Способ получения аммиака

(19) Б С 1/04 РЕТЕНИЯ Пре 65 оциью гаю аь ) ОО 4:ь ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬФ ф(56) 1, Атрощенко В.И. и др. Курссвязанного азота. И., "Химия", 196 б,:с. 227.2. Авторское свидетельство СССРВ 229460., кл. С 01 В 1/27 опублик,23.10.68 (прототип),(54)(57) СЦОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АММИАКА .путем каталитического контактированйя азота и водорода, сепарации аммиака из циркуляционного газа. частйчного отбора циркуляционного газа, вьделения йз отобранного газа .Водорода с помощью мембран и возвращения его в рецикл, о.т л:и ч а ю-. щ И й с я тем, что, с целью увеличения производительноСти процесса : синтеза и снйжения .инертов в циркуляционном газе, отбирают 2-103 от общего количества циркуляционного :газа, а разделение отобранного газа. йроводят мембранами иэ полифениленокеида или поливинилтрйметилсилана или поли"4 метилпентена,91 7841Изобретение относится к производству аммиака прямым синтезом из азота и водорода и касается вопроса вырления инертных газов из циркуляционного газа. 5Известен способ получейия аммиака путем контактирования азота и водорода в присутствии катализатора, выделения аммиака иэ Продуктов реакции и возврата непрореагировав О. ших газов на синтез аммиакав смеси со свежей азотоводородной смесью. Так как в схеме с рециклом газов происходит накопление инертныхпримесей, часть циркуляционного выво дят иэсистемй и подвергают" разделению.Известные в настоящее время методы разделения отбираемого газа позволяют выводить изцикла"около20 17 циркуляционного газа. Такой отбор позволяет поддерживать концентрациюинертов в циркуляционном газе на уровне 16-187.Недостатком известного способа 25 является высокое сЬдержание инертов в циркуляционном газе, что. приводит к увеличению удельной металлоемкостй и снижению производительности производства на 10-20% Ц .Наиболее близким к .описываемому изобретению является способ получения аммиака путем каталитического контактирования азота и водорода, сепарации аммиака из циркуляционного газа, частичного отбора циркуля 35 ционного газа, выделения из отобранного газа водорода с помощью мембран из палладия или его сплавов и возвращение водорода в рецикл 21 .Однако известные мембраны не дос 40 таточно зФФективны в процессе разделения циркуляционного газа, недолговечны н имеют высокую стоимость,Целью изобретения является увели-45 чение производительности синтеза аммиака и снижение инертов в циркуляционном газе. Поставленная цель достигается описываемым способом получения аммиа.50ка путем каталитического контактирования азота и водорода, путем сепарации аммиака из циркуляцибнного газа, частичного отбора циркуляционного газа, выделения из отобранного 55 газа водорода с помощью мембран и возвращения его в рецикл; состоящий в том, что отбирают 2-107 от общего количества циркуляционного газа, а разделение отобранного газа проводят мембранами иэ полифениленоксида или поливинилтриметилсилана, или полиметилпентена.Технология предложенного способа заключается в том, что после первичной сепарации из циркуляционного газа отбирают 2-10% от его общего ко количества. Увеличение отбора циркуляционного газа вдвое (т.е. нижняя граница указанного предела%) по сравнению с известными производствами обеспечивает снижение концентрации инертов в циркуляционном газе в .1,5 раза, и отбор 20% обеспечивает ведение процесса синтеза аммиака в условиях, когда.инертные примеси не накапливаются и остаются на уровне их содержания в свежей АВС, т.е. 0,5-1,5%. Отобранный газ объединяют с танковыми газами и полученную смесь состава (здесь и далее объемные проценты) Н - .50-607, Н - 15-20%, МН - 8-15%, СН 1 - 3-157, Аг - 3-87 направляют в газораэделительную установку, в аппараты с полимерными мембранами. (При разделении продувочных газов с помощью полимерных мембран ока- залось, что водород и аммиак кон" центрируются вместе в одном потоке,Газоразделение ведут при температуре от 5 С (при отборе продувочного газа после вторичной конденсации аммиака) до 40 С (при отборе после первичной конденсации) и давлении от 10 до 60 атм (нижний пре- дел определяется производительностью