Способ синтеза аммиака

 

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано длч синтеза аммиака из азотоводородной смеси , получаемой путем переработки природного или попутного газа на предприятиях азотной промышл энное™. Способ синтеза аммиака включает / азотсзол оцчои смеси в слой катализатора, надетого до 42С-590С С. при периодическом изменении направления подачи ее на противоположно , в КОТОРОМ с целью повышения выхода аммиака за счет уменьшения перегрева катализатора слой катализатора делят нз две части в соотношении (0.5-1):1, и газовую перед о вторую асть елок ката л tA3k гора с;ивают до достижз- («ия мпкс альной разности темлар.ту r«i- зовой смеси 8 сечзнии, перпендикулярном потоку газа, не. Золье 20°С. Процесс ведут при давлении 1C 100 МПэ на катализаторе с размером ерна 15-50 мм с -периодом пеэв стючения направления подачи газовой смеси 1-25 мин и при температура газа на входе 20-250°С, 1 з п. ф-лы, 1 табл. t

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) s С 01 С 1/04 госудАРствениый комитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКК Г Сi"Ã.P

МИФЮйдя

j HktellYrN- TENN(Eggjj,, (; †.«i«« Б,,1!.), L" .,(q

ОГ,"Р1САНАЕ ИЗОБР:,) ЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

» /)

« (2 1 41 Я 1 458/26 (22) 17.10.86 (46) 07.12.9 E. Бюл. М 45 (71) Ин "титут катализа С0 АН СССР (72) КЗ,LU. Матрос и А.П. Герасев (53) 661.53(088.8) (56) Кузнецов Л.Д. и др. Синтез аммиака.

М.: Химия, 1982, с. 296, Авторское свиветельство СССР г 855796, кл. С 0", С 1/04, 23,09.81. (54) СПОСОБ СИНТЕЗА АММИАКА (57) Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для синтеза аммиака иэ азотоводородной смеси, получаемой путем переработки природного или попутного газа на предприятиях азотной промышленности. Способ синтеза

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для синтеза аммиака из азотоводородной смеси, получаемой путем переработки природного или попуткого газа на предприятиях азотной промышленности.

Целью изобретения является повышение выхода аммиака за сче1 уменьшения перегрева катализатора. Способ осуществляют следующим образом.

Слой катализатора разделяют на две части в соотношении (0,5-1):1, между которыми ".зовую смесь перемешивают до дости кения максимальной раэкости температур в газовой смеси в сечении, перпендикулярном потоку газа, не более 20"С, Разделан е слоя катализатора на две рав, Ы„1696387 А1

Гммиака включ:eT пода«:у азотозодолоцкой смеси в слой катализатора, нагретого до

420 — 590" С. при периодическом изменении направления подачи ее ка противоположкса, в котором с целью повышения выхода аммиака эа счет уменьшения перегрева катализатора слой катализатора делят на две части в соотно:; ении (0.5 — 1):1, и газовую смес; перед и:.дачей .з вторую часть слоя катализ тора поп ".лаев„иваюг до достижgкия максимальной раз-;ости температур газовой смеси в сечакии, перпекдикулярнол", потоку газа, на более 20 С. Процесс ведуг при давлении 10--100 МПа на катализаторе с размером зерна 15-50 мм с периодом пере.«лючения направления подачи газовой смеси 1 — 25 мин и при температура газа на входе 20 — 250"С, 1 э,п. ф-лы, 1 табл. ные части соответствует отношению обьемов 1. Перемешивание газовой смеси целесообразно проводить в зоке максимальных температур, которая занимает около 1/3 обц его обьема слоя катализатора и находится а его центральHoé части по.ходу газа. Осуществление перемешивания газа вне эоны максимальных температур при отношении ибьемов менее 0,5 резко снижает его эффективность, поскол ьку температура газа здесь существен-ж чиже максимальной. Выравнива ние теы "..ðà Tóðí ûx неоднородностей газовой смеси путем перемешивания связано с потерей давления. При перемешивании газовой смеси до достижения максимальной разности температур в сечении, перпендикулярном потоку газа, менее 20 С потерР давления ",83à и, соответственно. затраты на перемешиввние существенно возрастают. При большей разности температур в сечении, перпендикулярном потоку газа, после перемешивания в слоях катализатора формируются зоны перегревов и захоложенные участки, снижающие выход аммиака более чем íà 10%.

