專(zhuān)利名稱(chēng)：改進(jìn)氨廠的合成回路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氨廠的改裝。更具體地，本發(fā)明涉及用于改裝氨廠的方法，在該氨廠中，氨合成回路包含具有第一轉(zhuǎn)化器和第二轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)，該第二轉(zhuǎn)化器是絕熱的并且以高溫操作。
現(xiàn)有技術(shù)
氨廠的合成回路的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)包含具有兩個(gè)串聯(lián)的轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)。第一轉(zhuǎn)化器接收新鮮的氨組成合成氣并且包含含有一個(gè)或多個(gè)催化劑床的內(nèi)部襯套，可能具有互層熱交換器。第二轉(zhuǎn)化器是簡(jiǎn)單得多并且成本低的絕熱單元，其中催化劑床直接與高壓容器接觸。例如，第一轉(zhuǎn)化器包含具有兩個(gè)輻向流動(dòng)催化劑床和互層熱交換器的襯套。第二轉(zhuǎn)化器是加壓容器，其含有一個(gè)包在直接安裝在所述容器內(nèi)壁上的流送板中的催化劑床，沒(méi)有襯套。在第一轉(zhuǎn)化器和第二轉(zhuǎn)化器之間提供熱交換器例如蒸汽過(guò)熱器。在進(jìn)入第二轉(zhuǎn)化器之前，由第一轉(zhuǎn)化器遞送的產(chǎn)品流通過(guò)所述熱交換器冷卻。因此，第二轉(zhuǎn)化器的工作溫度主要由所述熱交換器控制并且通常在350-50(TC左右。第二轉(zhuǎn)化器的催化劑的質(zhì)量與第一轉(zhuǎn)化器的催化劑的質(zhì)量相當(dāng)，這意味著第二轉(zhuǎn)化器可含有回路的總催化劑的50%左右。增加第二轉(zhuǎn)化器被認(rèn)為是提升回路容量并降低能耗的一種具有吸引力的方法。一個(gè)示例是現(xiàn)在可從Haldor TopS0e獲得的S-250系統(tǒng)。根據(jù)上文，在過(guò)去的幾年中，一些工廠已經(jīng)通過(guò)向回路增加第二轉(zhuǎn)化器加以改裝。然而存在一些缺陷。第一轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì)允許充分冷卻加壓容器的外殼，例如通過(guò)在新鮮的給料合成氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化器襯套之前在襯套周?chē)沫h(huán)形空間中使新鮮的給料合成氣循環(huán)。然而，第二轉(zhuǎn)化器的這種非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)未實(shí)現(xiàn)外殼的任何有效冷卻。外殼冷卻介質(zhì)的缺乏導(dǎo)致第二轉(zhuǎn)化器的加壓容器在與催化劑床大致相同的溫度持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，其意味著超過(guò)350°C并且在某些情況中接近500°C。高壓、高溫和腐蝕性環(huán)境的組合對(duì)加壓容器引起了劇烈的應(yīng)力。尤其是，已經(jīng)注意到在這些條件下加壓容器因?yàn)闅錃夂桶钡墓舳佣嗟枚嗟乇┞队诟g下。氫氣和氨腐蝕導(dǎo)致容器的鋼的脆性并且可導(dǎo)致應(yīng)力開(kāi)裂的形成，尤其是在脆弱的位點(diǎn)例如焊縫和/或外殼中存在一些殘余應(yīng)力的點(diǎn)。在一些情況中，一些年后在第二反應(yīng)器中觀察到嚴(yán)重的損害達(dá)到了使得關(guān)閉第二反應(yīng)器以避免爆炸的程度。換句話說(shuō)，經(jīng)驗(yàn)顯示以上設(shè)計(jì)具有第二反應(yīng)器失效的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)上文公開(kāi)類(lèi)型的氨合成回路以避免第二反應(yīng)器的失效風(fēng)險(xiǎn)的有效方法。該目的利用用于改進(jìn)氨廠的氨合成回路的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中
