨原料气，并将所述合成氨原料气在装填铁基催化剂的第一氨合成塔中进行一级氨合成，所述一级氨合成的合成压力为5-7MPa；4)从所述第一氨合成塔中出来的混合气进入装填钌基催化剂的第二氨合成塔中进行二级氨合成，所述二级氨合成的合成压力为4-6MPa。进一步地，步骤1)中，在所述电解水分离之前，还包括将所述含CO和H2的混合气通入废热锅炉中回收热量，并得到高压蒸汽，将其用于对所述合成氨原料气增压的步骤；步骤3)中，所述一级氨合成的合成温度为430-500℃；所述合成氨原料气的空速为4000-6000h-1。进一步地，步骤4)中，所述二级氨合成的合成温度为350-435℃；所述混合气的空速为5000-12000h-1。进一步地，所述第二氨合成塔的上半部分装填所述钌基催化剂，下半部分装填所述铁基催化剂，所述合成氨原料气从所述第一氨合成塔的下半部分进入其中。进一步地，所述第一氨合成塔的个数至少为一个；所述第二氨合成塔的个数至少为一个。进一步地，当第一氨合成塔的个数至少为二个时，各氨合成塔间串联连接；当第二氨合成塔的个数至少为二个时，各氨合成塔间串联连接。进一步地，还包括对从所述第二氨合成塔中出来的混合气冷却降温并回收热量、分离得到液氨和剩余气，并将所述剩余气和所述合成氨原料气混合的步骤。进一步地，所述合成氨原料气中S＜5ppm、CO＜10ppm、CO2＜10ppm。进一步地，所述钌基催化剂，包括如下重量份的组分：优选地，所述活性炭为氮掺杂的活性炭。进一步地，还包括如下重量份的组分：氧化钡6-9份氧化钾3-9份。进一步地，所述钌基催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将碱式碳酸镁、活性炭、碱式碳酸铈、氧化钼和氧化钨研磨混合，或者将碱式碳酸镁、活性炭、碱式碳酸铈、氧化钼、氧化钨、碳酸钾和碳酸钡研磨混合，收集混合料，并对所述混合料进行成型，得到成型物；(2)将所述成型物浸渍于钌化合物水溶液中，或者含尿素的钌化合物水溶液中，所述浸渍结束后，取出；(3)将所述浸渍后的成型物于还原性气氛下进行还原；(4)将所述还原后的成型物于1600-2500℃下焙烧，得到所述钌系氨合成催化剂。进一步地，所述混合料的粒度为0.05-0.5mm。进一步地，步骤(2)中，所述浸渍的温度为10-40℃；所述钌化合物水溶液或所述含尿素的钌化合物水溶液为钌酸钾和/或钌酸钠的水溶液，其中，钌化合物的质量分数为8-15％；所述含尿素的钌化合物水溶液中尿素的质量分数为5-8％。进一步地，步骤(3)中，所述还原性气氛为氢气气氛；所述还原的温度为300-400℃，时间为6-12h。进一步地，所述焙烧的温度为1800-2000℃。优选地，所述研磨为球磨；所述浸渍为等体积浸渍。进一步地，所述铁基催化剂以质量比为(2-3)：(1-2):1的Fe3O4、FeO和K2O为活性成分，以稀土元素氧化物和MgAl2O4为助剂。进一步地，所述铁基催化剂中活性成分的含量为2-5wt％，稀土元素氧化物含量为0.1-0.2wt％，MgAl2O4含量为0.1-0.2wt％；所述稀土元素氧化物为CeO。与现有技术相比，本专利技术存在如下优点：1)本专利技术实施例所提供的低压氨合成工艺，将氨合成过程分成两段，在特定压力、特定种类的催化剂、特定氢氮比的原料气下进行，不但满足了合成氨工艺要求、保证工艺平稳运行，还提高了氨合成塔出口氨净值以及氮气和氢气的利用率；再者，每段均是在较低压力下进行，大大降低了氨合成工艺的能耗。