УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ СИНТЕЗА АММИАКА

2
2
1. Устройство для синтеза аммиака из синтез-газа, содержащего азот (N) и водород (H), по меньшей мере с одним реактором (1), причем устройство включает в себя
- первый неохлаждаемый блок слоев катализатора (2),
- по меньшей мере одно теплообменное устройство (3, 31),
- по меньшей мере два охлаждаемых блока слоев катализатора (4, 41, 42), причем каждый охлаждаемый блок слоев катализатора (4, 41, 42) оснащен совокупностью труб охлаждения (5), и
- циркуляционная линия (6) по меньшей мере с одним подающим устройством (61) и по меньшей мере одним выпускным устройством (62), причем циркуляционная линия (6), начиная от подающего устройства (61), проходит последовательно вниз по потоку совокупность туб охлаждения (5), первый неохлаждаемый блок слоев катализатора (2), по меньшей мере одно теплообменное устройство (3, 31) и по меньшей мере два охлаждаемых блока слоев катализатора (4, 41, 42) вплоть до выпускного устройства (62), и причем циркуляционная линия (6) имеет по меньшей мере одну обводную линию (7), который расположен между подающим устройством (61) и первым неохлаждаемым блоком слоев катализатора (2) параллельно проходящей через по меньшей мере два охлаждаемых блока слоев катализатора (4, 41, 42) совокупности труб охлаждения (5).
2. Устройство по п.1, причем совокупность труб охлаждения (5) от каждого охлаждаемого блока слоев катализатора (4, 41, 42) на выпускной стороне труб охлаждения в каждом случае соединены со сборным выпускным устройством (10), которое также в каждом случае соединено с одной из обводных линий (7).
3. Устройство по п.1, причем циркуляционная линия (6) оснащена по меньшей мере одним управляющим устройством, которое состоит в рабочей связи по меньшей мере с одним распределительным устройством (8) по меньшей мере для одной обводной линии (7) и совокупности труб охлаждения (5).
4. Устройство по п.3, причем управляющее устройство представляет собой регулирующее устройство (9) и для регулировки распределительного устройства (8) оно находится в рабочем сопряжении сдатчиком (11) для регистрации параметра.
5. Устройство по п.1, причем синтез-газа подают по циркуляционной линии (6), начинающейся от подающего устройства (61), проходящей сначала через совокупность охлаждающих труб (5) последнего в направлении вниз по потоку охлаждаемого блока слоев катализатора (4), а затем в каждом случае через совокупность охлаждающих труб (5) следующего вверх по потоку блока слоев катализатора (41, 42).
6. Устройство по п.1, причем первый неохлаждаемый блок слоев катализатора (2) включает в себя расположенный в первом реакторе (1) первый неохлаждаемый слой катализатора (2) или представляет собой второй реактор (21), включающий в себя по меньшей мере первый неохлаждаемый слой катализатора (2).
7. Устройство по п.1, причем по меньшей мере одно теплообменное устройство (3, 31) представляет собой
- по меньшей мере первый из по меньшей мере двух охлаждаемых блоков слоев катализатора (4, 41, 42),
- второй реактор в том случае, когда первый неохлаждаемый блок слоев катализатора (2) представляет собой размещенный в первом реакторе (1) первый неохлаждаемый слой катализатора (2), или третий реактор, в том случае, когда первый неохлаждаемый блок слоев катализатора (2) представляет собой второй реактор, включающий в себя по меньшей мере первый неохлаждаемый слой катализатора, причем предпочтительно, чтобы второй или третий реактор представляли собой охлаждаемый и заполненный катализатором реактор в виде трубы (31), или
- теплообменник (3), заключенный в первом реакторе (1) или расположенный вне первого реактора (1).
8. Устройство по п.1, причем по меньшей мере последний вниз по потоку охлаждаемый блок слоев катализатора (4) из по меньшей мере двух охлаждаемых блоков слоев катализатора (4, 41, 42) включает в себя катализатор с активностью, которая превышает активность обычного железного катализатора по меньшей мере в два раза, предпочтительно в пять раз, а наиболее предпочтительно в семь раз.
9. Устройство по одному из пп.1-8, причем количество охлаждаемых блоков слоев катализатора (4, 41, 42) составляет до четырех, а предпочтительно три блока.
