Способ получения аммиака

 

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

„„SU„„784154

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) С 01 С 1/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Про6 5очкьиг tin

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР.

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫФ4Й

Н ABTOPCH0f4Y СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{21) 2661054/23-26 (22) 30.08.78 (46) 15, 05, 85 Б10л. -18 (72) И.И. Румянцев, С.И. Гдалин, Л. И. Кротов, .Х Г:. Новицкий и И.Е. Черняков (53) 661,53(088.8) (56) 1. Атрощенко В.И. и др. Курс связанного азота. N. "Химия", 1.966, с . 227.

2. Авторское свидетельство СССР

М 229460., кл. С 01 В 1/27,, опублик.

23.10.68 (прототип). (54)(57) СЦОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ AMMHAKA путем каталитического контактированйя азота и водорода, сепарации аммиака из циркуляционного газа частйчного отбора циркуляционного газа, вьделения йз отобранного газа

Водорода с помощью мембран и В03Вр8щения его в рецикл, о.т л:и ч а ю -. шийся тем, что, с целью увеличения производительноСти процесса синтеза и снйжения .инертов в циркуляционном газе, отбирают 2-10Х от общего количества циркуляционного газа, а разделение отобранного газа. йроводят мембранами иэ полифениленокСида или поливинилтрйметилсилана или поли-4 метилпентена-1.

54

7841

1

Изобретение относится к производству аммиака прямым синтезом из азота и водорода и касается вопроса вселения инертных газов из циркуляционного газа. 5

Известен способ получейия аммиака путем контактирования азота и водорода в присутствии катализатора, выделения аммиака иэ Продуктов реакции и возврата непрореагировавших газов на синтез аммиака в смеси со свежей азотоводородной смесью.

Так как в схеме с рециклом газов происходит накопление инертных примесей, часть циркуляционного выво- 15 дят иэ системй и подвергают разделению.

Известные в настоящее время методы разделения отбираемого газа позволяют выводить из цикла бколо 20

17 циркуляционного газа. Такой отбор позволяет поддерживать концентрацию инертов в циркуляционном газе на уровне 16-18Х.

Недостатком известного способа 25 является высокое сЬдержание инертов в циркуляционном газе, что. приводит к увеличению удельной металлоемкостй и снижению производительности производства на 10-20Х (1) .

Наиболее близким к .описываемому изобретению является способ получения аммиака путем каталитического контактирования азота и водорода, сепарации аммиака из циркуляционного rasa, частичного отбора циркуля35 ционного газа, выделения из отобранного газа водорода с помощью мембран из палладия или его сплавов и возвращение водорода в рецикл $2j .

Однако известные мембраны не дос40 таточно з4фективны в процессе раз деления циркуляционного газа, недолговечны н имеют высокую стоимость.

Целью изобретения является увели-

45 чение производительности синтеза ам миака и снижение инертов в циркуляционном газе.

Поставленная цель достигается описываемым способом получения аммиа-50 ка путем каталитического контактирования азота и водорода, путем сепа рации аммиака из циркуляцибнного газа, частичного отбора циркуляционного газа, выделения из отобранного 55 газа водорода с помощью мембран и возвращения его в рецикл, состоящий в том, что отбирают 2-107 от общего количества циркуляционного газа, а разделение отобранного газа проводят мембранами иэ полифениленоксида или поливинилтриметилсилана, или поли-4 метилпентена.

Технология предложенного способа заключается в том, что после первичной сепарации из циркуляционного газа отбирают 2-10% от его общего ко количества. Увеличение отбора циркуляционного газа вдвое (т.е. нижняя граница указанного предела2%) по сравнению с известными производствами обеспечивает снижение концентрации инертов в циркуляционном газе в 1,5 раза, и отбор 20Х обеспечивает ведение процесса синтеза аммиака в условиях, когда.инертные примеси не накапливаются и остаются на уровне их содержания в свежей АВС, т.е. 0,5-1,5%. Отобранный газ объединяют с танковыми газами и полученную смесь состава (здесь

l и далее объемные проценты) Н вЂ” .

50-60%, Ng — 15-207, NHp — 8-15%, СН 1 — 3-15Х, Аг — 3-8% направляют в газораэделительную установку, в аппараты с полимерными мембранами. !

При разделении продувочных газов с помощью полимерных мембран ока- залось, что водород и аммиак концентрируются вместе в одном потоке.

". азоразделение ведут при темпе1 атуре от 5 С (при отборе продувочного газа после вторичной конденсации аммиака) до 40 С (при отборе после первичной конденсации) и давлении от 10 до 60 атм (нижний пре- дел определяется производительностью мембран, а верхний — их механическими свойствами). В,результате разделения образуются два потока:: а) обогащенный водородом и аммиаком (обогащенный поток или водородный концентрат) и б) обедненный водородом, но обогащенный аргоном и метаном (обедненный поток или аргонометановый концентрат)..В зависимости от соотношения величин этих потоков и матерйала разделительной мембраны их состав при указанном составе циркуляционного газа может быть в сле- дующих пределах. Водородный концентрат: На — 67-90%, Мр — 2-10%, NHg - 6-20Х, СН вЂ” О, 3-37, Ar

0,2-3Х, аргонометановый концентрат:

° Н - 25-50%, N; — 25-40%, NHg

2" 10%; СН.1 — 4-30%, Ar — 1,5-157.

