Способ получения аммиака Советский патент 1985 года по МПК C01C1/04 

гамрозЛлнтгл - I Изобретение относится к производ ству аммиака прямым синтезом из азота и водорода и касается вопроси вьц ления инертных газов из циркуляционного газа. Известен способ получения аммиака путем контактирования азота и водорода в присутствии катализатора,, выделения аммиака из Продуктов реакции и возврата непрореагировавших г.азов на синтез амййакЙ в смеси со свежей азотоводородной смесью. Так как в схеме с рециклом уазов происходит накопление инёртнёгх ггримесей, часть циркуляционного выводят из системь и подвергают разделе нию. Известные в настоящее время методы разделения отбираемого газа позволяют вьгоодить из цикла dkorto 1% циркуляционного газа. Такой отбор позволяет поддерживать концентрацию инертов В циркуляционном газе на уровне 16-18%. : Недостатком известного способа является высокое сЪдержание инертов в циркуляционном газе, что. приводит к увеличению удельной металлоемкости и снижению Пр ойзводйтельнрсти производства на 10-20% 1. Наиболее близким к описываемому изобретению является способ получения аммиака путем каталитического контактирования азота и водорода, сепарации аммиака из циркуляционного газа, частичного отбора циркуляционного газа, выделения из отобран ногогаза водорбд а с помощью мембра из палладия или его сплавов и возвращение водорода в рецикл Г2 . Однако Известные мембраны не дос таточно эффективны в процессе разделения циркуляционного газа, недол говечны и имеют высокую стоимость. Целью изобретения является уйели чение производительност)я синтеза ам Шака и снижение инертов в циркуляционном газе. Поставленная цель достигается опись1ваем1 1м получения амми ka путем каталитического контактиро вания азота и врдорода, путем сепарации аммиака из циркуляциииного га за, частичного отбора циркуляцИонного газа, выделения из отобранного газа водорода с помощью мембран и возвращения его в рецикл , состоящий в том, что отбирают 2-10% от 2 о бщёго количества циркуляционного газа, а разделение отобранного газа проводят мембранами из полйфенилёноксида или поливинилтриметилсилана или поли-4 метилпентена. Технология предложенного способа заключается в том, что после первичной сепарации из циркуляционного газа отбир;ают 2-10% от его общего ко кРдичества. Увеличение отбора циркулЯционного газа вдвое (т.е. нижняя граница указаниогр предела 2%) по сравнению с Известными производствами обеспечивает снижение концентрации инертов в циркуляционном газе в 1,5 раза, и отбор 20% обеспечивает ведение процесса синтеза аммиака в условиях, когда.инертные примеси не накапливаются и остаются на уровне их содержания в свежей ABC, т.е. 0,5-1,5%. Отобранньй газ объединяют с танковыми газами и полученную смесь состава (здесь и далее объемные проценты) Hj 50-60%, Na - 15-20%, NH, - 8-15%, СН/, - 3-15%, Ar - 3-8% направляют в газора зделительную установку, в аппараты с полимерными мембранами. При разделении продувоч|1ых газов с помощью полимерньрс мембран ока-, залось, что водород и аммиак концентрируются вместе в одном потоке. Гззоразделение ведут при температуре от 5°С (при отборе продувочного газа после вторичной конденсации аммиака) до 40 С (при отборе после первичной конденсации) и давлении рт 10 до 60 атм (нижний предел определяется производительностью: мембран, d верхний - их механичес- кимй свойствами). В.результате разделения образуются два потока: а) оёога щённый водородом и аммиаком (обогащенньй поток или водородный концентрат) и б) обедненный водородом, но обогащенный аргоном и метаном (обедненнь1Й поток или аргонометаньвый концентрат). В зависимости от соотношения величин этих потоков и материала разделительной мембраны и состав при указанном составе циркуляционного газа может быть в следУющих пределах. Водородный концентрат: На - 67-90%, Ng. - 2-10%, Nfij - 6-20%, СН - 0,3-3%, Ar 0,2-3%, аргрнрметановый концентрат: H - 25-50%, г - 25-40%, NHj 2-10%; СН - 4-30%,Аг - 1,5-15.%. , .3 Приведенные здесь экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что .Нз неожиданно концентрируется с Hj, а не с аргоном как этого можно было бы ожидать, из значений коэффициентов проницаемости мембраны. Возможен также отбор циркуляцион ного газа после вторичной конденсации аммиака. Такое осуществление способа позволяет исключить дополнительное выморазкивание аммиака из продувочных газов, а также из водородного 1концентрата после мембранного газо разд€лителя ввиду малой концент Граций. Отбор и разделение согласно пред лагаемому способу 2-10% циркуляцио ного газа позволяет снизить уровень инертных примесей с 16-13% до 3-10% . 