Способ синтеза аммиака

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союэ Советских

Социалистических

Республик

<и>963951 (63) Дополнительное к авт. сеид-sy (22) Заявлено 010880 (21) 2965270/23-26 с присоединением заявки HP (51)M Кл з

С 01 С 1/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

t$3) УДК 661 ° 531 (088.8) Опубликовано 0710.82.Бюллетень М 37

Дата опубликования описания 04. 02. 83

С.С. Лачинов, П.П. Андреичев, В. Н. Павлов,, :

Б.Г. Овчаренко и В.М. Панченков с

И.И.Педальсйий, 1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54.) СПОСОБ СИНТЕЗА АММИАКА

Изобретение относится к способам синтеза аммиака и может быть использовано в химической промышленности.

Известен способ синтеза аммиака путем последовательного пропускания газа через две каталитические зоны.

Газ, поступающий в реактор синтеза аммиака, после предварительного теплообменника проходит в радиальном направлении первую каталитическую зону, при этом в результате синтеза температура повышается с 410-420 до

510-520оC. Газ с температурой 510 520 С поступает во вторую каталитическую зону и проходит ее аксиально.

Одновременно производится отвод тепла реакции синтеза аммиака, для чего предусмотрен тейлообменник, встроенный в каталитическую зону (13

Недостатком известного способа является низкий выход продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ синтеза аммиака путем последовательного прохождения газа через три каталитические эоны со следующим повышением температуры в зонах:

I зона — от 420-440 до 520-550 С

Г1 зона — от 440-450 до 510-530 С.

Ш зона — от 440-450 до 500-520оC и с отводом тепла реакции холодным байпасным -газом, при этом объем катализатора по зонам увеличивается по ходу движения газового потока (2).

Синтез аммиака по известному способу осуществляется в реакторе с аксиальным ходом газа через реакционную зону. Реактор состоит из трех каталитических зон, температурный режим в которых обеспечивается холодным байпасным газом.

Недостатком такого способа синтеза аммиака является повышение температуры от 440-450 до 500-520 С при выходе газа из третьей каталитической зоны, что по условиям равновесия реакции синтеза аммиака не дает возможности получить высокое его содержание на выходе (реальный прирост аммиака 12 об.Ъ), Кроме того, уменьшается количество основного потока газовой смеси, проходящей через каталитические збны, особенно в первой зоне, вследствие отделения большей части газовой смеси на холодные байпасы;

963951

Целью изобретения является повыше- ние эффективности процесса за счет увеличения выхода готового продукта.

Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа синтеза аммиака путем последовательного пропускания газа через три каталитические зоны с повыаением температуры от 400-420 до 510-520 С в первой и от 440-450 до 500-520 С во второй зонах с одновременным отводом тепла . реакции холодным байпасным газом s третьей каталитической зоне осуществляют понижение температуры по ходу га-. за от 520-500 до 475-460 С путем включения в тепловую схему реактора двух сопряженных регулируемых отводов тепла в первой и третьей зонах катализатора.

Отличие предложенного способа заключается в том, что в третьей каталитической зоне осуществляют понижение температуры по ходу газа от

520-500 до 475-460 С путем включе- ния в тепловую схему реактора двух сопряженных регулируемых отводов тепла в и I!I зонах катали= àòîðà. 25

По такому способу синтез аммиака осуществляют в реакторе. Катализаторная коробка реактора состоит из трех зон с катализатором и одного ввода холодного байпасного газа меж- Зо ду первой и второй зонами. В первой и третьей зонах имеются встроенные теплообменники. Распределение катализатора по зонам следующее: 1030 o6.% в первой зоне, 40-50 об..% 35 во второй и 30-40 об.% в третьей, Направление потока газовой смеси в первой и третьей зонах аксйальное, а во второй — радиальное, что снижает гидравлическое сопротйвление и 4g интенсифицирует процесс синтеза.

В первой и второй зонах синтез . аммиака осуществляют вдали от равно.весия при повышении температуры, а .в третьей зоне — при понижении температуры.

Синтез аммиака проводят по схеме, представленной на чертеже, где стрелкой А показан вход газовой смеси в реактор синтеза, стрелкой Б— выход конвертированного газа из реактора, стрелкой В - ввод холодного байпасного газа.

Основной поток газа поступает в реактор синтеза аммиака через ,верхнюю крышку. Затем газ направляется 55 вниз по щели между корпусом 1 реактора и катализаторной коробкой 2 и входит.в межтрубное пространство 3 предварительного теплообмвнника,где подогревается конверторным газом, Щ выходящим из катализаторной коробки.