3 7841

Приведенные здесь экспериментальные результаты свидетельствуют î том м° что Н» неожиданно концентрируется с Н, а не с аргоном как этого можно было бы ожидать из значений ко$ эффициентов проницаемости мембраны.

Возможен также отбор циркуляционного газа после вторичной конденсации аммиака.

Такое осуществление способа позволяет исключить дополнительное вымораживание аммиака из продувочных газов, а также из водородного

1концентрата после мембранного газо;разделителя ввиду малой Ьго концент. раций.

Отбор и разделение согласно предлагаемому способу 2-10Х циркуляцион-, ного газа позволяет снизить уровень инертных примесей с 16-18Х до 3-10Х,, что обеспечивает увеличение мощности производства на 5-20%.

Применительно к действующим пройэводствам, где отбираемый циркуляционный газ сжигают, предлагаемый способ обеспечивает возврат в процесс до 50Х сзигаемого водорода.

Приводимые ниже примеры осуществления способа относятся к производ. ству аммиака мощностью 125 т/ч.

Пример 1. Газовая смесь из

30 ,колонны 1 синтеза проходит холодиль, ник и. сепаратор 2, где происходит первичная сепарация аммиака. После первичной сепарации газ поступает на вторичную сепарацию 3, где про-исходит окончательное выщеление ам миака, к циркуляционному газу добавляют свежую азото-водородную смесь и полученный газ поступает в колонну синтеза. Аммиачный конденсат нос- 4О ле сепарации поступает в еазоотделитель 4, где иэ жидкого аммиака выделяются растворенные в нем аргон, метан, азот, водород, а.также газо-образный аммиак - т.н. "танковые газы". Отбор циркуляционного газа производят после первичной сепарации аммиака (точка "а"). Отбираемый газ (37 тыс. нм /ч или 2,5% общего потока) дросселируют до давления

40 атм, смешивают в танковыми rasaми (3 тыс. нм /ч). Полученную смесь (40 тыс..нмз/ч) состава: Hg57,6%, Ng — 19, 1%, NH) — 1 1,7%»

СН - 8,8X, Ar — 2,8% и с давлени- $$ ем 40 атм подают в мембранный газоразделитель 5 с.рабочей поверхностью мембран 250 м, материал — по-

54 4 ливинилтриметилсилан. Газоразделение ведут при температуре 30 С и перепаде давлений 33,3 атм (исходный—

40 атм, обогащенный водородом

1,2 атм). В результате разделения из газоразделителя выходят два потока по 20 тыс. HM /ч кажцый» обогащенный аргоном (аргоно-метановый концентрат), состава : Й» — 40,67., и P — 33,9X, NHg — 5,1%, СН 4 — 15,6Х, Ак — 4,87, при давлении 39-39,8 атм обогащенный водородом (водородный концентрат), состава Н вЂ” 74,67., Ng — 4,37., ЯН вЂ” 10»3%, СН4 — 2,0%»

Ar — 0,87 при давлении 2 атм (составы потоков указаны с точностью

10 QTH %). Затем после компримиуования до 25 атм и отделения аммиака (низкотемпературная конденсация и (или) водная отмывка) водородный концентрат состава Н» - 91 3Х

N — 5,27, СН4 — 2.4X, Ar — 1,1Х в количестве 16340 нм /ч направляют либо на всас компрессора свежей АВС, либо на вторую стуйень в мембранный газоразделитель.

Аргонометановый концентрат в количестве 20 тыс. им /ч состава:

Н вЂ” 40,67., Ng — 33,97, ННд — 5,1Х, СН4,— 15,6%, Ar — 4,87 направляют: а) на НТР, где получают товарный аргон; аммиачную воду, возвращаемую в процесс аэотоводородную смесь, метан, при этом благодаря исходному низкому содержанию аммиака в блоке

НТР исключается стадия низкотемпературного выделения; б) на третью ступень разделения s мембранном гаэораз-geJ1Hresie.

Сводный газовый баланс при отбо" ,ре 2,5% циркуляционного газа после первичной сепарации аммиака приведен в табл. i.