Процесс синтеза аммиака ведут в нестационарном режиме. Газавук> смесь с температурой 20-250 С и давлением 10 — 100 У,Па подают в первую по ходу газа часть слоя катализатора. Подача газовой смеси с температурой ниже 20ОС не приводит к увеличению выхода аммиака, а подача газа с температурой более 250" С приводит к chill tжению выхода аммиака из-эа формирования в слое катализатора неоптимального участка падающей температуры, также существенному сокращению времени между переключениями направления подачи газовой смеси. Эффективность процесса синтеза аммиака при давлениях ниже 10 и выше

100 МПа существенно снижается в связи с тем, что при низких давлениях су цественно уменьшается выход аммиака, а при высоких давлениях существеннс увеличиваетсл сТоимость оборудования, Выходящая из первого слоя газовая смесь имеет высокук> температуру, различающуюся в сечении, перпендикулярном потоку газа, на 15С200 С, Для выравнивания температурных неоднородностей газовую смесь перемешивают до достижения максимальной разности температур в сечении. перпендикулярном потоку газа, не более 20 "С и подают во вторую часть слоя катализатора.

Благодаря тому, что характерное время ус гановления температурных неоднородностей, обусловленных структурной неоднородностью слоя, больше, чем время между переключениями подачи газа, перемешиввние газовой смеси между слоями катали,". зтора приводит к образованию однороднь " профилей температурь. в каждом сечении реактора и, тем самым, позволлет палуча: ь оптимальный режим работы реактора в целом.

Изменение направления подачи газовой смеси в слой катализатора с входа на выход осуществляют с периодам переключения 1 — 5 мин (время переключения

0,5 — 2,5 мин), При фиксированной нагрузке с уменьшением максимально допустимого периода переключения выход аммиака уменьшается, При увеличении периода тепло иэ слоя катализатора выдувается подаваемой смесью и реактор остывает, реакция прекращается. Синтез аммиака можно проводить и с периодом 5-30 мин, но длл этого требуется уменьшить нагрузку на каталиэатор длл сохранения высокого выхода аммиака.

Длл создания оптимальных температурных режимов, понижения максимальных температур внутри слоя катализатора и, тем самым, увеличения выхода продукта синтез аммиака проводят нестационарным способом на зернах катализатора размером 15—

30 мм. Зерна таких оаэмеров имеют существенно меньшук> наружную поверхность ь единице объема слоя по сравнению с применяемыми на практике зернами размером менее 15 мм. Благодаря этому понижается интенсивность теп. ообмена между фильтрующимся газом и слоем, что приводит к увеличению времени контакта, необходимого длл нагрева холоднсго газа до высо;<их температур, За это время часть исходных реагентов. успевает вступить в реакцию синтеза аммиака, в зону высоких температур поступает частично прореагировавшая смесь и реакция протекает с меньшим тепловыделением, что приводит к понижению максимал ьн-ай температуры, Для предотвращения диффузионного торможенил реакции внутри крупных зерен катализатора предусматривают сквозные соосные отверстия диаметоом 3 — 15 мм.

Таких отверстий может быть или одно крупное, или несколько мелких.

Вследствие пони>кения максимальной температуры и сглаживания температурных профилей, обусловленных использованием катализатора крупного зернения, температурный режим реактора приближается к оптимальному, кроме того, существенно понижаетсл гидравлическое сопротивление реактора.

Применение зерен катализатора разме-. ром более 50 мм настолько сильно понижает инте: сивность процессов тепло- и массообмена между фильтрующимся газом и катализатором, что для сохранения высокого выхода аммиака необходимо существенно увеличить количество катализатора, т,е. понизить объемную скорость газа.

П р и м с р 1. Слой катализатора из зерен размером 3-5 мм разделен на две равные части (отношение объемов 1) и разогрет до

500ОС. Газовую смесь, содержащую, об.%; азот 22; водород 66: инерты 10; аммиак 2, подают на г;Bpeblt слой катализатора. Температура газовой смеси 20 С, давление 32

14Ïà. обьемная скорость потока 1200 ч

Г1ериод переключения направления подачи газа 1 мин, Между слоями ка-ализатора газовую смесь перемешивают до достижения максимальной разности температур в сечении, перпендикулярном. гготоку газа, 20ОС.

Средний выход аммиака 16,1%, 1696387

Пример 2. То же, что в примере ", но период переключения 30 мин. Газ вытеснил тепло из слоя катализатора, реакция синтеза аммиака не идет.

Пример 3. То же, что в примере 1, но температура газовой смеси на входе в слой катализатора 100ОС, период переключенич направления подачи газа 4 мин. Средний выход аммиака 19,7%.

