Способ синтеза аммиака

ЬП ИСАНИЕ

ИЗЬВРЕТЕН ИЯ

К П А ТЕ НТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) l 001852 (61) Дополнительный к патенту (51) М. Кл. (22) Заявлено 19.03.79 (21 ) 2742250/23-26 (23) Приоритет — (32) 20.03.78 (31) 888101 (33) США

Опубликовано 28.02.83.Бюллетень ге 8

Дата опубликования описания 28.02.83

С 01 C 1/04

Государстееккый кюкктет

СССР ао делам кэобретеккй к открытий (53) УДК661.53 (088.8) Иностранная фирма

Монсанто Компани (США) (71) Заявитель (54) СПОСОБ СИНТЕЗА АММИАКА

Изобретение относится к способам про. изводства аммиака и касается выделения водорода из продувочных газов.

Известен способ синтеза аммиака из азота и водорода под давлением, в котором из продувочных газов выделяют отдельные компоненты, например водород с помошью глубокого охлаждения газового потока (1 ).

Недостатками указанного способа являются значительные расходы, связанные с применением холода, а также получение выделенных компонентов с низким давлением, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ синтеза аммиака, включающий сжатие азотоводородной смеси, синтез аммиака, выделение аммиака, циркуляцию непрореагировавшей О азотоводородной смеси, продувку, части этих газов с последующим выделением из них водорода с помошью сепарационных мембран, и подачу выделенного водорода в исходную азоговодородную смесь 2 ).

Недостатком известного способа является ro, что на сепарационные мембраны, для выделения водорода, подают продувочный газ, который содержит аммиак.

Аммиак, попадающий в исходную азотоводородную смесь, отрицательно влияет на процесс синтеза аммиака. Кроме того, вывыделяются имеющиеся в газовом потоке метан и аргон. Наличие этих примесей также снижает производительность процесса.

11ель изобретения — увеличение производительности способа синтеза аммиака.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу синтеза аммиака, включающему сжатие исходной азотово ° дородной смеси, синтез аммиака, выделение аммиака, циркуляцито непрореагировавшей азотоводородной смеси, продувку части этих газов с последуюшим вы-. делением из продувочных газов водорода с помощью сепарационных мембран, подачу выделенного водорода в исходную азотоводородную смесь, аммиак из продувочных газов удаляют перед их кон100

3 тактом с сепарационной мембраной до содержания О, 0 1-0, 5 об.%.

Такое количество не влияет не структуру применяемых мембран, не разрушает ее и позволяет применять мембраны, исходя из их проницаемости по водороду. Кроме того, выделение аммиака из продувочных ниже указанных пределов экономически нецелесообразно, Аммиак из продувочных газов может быть выведен с помощью охлаждения, а затем остаточное количество аммиака - с поМОШЬЮ ВОДНОЙ IIPOMbIBKH

Непропушенный через мембрану газ может быть использован в качестве топлива или направлен на расширение для снятия энергии, так как находится под: давлением, Газ, прошедший через мембрану и содержащий водород, может быть возвращен в основной цикл синтезз аммиака.

Способ осуществляется следующим обрезом.

Исходную азотоводородную смесь подают под давлением 125-275 ата, в реактор, где в присутствии, например, катализатора на основе железа проходит реакция образования аммиака при 200600 С.

Реакционные газы, выходящие из реактора, содержат от 10-15 до 25% аммиака, который конденсируют и выводят в качестве жидкого продукте. Для более полного выделения аммиака применяют сепараторы аммиака. Непрореагировавшие азот и водород возвращают в цикл производства. С целью уменьшения количества инертных примесей в азотоводородной смеси часть газов выводится и из них извлекают метан, аргон и гелий. Независимо от месте отбора необходимо отделять аммиак перед контактированием продувочных газов с сепарационной мембраной. Концентрацию аммиака в п о токе п еред м е мб ра н ой с нижают до 0,01-0,5 об.%. Аммиак выводят из потока с помощью охлаждения, е затем с помопи.ю водной промывки, в скруббере, Продувочные газы контакти ò с сепареционной мембраной, которая характеризуется избирательностью по проницаемости для водорода в сравнении с пронпцаемостью для метене и аргона. Объемное отношение между пропускаемым и непропускаемым газами, а также их состав, могут колебаться в широком диапазоне. Прошедший мембрану ,-газ, содержащий водород, может быть поцан в исходпую азотоводородную смесь

1852 4 между ступенями давления, непосредств=.;; но в линию подачи исходной смеси в реактор или в исходную смесь для сжатии в к омп ресс оре, Пример . Исходную смесь водорода и азота в количестве 65000 кг/ч под давлением 28 ата и 50 С сжимают о до 70 ата и охлаждают до 8 С для конЬ денсации воды. Синтез-газ сжимают до

133 ата и вводят в контур синтеза аммиака. Гез в контуре синтеза аммиака сжима ют еше на 6 7 атм и обрабатывают в отдели теле аммиак а, к о то рый выв одит около 44500 кг аммиака в час. Газы о предварительно нагревают до 105-110 С.

В реактор синтеза аммиака вводят примерно 300000 кг/ч газа, содержащего, мол.%: водород . 67; азот 2,2; метан

6,5; аргнон 3,3 и аммиак 1,2, и реакшпо проводят на промотированном железном катализаторе. Реакционные газы выходят с температурой 280 С и содержанием аммиака около 11,5%. Реакционные газы охлаждают до 43 С, отбирают продувочные газы примерно 2,1% от общего количества, а остальные газы возврашеP ют в контур синтезе аммиака.

Продувочные газы охлаждают до

-23 С и выводят около 820 кг жидкого о аммиака в час. Затем продувочные газы направляют в водяной скруббер при

25 С. После отделения аммиака проо дувочные газы содержат его менее

100 чlмлн об.) и с давлением около

136 ата, их направляют после подогрео ва до 30 С на сеперационные мембраны, которые выполнены из анизотропного полисульфона. На мембране, через которую проходит примерно 2700 кг/ч газа с содержанием, об.%; водород 88,7; азот 7,2;метан 2,7; аргон 1,2 и вода

0,2 поддерживают перепад давления около 65 ата. Непрошедший газ имеет давление около 136 ата и содержит об.%: водород 40,3; азот 38,4; метан 14, 1 и аргон 7,3. Пропущенный через мембрану газ вводят в исходную азотоводороднуксмесь после первого компрессора до конденсации воды.

Применение предлагаемого способа синтеза аммиака на установке со средней прозводительностью 37900 кг/ч аммиака позволяет получить производительность 39800 кг/ч, что составляет повышение выхода конечного продукта на

5%. Кроме того на 5% сокращаются общие энергоза тра ты.

5 10018 формула изобретения

Способ синтеза аммиака, включакяций сжатие исходной азотоводородной смеси, синтез аммиака, выделение аммиака, S циркуляцию непрореагировавшей азотоводородной смеси, продувку части этих газов с последуюшим и@делением из продувочных газов водорода с помошью села- рационных мембран, подачу выделенного lO водорода в исходную азотоводородную

52 4 смесь, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, аммиак из продувочных газов удаляют перед их контактом с сепарационной мем браной до содержания 0,01-0,5 об.%.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 3675434, кл. 62-23, опублик. 1972.

2. "СйетйсЫ Ьфпеели %op., 1977, 34 1100, с. 76-78 (прототип).

Редактор С. Крупенина Техред Т. Фанта Корректор И. Шулла

Заказ 1461/78 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4