專利名稱：一次通過式等溫雙甲深度凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于氣體凈化和氮肥工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一次通過式等溫雙甲深 度凈化裝置，適用于以煤、天燃?xì)?、乙炔尾氣、煤制合成油尾氣等為原料制備合成氨的合?氣深度凈化過程，凈化后的氣體質(zhì)量滿足氨合成催化劑的要求。
背景技術(shù)：
合成氨過程是所有氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)起到舉足輕重的作用。合成 氨工業(yè)又是高能耗的行業(yè)，哪怕對(duì)合成氨技術(shù)稍作改進(jìn)，在行業(yè)內(nèi)推廣將對(duì)整個(gè)合成氨工 業(yè)的節(jié)能產(chǎn)生積極的效果。目前氨合成原料氣必須是純凈的氫氣和氮?dú)猓绻铣砂痹蠚庵蠧O殘存量為 20ppmv就會(huì)降低合成氨反應(yīng)速度10%以上。而以煤、天燃?xì)狻⒁胰参矚?、煤制合成油尾氣?為原料制備合成氨的合成氣經(jīng)變換脫碳后，含有0. 5% 8%的C0+C02，需要進(jìn)行脫除?，F(xiàn)有合成氨原料氣中少量C0+C02脫除方法很多，有銅洗法、醇烷化法、醇烴化法、 甲烷化法、液氮洗等凈化工藝，各有優(yōu)缺點(diǎn)。銅洗法可以脫除原料氣中殘余的CO、CO2，是我國(guó)合成氨工業(yè)長(zhǎng)期以來精制原料氣 的一種主要方法，在我國(guó)的應(yīng)用已非常成熟。但是這種方法不僅具有能耗高、氫氣回收率 低、原料氣凈化度低、操作費(fèi)用高、工藝復(fù)雜、阻力降大、操作難度大等缺點(diǎn)，而且環(huán)境污染 嚴(yán)重，廢水中含有重金屬銅、氨、一氧化碳、二氧化碳等，不利于環(huán)保，銅洗法已逐步淘汰。采用甲烷化法脫除工藝氣中的CO和C02可大幅度簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，降低建設(shè)和操作 費(fèi)用，運(yùn)行費(fèi)用較銅洗低，占地面積也較銅洗少。但是為了保證甲烷化反應(yīng)溫度不超溫，進(jìn) 甲烷化工段的工藝氣體含碳量必須嚴(yán)格控制，這就對(duì)變換脫碳工段提出了更苛刻的要求， 操作范圍窄；另外碳氧化物全部轉(zhuǎn)化為甲烷后，合成氨工段惰性氣體含量高，弛放氣量大， 導(dǎo)致新鮮氣消耗大，合成氨能耗高。液氮洗需要大量的純氮作為洗滌液體，因此需要配套空分裝置，一般認(rèn)為液氮洗 凈化和低溫甲醇洗配套比較有優(yōu)勢(shì)。醇烷化法、醇烴化法對(duì)原料氣的適應(yīng)性廣，對(duì)變換工段的要求較寬松，并且將原料 氣中的碳氧化物轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，降低合成氨的放氣量，氨醇 比調(diào)節(jié)范圍大，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單。目前，工業(yè)上使用的醇烷化法、醇烴化法，都有各 自的特點(diǎn)，但也存在著缺點(diǎn)，例如醇烷化法是非等壓中壓醇化、高壓醇化和高壓烷化，在高 壓下雖然有利于甲醇和甲烷的生成，但是CO和CO2氣體需要壓縮至高壓，不僅增加了壓縮 機(jī)功耗，而且增加了泄漏的危險(xiǎn)；中壓和高壓凈化裝置分別和壓縮機(jī)來回串聯(lián)流程，流程復(fù) 雜，對(duì)壓縮機(jī)影響大，特別不適合于離心式壓縮機(jī)流程；中壓和高壓凈化工藝不適用于低壓 氨合成工藝，一般僅適用于中小化肥裝置。醇烴化法的核心是采用精脫硫、甲醇化、甲烷化 三個(gè)過程，工藝氣體在三個(gè)過程之間來回串，流程復(fù)雜阻力大；采用電爐管加熱，流程復(fù)雜； 采用絕熱甲醇化反應(yīng)器，不能副產(chǎn)中壓蒸汽，能量利用效率低，并且浪費(fèi)大量冷卻水；單程 轉(zhuǎn)化率低，節(jié)能效果差；一般僅適用于中小化肥裝置。