Иэ предварительного теплообменника основной газ поступает в противоточные трубки 4 третьей каталитичвской зоны 5, где подогревается за счет 65 тепла реакции синтеза аммиака. Далев газовая смесь через центральную трубку 6 поступает во внутрвннив 7, а затем в наружные 8 тецлообмвнные трубки первой каталитической зоны

9, гдв дополнительно эа счет тепла реакции нагревается до температуры начала реакции, и после этого прохо; дит в аксиальном направлении через первую каталитическую зону, После этого частично конвертированная газовая смесь для снижения температуры раэбавляется байпасным газом по линии 10 ввода и проходит в радиальном направлении от,периферии к центру через вторую каталитическую зону

11. Затем газовая смесь поступает в третью каталитическую зону и прохо- . дит через катализатор, расположенный. в межтрубном пространстве, в аксиальном направлении. Процесс синтеза аммиака в третьей каталитической зоне протекает при уменьшающемся температурном режиме. Конвертированный

ras выходит иэ каталитической короб» ки 2, проходит в трубках 12 предварительного теплообменника, где частично охлаждается встречным потоком газовой смеси, проходящей в межтрубном пространстве этого теплообменника. Из последнего. газовая смесь на-. правляется в конденсациояную систему. Температурный режим в третьей и первой каталитических зонах регулируется байпасным газом, подаваемым по линиям 10 и 13.

Пример. Расчет реальной аистемы с реактором диаметром 1650 мм и высотой 15,8 м при давлении,320 атм циркуляции 290000 нм,3/ч. Количество холодного байпасного газа составляет

20% от общего потока, т.е.58000 им /ч, а в.первую каталитическую зону поступает 80%, т.е, 232000 нм ч. При содержании в азотоводородной смеси

3,5 об.% NH,4 об.% Ar и 8 об.% СН4 были получены следующие показатели технологического режима: в первой зоне с 3,4 м (22,55%) катализатора

CA-1 фракции 3-6 мм температура изменяется от 420 до 510ОС, а концентрация аммиака в газовой смеси — от

3,5 до 13 об.%, т.е. прирост аммиака составляет 9,5 об.%. После смешения с холодным байпасным газом концентрация аммиака на входе во вторую каталитическую зону составляет

13 " 0,8 = 11,2 об.%. В результате ввода 20% холодного байпасного газа температурой 1700C температура газовой смеси на входе во вторую каталитическую зону снижается с 510 до

440 С. Во второй каталитической зоне с 6,5 м э (43,0%) катализатора CA-1 фракции 1-3 мм концентрация аммиака увеличивается от 11,2 до 17,5 об.% при повышении температуры от 440 до

520 С. Далее газовая смесь с содержа963951 нием аммиака 17 5 об.% и температурой

520 С поступает в третью каталитическую зону с 5,2 мЗ (34,4%) катализатора СА-1 фракции 8-12 мм без разбавления холодным .байпасным газом. Синтез аммиака в этой зоне проходит с увели- з чением концентрации аммиака от 17,5 до 20,2 об.%, а температура снижается от 520 до 4750С. Таким образом, прирост аммиака составляет 20,23,5=16,7 об.% °

Технико-экономический эффект от. применения предложенного способа обусловлен тем, что прирост аммиака составляет 18 об.% против 12 об.% по известному способу. при этом произ- 35 водительность реактора синтеза аммиака при проектной мощности

600 т/сут, составляет 745 т/сут.

Формула изобретения

Способ синтеза аммиака путем последовательного пропускания газа через три каталитических зоны с повыаением температуры от 400-420 до

510-520 С в первой и от 440-450 до

500-520 С во второй зонах с одновременным отводом тепла реакции холод-. ным байпасным:.газом, о т л и ч а ющ н и с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет увеличения выхода готового продукта, в третьей каталитической зоне осуществляют понижение температуры по ходу газа от 520-500 до 475-460 С . путем включения в тепловую схему реактора двух сопряженных регулируемых отводов тепла в первой и в третьей зонах катализатора.

Источники .информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции В 2141488, кл. С 01 С 1/00, 1973.

2. "Nitrogen", 1970, В 63, с. 21.

963951

Составитель Т.Мещерекова

Редактор З.Бородкина Техред C.ìèãóíoâà Корректор Г.Решетник

Подписное

Заказ 223/1 Тираж 509.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

/Г