经测试，氨合成塔出口氨净值高达14.2％，氮气利用率高达85％，氢气利用率高达90％，工艺运行平稳。2)本专利技术实施例所提供的低压氨合成工艺，通过限定一级氨合成的合成温度、合成氨原料气的空速、二级氨合成的合成温度、混合气的空速，在保证工艺平稳运行的同时，最大限度地提高了出口氨净值、氮气和氢气利用率；通过在第一氨合成塔的上半部分装填钌基催化剂，下半部分装填铁基催化剂，进一步提高了出口氨净值。3)本明实施例所提供的低压氨合成工艺，其中钌系氨合成催化剂，采用钌、氧化镁、活性炭、氧化铈、氧化钼和氧化钨，并限定各组分间的比例。在降低碳含量、提高载体稳定性的同时，利用各组分间的相互配合、协同作用，不但未导致氨合成活性降低，反而提高了氨合成活性。经检测，在混合气体氢氮比为3:1，空速为10000h-1，反应压力为10MPa、反应温度为425℃下，采用该钌系氨合成催化剂的氨合成塔出口氨浓度达到25％以上；在氢气含量为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低压氨合成工艺，包括如下步骤：1)对空气进行深冷空分，得到氮气和氧气，所述氧气与天然气进行纯氧自热转化，得到含CO和H2的混合气；2)对所述混合气进行电解水分离，得到氢气；3)将所述氢气与氮气按摩尔比为(1.5‑2.5)：1混合形成合成氨原料气，并将所述合成氨原料气在装填铁基催化剂的第一氨合成塔中进行一级氨合成，所述一级氨合成的合成压力为5‑7MPa；4)从所述第一氨合成塔中出来的混合气进入装填钌基催化剂的第二氨合成塔中进行二级氨合成，所述二级氨合成的合成压力为4‑6MPa。

【技术特征摘要】
1.一种低压氨合成工艺，包括如下步骤：1)对空气进行深冷空分，得到氮气和氧气，所述氧气与天然气进行纯氧自热转化，得到含CO和H2的混合气；2)对所述混合气进行电解水分离，得到氢气；3)将所述氢气与氮气按摩尔比为(1.5-2.5)：1混合形成合成氨原料气，并将所述合成氨原料气在装填铁基催化剂的第一氨合成塔中进行一级氨合成，所述一级氨合成的合成压力为5-7MPa；4)从所述第一氨合成塔中出来的混合气进入装填钌基催化剂的第二氨合成塔中进行二级氨合成，所述二级氨合成的合成压力为4-6MPa。2.根据权利要求1所述的低压氨合成工艺，其特征在于，步骤1)中，在所述电解水分离之前，还包括将所述含CO和H2的混合气通入废热锅炉中回收热量，并得到高压蒸汽，将其用于对所述合成氨原料气增压的步骤；步骤3)中，所述一级氨合成的合成温度为430-500℃；所述合成氨原料气的空速为4000-6000h-1。3.根据权利要求1或2所述的低压氨合成工艺，其特征在于，步骤4)中，所述二级氨合成的合成温度为350-435℃；所述混合气的空速为5000-12000h-1。4.根据权利要求1-3中任一项所述的低压氨合成工艺，其特征在于，所述第二氨合成塔的上半部分装填所述钌基催化剂，下半部分装填所述铁基催化剂，所述合成氨原料气从所述第一氨合成塔的下半部分进入其中。5.根据权利要求1-4中任一项所述的低压氨合成工艺，其特征在于，所述第一氨合成塔的个数至少为一个；所述第二氨合成塔的个数至少为一个。6.根据权利要求1-5中任一项所述的低压氨合成工艺，其特征在于，还包括对...

【专利技术属性】
技术研发人员：江莉龙，林建新，倪军，林炳裕，林科，
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：发明
国别省市：福建,35