-所述回路包含具有串聯(lián)的至少第一轉(zhuǎn)化器和第二轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)，所述第二轉(zhuǎn)化器接收來(lái)自第一轉(zhuǎn)化器的工藝流，-所述第一轉(zhuǎn)化器包含具有一個(gè)或多個(gè)催化劑床的襯套，-所述第二轉(zhuǎn)化器包含加壓容器和包在直接與所述容器結(jié)合的流分配器中的催化劑床，-從合成回路取得含有惰性氣體的吹洗率，所述方法的特征在于-所述第二轉(zhuǎn)化器被繞過(guò)或者從所述回路去除；-通過(guò)至少將所述襯套用包含多個(gè)絕熱催化劑床和互層換熱器的高效襯套取代的步驟來(lái)改裝第一轉(zhuǎn)化器，或者 -通過(guò)至少將所述襯套用包含等溫催化劑床的新的襯套取代的步驟來(lái)改裝第一轉(zhuǎn)化器，以及-增加回路的吹洗率。本發(fā)明基于以下非常出乎意料的發(fā)現(xiàn)用所述高效襯套提升第一轉(zhuǎn)化器以及增加來(lái)自回路的惰性氣體吹洗的組合作用會(huì)使得第一反應(yīng)器能單獨(dú)產(chǎn)生與之前具有兩個(gè)反應(yīng)器的系統(tǒng)基本上相同的轉(zhuǎn)化速率。這是令人驚訝的，原因在于，如上文所述，第二反應(yīng)器持有相當(dāng)部分的催化劑，即回路催化劑的50%左右。第二轉(zhuǎn)化器的催化劑床是沒(méi)有襯套的催化劑床，例如，所述催化劑床被包在安裝于所述第二轉(zhuǎn)化器的加壓容器的內(nèi)壁上的流分配板中。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案，所述高效襯套優(yōu)選包含具有中間冷卻(介于兩者間的冷卻)的多個(gè)軸向/輻向流或輻向流催化劑床。例如，所述襯套包含三個(gè)軸向-輻向流床和在所述床之間的兩個(gè)中間熱交換器。具有軸向-輻向流的可應(yīng)用的高效襯套的示例可在 EP O 202 454、EP O 297 474、US 4 769 220 中找到。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案，第一氨轉(zhuǎn)化器的原始襯套被包含等溫催化劑床的新的襯套取代。術(shù)語(yǔ)“等溫催化劑床”用來(lái)意指熱交換器沉入催化劑床中以帶走熱量并且將床的溫度保持在給定的范圍內(nèi)。熱交換器填裝有適合的熱交換介質(zhì)，例如沸水或任何其他適合的介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方案，熱交換器可以是管式熱交換器或板式熱交換器。優(yōu)選地，吹洗率增加30%至100%左右，更優(yōu)選地增加40%至80%或更多。優(yōu)選地，增加吹洗率以獲得第一轉(zhuǎn)化器中小于10%摩爾的惰性氣體濃度。吹洗率可由從氨合成回路中適合的點(diǎn)獲得的一個(gè)吹洗氣流組成；吹洗率的增加可通過(guò)增加所述吹洗氣流的流速或者增加另外的吹洗氣流來(lái)獲得。從回路除去的吹洗氣流優(yōu)選被送至至少部分回收其中所含氫氣的單元。通?？杀Ａ舻谝晦D(zhuǎn)化器的加壓容器。然而，如果必須或適合的話，整個(gè)轉(zhuǎn)化器可用新的轉(zhuǎn)化器取代。第二轉(zhuǎn)化器不需要從回路中物理去除，將其完全繞過(guò)也是足夠的。所提出的方法允許排除第二反應(yīng)器而不影響性能，特別是在合成反應(yīng)器出口處產(chǎn)品流中氨的濃度(％mol)，其中該第二反應(yīng)器為整個(gè)工廠可能的引人注目的失效的根源。因?yàn)榛芈返钠渌考鐭峤粨Q器、壓縮機(jī)等不需要修改，因此本發(fā)明是更加有利的。特別地，組成合成氣的昂貴的壓縮段不受影響。從吹洗氣流回收更多的氫氣可涉及稍微更多的能量消耗，用于壓縮所述氫氣，然而這一影響可由本發(fā)明的好處過(guò)度補(bǔ)償。應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明提供用于使得雙轉(zhuǎn)化器的氨回路更加可靠的便宜并且有吸引力的方法。在對(duì)優(yōu)選的非限制性實(shí)施方案的以下描述的幫助下，將說(shuō)明本發(fā)明的這些以及其它更多優(yōu)點(diǎn)。