П ри ме р4. Тоже, что в примере 1, î темпера:ура газовой смеси на входа в слой катализатора 250ОС., Средний выход аммиа«а 1о,;, Пример Б. То же, что в примере 1, но давление 10 МПа, температура газовой сме си нд входе в слой катализатора 100 С, пе.риод переключения 5 мин. Средний выход аммиака 10%.

Л р и м е р 6. То же, то в примере,;ю давление 100 Miia. Средний выход аммиа, а

32%

Пример 7, Тоже, что в примере 3., но зерна катализатора размером 15 мм. С едний выход аммиака 20,2%.

Пример 8. То же, что в примере 3, но зерна катализатора размером 50 мм, Средний выход аммиака 16%.

Пример 9. То же, что в примере 1, : газовую смесь перемешивают до достижения максимальной разности температуг, в сечении, перпендикулярном потоку га"-а

30 С, Средний выход аммиака 14,5%.

П ример10. Тоже, чтов пример81, но слой катализатора разделен на две части с отношением меньшего объема к большему

0,3:1. Средний выход аммиака 14%, Пример 11 Тоже чтов примере 1, но слой катализатора разделен на две части с отношением меньшего обьема к большему 0,4:1, Средний выход аммиака 15%.

П р и м е.р 12. Тп же, что в примере 1, но слой катализатора разделен на две части с отношением меньшего обьема к большему

0,5;1. Средний выход аммиака 15,8%.

Пример 13 То же, что в примере 1, но слой катализатора разделен на две части с отношением меньшего обьема к большему

0,6. Средний выход аммиака 15,9%.

Пример 14. То же, что а p t;åð8 1, но слой катализатора разделен на две части с отношением меньшего объема к большему

0,7, Средний выход аммиака 16%, Пример 15. То же, что в примере t, но слой катализатора разделен на две части с

5 отношением меньшего объема к большему

0 8. Средний выход аммиака 16%.

П ои ме р 16. Тоже, что и в примере 1, но слой катализатора разделан на две части с отношением меньше о объема к большему

10 03. Средний выход аммиака 16,1%.

Д р и м о,,. То же. ч;о и B примере 1, Нъ ЗЗОВУЮ й/ .8СЬ ПЗР8М8U 4ËààÌ ДО ДОСтИ,: енил мв симзльно:4;.лзнос1и температур в ".— . ."-.:.1èë., пер(еt Ã(Ðê ëÿáé8è по оку газа

;5 1п, Ср".дн1.и i?:.:> t(" M 8

:. дт. Сред,ий вьс ц 814ми =:;с-. 4: .

26 TBK х-; образо: ;,,; и азад-,.ни, слоя катализатора,»:", две части в соотношении (0,5 — 1).1 при разнос"и темпе 1атур в сечении слоя катглиза1ора 10-20"С, при температур8 газа ча входе е сcлой кьгализатора 2025:50"Г. а также па, проведении процесса нз катализаторе: размеоом зерна 15-50 мм и пр; авлении 10-1ОР УПа выход повь шгет 4 . 1 с,5--„" 2, 10ь

30 формула ";зсбретения

Способ синтеза аммиака, включающий подачу азотаводородной смеси в слой катализатора, изго8того до 420-590 С при ! 8РИОДИЧ8СКОМ ИЗМенеНИИ НаПОЗНЛ8НИЯ

35 подcñчи 88 HG противоположное, о т л и ч а юЩ И и С Я теМ,, ч ГО, С Ц8ЛЬЮ ПОРЫШ8ЯИЯ выхода аммизк8 за счет уменьшения перегрева катализатора, слой катализатора делят на две части в соотношении (0,5 — 1):1 и

40 газовую смесь перед подачей ва вторую част. Слоя катализатора перемешивают до достижения максимальной разности температур газовой смеси в сечении, перпендикулярном потоку газа не.более 20 С.

45 2. Способ по п. 1, отл и ча ю щи йс я тем, ч -c процесс ведут при давлении 10 — 100

МПа н; катализат808 с размером зерна (1550) мм "; периодом переключения направления подач 1 газовой смеси (1 — 25) мин и при

50 температуре газа на входе 20 — 250 С.

1696387

Примечан

Размер Да рна ка- " ние ли зато- M

За, мм вриод веклнзВния, мин

Реакция не ид

Запредельн значения

Разность тем ратур в сечен

10"

Составитель Е, Иаумов

Редактор Н. Рогулич Техред M.Моргентал, Корректор Т, Палий

Заказ 4272 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва,, К-35, Рауиская на6„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

3-5

3--5

3-5

3-5

3-5

3-5

3-5

3-5

3-5

3-5

3-5

3-5

3-5

3

3

3

3

3

3

3