Способ синтеза аммиака Советский патент 1983 года по МПК C01C1/04 

(54) СПОСОБ СИНТЕЗА АААМИАКА

1

Изобретение относится к способам производства аммиака и касается вьщеления водорода из продувочных газов.

Известен способ синтеза аммиака из азота и водорода под давлением, в кото- рюм из продувочных газов вьщеляют отдельные компоненты, например водород, с помощью глубокого охлаждения газового потока .

Недостатками указанного способа являются значительные расходы, связанные с применением холода, а также получение выделенных компонентов с низким давлением.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ синтеза аммиака, включающий сжатие азотоводород- ной смеси, сиЛез аммиака, вьщеление аммиака, циркуляцию непрореагировавшей азотоводородной смеси, продувку, части этих газов с последующим вьщелением из них водорода с помошью сепарационных мембран, и подачу выделенного водорода в исходную азоговодородную смесь J .

Недостатком известного способа является то, что на сепарационные мембраны, для вьщеления водорода, подают продувочный газ, который содержит аммиак. 5 Аммиак, попадающий в исходную азотоводородную смесь, отрицательно влияет на процесс синтеза аммиака. Кроме того, вывыделяются имеющиеся в газовом потоке метан и аргон. Наличие этих примесей

10 также снижает производительность процесса.

11ель изобретения - увеличение пронз.водительности способна синтеза аммиака. Поставленная цель достигается тем,

)5 что согласно способу синтеза аммиака;, включающему сжатие исходной азотовсн дородной смеси, синтез аммиака, выделение аммиака, циркуляцию непрореагировавшей аэотоводородной смеси, продув20 ку части этих газов с последующим вы-делением из продувочных газов водорода с помощью сепарационных мембран, подачу выделенного водорода в исходную азотоводородную смесь, аммиак из продувочных газов удаляют перед их кон- 31 тактом с сепарационной мембраной до содержания 0,01-0,5 об.%. Такое количество не влияет на струк туру применяемых мембран, не разрушает ее и позволяет применять мембраны, исходя ИчЗ их проницаемости по водороду. Кроме того, выделение аммиака из продувочных ниже указанных пределов экономически нецелесообразно. Аммиак из продувочных газов может быть выведен с помошью охлаждения, а затем остаточное количество аммиака - с по мошью водной промывки. Непропушенный через мембрану газ может быть использован в качестве топ лива или направлен на расширение для снятия энергии, так как находится под- давлением. Газ, прошедший через мембрану и со держащий водород, может быть возвращ в основной цикл синтеза аммиака. Способ осуществляется следующим о разам. Исходную азотоводородную смесь подают под давлением 125-275 ата,1 в ре актор, где в присутствии, например, катализатора на основе железа проходит реакция образования аммиака при 2ОО600С. Реакционные газы, выходящие из реа тора, содержат от 10-15 до 25% амми ака, который конденсируют и вьшодят в качестве жидкого продукта. Для более полного выделения аммиака применяют сепараторы аммиака. Непрореагировавшие азот и водород возвращают в цикл производства. С целью уменьшения количества инертных примесей в азотово- дородной смеси часть газов вьгоодится и из них извлекают метан, аргон и гелий. Независимо от места отбора необходимо отделять аммиак перед контакти рованием продувочных газов с сепара1ШОННОЙ мембраной. Концентра шю аммиака в потоке перед мембраной снижают до 0,01-0,5 об.%. Аммиак выводят ив потока с помощ.ью охлаждения, а затем с помощью водной промывки, в скруббере. Продувочные газы контактируют с сепарационной мембраной, которая характеризуется избирательностью по проницаемости для водорода в сравне нии с проницаемостью для метана и аргона. Объемное отношение между пропускаемым и непропускаемым газами, а также их состав, могут колебаться в ш роком диапазоне. Прошедший мембрану , содержащий водород, может быть подан в исход1гую азотоводородную смес 52 .4 между ступенями давления, неп ос ре детве но в линию подачи исходной смеси в реактор или в исходную смесь для сжатил в компрессоре, Пример. Исходную смесь водорода и азота в количестве 65000 кг/ч под давлением 28 ата и сжимают до 70 ата и охлаждают до для конденсации воды. Синтез-газ сжимают до 133 ата и вводят в контур синтеза аммиака. Газ в контуре синтеза аммиака сжима ют еще на 6-«7 атм и обрабатывают в отделителе аммиака, который выводит около 44500 кг аммиака в час. Газы предварительно нагревают до 1О5-НО С. В реактор синтеза аммиака вводят примерно 300000 кг/ч газа, содержащего, мол.: водород ,67; азот 2,2; метан 6,5; аргнон 3,3 и аммиак 1,2, и реак- шло проводят на промотированном железном катализаторе. Реакционные газы выходят с температурой 280 С и содержанием аммиака около 11,5%. Реакционные газы охлаждают до 43С, отбирают про- дувочные газы примерно 2,1% от общего количества, а остальные газы возвраща-. ют в контур синтеза аммиака. Продувочные газы охлаждают до -23 С и выводят около 820 кг жидкого аммиака в час. Затем продувочные газы направляют в водяной скруббер при 25°С. После отделения аммиака продувочные газы содержат его менее 100 ч/млн об.) и с давлением около 136 ата, их направляют после подогрева до 30 С на сепарационные мембраны, которые выполнены из анизотропного полисульфона. На мембране, через кото- рута проходит примерно 2700 кг/ч газа с содержанием, об.%: водород 88,7; азот 7,2; метан 2,7; аргон 1,2 и вода 0,2 поддерживают перепад давления около 65 ата. Непрошедший газ имеет давление около 136 ата и содержит об.%: водород 40,3; азот 38,4; метан 14,1 и аргон 7,3. Пропущенный через мембрану газ вводят в исходную азотоводороднуксмесь после первого компрессора до конденсации воды. Применение предлагаемого способа синтеза аммиака на установке со средней прозводительностью 37900 кг/ч аммиака позволяет получить производительность 39800 кг/ч, что составляет повышение выхода конечного продукта на 5%. Кроме того на 5% сокращаются об- пше энергозатраты. 5100 зобретени-я ФормулаСпособ синтеза аммиака, включающий сжатие исходной азотоводородной смеси, синтез аммиака, выделение аммиака, циркуляцию непрореагировавшей азо- товодородной смеси, продувку части этих газов с последующим Еьшелением из продувочных газов водорода с помощью cenaраиионных мембран, подачу выделенного водорода в исходную азотоводородную 52« смесь, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, аммиак из продувочных газов удаляют перед их контактом с сепарационной мек браной до содержания 0,01-0,5 об.%. Источники ннформашт, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3675434, кл. 62-23, опубпик. 1972., г, CiieniicaE Bi neenng , 1977, № 10, с, 76-78 (прототип).