2
2
10. Способ синтеза аммиака из синтез-газа, содержащего N и Н, в устройстве по меньшей мере с одним реактором по меньшей мере по одному из пп.1-9, включающий в себя следующие этапы:
2
2
- подача синтез-газа, содержащего N и H, через подающее устройство (61) в циркуляционную линию (6),
- направление синтез-газа через совокупность труб охлаждения (5),
- ввод и запуск реакции синтез-газа в первом неохлаждаемом блоке слоев катализатора (2) с образованием частично прореагировавшего синтез-газа, содержащего аммиак в первой выпускной концентрации,
- проведение частично прореагировавшего синтез-газа по теплообменному устройству (3, 31) и охлаждение,
- ввод и запуск реакции частично прореагировавшего синтез-газа по меньшей мере в двух охлаждаемых блоках слоев катализатора (4, 41, 42) с образованием газа, содержащего аммиак во второй выпускной концентрации,
- направление образовавшегося газа к выпускному устройству (62) для отделения аммиака,
2
2
2
2
2
2
- возврат не прореагировавших N и Н из образовавшегося газа в точку до подающего устройства (61) и подача не прореагировавших N и Н из образовавшегося газа и не циркулировавших свежих N и H в виде синтез-газа в циркуляционную линию (6), при одновременном
- направлении части синтез-газа по меньшей мере по одной обводной линии (7) параллельно остальному синтез-газу, проходящему через совокупность труб охлаждения (5).
11. Способ по п.10, причем по меньшей мере одно управляющее устройство посредством по меньшей мере одного распределительного устройства (8) управляет долей синтез-газа, которую направляют по меньшей мере в одну обводную линию (7).
12. Способ по п.11, причем управляющее устройство как регулировочное устройство (9) регистрирует по меньшей мере один параметр процесса через находящийся в рабочем сопряжении датчик (11) и таким образом регулирует долю синтез-газа, направляемую в обводную линию (7).
13. Способ по п.12, причем параметр в каждом случае представляет собой температуру по меньшей мере двух охлаждаемых блоков слоев катализатора (4, 41, 42).
14. Способ по п.10, причем способ проводят под давлением в диапазоне от 30 до 300 бар и при температурах в диапазоне от 100 до 600°С.
15. Способ по п.10, причем температура синтез-газа перед вводом в первый неохлаждаемый блок слоев катализатора (2) составляет от 150 до 500°С.
16. Способ по п.10, причем проведение синтез-газа через совокупность труб охлаждения (5) и ввод частично прореагировавшего синтез-газа с запуском реакции по меньшей мере в два охлаждаемых блока слоев катализатора (4, 41, 42) осуществляют
- равнонаправленным потоком,
- противотоком или
- комбинацией равнонаправленного потока и противотока, в частности, в совокупность труб охлаждения (5) первого охлаждаемого блока слоев катализатора (42) противотоком, а в совокупность труб охлаждения (5) остальных блоков слоев катализатора (4, 41) равнонаправленным потоком.
17. Способ по п.10, причем проведение синтез-газа через совокупность труб охлаждения (5) и по меньшей мере двух охлаждаемых блоков слоев катализатора (4, 41, 42) включает в себя:
- проведение синтез-газа сначала через совокупность труб охлаждения (5) последнего по потоку охлаждаемого блока слоев катализатора (4), а затем
- проведение синтез-газа сначала через совокупность труб охлаждения (5) в каждом случае следующего вверх по потоку блока слоев катализатора (41, 42).
18. Способ по п.10, причем проведение и охлаждение частично прореагировавшего синтез-газа создает пар высокого давления с давлением от 50 до 140 бар.
19. Способ по п.10, причем запуск реакции частично прореагировавшего синтез газа по меньшей мере в последнем вниз по потоку охлаждаемом блоке слоев катализатора (4) осуществляют на катализаторе с активностью, которая превышает активность обычного железного катализатора по меньшей мере в два раза, предпочтительно в пять раз, а наиболее предпочтительно в семь раз.
20. Способ по одному из пп.10-19, причем первая выходная концентрация аммиака в частично прореагировавшем синтез-газе соответствует объемной доле от 5 до 25%, и причем вторая выходная концентрация аммиака в образовавшемся газе дает объемную долю более 30%, в частности до 40%.