Способ получения аммиака

 

Изобретение относится к получению аммиака каталитической конверсией синтез-газа. Способ получения аммиака взаимодействием синтез-газа, состоящего из водорода и азота, который пропускают через слой частиц катализатора для синтеза аммиака, расположенных в неподвижном слое, где неподвижный слой содержит частицы катализатора для синтеза аммиака размером в интервале от менее 1,5 мм до более или равно 0,2 мм в массовом соотношении (40-70):(10-40): (10-30). При использовании частиц катализатора с размером в пределах менее 1,5 и до более или равном 0,2 мм при содержании их в слое в заявленном массовом соотношении, по крайней мере 10 мас.%, увеличивается объемная плотность катализатора, что дает высокий перепад давления над слоем катализатора и, таким образом, улучшенное распределение потока синтез-газа в слое. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к получению аммиака каталитической конверсией синтез-газа.

Обычно промышленный синтез аммиака основан на конверсии синтез-газа, состоящего из водорода и азота, в основном в стехиометрическом мольном соотношении 3: 1, в аммиак. Синтез-газ пропускают при высоком давлении через неподвижный слой частиц катализатора для синтеза аммиака, преимущественно магнетита, который превращается при восстановлении в каталитически активную форму α-железа.

Производительность способа зависит не только от состава катализатора, но и от размера и формы частиц катализатора. Для процессов синтеза аммиака, проводимых в слое катализатора с осевым потоком синтез-газа, обычный размер частиц катализатора составляет от 6 до 10 мм.

Из-за пониженного гидравлического сопротивления в реакторах для синтеза аммиака с радиальным потоком размер частиц катализатора, используемого в таких реакторах, составляет от 1,5 до 3 мм.

Было найдено, что производительность способа синтеза аммиака также может быть улучшена в направлении увеличения выхода получаемого аммиака использованием в радиальных реакторах для синтеза аммиака неподвижного слоя катализатора для синтеза аммиака со смешанным составом частиц катализатора, имеющих большой и маленький размер. Смесь частиц большого и маленького размера имеет большую объемную плотность, благодаря тому что маленькие частицы располагаются в пустотах, образованных между частицами большого размера. Высокая объемная плотность увеличивает количество катализатора в реакторе для синтеза аммиака, что, в свою очередь, обеспечивает высокую активность катализатора на объем реактора.

Согласно описанному выше результату исследования данное изобретение представляет собой способ получения аммиака взаимодействием синтез-газа с частицами аммиачного катализатора, которые находятся в неподвижном слое, содержащем частицы катализатора для синтеза аммиака, где размер частиц составляет менее чем 1,5 мм и более чем или равен 0,2 мм.

При использовании значительного количества частиц с размером в пределах данного интервала увеличивается объемная плотность, что дает высокий перепад давления над слоем катализатора и, таким образом, улучшенное распределение потока синтез-газа в слое.

При осуществлении способа данного изобретения в промышленных условиях улучшенное распределение потока синтез-газа достигается, если слой катализатора содержат от 10 до 80 мас.% частиц катализатора для синтеза аммиака, имеющих размер ниже 1,5 мм.

Ниже представлена относительная плотность при различных размерах частиц обычного катализатора для синтеза аммиака, коммерчески доступного от Haldor Tops⊘e A/S Размер частиц /мм - ρ_отн. 1,5 - 3,00 - 1,00 0,8 - 1,5 - 0,97 0,3 - 0,8 - 0,95 60% 1,5 - 3,0 + - 1,09 20% 0,8 - 1,5 + - 1,09 20% 0,3 - 0,8 - 1,09 Смесь, содержащая 60%, 20% и 20% соответственно 1,5-3 мм, 0,8-1,6 мм и 0,3-0,8 мм частиц, имеет относительную объемную плотность 1,09.

Абсолютная объемная плотность промышленного катализатора зависит от методики загрузки, однако относительная плотность остается той же.

Использование частиц катализатора размером 0,2-1,5 мм дает более высокую объемную плотность катализатора, а также более низкое диффузионное сопротивление. При более широком распределении размера частиц и повышенной объемной плотности получают высокий перепад давления над слоем катализатора, что дает значительное улучшение распределения синтез-газа в слое катализатора.

В настоящем изобретении предпочтительное распределение размера частиц катализатора для синтеза аммиака в неподвижном слое получают смешиванием частиц с размером 1,5-3,0 мм, 0,8-1,5 мм и 0,3-0,8 мм в массовом соотношении (40-70):(10-40):(10-30).

Формула изобретения

1. Способ получения аммиака взаимодействием синтез-газа для синтеза аммиака с частицами катализатора для синтеза аммиака, расположенными в неподвижном слое, содержащем частицы катализатора размером в интервале от более или равном 0,2 мм до менее 1,5 мм, где неподвижный слой содержит смесь частиц катализатора размером 1,5-3,0 мм, 0,8-1,5 мм, 0,8-1,5 мм и 0,3-0,8 мм в массовом соотношении (40-70): (10-40): (10-30).

2. Способ по п. 1, в котором неподвижный слой содержит, по крайней мере, 10 мас. % частиц катализатора размером от более или равном 0,2 мм до менее 1,5 мм.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором синтез-газ пропускают в радиальном направлении через неподвижный слой.