DK173023B1 - Fremgangsmåde og reaktor til fremstilling af ammoniak - Google Patents

Description

- i - DK 173023 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og reaktor til fremstilling af ammoniak ud fra en syntesegas, der indeholder nitrogen og hydrogen ved passage af syntesegassen gennem et antal katalysatorlag med mellemlig-5 gende køling af delvis omsat syntesegas mellem katalysatorlagene. Opfindelsen angår nærmere bestemt en forbedret fremgangsmåde af ovenfor anførte art og en ammoniakreaktor til anvendelse ved fremgangsmåden, hvor den delvis omsatte syntesegas køles ved indirekte varmeveksling med en enkelt 10 strøm af frisk syntesegas.

US patent nr. 4.181.701 (DK patent nr. 156.823) beskriver en ammoniakreaktor med et top og bund katalysatorlag med en central varmeveksler monteret i et af lagene.

En processtrøm af syntesegas opnås ved at man kombinerer 15 separate fødestrømme i reaktoren, dvs. en skalstrøm der køler reaktorskallen, en varmevekslerstrøm der køler en centralveksler og en by-passtrøm til den endelige indstilling af temperaturen i processtrømmen. Det er endvidere kendt og konventionelt at anvende indirekte køling af 20 delvis omsat ammoniaksyntesegas i en reaktor med flere end to katalysatorlag.

1 disse processer køles syntesegassen indirekte med frisk syntesegas som sendes i et antal separate strømme til varmevekslere mellem katalysatorlagene. Strømmene introdu-25 ceres gennem separate ledninger som er monteret i reaktor-skallen.

Ulempen ved de kendte ammoniakfremstillingsprocesser med mellemliggende køling af delvis omsat syntesegas, et antal katalysatorlag og varmevekslere med separate 30 gasstrømme er behovet for et større antal tilførselsledninger og en kompliceret rørføring i ammoniakreaktoren.

Det er således formålet med opfindelsen at tilvejebringe en fremgangsmåde til fremstilling af ammoniak i flere end to katalysatorerlag med mellemliggende køling af 35 partiel omsat syntesegas, hvor gassen køles mellem kataly- - 2 - DK 173023 B1 satorlagene ved indirekte varmeveksling uden de ovenfor anførte ulemper ved de kendte processer.

Ved opfindelsen frembringes således en fremgangsmåde til fremstilling af ammoniak ved forhøjet tryk og 5 temperatur i en ammoniakreaktor, hvor man sender en processtrøm af ammoniaksyntesegas succesivt gennem mindst tre katalysatorlag og omsætter syntesegassen i lagene, køler partielt reageret syntesegas der forlader katalysatorlagene ved varmeveksling i varmevekslere og udleder en ammoniak-10 produktstrøm, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at man opnår processtrømmen ved at man kombinerer før indføring i det første katalysatorlag en første fødestrøm af syntesegas som er forvarmet ved indirekte varmeveksling ved køling af den partielt omsatte syntesegas, en anden føde-15 strøm af syntesegas som er forvarmet ved indirekte varmeveksling med produktstrømmen og en tredie fødestrøm af syntesegas til indstilling af temperaturen i processtrømmen, og hvor man sender den første fødestrøm succesivt gennem varmevekslere mellem lagene til køling af den parti-20 elt omsatte syntesegas.

Ved opfindelsen tilvejebringes yderligere en ammoniakreaktor til anvendelsen i den ovenfor anførte fremgangsmåde med forenklede indførings- og rørføringsorganer til fordeling af frisk syntesegas, der tjener som køleme-25 dium ved indirekte varmeveksling af partielt omsat syntesegas mellem hvert enkelt katalysatorlag, reaktoren omfatter en cylindrisk trykskal med mindst et første, et andet og et sidste katalysatorlag vertikalt anbragt omkring en fælles akse og forbundet i serie; 30 mellemliggende varmevekslerorganer anbragt mellem hvert enkelt katalysatorlag til køling af partielt omsat syntesegas fra det første og det andet katalysatorlag ved indirekte varmeveksling med en første fødestrøm af frisk ammoniaksyntesegas; - 3 - DK 173023 B1 en fødegas produktstrøm varmeveksler anbragt ved udgangen af det sidste katalysatorlag til køling af ammo-niakproduktgas ved indirekte varmeveksling mellem en anden fødestrøm af ammoniaksyntesegas, indføringsorganer til 5 introducering af den første fødestrøm og indføringsorganer til introducering af den anden fødestrøm i reaktoren; indføringsorganer til introducering af den tredie fødestrøm af frisk ammoniaksyntesegas i reaktoren; organer til at lede den første, den anden og den 10 tredie fødestrøm til indgangen af det første katalysatorlag; og organer til at kombinere fødestrømmene til en processtrøm før introduktion af processtrøm i det første katalysatorlag; 15 hvilken reaktor er ejendommelig ved, at organerne til fremføring af den første fødestrøm består af en ledning der serielt forbinder varmeveksleren mellem det første og andet og det andet og sidste katalysatorlag og til fremføring af den første strøm fra indføringsorganerne serielt 20 gennem de mellemliggende varmevekslere til organerne til kombination af fødestrømmen.