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% равновесное содержание аммиака на выходе иэ колонны синтеза, т.е. увеличивает мощность производства. Кроме того, изменение состава подаваемого в блок ЯТР газа (увеличенное содержаwe аргона, метана, азота, уменьшенное содержание аммиака, водорода) позволяет а) исключить узел

784154 ностью мембраны 1000 и, материал

2 мембраны — полнфениленоксид. Газоразделение ведут при 0-5 С и перепаде давлений 38 атм. Из газораз5 делителя выходят два потока по

68,0 тыс. нм /ч каждый; обогащенный аргоном состава Нj — 48,0%, 42 3% NHg — 2,6%, СН4

Аг — 1,5% при давлении 39,01© 39,8 атм, обогащенный водородом состава Hp — 90%, Nz — 2,8%, NH

6,6%, СН1 — 0,.3%, Ar — 0,3% при давлении 2 атм. Водородный концентрат после предварительногб компри15 мирования до 25 атм подают на всас компрессора свежей АВС (7).

Обогащенный аргоном поток нап-. равляют в следующий газоразделитель (поверхность мембраны 500 м, матеz

20 риал - полифениленоксид, режим работы аналогичен первому). Полученный здесь (34 тыс. нм /ч) обогащенный аргоном. метаном и азотом поток (Ar 3%, СН 1AX, Н 30%, Nz 55X, 25 остальное NH3) направляют в блок

НТР, а водородный концентрат (ЕН +

+ Nz 95X) возвращают в синтез.

Свободный газовый баланс при от- . боре 10% циркуляционного газа после щ вторичной конденсации аммиака при-. веден в табл. 2;

Осуществление способа по примеру

3: а) обеспечивает снижение суммы инертов до 2,6% (после первичной се Парации аммиака)," б) увеличивает эффективное давление в колонне синтеза до 266 атм; в) увеличивает равновесное содержание аммиака на вы-. ходе из колонны синтеза на 24%, т.е. © увеличивает мощность производства.

Таблица 1

Состав, об.X

Компоненты

Отбираемая смесь

Водородный Аргоноконцентрат метановый концентрат

40,6

57,6

53 5

59,0

19,6

17,8

19,1

33,9

11,4 мн, 11,4

11,7

5,1

18.,3 конденсации аммиака, поскольку мож- но ограничиться водной отмывкой, б) снизить расход энергии на холод, поскольку в "газе увеличена -доля высококипящих компонентов."

Пример 2. Водородный кон- . центрат по примеру 1 в количестве

16340 нм /ч (состав Н вЂ” 91,3%, Nz — 5,2%, СН - 2,4%, Ar — 1,1X) компримируют до 25 атм и направляют на вторую ступень разделения в газораэделитель с рабочей поверхностью мембраны 300 и" (мембрана — полое волокно из поли-4-метилпентена-1). Газораэделение ведут нри

60 С, при перепаде давле1пФ 23 атм.

Обогащенный поток (давление

2 атм) технический (97-99%) водород, в количестве.8000 нм /ч отправ3 . ляют потребителям.

Обедненный поток (8340 нм /ч, содержание Hz — 74%) либо возвращают на первую ступень разделения, либо направляют на всас компрессора свежей АВС, либо используют для других технологических нужд (сероочистка и т,п. процессы).

Пример 3. В. схеме по примеру l отбор циркуляционного газа производят после вторичной конденсации аммиака (точка "б"). Отбираемьй газ в количестве 133 тыс. нм /ч (10% от общего потока) дросселируют до 40 атм, смешивают в танковыми газами (3 тыс. им /ч ). Полученную смесь 136 тыс. нмз/ч состава Н - 69,0%, Nq — 22,8%, NHy

4,6%, СЯо - 2,6%, Ar — 0,9% с давлением 40 атм подают в мембранный гаэоразделитель 5 с рабочей поверхI

Циркуляцион- 1 Циркуляциный газ " онный газ действую- щих производств /I

784154

Продолжение табл. 1

Состав, об.Х

Компоненты

Отбираемая смесь

Водородный концентрат

Циркуляционный газ + центрат

12,9

8,8

СН4

2,0 15,6

7,3

2,7

0,8 4,8

4,4

2,8

Ar сумма инертов, Х

17,3

20,4

10,0

2,8

11,6 р % %эф. Нм

201

237

/ циркуляционные + танковые газы.

" после первичной сепарации.

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

--аэТаблица 2

Состав, об.X

Компоненты

Цнркуляционный газ»

48,0

90,0

69,6

69,0

57,7.42 ф

22,8

2,8

17,8

22,9

4,4

4,4

4,6

2,6

0,3

2,3

13,9

СН4

5,1

0,8

3,1 .

0,3

0,6

4,8

18,1

$ инертов, Х.

0,9

3,6

1,5

6,6 3\%

Р,, атм

266

201

-, .ь - -,— «е м

Циркуляционные + танковые газы.

""После вторичной конденсации.

««1 Получено с учетом значений 7инертов на входе в колонну синтеза: 15,1Х для действующих производств, 2 5Х согласно предлагаемому способу.

Аргонометановый конОтбираемая Водородный Аргономесмесь+ концентрат тановый концентрат

ВНЯЛИ Заказ 2852/4 краж 462 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óàãîðîä, ул.Проектная, 4

Циркуляционный газ действующих производств +"

Циркуляционный газ действующих производств