4tp обеспечивает увеличение мощност Производства на 5-20%. Применительно к действующим пройэводствам, где отбираемый циркуляционный газ сжигают, предлагаемый способ обеспечивает возврат в процесс до 50% сжигаемдго водорода. Приводимые ниже примеры осуществ ления способа относятся к производству аммиака мощностью 125 т/ч. Пример 1. Газовая смесь и .колонны 1 синтеза проходит холодиль , ник и. сепаратор 2, где происходит первичная сепарация аммиака. После первичной сепарации газ поступает на вторичную сепарацию 3, где происходит окончательное выделение аммиака, к циркуляционному газу добав ляют свежую азото-водородную смесь и полученный газ поступает в колонну синтеза. Аммиачный конденсат пос ле сепарации поступает в «азоотделитель 4, где из жидкого аммиака выделяются растворенные в нем аргон мётан, азот, водород, а также газообразный аммиак - т.н. танковые газы. Отбор циркуляционного газа производят после первичной Сепарации аммиака (точка а). Отбираемый газ (37 тыс. или 2,5% общего потока) дросселируют до давления 40 атм, смешивают в танковыми газами (3 тыс. ). Полученную смесь (40 тыс. нм/ч) состава: Hg 57,6%, Na - 19,1%, NH, - 11,7%, СН- - 8,8%, Ar - 2,8% и с давлбнием 40 атм подают в мембранный газоразделитель 5 с.рабочей noBepxWocтью мембран 250 м, материал - по44ливинилтриметилсилан. Газоразделение ведут при температуре и перепаде да влений 33,3 атм (исходный 40 атм, обогащенный водородом 1,2 атм). В результате разделения из газоразделителя выходят два потока по 20 тыс. HMV4 каждый, обогащенный аргоном (аргоно-метановый концентрат), состава: Й. - 40,6%,, Nj - 33,9%, КНз - 5,1%, СН4 - 15,6%, Аг - 4,8%, при давлении 39-39,8 атм обогащенный водородом (водородный концентрат), состава Hj - 74,6%, Ыг - 4,3%, NHj - 13,3%, СН - 2,0%, Аг - 0,8% при давлении 2 атм (составы потоков указаны с точностью 10 отн.%). Затем после компримш)Ования до 25 атм и отделения аммиака (низкотемпературная конденсация и (или) водная отмывка) водородный концентрат состава Н - 91,3%, Ng - 5,2%, СН4 - 2,4%, Аг - 1,1% в количестве 16340 нм /ч направляют либо на всас компрессора свежей ABC, либо на вторую ступень в мембранный газоразделитель. , Аргонометановый концентрат в количестве 20 тыс. нм /ч состава: Нг - 40,6%, NS - 33,9%, NH - 5,1%,. СН - 15,6%, Аг - 4,8% направляют: а)на НТР, где получают Товарный аргон, аммиачную воду, возвращаемую в процесс азотоводородную смесь, метан, при этом благодаря исходному низкому содержанию акмиака в блоке НТр исключается стадия низкотемпературного вьщеления; б) на третью ступень разделения в мембранном газораздемителе. Сврдньй газовый баланс при отборе 2,5% циркуляционного газа после первичной сепарации аммиа ка приведен в табл. 1. Таким образом, извлечение инертных примесей из циркуляционного газа согласно примеру 1: а) снижает их суммарное содержание до 10%, б)увеличивает значение эффективного давления в колонне синтеза с 201 до 237 атм и, следовательно, в)увеличивает на 14% 4 авновесное содержание аммиака на выходе из колонны синтеза, т.е. увеличивает Мощность производства. Кроме того, изменение состава подаваемого в блок НТР газа (увеличенное содержание аргона, метана, азота, уменьшенное содержание аммиака, водорода) позволяет а) исключить узел конденсации аммиака, поскольку мож но ограничиться водной отмывкой б) снизить расход энергии на холод поскольку в газеувеличена доля вы сококипящих компонентов Пример 2. Водородный кон центрат по примеру 1 в кьличест1ве 163ДО HMV4 (состав На - 91,3%, Мг - 5,2%, СН - 2,4%, Аг - 1,1%) компримируют до 25 атм и направляю на вторую ступень разделения в газоразделитель с рабочей поверхностью мембраны 300 м (мембрана - по лое волокно из поли-4-метилпентена-1). Газоразделение ведут при 60 с j при перепаде давле41ий 23 атм Обргащенньтй поток (давление . 2 атм) технический (97-99%) водород, в количестве .8000 отпра ляют потребителям. Обедненньй поток (8340 нм/ч, содержание Н. - 74%) либс вс)в:раща ют на первую ступень разделения, либо направляют на всай койпрессора свежей ABC, либо йспбльзуют для других технологических нужд (сёроочйбтка и т.п. процессы). П р и мер, 3. В. схеме по примеру 1 отбор циркуляционного газа п)оиэводйт посЛё вторичной кбйдёнсации a миaкa (точка б). Отбирае мый газ в количестве 133 тыс. нм / (10% от общего потока) дросселируют до 40 атм, смешивают в танковыми газами (З тыс. ).; Полученную смесь 136 тыс. им-/ч состайа Нг - 69,0%, N2 - 22,8%, NHj 4,6%, CHfl -2,6%,. Аг - 0,9% с:йавл нием 40 атм. подают в мембранный газо} азделитель 5с рабочей поверх