圖I是包含兩個(gè)氨轉(zhuǎn)化器的已知氨合成回路的圖解。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案修改的圖I回路的圖解。圖3是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施方案修改的圖I回路的圖解。
具體實(shí)施方式

圖I是諸如可從Haldor TopS0e獲得的S-250系統(tǒng)等氨合成回路的圖解。氨合成回路I包含具有串聯(lián)的第一轉(zhuǎn)化器10和第二轉(zhuǎn)化器11的轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)2。在轉(zhuǎn)化器之間的流送線路上設(shè)置過(guò)熱器(或其他類(lèi)型的氣體冷卻器)12。第一轉(zhuǎn)化器10包括具有兩個(gè)輻向流催化劑床和互層熱交換器的襯套。第一轉(zhuǎn)化器10可例如根據(jù)US 4181701中公開(kāi)的實(shí)施方案之一實(shí)現(xiàn)。第二轉(zhuǎn)化器11由加壓容器組成，所述加壓容器包含包在直接安裝于所述容器內(nèi)壁上的流送板中的一個(gè)催化劑床。組成合成氣13在交互制冷的壓縮段14中被壓縮并且經(jīng)由線路15被饋送至第一轉(zhuǎn)化器10。由第一反應(yīng)器10遞送的產(chǎn)品氣蒸汽16在蒸汽過(guò)熱器12中冷卻并且被饋送至第二反應(yīng)器11。來(lái)自第二反應(yīng)器11的產(chǎn)品流19經(jīng)過(guò)所示的一系列熱交換器；該回路產(chǎn)出產(chǎn)品氨流17。從回路中除去吹洗氣流18以避免惰性氣體在轉(zhuǎn)化器中累積。所述吹洗氣流18可包含氫氣、氮?dú)夂鸵欢康亩栊詺怏w，主要是甲燒和IS氣。吹洗氣流18中包含的氫氣通常在氫氣回收段中回收。一般來(lái)說(shuō)，氫氣回收段在比該回路更低的壓力下運(yùn)行，因此需要壓縮機(jī)以將所回收的氫氣送回至回路本身。第二轉(zhuǎn)化器11的催化劑床的溫度由過(guò)熱器12控制并且通常在350_480°C的范圍內(nèi)。由于上文討論的理由，所述溫度同樣是轉(zhuǎn)化器11的加壓容器的溫度，對(duì)容器產(chǎn)生相關(guān)的應(yīng)力。圖I的回路是已知技術(shù)因而沒(méi)有更加詳細(xì)地予以描述。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案之一而改進(jìn)之后的回路。通過(guò)去除原始的襯套并且放入高效襯套20例如具有兩個(gè)中間急冷熱交換器和軸向-輻向流的三床襯套，提升第一轉(zhuǎn)化器10。提升吹洗段以使得從回路獲取比原始的氣流18更好的吹洗氣流18a。氫氣回收段可相應(yīng)提升。通常，本發(fā)明不需要對(duì)回路的其他主要部件進(jìn)行任何實(shí)質(zhì)修改。根據(jù)需要，可提供另外的和/或小的改變(例如管道、輔助設(shè)備等)。已經(jīng)注意到，盡管可用催化劑減少50%左右(歸因于排除了第二轉(zhuǎn)化器)，經(jīng)修改的回路中提升后的轉(zhuǎn)化器10的出口處的產(chǎn)品流16a中的NH3濃度與轉(zhuǎn)化器11出口處的原始的流19基本上相同。參照?qǐng)D3，顯示了另一個(gè)實(shí)施方案，其中用高效襯套20來(lái)提升第一轉(zhuǎn)化器10并且用流送線路21將原始轉(zhuǎn)化器11繞過(guò)。實(shí)施例圖I的回路在約190bar (巴)絕對(duì)壓力下運(yùn)行并且具有1500MTD (公噸每天)的氨的容量。轉(zhuǎn)化器10和11包含共190-200m3的鐵基催化劑。轉(zhuǎn)化器11出口處的流19中氨的濃度是23. 5% (摩爾)。第一轉(zhuǎn)化器10中的惰性氣體的百分比為13%左右。