мембран, а верхний - их механическимй свойствами). В,результате разделения образуются два потока а) обогащенный водородом и аммиаком (обогащенный поток или водородный концентрат) и б) обедненный водородом, но обогащенный аргоном и метаном (обедненный поток или аргонометановый концентрат)В зависимости от соотношения величин этих потоков и матерйала разделительной мембраны их состав при указанном составе циркуляционного газа может быть в сле- дУющих пределах. Водородный концентрат: На - 67-90%, Мр - 2-10%,- ЯН - 6-20%, СН- 0,3-37, Аг Оу 2-3%, аргонометановый концентрат:Н - 25-50%, И; - 25-40%, ИН 2" 10%; СН. - 4-30%, Аг - 1,5-157,3 7841Приведенные здесь экспериментальныерезультаты свидетельствуют о том,что Н неожиданно концентрируетсяс Н, а не с аргоном как этого можно было бы ожидать из значений ко 5эффициентов проницаемости мембраны.Возможен также отбор циркуляционного газа после вторичной конденсации аммиака.Такое осуществление способа позволяет исключить дополнительноевымораживание аммиака из продувочных газов, а также из водородного1 концентратапосле мембранного газо;разделителя ввиду малой его кбнцент.раций.Отбор и разделение согласно предлагаемому способу 2-10% ц ркуляцион-/5ного газа позволяет снизить уровеньинертных примесей с 16-18% до 3-107.,, что обеспечивает увеличение мощностипроизводства на 5-20%.Применительно к действующим проФйэводствам, где отбираемый циркуляционный газ сжигают, предлагаемыйспособ обеспечивает возврат в процесс до 50% сзигаемого водорода.Приводимые ниже примеры осуществления способа относятся к производ. ству аммиака мощностью 125 т/ч,П р и м е р 1. Газовая смесь из30,колонны 1 синтеза проходит холодиль,ник и. сепаратор 2, где происходитпервичная сепарация аммиака. Послепервичной сепарации газ поступаетна вторичную сепарацию 3, где про-.исходит окончательное вьщеление аммиака, к циркуляционному газу добавляют свежую азото-водородную смесьи полученный газ поступает в колонну синтеза. Аммиачный конденсат нос-ле сепарации поступает в еазоотделитель 4, где иэ жидкого аммиакавыделяются растворенные в нем аргон,метан, азот, водород, а также газообразный аммиак - т.н. "танковыегазы", Отбор циркуляционного газапроизводят после первичной сепарации аммиака (точка "а"), Отбираемыйгаз (37 тыс. нм/ч или 2,5% общегопотока) дросселируют до давления фО40 атм, смешивают в танковыми газами (3 тыс. нмз/ч). Полученную смесь(40 тыс нмз/ч) состава: Н 57,6%, Я - 19,1%, ЯН - 11,7%,СН 1 - 8,87, Аг - 2,8% и с давланием 40 атм подают в мембранный газоразделитель 5 с,рабочей поверхностью мембран 250 м, материал - поливинилтриметилсилан. Газоразделение ведут при температуре 30 С и перепаде давлений 33,3 атм (исходный - 40 атм, обогащенный водородом 1,2 атм). В результате разделения из газоразделителя выходят два потока по 20 тыс. нм /ч кажцый, обогащенный аргоном (аргоно-метановый концентрат), состава: Йк - 40,67., Я - 33,9%, ЯНЗ - 5,17., СНд - 15,6%, Ак - 4,87, при давлении 39-39,8 атм обогащенный водородом (водородный концентрат), состава Н - 74,67., Яг - 4,37., ЯН - 10,3%, СН - 2,0%, Ат - 0,87 при давлении 2 атм (составы потоков указаны с точностью 10 отн.%). Затем после компримиуования до 25 атм и отделения аммиака (низкотемпературная конденсацияи (или) водная отмывка) водородныйконцентрат состава Н - 91,3%,Я - 5,27, СН- 2,4%, Ат - 1,1%в количестве 16340 им/ч направляютлибо на всас компрессора свежей АВС,либо на вторую ступень в мембранный газоразделитель.Аргонометановый концентрат в количестве 20 тыс. им /ч состава: Н - 40,67., Я - 33,97, ЯНд - 5,1%,СН, - 15,6%, Аг - 4,87 направляют:а) на НТР, где получают товарный аргон; аммиачную воду, возвращаемуюв процесс аэотоводородную смесь,метан, при этом благодаря исходномунизкому содержанию аммиака в блокеНТРисключается стадия низкотемпературного вьщеления; б) на третью ступень разделения в мембранном гаэораз-делителе. Сводный газовый баланс при отбо",ре 2,5% циркуляционного газа после первичной сепарации аммиака приведен в табл. 1.Таким образом, извлечение инертных примесей из циркуляционного газа согласно примеру 1: а) снижает их суммарное содержание до 10%, б) увеличивает значение эффективного давления в колонне синтеза с 201 до 237 атм и, следовательно, в) увеличивает на 14% равновесное содержание аммиака на выходе иэ колонны синтеза, т.