用于制备氨和尿素的方法技术

公开的是用于制备氨的方法，包括通过催化部分氧化而形成合成气体的步骤。同时公开的是制备尿素的方法，其中在涉及催化部分氧化步骤的工艺中形成氨，并使在同一工艺中形成的二氧化碳与所述氨反应，以形成尿素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制备氨的方法以及用于制备氨且随后制备尿素的方法。
技术介绍
通常根据以下反应式通过使氢与氮反应来制备氨:3H2+N2 — 2NH3 H2通常从合成气体(通常称为“合成气”)中获得，而合成气体从烃类进料中获得，该烃类进料进行蒸汽重整以生成包括一氧化碳(CO)、氢(H2)和二氧化碳(CO2)的混合物，之后通常进行水煤气变换反应，在该反应中，一氧化碳与水反应，以形成二氧化碳和氢。在去除CO2 (或从气体混合物中分离出H2)后，氢可用于与氮((N2)的反应。后者存在于原始气体混合物中(因为其对于在氨合成条件之前的所有步骤均为惰性)，或者如果从空气获得的话则在之后添加到从氧中分离氮的单元中。使氢和氮在合成反应器中压缩，并转化成氨。氨经常用作尿素合成中的起始材料。可以在尿素设备的合成区中，在通常为150°C~250°C的升高温度以及通常为12~40Mpa的升高压力下，由氨和二氧化碳制备尿素(NH2CONH2)0在该合成中，可认为发生两个连续的反应步骤。在第一步骤中，形成氨基甲酸铵，且在下一步骤中，使该氨基甲酸铵脱水以得到尿素:(i ) 2NH3+C02 — H2N - CO - ONH4(11) H2N - CO - ONH4 GH2N-CO —NH2 + H O图1示出的用于制备氨的参考方法包括，用于制备氢的蒸汽重整工序，后接所述氢与空气分离单元(ASU)中生成的氮的反应。然而，该方法的缺点在于，大量能量用于将空气分离成氮与氧，而所产生的氧没有用处。例如在US专利6，448，441 (并入本文以供参考)中示出的另一参考方法，涉及使用在不同操作条件下工作的两个平行气化装置，以在使用天然气气化装置来生成合成气时增加用于尿素制备的CO2率。通过使用两个气化装置，可以获得反应混合物中的正确化学计量，以用于后续的氨的制备。在US专利6，448，441的方法中，相对于氮需要生成额外的CO2以获得氨与CO2反应的正确化学计量。这需要燃烧额外的碳质材料例如天然气，其消耗更多的原材料和能量。因此，在氨的制备中，以及在尿素的制备中，期望能够以所需的化学计量来提供起始材料，且期望尽可能降低能量和材料成本。
技术实现思路
为更好地解决一个或多个上述期望，本专利技术在一方面提供用于制备氨的方法，包括以下步骤:(a)提供烃类材料；(b)使烃类材料进行催化部分氧化(CP0)，以产生包括一氧化碳、氢和二氧化碳的合成气体；(c)使合成气体进行水煤气变换反应，以使一氧化碳与水反应形成包括氢和二氧化碳的气体混合物；(d)从反应混合物中分离氢；(e)在氨形成条件下使氢与氮反应以产生氨，其中催化部分氧化是在100，000~250，OOOhr-1的空速下进行的短接触时间催化部分氧化。在另一方面，本专利技术涉及用于制备尿素的方法，包括如上限定的用于制备氨的工序，从反应混合物中去除CO2,并在尿素形成条件下使氨与所去除的CO2反应。【附图说明】图1是领域内已知的实施方式的示意性图示。图2是本专利技术实施方式的示意性图示。【具体实施方式】广义而言，本专利技术基于如下明智见解，即在合成气体的形成中使用催化部分氧化而非蒸汽重组，能够在氨的制备和尿素的制备中同时带来预料不到的优点。CPO反应为技术人员所知 。该反应通常在催化部分氧化反应器中进行，其包括用于催化烃类向CO和H2部分氧化的合适的催化剂床。应理解的是，还可以形成某些完全氧化产物(即，CO2)ο术语CPO (经常还称为SCT-CPO)为技术人员所知。SCT-CPO是指短接触时间催化部分氧化。CPO反应在反应器中在催化剂的影响下进行，停留时间为10_2~10_4且典型催化剂表面接触时间为约IO-6S'这些接触时间相应于100，000~250，OOOhr—1的典型空速，优选为100，000~200，OOOhr' SCT-CPO采用的催化剂包括N1、Pd、Pt、Rh或Ru。反应在高于950°C的催化剂表面温度下发生，优选高于1000°C。通过采用所述短接触时间和高催化剂表面温度，高度有利于CO的形成，并抑制碳或CO2的形成。这引起高度有利的合成气体组成。