3[0009]不管是醇烷化法，還是醇烴化法，因其能達(dá)到的醇氨比范圍非常大(0. 067 1. 25 或0. 06 1. 3)，即甲醇的產(chǎn)量可以占醇氨總產(chǎn)量的6 7%到70 80%并且可以調(diào)節(jié)，勢(shì) 必造成化工裝置產(chǎn)能和投資的浪費(fèi)。即多產(chǎn)甲醇時(shí)，造成氨合成的產(chǎn)能浪費(fèi)和低負(fù)荷低效 率運(yùn)行；多產(chǎn)合成氨時(shí)，又會(huì)造成甲醇裝置的產(chǎn)能浪費(fèi)和低負(fù)荷低效率運(yùn)行。這是和現(xiàn)代化 大型化工裝置的設(shè)計(jì)操作理念相違背的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是以合成氣深度凈化為目的，追求變換脫碳和深 度凈化的總投資最低，變換脫碳和深度凈化的總能耗最低，甲醇和氨產(chǎn)品的綜合成本最低， 而不追求高或低的醇氨比為目的，而提供一種一次通過式等溫雙甲深度凈化裝置，以適用 于以煤、天燃?xì)?、乙炔尾氣、煤制合成油尾氣等為原料制備合成氨的合成氣深度凈化過程， 凈化后的氣體質(zhì)量滿足氨合成催化劑的要求。同時(shí)具有凈化效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、流程簡(jiǎn)單、 投資小、能耗低、操作簡(jiǎn)單、無污染等優(yōu)點(diǎn)，解決目前合成氨合成氣深度凈化工藝和裝置中 存在的問題，使C0+C02在合成氣中含量低于lOppmv。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一次通過式等溫雙甲深度凈化裝置，設(shè)置在合成氣壓縮機(jī)低壓缸、高壓缸段間，其 包含相互串聯(lián)的至少一甲醇化反應(yīng)器和一絕熱甲醇化反應(yīng)器，造氣工段來的工藝氣體經(jīng)變 換脫碳后，通過合成氣壓縮機(jī)低壓缸壓縮后進(jìn)入甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲醇化，而后進(jìn)入絕熱 甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)后被送出。本實(shí)用新型的合成氣壓縮機(jī)為離心式壓縮機(jī)，至少具有低壓缸和高壓缸或多缸。所述甲醇化反應(yīng)器為等溫甲醇化反應(yīng)器或絕熱甲醇化反應(yīng)器或由一臺(tái)等溫甲醇 化反應(yīng)器和絕熱甲醇化反應(yīng)器組合而成。本實(shí)用新型的等溫甲醇化反應(yīng)器副產(chǎn)中壓飽和蒸汽，反應(yīng)溫度通過副產(chǎn)飽和蒸汽 壓力來控制。本實(shí)用新型使造氣工段來的工藝氣體經(jīng)變換脫碳后，殘余C0+C02的含量在 0. 5% 8%之間，通過合成氣壓縮機(jī)低壓缸壓縮后，形成壓力為5. O 8. OMPa的工藝氣體 進(jìn)入一等溫雙甲深度凈化裝置，依次進(jìn)行甲醇化和甲烷化反應(yīng)后，得到C0+C02含量IOppmv 以下凈化后的工藝氣體送入下一工段干燥凈化。其甲醇化反應(yīng)當(dāng)進(jìn)入等溫雙甲深度凈化裝置的工藝氣體中含碳量較低時(shí)，為了縮 短流程、簡(jiǎn)化操作、降低投資，原料氣進(jìn)行甲醇化時(shí)，可以在一等溫甲醇化反應(yīng)器或一絕熱 甲醇化反應(yīng)器中進(jìn)行。也可以依次通過一等溫甲醇化反應(yīng)器和一絕熱甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行。本實(shí)用新型工藝氣體經(jīng)過等溫甲醇化反應(yīng)器后，C0+C02在催化劑作用下與H2反應(yīng) 生成CH3OH和H2O,并放出大量的熱，熱量通過鍋爐給水移走，同時(shí)副產(chǎn)中壓飽和蒸汽和分離 甲醇，經(jīng)過等溫甲醇化反應(yīng)器反應(yīng)后的工藝氣體進(jìn)入絕熱甲醇化反應(yīng)器反應(yīng)，C0+C02殘余 量小于0. 5%并進(jìn)一步分離出甲醇。本實(shí)用新型經(jīng)過甲醇化反應(yīng)后的工藝氣體進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，剩 余的C0+C02轉(zhuǎn)化為甲烷，C0+C02含量降到IOppmv以下，經(jīng)冷卻分水后送出。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、允許造氣來的工藝氣體經(jīng)變換脫碳后殘余0. 5% 8%左右的C0+C02，以大幅度
