Способ синтеза аммиака

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союэ СоветскихСоциалистическихРеспублик и 963951(51 М Кл з С 01 С 1/04 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 071082,Бюллетень Йо 37 Дата опубликования описания 04, 02. 83 С,С. Лачинов, П.П. Андреичев, В.Н. Павлов: Б.Г. Овчаренко и В.М. Панченков(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 510-520 оС. 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 11. 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:зона - от 420-440 до 520-550 ОС Г 1 зона - от 440-450 до 510-530 С 11 зона - от 440-450 до 500-520 оС и с отводом тепла реакции холодным байпасным газом, при этом объем катализатора по зонам увеличивается по ходу движения газового потока 23,Синтез аммиака по известному способу осуществляется в реакторе с аксиальным ходом газа через реакционную зону. Реактор состоит из трех каталитических зон, температурныйрежим в которых обеспечивается холодным байпасным газом. Недостатком такого способа синтеза аммиака является повышение температуры от 440-450 до 500-520 С привыходе газа из третьей каталитической зоны, что по условиям равновесияреакции синтеза аммиака не дает возможности получить высокое его содер"жание на выходе (реальный прирост аммиака 12 об.Ъ),Кроме того, уменьшается количество основного потока газовой смеси,проходящей через каталитические збны,особенно в первой зоне, вследствиеотделения большей части газовой смеси на холодные байпасы;Целью изобретения является повыше-ние эффективности процесса за счетувеличения выхода готовогопродукта.Поставленная цель достигается тем,что при осуществлении способа синтеза аммиака путем последовательногопропускания газа через три каталитические зоны с повыаением температурыот 400-420 до 510-520 С в первой иот 440-450 до 500-520 С во второйзонах с одновременным отводом тепла , реакции холодным байпасным газом в 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 ви 11 зонах катализатора. 25По такому способу синтез аммиака осуществляют в реакторе. Катализа- торная коробка реактора состоит из трех зон с катализатором и одного ввода холодного байпасного газа меж ду первой и второй зонами, В первой и третьей зонах имеются встроенные теплообменники. Распределение катализатора по зонам следующее: 10- 30 об.Ъ в первой зоне, 40-50 об.Ъ 35 во второй и 30-40 об.Ъ в третьей, Направление потока газовой смеси в первой и третьей зонах аксйальное, а во второй - радиальное, что снижает гидравлическое сопротйвление и 40 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 пощели между корпусом 1 реактора и катализаторной коробкой 2 и входит.в межтрубное пространство 3 предварительного теплообмвнника,где подогревается конверторным газом, 60 выходящим из катализаторной коробки. Иэ предварительного теплообменника основной газ поступает в противоточные трубки 4 третьей каталитичвской эоны 5, где подогревается за счет 65 тепла реакции синтеза аммиака. Далев газовая смесь через центральнуютрубку 6 поступает во внутрвннив 7,а затем в наружные 8 теsлообмвнныетрубки первой каталитической зоны9, гдв дополнительно эа счет теплареакции нагревается до температурыначала реакции, и после этого прохо;дит в аксиальном направлении черезпервую каталитическую зону, Послеэтого частично конвертированная га"зовая смесь для снижения температуры раэбавляется байпасным газом полинии 10 ввода и проходит в радиальном направлении от,периферии к центру через вторую каталитическую зону11. Затем газовая смесь поступает втретью каталитическую зону и прохо- .дит через катализатор, расположенныйв межтрубном пространстве, в аксиальном направлении. Процесс синтезааммиака в третьей каталитическойзоне протекает при уменьшающемся температурном режиме. Конвертированныйгаз выходит иэ каталитической коробки 2, проходит в трубках 12 предварительного теплообменника, где частично охлаждается встречным потокомгазовой смеси, проходящей в межтрубном пространствеэтого теплообменника. Из последнего. газовая смесь направляется в конденсациояную систему. Температурный режим в третьей ипервой каталитических зонах регули- .руется байпасным газом, подаваемымпо линиям 10 и 13,П р и м е р. Расчет реальной аистемы среактором диаметром 1650 мм ивысотой 15,8 м при давлении,320 атмциркуляции 290000 нм,3/ч. Количествохолодного байпасного газа составляет20 от общего потока, т.е.58000 ими/ч,а в первую каталитическую зону поступает 80, т,е, 232000 нмч, При содержании в азотоводородной смеси 3,5 об.Ъ МНЭ,4 об.Ъ Аг и 8 об.Ъ СН 4 были получены следующие показатели технологического режима: в первой зоне с 3,4 м 22,55) катализатора САфракции 3-6 мм температура изменяется от 420 до 510 ОС, а концентрация аммиака в газовой смеси - от 3,5 до 13 об т.е. прирост аммиака составляет 9,5 об.Ъ, 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 170 ОС 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 САфракции 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 содержанием аммиака 17,5 об. и температурой 520 С поступает в третью каталитическую зону с 5,2 мЗ (34,4) катализатора САфракции 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 4750 С. Таким образом/ прирост аммиака составляет 20,2- 3,5=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 водительность реактора синтеза аммиака при проектной мощности 600 т/сут, составляет 745 т/сут.Формула изобретенияСпособ 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 й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет увеличения выхода готовогь 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. ффй 3 йго 9 епф, 1970, В 63, с. 21.Эб 3951 223/1 Тираж 509 ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 113035, Москва, ж, Раушская наб