CPO的一个参考为(a) L.Basini, Catalysis Today117 (2006) 384-393ο 其他参考包括(b) L.Basini, K.Aasberg-Petersen, A.Guarinoni, Μ.0estberg, Catalysis Today (2001)64，9-20 “Catalytic Partial Oxidation of NaturalGas at Elevated Pressure and Low Residence Time，，；(c) H.Hickman, L.D.Schmidt, J.Catal.138 (1992)267 ； (d) D.Hichman, L.D.Schmidt Science,259 (1993) 343 ； (e)L.Basini, G.Donati WO 97/37929 ;(f)SanfiIippo, Domenico;Basini, Luca;Marchionna, Mario;EP-640559 ； (g)D.Schaddenhorst, R.J.Schoonebeek;WO 00/00426 ； (h)K.L.Hohn, L.D.Schmidt, S.Reyes, J.S.Freeley，WO 01/32556 ； ( i ) A.M.Gaffney, R.Songer，R.0stwald, D.Corbin, WO 01/36323。氨的制备需要作为反应物的氮(N2)的可得性。氮得自空气，在常规方法中，这引起氧(O2)的损耗。在本专利技术中，明智地预见到，将通过提供作为反应物的氮所得到的氧用作催化部分氧化步骤中氧化氧的来源。因此，根据本专利技术，催化部分氧化步骤和氨合成的组合呈现出高度经济的进步。这在催化部分氧化所需的氧可通过氨的制备而得到的情况下实际上提供协同作用，也就是说，现在可以使用通常损耗的氧。在吸热的蒸汽重整中，通常燃烧燃料，以提供反应所需的能量输入。从燃料燃烧中得到的CO2将在蒸汽重整中损耗，因为不可用于任何用途，因此，需要排放到大气中。或者，须做出巨大的投入，以添加单独的CO2回收单元。尽管免除对这些燃料的需求本身是进行催化部分氧化的益处，但根据本专利技术其带来能进行利用的额外的效果。尿素的制备需要作为反应物的二氧化碳(CO2)的可得性。催化部分氧化中形成的任何CO2，特别是从水煤气变换反应的后续步骤中而来的CO2，存在于作为制备方法的一部分的气流中，因此可以作为尿素制备的反应物而直接得到。本专利技术的方法，不管用于制备氨或是用于制备尿素，均以烃类材料的催化部分氧化开始。烃类材料可以是单一烃、烃的混合物、或包括至少一种烃的任何其他组合物。优选的来源是天然气(ch4)、液态烃(例如石脑油)、煤炭的气化、生物质和废料变能量气化设施。通常而言，在采用天然气的情况中，通常在进行本专利技术方法之前进行脱硫。烃类材料可以是气态(例如，甲烷或天然气)和/或液态，也可以来自生物质。烃类材料可以适用于直接供应至CPO或者可以进行预处理以去除任何可能存在的杂质例如硫化合物。 优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备氨的方法，包括以下步骤：（a）提供烃类材料；（b）使所述烃类材料进行催化部分氧化（CPO），以产生包括一氧化碳、氢和二氧化碳的合成气体；（c）使所述合成气体进行水煤气变换反应，以使一氧化碳与水反应形成包括氢和二氧化碳的气体混合物；（d）从反应混合物中分离氢；（e）在氨形成条件下使氢与氮反应以制备氨，其中所述催化部分氧化是在100,000～250,000hr?1的空速下进行的短接触时间催化部分氧化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.23 EP 11171166.91.一种用于制备氨的方法，包括以下步骤: (a)提供烃类材料； (b)使所述烃类材料进行催化部分氧化(CPO)，以产生包括一氧化碳、氢和二氧化碳的合成气体； (C)使所述合成气体进行水煤气变换反应，以使一氧化碳与水反应形成包括氢和二氧化碳的气体混合物； Cd)从反应混合物中分离氢； (e)在氨形成条件下使氢与氮反应以制备氨，其中所述催化部分氧化是在100，OOO~250，OOOhr-1的空速下进行的短接触时间催化部分氧化。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述空速是100，000~200，OOOhr'3.根据权利要求1或2所述的方法，其中用于所述催化部分氧化中的氧和用于所述氨形成反应中的氮得自空气分离单元。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述催化部分氧化在包括至少40%氧、优选至少60%氧的含氧气流的影响下进行。5.根据前述权利 要求中任一项所述的方法，其中所述含氧气流是...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·亚夸涅洛，B·库基耶拉，E·安东内蒂，
申请(专利权)人：代表MT创新中心的斯塔米卡邦有限公司，
类型：
国别省市：