專利名稱：以氮和從天然氣中獲得的氫為基礎生產氨的方法
技術領域：
總的來說，本發明涉及以氮和氫為基礎生產氨的方法。
具體地說，本發明涉及以主要包含氮和從天然氣中獲得的氫的混合物為基礎生產氨的方法，在該方法中，將所述天然氣與富氧氣體在水蒸汽存在下進行部分氧化反應，得到含有氫和一氧化碳的粗合成氣；將所述粗合成氣在至少一個催化反應步驟(轉移)中進行處理，以使一部分的一氧化碳轉變成二氧化碳，獲得含有氫、二氧化碳和一氧化碳的轉化合成氣；將所述轉化合成氣進行至少一次的脫碳步驟，以至少部分除去二氧化碳，并且進行至少一次純化步驟，以至少部分除去一氧化碳。
本發明還涉及進行上述方法的氨生產設備。
背景技術：
現有技術已知，對于由天然氣大規模生產氨(換言之，例如每天3000t的生產)，日益需要實現一種高產率的方法，即它易于進行，并且不需要高的能量消耗和操作成本。
為了滿足上述需求，通常采用進行下列操作順序的方法-天然氣的部分氧化反應，獲得粗合成氣；-轉移反應，得到轉化合成氣；-脫碳操作，其通過適用于吸附二氧化碳的物理溶劑進行，以除去所述轉化合成氣中存在的二氧化碳；-純化操作，其通過液氮洗滌進行，以除去所述轉化合成氣中存在的一氧化碳；-氨的合成，其由在上述操作之后獲得的主要含氫和氮的混合物合成。
因此，脫碳和純化操作分別要將二氧化碳和一氧化碳脫去，以使它們的濃度達到每百萬體積中存在幾個體積份(例如，一氧化碳旨在達到的值為低于10p.p.m.v.的值)。
盡管從各種觀點考慮，上述示意性描述的生產氨的方法是有一些優點的，然而，它也存在一些缺點。
這些缺點之一就是不得不面對這樣的事實液氮洗滌操作必需在非常低溫度下進行，因而需要采用特殊材料及適當絕熱，盡管特殊材料及適當絕熱都是已知的，然而它們非常昂貴，并且在全部過程中都需要特別的小心。
發明內容
本發明要解決的技術問題是設計并提供一種以主要含氮和從天然氣中獲得的氫的混合物為基礎生產氨的方法，該方法能夠滿足上面概述的需求，同時，以一種簡單并有效的方式克服所提出的關于現有技術的局限性和/或缺點。
根據本發明，通過以主要含氮和從天然氣中獲得的氫的混合物為基礎生產氨的上述工藝，解決了這種問題，并且該方法的特征在于對于所述至少一次純化步驟采用至少一個分子篩。
根據本發明用于生產氨的方法的進一步特征和優點，將從下面參照附圖進行的本發明優選示例性的實施方案的描述變得更加清楚，其中所述優選示例性的實施方案是為表達和非限制的目的而給出的。
圖1表示進行本發明氨生產方法的設備的方框圖。
具體實施例方式
參考圖1，示意性示出進行本發明方法并且整體用10表示的氨生產設備。以主要含氮和從天然氣5中獲得的氧的混合物4為基礎，生產氨3。
設備10包括第一部分12，其用于生產主要含氮和氧的所述混合物；以及第二部分14，其用于所述氨4的合成。
設備10的第一部分12包括部分氧化區16；用于將一氧化碳變成二氧化碳的催化反應區18，其包括至少一個所謂的轉移變換器；脫碳區20和純化區22。
具體地說，根據本發明的一個方面，有利地，這樣的純化區22包含至少一個分子篩裝置。
我們欲借用術語″分子篩″，包括所有具有能夠優選吸附包含在氣體混合物中的預定氣體的微孔的常規材料，包括活性炭在內。根據所述預定氣體的吸附和釋放步驟，將這些材料分為PSA(壓力擺動吸附)類型的分子篩或活性炭以及TSA(溫度擺動吸附)類型的分子篩或活性炭。
在PSA吸附步驟中，使含有所述預定氣體的氣態混合物在加壓下通過分子篩，預定氣體以這種方式被優選吸附在微孔內。然后，降低壓力，使預定氣體與可能保留的其他氣態組分一起脫吸附，因而分子篩得到再生。
不同的是，在TSA方法中，通過使含有要分離的預定氣體的氣態混合物經過在預定溫度例如在不高于80℃的溫度下的上述分子篩，以使預定氣體被優選吸附在微孔內。然后，例如采用蒸汽流將溫度升高，因而使預定氣體與可能保留的氣態組分一起脫吸附，從而使分子篩得到再生。
優選地，根據本發明，使用PSA-類型分子篩。
在本發明的再一個實施方案中，純化區22可以與包含至少一個所謂甲烷轉化器的甲烷化作用區24聯合。
下面，詳細說明氨生產設備10的運轉。
在設備10的第一部分12的部分氧化區16中，適當混合有水蒸汽的天然氣5進行與富氧氣體6的部分氧化反應，得到含氫和一氧化碳的粗合成氣7。作為實例，當部分氧化區16包含自動熱重整裝置時，它在900～1300℃、優選在900～1200℃的溫度以及在40～150bar、優選在40～100bar的壓力下工作是有利的；所述富氧氣體6具有至少50％、優選至少70％、還更優選至少90％的氧。例如，可以使用富氧空氣。
