專利名稱：一種合成氨自供熱反應的工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于合成氨領域，涉及一種能耗低、穩定性好的合成氨自供熱反應的工藝。
背景技術：
化工反應過程經常是通過幾個反應器串聯，進行不同的反應，有的是強放熱反應，有的是弱放熱，甚至是吸熱反應。其典型流程如圖1所示。
圖1示反應2進程有足夠的反應熱，通過預熱器可以達到自熱反應外，還有熱量多余，需要冷卻分離，而反應1沒有足夠的反應熱來維持反應，原料進入反應塔3經過換熱器5后并不能達到反應所需溫度，需要增設外供熱加熱器6，以提供熱量來維持反應，反應后的混合物經冷卻分離器7分離，部分原料進入反應塔4，經過換熱器8加溫后進行反應2，反應后的混合物經換熱器8后通過冷卻分離器9分離，部分原料進入下一級反應。這種工藝即需采用外部供熱，外供熱經常的做法是專設一臺加熱器，通過電能或蒸汽、或其它外在熱源供熱，這無疑增加能量的消耗，不是最經濟的辦法。
在合成氨工藝中，各個階段反應的理論產熱值及實際反應量不同，所產生的熱量也會有多有少，如甲醇化反應階段是強放熱反應(產熱量多)，氨合成反應階段產熱量也比較多，而甲烷化反應階段是弱放熱反應(主要是由于此階段反應量少導致產熱量少)。甲醇化反應通過預熱后即可依靠自身反應熱維持反應進行。在常規的工藝中，甲醇化反應放出的大量熱量，產生的高溫合成氣需要通過冷卻分離器冷卻后進入下一階段反應，冷卻過程釋放出的熱量往往得不到利用，而甲烷化反應自身產生的反應熱不足以使該反應能自動完成，需要額外提供熱量來維持反應的進行，因此常常專設一臺加熱器，這種工藝很明顯的缺點是能量的浪費；另一缺點是設備不夠緊湊，需專設一個外供熱換熱器；缺點之三是當外供熱出現故障而不能供熱時，將直接影響到主要的催化反應過程，迫使甲醇化反應和甲烷化反應停車，造成嚴重的經濟損失。
發明內容
本發明的目的是提供一種投資少、能耗低、穩定性高、安全性好的合成氨自供熱反應的新工藝。
本發明的目的是通過下列措施來實現的一種合成氨自供熱反應工藝，該工藝是將合成氨工藝中的強放熱反應的余熱提供給弱放熱反應或吸熱反應，使弱放熱反應或吸熱反應利用所提供的熱量能夠進行反應。
所述的工藝，其中強放熱反應的反應溫度高于弱放熱反應或吸熱反應的反應溫度。
本發明所述的強放熱反應或弱放熱反應是根據兩個或多個反應的產熱量相對而言，其中強放熱反應的溫度與弱放熱反應或吸熱反應的溫度差為5℃～500℃。
所述的工藝，其中各反應的反應溫度均高于常溫，通常各反應的反應溫度為50℃～600℃。
所述的工藝，其中各反應的壓力為常壓至高壓，通常各反應壓力為0.1～30.0mpa。
所述的工藝，其中各反應在同一個反應塔內進行或在不同的反應塔內進行。
本發明自熱反應工藝中，強放熱反應與弱放熱反應或吸熱反應可以在不同的反應塔中進行，其流程示意如圖2所示，原料氣經預熱換熱器5加熱后并不足以維持反應進行，需要經自供熱加熱器6進一步加熱后才能進行反應1(反應1在反應塔3中進行)，反應1是弱放熱反應，反應后混合物的熱量一部分可提供給預熱換熱器5，部分經冷卻分離器7吸收，混合物部分經冷卻分離，分離后的部分原料經預熱換熱器8加熱后，進入反應塔4內進入反應2，反應2為強放熱反應，產生的熱量可提供給自供熱加熱器6，經過自供熱加熱器6吸收部分熱量后的混合物經預熱換熱器8后進入下一級反應；也可以在同一個反應塔中進行，如圖3所示，原料經預熱換熱器5加熱后進入反應塔3內進行反應1(甲醇化反應)，產生大量熱量，甲醇化反應后的混合物流經內部換熱器4提供給反應2(甲烷化反應)所需熱量，混合物通過預熱換熱器5后經冷卻分離器6分離，分離后的原料經預熱換熱器7后進入反應塔3利用反應1提供的熱量進行反應2(甲烷化反應)，反應后的產物經預熱換熱器7后進入下一級反應。這種通過其內在的傳熱，將反應熱多余的熱量直接提供給需供熱的反應，以實現穩定的催化反應過程。
本發明適用于兩個反應或兩個以上的反應，反應可以是有機反應，也可以是無機反應。
強放熱反應和弱放熱或吸熱反應在整個合成氨工藝流程中的位置，可以在前，也可以在后，均可適用本發明到提供的方法實現完全自供熱。
本發明的優點
1、建立自供熱系統，不需外供熱，節省能耗(具體數據參見實施例)；2、克服傳統外供熱的不安全性和生產的不穩定性，自成獨立體系，運行具有非常高的穩定性和安全性；3、可將二個或多個反應器變為一個反應器，在其內部安裝直接換熱器，設備緊湊，減少投資。
圖1是通常化學反應工藝供熱示意圖。
圖2是本發明自供熱化學反應示意圖之一。
圖3是本發明自供熱化學反應示意圖之二。
圖4是本發明實施例1自供熱化學反應示意圖。
圖5是本發明實施例2自供熱化學反應示意圖。
圖6是本發明實施例3自供熱化學反應示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖通過實施例對本發明作進一步的闡述。
