Способ синтеза аммиака

.81 на две чажду которышивают до ости темпе, перпендиолее 20"С, на две равГОСУДАРСТВЕНИЫй КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМпРи Гкнт сссР ЗУСАН.ИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ 411458/26(71) Ин "титут катализа СО АН(56) Кузнецов Л,Д, и др. СинтеМ,: Химия, 1982, с. 296,Авторское свидетельствоЕ.; 8 о 5796, кл. С 0", С 1/04, 23,(54) СПОСОБ СИНТЕЗА АММИАКА (57) Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для синтеза аммиака из азотоводородной смеси, получаемой путем переработки природного или попутного газа на предприятиях азотной промышленности. Способ синтеза Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для синтеза аммиака из азотоводородной смеси, получаемой путем переработки природного или попуткого газа на предприятцях азотной промышленности.Целью изобретения является повышение выхода аммиака за сче 1 уменьшения перегрева катализатора.Способ осуществляют следующим образом.Слой катализатора разделяю сти в соотношении (0,5-1):1, ме ми газовую смесь переме дости кения максимальной разк ратур в газовой смеси в сечении кулярном потоку газа, не б Разделен,:е слоя катализатора аммиака включ;ет порвчу азот "зодолоцкой СМЕСИ В СЛОЙ КатаяиэаТОра, НаГрЕТОГО ДО 420 в 5"Г, при периодическом изменении направления подачи ее ка противоположкса, в котором с целью повышения выхода амл 1 иака эа счет уменьшения перегрева катализатора слой катализатора делят на две части в соотно:;ении (0.5 - 1):1, и газовую смесь перед подачей .о вторую часть "лояаталиэ тора пе".цегиваог до достижения максимальной раз ости температур газовой смеси в сечакии, перпекдикулярнол", потоку газа, нс 1 олее 20 С. Процесс ведут при давлении 10100 МГа на катализаторе с размером зерна 15-50 мм с периодом переключения направления подачи газовой смеси 1 - 25 мин и при температура газа на входе 20 - 250"С, 1 з,п, ф-лы, 1 табл,ные части соответствует отношению обьемов 1. Перемешивание газовой смеси целесообразно проводить в зоке максимальных температур, которая занимает около 1/3 общего обьема слоя катализатора и находится о его центральной части по ходу газа. Осуществление перемешивания газа вне эоны максимальных емператур при отношении обьемов менее 0,5 резко снижает его эффективность, поскольку температура газа здесь существенно ближе максимальной. Выравнива ние тегг е ратурных неоднородностей газовой смеси путем перемешивания связано с потерей давления, При перемешивании газовой смеси до достижения максимальной разности температур в сечении, перпендикулярнол 1 потоку газа, менее 20 С потерР давления газа и, соответственно, за траты на перемешиввние существенно возрастают. При большей разности температур в сечении, перпендикулярном потоку газа, после перемешивания в слоях катализатора формируются зоны перегревов и захоложенные участки, снижающие выход аммиака более чем на 10%.Процесс синтеза аммиака ведут в нестационарном режиме, Газовуо смесь с температурой 20-250 С и давлением 10 - 100 У, Па подают в первую по ходу газа часть слоя катализатора. Подача газовой смеси с температурой ниже 20 ОС не приводит к увеличению выхода аммиака, а подача газа с температурой более 250"С приводит к снижению выхода аммиака из-эа формирования в слое катализатора неоптимального участка падающей температуры,также существенному сокращению времени между переключениями направления подачи газовой смеси. Эффективность процесса синтеза аммиака при давлениях ниже 10 и выше 100 МПа существенно снижается в связи с тем, что при низких давлениях существенно уменьшается выход аммиака, а при высоких давлениях существенно увеличивается стоимость оборудования, Выходящая из первого слоя газовая смесь имеет высокую температуру, различающуося в сечении, перпендикулярном потоку газа, на 150- 200 С, Для выравнивания температурнь:х неоднородностей газовую смесь перемешивают до достижения максимальной разности температур в сечении. перпендикулярном потоку газа, не более 20"С и подают во вторую часть слоя катализатора.