在將襯套用具有三個(gè)床和兩個(gè)急冷熱交換器的高效襯套取代并且將第二轉(zhuǎn) 化器11繞過(guò)或移除后，催化劑的可用體積降至95m3 ;然而，已經(jīng)注意到吹洗的增加(在轉(zhuǎn)化器10中達(dá)到9%左右的惰性氣體)能夠獲得轉(zhuǎn)化器10出口處的流16a中基本上相同的23. 5% (摩爾)的氨。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)氨廠的氨合成回路(I)的方法，其中 -所述回路(I)包含具有串聯(lián)的至少第一轉(zhuǎn)化器(10)和第二轉(zhuǎn)化器(11)的轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)(2)，所述第二轉(zhuǎn)化器接收來(lái)自所述第一轉(zhuǎn)化器的工藝流， -所述第一轉(zhuǎn)化器(10)包含具有一個(gè)或多個(gè)催化劑床的襯套， -所述第二轉(zhuǎn)化器(11)包含加壓容器和包在直接與所述容器結(jié)合的流分配器中的催化劑床， -從所述合成回路取得含有惰性氣體的吹洗率， 所述方法的特征在于 -從所述回路去除所述第二轉(zhuǎn)化器(11); -通過(guò)至少將所述襯套用包含多個(gè)絕熱催化劑床和互層換熱器的高效襯套(20)來(lái)取代的步驟來(lái)改裝所述第一轉(zhuǎn)化器，或者 -通過(guò)至少將所述襯套用包含等溫催化劑床的新的襯套來(lái)取代的步驟來(lái)改裝所述第一轉(zhuǎn)化器， 以及 -增加回路的吹洗率。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，所述高效襯套(20)包含具有利用了急冷和熱交換器組合的中間冷卻的多個(gè)軸向/輻向流或輻向流催化劑床。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，所述高效襯套(20)包含具有中間冷卻的三個(gè)軸向-輻向流床，在所述床之間具有兩個(gè)中間熱交換器。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，所述新的襯套包含等溫催化劑床，熱交換器沉入所述床中。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，沉入所述床中的所述熱交換器是管式或板式熱交換器。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,所述包含惰性氣體的吹洗率增加至少30%。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，增加所述包含惰性氣體的吹洗率以獲得所述第一轉(zhuǎn)化器(10)中少于10%摩爾的惰性氣體濃度。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述氨合成回路的所述第一轉(zhuǎn)化器包含具有兩個(gè)輻向流催化劑床和互層熱交換器的襯套；所述第二轉(zhuǎn)化器包含包在直接安裝于所述第二轉(zhuǎn)化器的容器內(nèi)壁上的流送板中的一個(gè)催化劑床；所述高效襯套(20)是三床式軸向-輻向流襯套，所述床之間具有兩個(gè)中間急冷熱交換器。
全文摘要
一種用于改進(jìn)具有串聯(lián)的第一轉(zhuǎn)化器(10)和第二轉(zhuǎn)化器(11)的氨合成回路(1)的方法，所述第一轉(zhuǎn)化器(10)包含具有一個(gè)或多個(gè)催化劑床的襯套，所述第二轉(zhuǎn)化器(11)包含直接與所述容器接觸的催化劑床，所述方法包括步驟去除所述第二轉(zhuǎn)化器，并且通過(guò)將所述襯套用包含多個(gè)絕熱催化劑床和互層熱交換器的高效襯套或包含等溫催化劑床的高效襯套來(lái)取代并且減少所述第一轉(zhuǎn)化器中惰性氣體的濃度來(lái)提升第一轉(zhuǎn)化器。
文檔編號(hào)C01C1/04GK102791631SQ201080062673
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者盧卡·比安基, 埃爾曼諾·菲利皮 申請(qǐng)人:阿梅尼亞·卡薩萊股份有限公司