Способ и устройство для каталитического получения аммиака

1 Настоящее изобретение относится к технологии получения аммиака, в частности, к способу и устройству для каталитического получения аммиака из синтез-газа, содержащего водород и азот. Известен способ каталитического получения аммиака путем последовательного пропускания потока синтез-газа, содержащего азот и водород, через первый слой катализатора и второй слой катализатора, непрямого охлаждения первого слоя катализатора, охлаждение потока газообразного продукта, покидающего второй слой катализатора, и выделением конечного продукта известными способами, где непрямое охлаждение осуществляется потоком исходного синтез-газа, содержащего водород и азот, подаваемого на первый слой катализатора, и поток газа, покидающего стадию непрямого охлаждения, смешивают, по меньшей мере, с одним дополнительным потоком исходного синтез-газа,содержащего водород и азот, перед подачей на первый слой катализатора. Не вступивший в реакцию исходный синтез-газ может быть возвращен на повторную переработку (см., например, патент ФРГ DE 2710247 С 3, фиг. 2, С 01 С 1/04,1991). Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности получения аммиака путем упрощения технологии его производства. Эта задача решена посредством способа и устройства, выполненного согласно настоящему изобретению, которые детально описаны ниже. Способ, согласно изобретению, предусматривает стадии пропускания потока синтезгаза, содержащего азот и водород, через слои катализатора, расположенные один над другим,причем этот поток получают путем объединения подпотоков, осуществляющих непрямой теплообмен, введения потока синтез-газа в поток,вводимый в первый слой катализатора, для регулирования температуры подаваемого потока и выделения конечного продукта, при этом способ характеризуется тем, что исходный поток синтез-газа, содержащего водород и азот, подают в виде трех потоков, первый поток предварительно подогревают непрямым теплообменом с потоком продукта, выходящим из последнего слоя катализатора, с последующим введением во второй поток, полученный таким образом объединенный поток подают в первый слой катализатора, при этом третий поток подогревают непрямым теплообменом с потоком продукта, выходящим из первого и второго слоя катализатора с последующим добавлением в объединенный поток, вводимый в первый слой катализатора. Устройство, выполненное согласно настоящему изобретению, предусматривает линии для подачи исходного синтез-газа, содержащего водород и азот, реакторы с расположенными внутри них слоями катализатора, при этом указанные катализаторы размещены один над дру 000611 2 гим, первый реактор снабжен входной линией,сообщенной с линиями для подачи исходного синтез-газа, а последний реактор снабжен выходной линией для отвода потока продукта, при этом указанная выходная линия снабжена теплообменником, и дополнительные теплообменники, указанное устройство характеризуется тем, что две линии для подачи исходного синтез-газа, одна из которых проходит через теплообменник, которым снабжена выходная линия последнего реактора, сходятся в одну линию,сообщенной с входной линией первого реактора, при этом один дополнительный теплообменник установлен между каждыми двумя реакторами, а третья линия для подачи исходного синтез-газа проходит через каждый дополнительный теплообменник и сообщена с входной линией первого реактора. Изобретение далее иллюстрируется сопроводительным чертежом, представляющим собой упрощенную схему потоков, описывающую способ, осуществляемый по настоящему изобретению в устройстве, выполненном согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Устройство 1 содержит три реактора 2, 3 и 4, размещенных один над другим. Каждый реактор 2-4 снабжен слоем 5 катализатора, расположенным внутри катализатора. Первый реактор 2 снабжен входной линией 6, а последний реактор 4 снабжен выходной линией 7, имеющим теплообменник 8. Реакторы 2-4 соединены линиями 9,10, в каждой из которых расположен дополнительный теплообменник 11. В конструкции устройства 1 также предусмотрены линии 12-14 для подачи исходного синтез-газа, содержащего водород и азот. Линия 12 проходит через теплообменник 8 и ведет в линию 15, ведущую во входную линию 6. Линия 14 также ведет в линию 15. Линия 13 проходит через каждый из дополнительных теплообменников 11, находящихся между реакторами 4 и 3 и 3 и 2, а затем ведет во входную линию 6. В ходе работы устройства, выполненного по изобретению, свежеприготовленный синтезгаз для получения аммиака вводят в линии 12-14 в аппарат 1. Синтез-газ практически вводят в виде трех раздельных питающих потоков. Свежеприготовленный синтез-газ пропускают по линии 6 в реактор 2 и частично превращают в аммиак в его каталитическом слое 5. Частично превращенный синтез-газ затем пропускают последовательно через реакторы 3 и 4. При пропускании через каталитические слои 5 в реакторах 3 и 4 азот и водород в потоке, экзотермически реагируя, превращаются в аммиак, а образующийся продукт, обогащенный аммиаком,отводят по линии 7 после его непрямого охлаждения в теплообменнике 8, осуществляемого с помощью потока, проходящего по линии 12. Дополнительные теплообменники 11, расположенные между реакторами 2 и 3 и 3 и 4, служат для охлаждения частично превращенного потока, выходящего из реакторов 2 и 3. Как известно специалистам, обладающим средним уровнем знаний в данной области техники, реакция между водородом и азотом протекает экзотермически в слоях катализатора,при этом этот процесс сопровождается ростом температуры в технологических потоках. В силу термодинамических причин температура технологического потока, выходящего из реактора 2,должна быть понижена перед введением его в реакторы 3 и 4. Для этого поток охлаждают путем непрямого теплообмена с подаваемым потоком, проходящим по линии 13. Подаваемые потоки, проходящие по линиям 12 и 13, предварительно подогретые непрямым теплообменом, как это было описано выше, вводят в реактор 2 вместе с холодным подаваемым потоком по линии 14, служащим для регулирования температуры потока, проходящего в линии 6. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ каталитического получения аммиака, предусматривающий стадии пропускания потока синтез-газа, содержащего азот и водород, через слои катализатора, расположенные один над другим, причем этот поток получают путем объединения подпотоков осуществления непрямого теплообмена, введения потока синтез-газа в поток, вводимый в первый слой катализатора, для регулирования температуры подаваемого потока и выделения конечного продукта, отличающийся тем, что исходный поток синтез-газа, содержащий водород и азот, подают в виде трех потоков, первый поток предварительно подогревают непрямым теплообменом с потоком продукта, выходящим из последнего слоя катализатора, с последующим введением во второй поток, полученный таким образом объединенный поток подают в первый слой катализатора, при этом третий поток подогревают непрямым теплообменом с потоком продукта, выходящим из первого и второго слоя катализатора с последующим добавлением в объединен 4 ный поток, вводимый в первый слой катализатора. 2. Устройство для каталитического получения аммиака, содержащее линии для подачи исходного синтез-газа, содержащего водород и азот, реакторы с расположенными внутри них слоями катализатора, при этом указанные реакторы размещены один над другим, первый реактор снабжен входной линией, сообщенной с линиями для подачи исходного синтез-газа, а последний реактор снабжен выходной линией для отвода потока продукта, при этом указанная выходная линия снабжена теплообменником, и дополнительные теплообменники, отличающееся тем, что две линии для подачи исходного синтез-газа, одна из которых проходит через теплообменник, которым снабжена выходная линия последнего реактора, сходятся в одну линию, сообщенной с входной линией первого реактора, при этом один дополнительный теплообменник установлен между каждыми двумя реакторами, а третья линия для подачи исходного синтез-газа проходит через каждый дополнительный теплообменник и сообщена с входной линией первого реактора.