Состав, об.% носТью мембраны 1000 м , материал мембраны - полифекиленоксид. Газоразделение ведут при0-5 С и перепаде давлений 38 атм. Из газораздёлйтеля выходят два потока по 68,0 Тыс. нм /ч каждый , обогащенный аргоном состава Не - 48,0%, Ng - 42,3%, NH - 2,6%, СН4 - 5,1%, Аг - 1,5% при давлении 39,039,8 атм; обогащенный водородом состава Hj - 90%, NZ. - 2,Г 6,6%, СН - 0.3%, Аг - 0,3% при давлении 2-атм. Водородный концентрат после предварительного компримнрования до 25 атм подают на вс.ас компрессора свежей ABC (7). ., . Обогащённый аргоном поток напг. . равляют в следующий газораздедитель (поверхнсзсть мембраны .500 м, материал - полифениленоксид, режим работы аналогичен первому). Полученный здесь (34 Тыс. нм-/ч) обогащенный , ; аргоном. Метаном и азотом поток (Аг 3%,. СН 10%; Н 30%, Nj 55%, ;. остальное Шз) направляют в . НТР, а водородный концентрат ( ХНг+ + Ng. ) возвращают в синтез. Сво.бодный газовый баланс ЬрИ отборе 10% циркуляционного газа после вторичной конденсации аммиака приг . веден в табл. 2-.- -. , : ..... Осуществление способа по примеру 3: а) обеспечивает снижение суммы:; инертов до.2,6% (после первичной сепара цииаммиака) j б) увеличивает . . эффективное давление в .колонне синтеза до 266 атм; в) увеличивает равновесное содержание аф иака на вы-. -. ходе из колоНны синтеза на 24% , т. е. увеличиваетмощность производства. : : Т а б. ц а 1 . .-

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АММИАКА . путемкаталит11чёского кочтактйро- : . ванйя айота и вбдоррда, сепарации аммиака Из циркуляционного гаэа. частичного отбора циркуляционного газ. йьщеления из ртобранйого газа -ВодородА с помощью мембран и возвращения его в рецикл, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью увеличения произвойительнрсти процесса синтеза и снижения инертов в циркуляционной газе, отбирают 2-10% от общего количества циркуляционного г)аза, а разделение отобранного газа проводят мембранами из полифениленоксида или поливйнготтрйметилсилана иЛи поли-4 метилпентена-t. Ороду нщ/ газ K) (Л С В 5лок нТР им Ь e paiiHuu « 00 4ik JutopaiStMiпе/ц СП п AWWM/ 4ib баривнюу

57,6 19,1

11,7

33,.5

17,8 11,4

диржуляцирнные + танковые газы. после первичной сепарации.

получено с учетом значений суммы инертов на входе в колонну синтеза. 15,1% для действующих производств, 8% согласно предлагаемому способу.