Благодаря тому, что характерное время усгановления температурных неоднородностей, обусловленных структурной неоднородностью слоя, больше, чем время между переключениями подачи газа, перемешивание газовой смеси между слоями катали,": зтора приводит к образованию однороднь х профилей температуры в каждом сечении реактора и, тем самым, позволяет получа-ь оптимальный режим работы реактора в целом.Изменение направления подачи газовой смеси в слой катализатора с входа на выход осуществляют с периодам переключения 1 - 5 мин (время переключения 0,5 - 2,5 мин), При фиксированной нагрузке с уменьшением максимально допустимого периода переключения выход аммиака уменьшается, При увеличении периода тепло иэ слоя катализатора выдувается подаваемой смесью и реактор остывает, реакция прекращается. Синтез аммиака можно проводить и с периодом 5-30 мин, но для этого требуется уменьшить нагрузку на катализатор для сохранения высокого выхода аммиака.Для создания оптимальных температурных режимов, понижения максимальных температур внутри слоя катализатора и, тем самым, увеличения выхода продукта синтез аммиака проводят нестационарным способом на зернах катализатора размером 15 - 30 мм. Зерна таких оаэмеров имеют существенно меньшую наружную поверхность ь единице объема слоя по сравнению с применяемыми на практике зернами размером менее 15 мм. Благодаря этому понижается интенсивность теплообмена между фильтрующимся газом и слоем, что приводит к увеличению времени контакта, необходимого для нагрева холоднсго газа до высоких температур, За зто время часть исходных реагентов.успевает вступить в реакцию синтеза аммиака, в зону высоких температур поступает частично прореагировавшая смесь и реакция протекает с меньшим тепловыделением, что приводит к понижению максимальной температуры, Для предотвращения диффузионного торможения реакции внутри крупных зерен катализатора предусматривают сквозные соосные отверстия диаметоом 3 - 15 мм.Таких отверстий может быть или одно крупное, или несколько мелких.Вследствие понижения максимальной температуры и сглаживания температурных профилей, Обусловленных использованием катализатора крупного зернения, температурнь 1 й режим реактора приближается к оптимальному, кроме того, существенно понижается гидравлическое сопротивление реактора.Применение зерен катализатора размером более 50 мм настолько сильно понижаетинтенсивность процессов тепло- и массообмена между фильтрующимся газом и катализатором, что для сохранения высокого выхода аммиака необходимо существенно увеличить количество катализатора, т,е. пониэить Объемную скорость газа.П р и м с р 1, Слой катализатора из зерен размером 3-5 мм разделен на две равные части отношение сбъемов 1) и разогрет до 500 ОС, Газовую смесь, содержащую, об.%;азот 22; водород бб; инерты 10; аммиак 2, подают на г,ервый слой катализатора. Температура газовой смеси 20 С, давление 32 МПа, обьемная скорость потока 1200 чПериод переключения направления подачигаза 1 мин, Между слоями катализатора газовую смесь перемешивают до достижениямаксимальной разности температур в сечении, перпендклулярном гготоку газа, 20 С.Средний выход аммиака 16,1%, 1696387П р и м е р 2, То же, что в примере 1, но период переключения 30 мин. Газ вытеснил тепло из слоя катализатора, реакция синтеза аммиака не идет,П р и м е р 3. То же, что в примере 1, но температура газовой смеси на входе в слой катализатора 100 ОС, период переклаченич направления подачи газа 4 мин. Средний выход аммиака 19,7%.