JP4093632B2 - アンモニアを製造する方法および装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素および水素からなる合成ガスを多数の触媒床を通して流し、その際触媒床間で部分的に転換された合成ガスを中間冷却することによってアンモニアを製造する方法および反応器に関する。特に、本発明は、部分的に転換された合成ガスの冷却を、新しい合成ガスの単独流との間接熱交換によって行うことからなる、上記の種類の改善された方法およびこの方法に使用するためのアンモニア反応器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第4,181,701 号明細書には、頂部および底部触媒床を有し、一つの床の上に配置された中間熱交換器を有するアンモニア反応器が開示されている。合成ガスの工程流は、別々の供給流を反応器内部で混合することによって得られ；シェル流は、反応器のシェルを冷却するために使用され、交換流は、中間熱交換器を冷却するために使用され、そしてバイパス流は工程流の温度を最終的に調節するために使用される。
【０００３】
さらに、３つ以上の触媒床を有する反応器内での部分的に転換されたアンモニア合成ガスの間接冷却は、従来公知であり、工業的に一般に使用されている。
これによって、合成ガスは、触媒床間での熱交換器に複数の分割流で流される新しい合成ガスによって間接的に冷却される。これらの流れは、反応器のシェルに配置された別々の配管接続部を通して導入される。
【０００４】
別々のガス流を用いた複数の床間の熱交換器での部分的に転換された合成ガスの中間冷却を伴う公知のアンモニア製造工程の主な欠点は、多数の導入手段およびアンモニア反応器内の複雑な配管の敷設の必要性にある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、部分的に転換された合成ガスの中間冷却を伴う３つ以上の触媒床でアンモニアを製造する方法において、上記した公知の工程の欠点を伴わないで間接熱交換により触媒床の間でガスを冷却することからなる上記方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題に従って、本発明は、アンモニア合成ガスの工程流を、少なくとも３つの触媒床を通して連続して流し、そしてこの床で合成ガスを反応させ；
触媒床を出る部分的に反応した合成ガスを、各触媒床間に配置された熱交換器で熱交換することによって中間冷却し、そしてアンモニアを富有する生成物流出流を回収することからなる、昇圧および昇温下にアンモニア反応器中でアンモニアを製造する方法において、
第一の触媒床への導入に先だって、部分的に転換された合成ガスの中間冷却の際に間接熱交換によって予熱された合成ガスの第一供給流、生成物流出流との間接熱交換によって予熱された合成ガスの第二供給流および工程流の温度調節のための合成ガスの第三供給流を組み合わせることによって工程流を得ること、そして部分的に転換された合成ガスを冷却するための中間床熱交換器を通して第一供給流を連続して流すこと
からなる上記方法を提供する。
【０００７】
本発明の別の課題は、各触媒床間における部分的に反応した合成ガスとの間接熱交換において冷却媒体として使用される新しい合成ガスの分配のための単純化された導入手段および配管手段を有する、本発明の方法に使用するためのアンモニア反応器を提供することにある。
従って、本発明によるアンモニア反応器は、円筒状圧力シェル内に共通の軸の周りに垂直に配置されそして直列に接続された少なくとも第一、第二および最終触媒床；
新しいアンモニア合成ガスの第一供給流との間接熱交換による触媒床からの部分的に転換されたアンモニア合成ガスの中間冷却のための各触媒床間に配置された中間熱交換手段；
アンモニア合成ガスの第二供給流との間接熱交換によるアンモニア生成物流出流の冷却のための最終触媒床の出口に配置された供給流−流出流熱交換手段；
反応器に第一供給流を導入するための導入手段および第二供給流を導入するための導入手段；
反応器に新しいアンモニア合成ガスの第三供給流を導入するための導入手段；
第一、第二および第三供給流を頂部触媒床に流す手段；および
頂部触媒床への工程流の導入に先だって、各供給流を組み合わせて工程流とする手段からなり、
その際第一供給流を流すための手段が、中間熱交換器を直列に接続するための通路および導入手段から連続して中間熱交換手段を通して供給流を組み合わせるための手段に第一流を流すための通路からなる。
【０００８】
【実施例】
以下に、図面を参考にして本発明をさらに詳細に説明する。この図面には、本発明の特定の態様によるアンモニア反応器の断面の概略図が記載されている。