е, увеличивает мощность производства. Кроме того, изменение состава подаваемого в блок ЯТР газа (увеличенное содержание аргона, метана, азота, уменьшенное содержание аммиака, водорода) позволяет а) исключить узел784154 Таблица 1 Состав, об.% Компоненты Водородный концентрат Отбираемая смесьАргонометановый концентрат щих проиэводствф 40,6 57,6 53,5 59,0 19,6 17,8 19,1 33,9. 11,4 11,4 5,1 11,7 конденсации аммиака, поскольку мож- но ограничиться водной отмывкой, б) снизить расход энергии на холод, поскольку в "газе увеличенадоля высококипящих компонентов,"П р и м е р 2, Водородный концентрат по примеру 1 в количестве 16340 нм /ч (состав Н - 91,3%, Мг - 5,2%, СН - 2,4%, Аг - 1,1%) компримируют до 25 атм и направляют на вторую ступень разделения в газораэделитель с рабочей поверхностью мембраны 300 и" (мембрана - полое волокно из поли-метилпентена). Газораэделение ведут нри 60 С, при перепаде давлерю 23 атм.Обогащенный поток (давление .2 атм) технический (97-99%) водород, в количестве,8000 нм /ч отправ 3 ляют потребителям.3Обедненный поток (8340 нм/ч, содержание Нр - 74%) либо возвращают на первую ступень разделения, либо направляют на всас компрессора свежей АВС, либо используют для других технологических нужд (серо- очистка и т,п. процессы).П р и м е р 3. В схеме по примеру 1 отбор циркуляционного газа производят после вторичной конденсации аммиака (точка "б"), Отбираемьй газ в количестве 133 тыс. нм /ч (10% от общего потока) дросселируют до 40 атм, смешивают в танковыми газами (3 тыс. им/ч ). Полученную смесь 136 тыс. нмз/ч состава Н - 69,0%, Ир - 22,8%, ОНв 4,6%, СЯО - 2,6%, Аг - 0,9% с давлением 40 атм подают в мембранный гаэоразделитель 5 с рабочей поверхностью мембраны 1000 м , материалмембраны - полнфениленоксид, Газоразделение ведут при 0-5 С и перепаде давлений 38 атм. Из газораз делителя выходят два потока по68,0 тыс. нм/ч кдждый; обогащенный аргоном состава Н - 48,0%,И - 42,3%, ЯН - 2,6%, СН - 51%,Аг - 1,5% при давлении 39,0- 1 39,8 атм, обогащенный водородомсостава Н - 90%, И - 2,8%, ИН 16,6%, СН 1 - 0.,3%, Аг - 0,3% придавлении 2 атм. Водородный концентрат после предварительногб компри мирования до 25 атм подают на всаскомпрессора свежей АВС (7).Обогащенный аргоном поток нап-.равляют в следующий газоразделитель(поверхность мембраны 500 м , матей 20 риал - полифениленоксид, режим работы аналогичен первому), Полученныйздесь (34 тыс. нм /ч) обогащенныйаргоном, метаном и азотом поток+ Н "- 95%) возвращают в синтез,Свободный газовый баланс при от- .боре 10% циркуляционного газа после щ вторичной конденсации аммиака при-.веден в табл. 2;Осуществление способа по примеру3: а) обеспечирает снижение суммы инертов до 2,6% (после первичной сеПарации аммиака)," б) увеличиваетэффективное давление в колонне синтеза до 266 атм; в) увеличивает равновесное содержание аммиака на вы-ходе из колонны синтеза на 24%, т.е.увеличивает мощность производства.Циркуляцион Циркуляциный газ онный газдействуюВодородный концентрат Циркуляционный газ + центрат 8,8 2,0 15,6 12,.9 7,3 2,7 0,8 . 4,8 4,4 2,8 17,3 20,4 10,0 2,8 11,6 Р - эф,аТм 201 237" после первичной сепарации.М получено с. учетом значений суммы инертов на входе в колонну синтеза,15,13 для действующих производств, 87 согласно предлагаемому способу.- .аэТаблица 2 Состав, об.7 Компоненты Цнркуляционный газ 48,0 90,0 69,6 69,0 42 ф 22,8 2,8 17,8 22,9 4,4 4,4 4,6 2,6 0,3 2,3 13,9 СН 4 5,1 0,83,1,0,3 0,6 4,818,1 Аг инертов, 70,9 3,6 1,5 6,6 Х%.Р , , атм 266 201йе ее еев ееС ееееаивЕее 1 еЕВваеевеге ще а Се аеЦиркуляционные + танковые газы,ф"После вторичной конденсации.ф 1 Получено с учетом значений 7 инертов на входе в колонну синтеза: 15,17для действующих производств, 2,5 Х согласно предлагаемому способу,гВНИИПИ Заказ 2852/4 1 ираж 462 Подписное Филиал ППП "Патент", г.Уагород, ул Проектная, 4 Аг суммаинертов,2Аргонометановый конОтбираемая Водородный Аргономесмесьф концентрат тановый концентратЦиркуляционный газдействующих производств " Циркуляционный газ действующихпроизводств"