П р и м е р 4. То же, что в примеое 1, но темпера.:ура газовой смеси на входа в слой катализатора 250 ОС., Средний выход аммиаа 19%,П ри ме р 5.Тоже,что в примере 1, но давление 10 МПа, температура газовой смеси нд входе в слой катализатора 100 С, пе.риод переключения 5 мин. Средний выход аммиака 10%.П р и м с р 6. То же, что в примере ,;ю давление 100 МПа. Средний выход аммиака 32%.П р и м е р 7, То же, что в примере 3., но зерна катализатора размером 15 мм. Средний выход аммиака 20,2%.П р и м е р В. То же, что в примере 3, но зерна катализатора размером 50 мм, Сред. ний выход аммиака 16%,П р и м е р 9. То же, что в примере 1, :" газовую смесь перемешивают до достижения максимальной разности температуг. в сечении, перпендикулярном потоку г"-а 30 С, Средний выход аммиака 14,5%.П р и м е р 10, То же, что в примера 1, но слой катализатора разделен на две части с отношением меньшего обьема к большему 0,3:1. Средний выход аммиака 14%,П р и м 8 р 11 То же что в примере 1 но слой катализатора разделен на две части с отношением меньшего обьема к большему 0,4:1, Средний выход аммиака 15%.П р и м е.р 12, То же, что в примере 1, но слой катализатора разделен на две части с отношением меньшего обьема к большему 0,5;1. Средний выход аммиака 15,8%.П р и м е р 13, Тоже, что в примере 1, но слой катализатора разделен на две части с Отношением меньшего обьема к большему 0,6. Средний выход аммиака 15,9%,П р и м е р 14. То же, что в примере 1, но слой катализатора разделен на две части с отношением меньшего обьема к большему0,7, Средний выход аммиака 16%,П р и м е р 15. То же, что в примере 1, нослой катализатора разделен на две части с5 отношением л 18 ньшего обьема к большему0,8, Средний выход аммиака 16%.П ои ме р 16. Тоже, что и в примере 1,но слой катализатора разделан на две частис отношением меньше о обьема к большему10 03. Средний выход ал.миака 16,1%.Д р и ";4 е О ;7. То ж 8, ч ГО и в примере 1,нъ 1 3-овую слось псоемешизают ДО ДОСТИ8 ираек( ил 1 зльноЯ язнос 1 и темгзератур"д;.ИИ П 8 РПс НДИКэфЛЯОНОМ ПОТОКУаЗЗ:4 дт. Срецний вч:ц 81 ми.:;Р4 1.26 Так л:, образо.,;и рззд- нии слоякатализатора н:", две части в соотношении0,5 - 1).1 при разнос"и темпе 11 атур в сечениислоя катанкза 1 ора 10 - 20 С, при тег 4 пеоатуре газа ча входе в слой кьгализатора 2025 .:50" Г,. а также пр, проведении процесса нзкатализаторе с размером зерна 15-50 мм ипр; .адленци 1 СР УПа выход повь ш;1 ет;я с ",4 д. 1 с ц "2 о 30 "1 ормула ";зобретенияСпособ синтеза амл.вака, включающиЙ подачу азотаводородной смеси в слой катзлиэатора, нагретого до 420-590 С при8 РИОДИЧ 8 СКОМ ИЗМенеНИИ На ПОЗНЛ 8 НИЯ 35 поде чи 88 на противополсжное, О т л и ч а ющ и й с я тел 1., Го, с целью повышения выхода аммиака за счет уменьшения пере- ГРЕВЭ КатаЛИЗатОРа, СЛОЙ КатаЛИЗатОРа ДЕ- лят на две части в соотношении (0,5 - 1);1 и 40 Газовую смесь перед подачей ва вторуючаст. Слоя катализатора перемешивают до достижения максимальной разности температур газовой смеси в сечении, перпендикулярном потоку газа не.более 20 С, 45 2. Способ по п. 1, отл и ча ю щи йс ятем, ч: о процесс ведут и ри давлении 10 - 100 МПа н; катализзтоое с размеоом зерна (15- 50) мм и периодом переключения направления подач 1 Газовой смеси,1 - 25) мин и при 50 температуре газа на входе 20-250 С.1696387 Примеча а амерДа рна ка- " ние ли зато- М )а, мм 3-5 3.5 апред значе Разность тем ратур в сечен10 3 Составитель Е, НаумовРедактор Н. Рогулич Техред М,Моргентал, Корректор Т, ПалЗаказ 4272еВНИИПИ Госуда и ТИ Чираж рственного ком 113035, Мосям при ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород,ул.Гагарина, 10 вриодвеклнз.вне,мин 50 3-5 3-5 3-5 35 Подписно тета по изобретениям и откры аК, Рауиская наб 4/5