本発明を実施する際には、新しいアンモニア合成ガス２を、本発明の特定の態様により構成されるアンモニア反応器４に導入する。この合成ガスは、反応器のシェル１２に配置された導入部１６、１８、２０を通して３つの別個の供給流６、８、１０として導入される。反応器４は、シェル内の頂部触媒床２４、中間触媒床２６および底部触媒床２８からなる。床２４および２６の間および床２６および２８の間には、熱交換器３０および３２が、床２４および２６を出る部分的に転換された工程流３７を冷却するために配置されている。底部触媒床２８の下流に配置された底部熱交換器３４は、床２８からの生成物流出流３８を冷却するために使用される。新しい合成ガスは、工程流３６として床２４に流され、そして床２４で部分的に転換される。次いで、部分的に転換された合成ガスは、床２６および２８を通して連続して工程流３７として流される。床の通過により、流れの中の窒素および水素は発熱反応してアンモニアを形成し、そしてアンモニアを富有する生成物流出流３８を形成する。生成物流出流３８は、出口４０を通して反応器から回収される前に、供給流８との間接冷却により熱交換器３４で冷却される。
【０００９】
上記したように、水素と窒素との間の反応は、触媒床内で発熱的に進行し、そして工程流の温度は上昇する。熱力学的な理由のために、工程流３７の温度は、床２６および２８への導入に先だって、低下させなければならない。これによって、工程流は、連続して熱交換器３２および３０を通って流れる供給流６との間接熱交換により熱交換器３０および３２で冷却される。
【００１０】
熱交換器の通過によって、供給流６および８は、上記したように間接熱交換によって予熱される。次いで、予熱された供給流は、頂部触媒床２４の上流で工程流３６に組み合わされる。床２４に導入する前に、工程流３６の温度は、冷供給流１０の添加により調節される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、発明の特定の態様によるアンモニア反応器の断面の概略図である。
【符号の説明】
２・・・合成ガス供給流
４・・・アンモニア反応器
６・・・第一供給流
８・・・第二供給流
１０・・・第三供給流
１２・・・反応器シェル
１６、１８、２０・・・合成ガス供給流の導入部
２４、２６、２８・・・触媒床
３０、３２、３４・・・熱交換器
３６、３７・・・工程流
３８・・・生成物流
４０・・・出口

Claims (2)

  1. アンモニア合成ガスの工程流を、少なくとも３つの触媒床を通して連続して流し、そしてこの床で合成ガスを反応させ；
    触媒床を出る部分的に反応した合成ガスを、各触媒床間に配置された熱交換器で熱交換することによって中間冷却し、そしてアンモニアを富有する生成物流出流を回収することからなる、昇圧および昇温下にアンモニア反応器中でアンモニアを製造する方法において、
    第一の触媒床への導入に先だって、部分的に転換された合成ガスの中間冷却の際に間接熱交換によって予熱された合成ガスの第一供給流、生成物流出流との間接熱交換によって予熱された合成ガスの第二供給流および工程流の温度調節のための合成ガスの第三供給流を組み合わせることによって工程流を得ること、そして部分的に転換された合成ガスを冷却するための中間床熱交換器を通して第一供給流を連続して流すこと
    からなる上記方法。
  2. 円筒状圧力シェル内に共通の軸の周りに垂直に配置されそして直列に接続された少なくとも第一、第二および最終触媒床；
    新しいアンモニア合成ガスの第一供給流との間接熱交換による触媒床からの部分的に転換されたアンモニア合成ガスの中間冷却のための各触媒床間に配置された中間熱交換手段；
    アンモニア合成ガスの第二供給流との間接熱交換によるアンモニア生成物流出流の冷却のための最終触媒床の出口に配置された供給流−流出流熱交換手段；
    反応器に第一供給流を導入するための導入手段および第二供給流を導入するための導入手段；
    反応器に新しいアンモニア合成ガスの第三供給流を導入するための導入手段；
    第一、第二および第三供給流を頂部触媒床に流す手段；および
    頂部触媒床への工程流の導入に先だって、各供給流を組み合わせて工程流とする手段からなり、
    その際第一供給流を流すための手段が、中間熱交換器を直列に接続するための通路および導入手段から連続して中間熱交換手段を通して供給流を組み合わせるための手段に第一流を流すための通路からなるアンモニア反応器。
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