在轉移變換器(shift converter)(進行轉化催化反應的步驟)中，處理粗合成氣7，以使一部分的一氧化碳轉變成二氧化碳，得到含氫、二氧化碳和一氧化碳的轉化合成氣8。
在區20中，轉化合成氣8進行至少一次的脫碳步驟，以至少部分除去二氧化碳20a，并且在裝置22中，進行至少一次的純化步驟，以除去一氧化碳22a，以使這兩者的濃度與在設備10的第二部分14中存在的氨合成催化劑相適合，例如使它們的濃度低于10p.p.m.v.。
在純化裝置22中，有利地，為一氧化碳設置至少一個分子篩。
在本發明的再一個實施方案中，采用與純化區22連接的甲烷化作用區24，進行甲烷化反應，從而減小了純化區22本身的大小，使一氧化碳轉變成甲烷。
在所述純化步驟之后，根據用于氨合成催化劑的最佳化學計量比，進行氮9的供給，以形成主要含氮和氫的所述混合物4，所述混合物4實際上是在設備10的第二部分14，即用于合成所述氨3的部分中進行處理的。
要指出的是，對于大規模生產，部分氧化區16優選是催化類型的，即，它包括自動熱重整裝置，但是它不排除使用非催化的部分氧化裝置，相比之下，非催化的部分氧化裝置需要更高的氧消耗，因而需要更高的能量消耗，但是它結構上更加簡單。尤其是，在能量成本低的情況下，采用非催化裝置可以是有利的。
從現有的描述中，可以清楚地看出，根據本發明的生產氨的方法解決了所述技術問題，并且提供了大量的優點，第一個優點是它避免了在現有技術中為正確處理所使用液氮而需要的所有特殊材料。
本發明的另一個主要優點是在純化步驟的最后獲得的氣體實際上是與氨合成同時存在的純氫，而該純氫可以用于其它生產。
當然，本領域的技術人員為了滿足特殊和偶然的需求，可以對上述生產氨的方法進行大量的改進和變化，所有這些改進和變化都應當是涵蓋在下面權利要求所限定的本發明保護范圍內的。
權利要求
1.一種以主要含氮以及從天然氣(5)中獲得的氫的混合物(4)為基礎生產氨(3)的方法，在所述方法中，所述天然氣(5)在水蒸汽的存在下進行與富氧氣體(6)的部分氧化反應，得到含有氫和一氧化碳的粗合成氣(7)；將所述粗合成氣(7)在至少一個催化反應步驟(轉移)中進行處理，以將一部分的一氧化碳轉變成二氧化碳，得到含有氫、二氧化碳和一氧化碳的轉化合成氣(8)；將所述轉化合成氣(8)進行至少一次脫碳步驟，以至少部分除去二氧化碳(20a)，并且進行至少一次純化步驟，以至少部分除去一氧化碳(22a)，其特征在于對于所述至少一次純化步驟，采用至少一個分子篩。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述至少一次純化步驟之后，進行氮(9)的供給，以形成要在所述氨(3)的合成設備(14)中進行處理并且主要含有氮和氧的所述混合物(4)。
3.根據權利要求1的方法，其特征在于所述至少一個分子篩是PSA類型。
4.根據權利要求1的方法，其特征在于所述至少一次純化步驟與甲烷化作用區(24)聯合。
5.根據權利要求1的方法，其特征在于所述部分氧化反應是催化類型的(自動熱重整)。
6.用于生產氨(3)的設備(10)，其以主要含氮和由天然氣(5)在水蒸汽的存在下獲得的氫的混合物(4)為基礎，這種類型的設備包括第一部分(12)，其用于生產主要含氮和氫的所述混合物(4)，以及第二部分(14)，其用于合成所述氨(3)，所述第一部分(12)包含部分氧化區(16)、催化反應區(18)、脫碳區(20)和純化區(22)，特征在于所述純化區(22)包含至少一個分子篩裝置。
7.根據權利要求6的設備，其特征在于所述純化區(22)與甲烷化作用區(24)聯合。
全文摘要
在以主要含氮以及從天然氣(5)中獲得的氫的混合物(4)為基礎生產氨(3)的方法中，所述天然氣(5)與富氧氣體(6)在水蒸汽的存在下進步部分氧化反應，得到含有氫和一氧化碳的粗合成氣(7)；將所述粗合成氣(7)在至少一個催化反應步驟(轉移)中處理，以將一部分的一氧化碳轉變成二氧化碳，得到含有氫、二氧化碳和一氧化碳的轉化合成氣(8)；將所述轉化合成氣(8)在至少進行一次脫碳步驟，以至少部分除去二氧化碳，并且進行至少一次純化步驟，以至少部分除去一氧化碳。
文檔編號C01B3/02GK1968891SQ200580019478
公開日2007年5月23日 申請日期2005年6月10日 優先權日2004年6月18日
發明者E·菲利皮 申請人:阿梅尼亞·卡薩萊股份有限公司