實施例1某合成氨廠設計一套甲烷化反應串接氨合成反應的工業流程，操作壓力25.0mpa，甲烷化反應溫度230-280℃，氨合成反應溫度380-500℃，進入合成塔溫度180℃，其中甲烷化反應由于反應量很少，不能自燃，采用本發明在系統內部串接反應中的強放熱反應熱進行供熱，供反應1維持正常運行。
圖4是該例的流程框圖，其中反應1的原料氣，從35℃經出口換熱器3加熱到200℃，再經自供熱加熱器4提溫到250℃，進入反應器2進行甲烷化反應1，至240℃出反應器2經出口換熱器3后經冷卻分離器5分離，合成氣經換熱器6加熱后進入反應塔8進行氨合成反應7(自供熱加熱器4的熱源來自串聯氨合成反應器8的氨合成反應(強放熱反應)7，引出少量300℃的反應氣，經換熱降至250℃返回)，反應后的混合物熱量經自供熱加熱器4及換熱器6吸收后排出。本例只在反應開始時反應氣預熱需要提供外來熱源，反應正常進行后即可停止外界供熱，完全依靠反應自身產生的熱量即可將全部反應持續進行下去。
實施例2某合成氨廠設計CO變換反應和甲烷化反應的串聯自供熱工藝，變換反應由中溫變換反應和低溫變換反應再串甲烷化反應，其流程框圖見圖5。
由圖5可見，反應氣經下部換熱器加熱至300℃后進行中溫變換反應1，反應后出口溫度為350℃，反應所產生的熱量部分可以傳遞給下部換熱器4、5，部分傳遞給自供熱加熱器7(自供熱加熱器7的熱源取自中溫變換反應1出口350℃氣體。因為該溫度供甲烷化的溫度正好適宜，而低溫變換后的溫度250℃則嫌低，并不適宜)，溫度降至200℃進入低溫變換反應2，出口溫度為250℃，產物經CO2吸收塔8后通過下部換熱器6預熱后再經自供熱加熱器7加溫至280℃進入甲烷化反應3，反應后的熱量可以由下部換熱器6吸收。本例只在反應開始時反應氣預熱需要提供外來熱源，反應正常進行后即可停止外界供熱，完全依靠反應自身產生的熱量即可將全部反應持續進行下去。
本例子的壓力范圍可在0.1mpa-7.0mpa。
實施例3串聯反應的甲醇合成反應和甲烷化反應在一個組合或反應器內完成(見圖6)。
35℃的反應物可在流經下部換熱器5時進行預熱，達到甲醇化反應所需要的溫度200℃后，進入反應塔4進行反應1(甲醇化反應)，反應后的混合物溫度達270℃，在反應塔內直接通過中間自供熱換熱器2(自供熱換熱器的熱量來自于反應1的放熱)提供給反應3(甲烷化反應)，使其維持在230-250℃，給甲烷化反應供熱后的溫度仍能達到240℃，提供給下部換熱器5，從而使甲醇化反應持續進行，不再需要外界額外提供熱量即可正常反應；甲醇化反應產物通過冷卻分離器6分離降溫分離，分離后的反應氣經外部自供熱換熱器7加熱至230℃進行甲烷化反應，甲烷化后反應氣溫度可達250℃，提供外部自供熱換熱器7的熱量。本例只在反應開始時反應氣預熱需要提供外來熱源，反應正常進行后即可停止外界供熱，完全依靠反應自身產生的熱量即可將全部反應持續進行下去。
甲醇化反應和甲烷化反應均可設計在5.0-30.0mpa范圍，兩個反應必須等壓。
權利要求
1.一種合成氨自供熱反應工藝，其特征在于該工藝是將合成氨工藝中的強放熱反應的余熱提供給弱放熱反應或吸熱反應，使弱放熱反應或吸熱反應利用所提供的熱量能夠進行反應。
2.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于強放熱反應的反應溫度高于弱放熱反應或吸熱反應的反應溫度。
3.根據權利要求2所述的工藝，其特征在于強放熱反應的溫度與弱放熱反應或吸熱反應的溫度差為5℃～500℃。
4.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于各反應的反應溫度均高于常溫。
5.根據權利要求4所述的工藝，其特征在于各反應的反應溫度為50℃～600℃。
6.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于各反應的壓力為常壓至高壓。
7.根據權利要求6所述的工藝，其特征在于各反應壓力為0.1～30.0mpa。
8.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于各反應在同一個反應塔內進行或在不同的反應塔內進行。
全文摘要
本發明公開了一種合成氨自供熱反應的工藝。該工藝是將合成氨工藝中的強放熱反應的余熱提供給弱放熱反應或吸熱反應，使弱放熱反應或吸熱反應利用所提供的熱量能夠進行反應。該工藝具有投資少、能耗低、穩定性高、安全性好的優點。
文檔編號C01C1/02GK1709795SQ20051004032
公開日2005年12月21日 申請日期2005年5月31日 優先權日2005年5月31日
發明者呂仲明 申請人:呂仲明