Opfindelsen forklares nærmere i den følgende beskrivelse under henvisning til tegningen, hvori figuren viser skematisk et strømbillede i en reaktor ifølge en 25 specifik udførelsesform af opfindelsen.

Under drift af en ammoniakreaktor i følge den viste udførelsesform introduceres frisk ammoniaksyntesegas 2 i ammoniakreaktor 4. Syntesegassen introduces i tre separate fødestrømme 6, 8 og 10 gennem indgangstudser 16, 18 og 20 30 anbragt i skal 12. Reaktor 4 omfatter indenfor skallen et topkatalysatorlag 24, et centralt katalysatorlag 26 og et bundkatalysatorlag 2Θ. Mellem lagene 24 og 26 og lagene 26 og 28 findes varmevekslerne 30 og 32 til køling af delvis omsat processtrøm 37, der forlader lag 24 og 26. I en bund-35 varmeveksler 34 er anbragt et nedstrøms bundkatalysatorlag 28 som tjener til køling af produktudløbsstrøm 38 fra - 4 - DK 173023 B1 lag 28. Frisk syntesegas sendes i processtrøm 36 til lag 24 og omsættes delvist i dette lag. Delvis omsat syntesegas dannes herefter i processtrøm 37 i rækkefølge gennem lagene 26 og 28. Ved at strømmen passerer gennem katalysatorlage-5 ne, omsættes nitrogen og hydrogen eksotermt til ammoniak og en produkt udløbsstrøm 38 som er rig på ammoniak og udledes fra bundlag 28. Produktudløbsstrøm 38 køles i varmeveksler 34 ved indirekte køling med fødestrøm 8 før strømmen udledes fra reaktoren gennem udgang 40. Som anført tidligere 10 forløber reaktionen mellem nitrogen og hydrogen eksotermt i katalysatorlagene og temperaturen i processtrømmen øges. Af termodynamiske årsager skal temperaturen i processtrømmen 33 sænkes før denne introduceres i lagene 26 og 28. Strøm* men køles i varmeveksler 30 og 32 i indirekte varmeveksling 15 med fødestrøm 6, som sendes serielt gennem varmeveksler 32 og 30.

Ved passage gennem varmevekslerne forvarmes fødestrøm 6 og 8 ved indirekte varmeveksling som beskrevet ovenfor. Den forvarmede fødestrøm kombineres herefter til 20 processtrøm 36 opstrøms topkatalysatorlag 24. Før strøm 36 introduceres i lag 24, indstilles temperaturen ved iblanding af en kold fødestrøm 10.

Claims (2)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af ammoniak ved forhøjet tryk og temperatur i en ammoniakreaktor, hvor man 5 sender en processtrøm af ammoniaksyntesegas succesivt gennem mindst tre katalysatorlag og omsætter syntesegassen i lagene, køler partielt reageret syntesegas der forlader katalysatorlagene ved varmeveksling i varmevekslere og udleder en ammoniakproduktstrøm, kendetegnet ved, at pro-10 cesstrømmen før indføring i det første katalysatorlag dannes ved kombinering af en første fødestrøm af syntesegas som er forvarmet ved indirekte varmeveksling ved køling af den partielt omsatte syntesegas, en anden fødestrøm af syntesegas som er forvarmet ved indirekte varmeveksling med 15 produktstrømmen og en tredie fødestrøm af syntesegas til indstilling af temperaturen i processtrømmen, og hvor man sender den første fødestrøm succesivt gennem varmevekslere mellem katalysatorlagene til køling af den partielt omsatte syntesegas. 20

2. Ammoniakreaktor til anvendelsen ved fremgangsmåden ifølge krav 1 omfattende indførings- og rørføringsorganer til fordeling af frisk syntesegas, der tjener som kølemedium ved indirekte varmeveksling af partielt omsat syntese- 25 gas mellem hvert enkelt katalysatorlag; en cylindrisk trykskal med mindst et første, et andet og et sidste katalysatorlag vertikalt anbragt omkring en fælles akse og forbundet i serie; mellemliggende varmevekslerorganer anbragt mellem 30 hvert enkelt katalysatorlag til køling af partielt omsat syntesegas fra det første og det andet katalysatorlag ved indirekte varmeveksling med en første fødestrøm af frisk ammoniaksyntesegas; - 6 - DK 173023 B1 en fødegas produktstrøm varmeveksler anbragt ved udgangen af det sidste katalysatorlag til køling af ammo-niakproduktgas ved indirekte varmeveksling mellem en anden fødestrøm af ammoniaksyntesegas, indføringsorganer til 5 introducering af den første fødestrøm og indføringsorganer til introducering af den anden fødestrøm i reaktoren; indføringsorganer til introducering af den tredie fødestrøm af frisk ammoniaksyntesegas i reaktoren; organer til at lede den første, den anden og den 10 tredie fødestrøm til indgangen af det første katalysatorlag; og organer til at kombinere fødestrømmene til en processtrøm før introduktion af processtrøm i det første katalysatorlag; 15 kendetegnet ved, at organerne til fremføring af den første fødestrøm består af en ledning der serielt forbinder varmeveksleren mellem det første og andet og det andet og sidste katalysatorlag og til fremføring af den første strøm fra indføringsorganerne serielt gennem de mellemliggende 20 varmevekslere til organerne til kombination af fødestrøm-men.