4降低變換脫碳的投資和能耗。2、本實(shí)用新型全部采用普通的設(shè)備完成合成氣深度凈化的目標(biāo)。3、本實(shí)用新型的等溫雙甲深度凈化裝置在凈化合成氣的同時(shí)副產(chǎn)甲醇和副產(chǎn)中 壓飽和蒸汽，大幅度降低冷卻水消耗，是高效節(jié)能的工藝。4、本實(shí)用新型不僅可以實(shí)現(xiàn)將氨合成的有害氣體C0+C02轉(zhuǎn)化為甲醇，而且能夠降 低合成工段惰性組分甲烷的含量，甲烷化后的工藝氣體中甲烷含量低，達(dá)到氨合成工段循 環(huán)量小，放氣量降低、達(dá)到節(jié)能減排的目的。5、本實(shí)用新型的等溫雙甲深度凈化裝置，單臺(tái)設(shè)備體積小，整個(gè)裝置投資省、操作 簡(jiǎn)單；6、本實(shí)用新型的等溫雙甲深度凈化裝置采用等溫甲醇化反應(yīng)器，相對(duì)于絕熱甲醇 化反應(yīng)器而言，完全取消循環(huán)機(jī)的使用，操作彈性更大，并且沒有超溫飛溫的危險(xiǎn)。7、本實(shí)用新型的等溫雙甲深度凈化裝置全部采用等溫或絕熱的自熱反應(yīng)器，取消 使用電爐管加熱器。8、本實(shí)用新型的等溫雙甲深度凈化裝置中絕熱甲醇化反應(yīng)器的設(shè)置，可以將來自 等溫甲醇化反應(yīng)器的工藝氣體中少量的C0+C02進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲醇，減少C0+C02濃度，即降 低氨合成回路惰性成分CH4的含量、保證甲烷化反應(yīng)器不超溫不飛溫。9、本實(shí)用新型的等溫雙甲深度凈化裝置中的甲烷化反應(yīng)器可以將微量的C0+C02 轉(zhuǎn)化為CH4,使出來的工藝氣體中C0+C02含量低于lOppmv，達(dá)到合成氨原料氣深度凈化的目 的；10、本實(shí)用新型正常生產(chǎn)時(shí)無三廢排放。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1 一次通過式等溫雙甲深度凈化工藝的流程圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2 —次通過式等溫雙甲深度凈化工藝的流程圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例3 —次通過式等溫雙甲深度凈化工藝的流程圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下 面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。實(shí)施例1該實(shí)施例應(yīng)用在新建裝置上，其節(jié)能效果明顯。該實(shí)施例的一次通過式等溫雙甲 深度凈化裝置，包括一合成氣壓縮機(jī)，該合成氣壓縮機(jī)為離心式壓縮機(jī)，具有一個(gè)低壓缸 110和一個(gè)高壓缸120，還包括一雙甲深度凈化裝置300，該雙甲深度凈化裝置200由一個(gè)等 溫甲醇化反應(yīng)器R1、一個(gè)絕熱甲醇化反應(yīng)器R2和一個(gè)絕熱甲烷化反應(yīng)器R3串聯(lián)而成。變換脫硫脫碳來的工藝氣體1，經(jīng)壓縮機(jī)低壓缸110壓縮后，在5. 0 8. OMPa壓 力下進(jìn)入雙甲深度凈化裝置300中。該工藝氣體1首先被預(yù)熱至溫度200 250°C后進(jìn)入 等溫甲醇化反應(yīng)器R1，等溫甲醇化反應(yīng)器Rl副產(chǎn)中壓飽和蒸汽，反應(yīng)溫度通過副產(chǎn)飽和蒸 汽壓力來控制。出等溫甲醇化反應(yīng)器Rl的工藝氣體經(jīng)熱回收和分離甲醇后，進(jìn)入絕熱甲醇化反應(yīng)器R2，剩余的C0+C02進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲醇。工藝氣中殘余微量的C0+C02送入絕熱甲 烷化反應(yīng)器R3，出絕熱甲烷化反應(yīng)器R3的工藝氣體中碳氧化物含量低于lOppmv，經(jīng)冷卻分 水后，送入下游液氨洗滌或分子篩干燥凈化裝置300繼續(xù)脫除工藝氣中少量的水分和C02。 脫除工藝氣中少量的水分和CO2后的工藝氣體通過壓縮機(jī)高壓缸120壓縮后，形成合成氣 進(jìn)入塔后分氨氨合成器400，氨合成器400的一部分氣體送至合成氨工段，另一部分形成循 環(huán)氣送入壓縮機(jī)高壓缸120，尾氣送入氫回收器500回收氫氣，回收的氫氣與工藝氣體1混
口 O雙甲深度凈化裝置300中的等溫甲醇化反應(yīng)器Rl通入脫鹽水副產(chǎn)中壓飽和蒸汽， 絕熱甲醇化反應(yīng)器R2和絕熱甲烷化反應(yīng)器R3可以通入脫鹽水副產(chǎn)中壓過熱蒸汽。雙甲深 度凈化裝置300的加熱和冷卻采用通入中壓過熱蒸汽和冷卻水進(jìn)行。脫硫脫碳后的工藝氣體1的組成是(V% ) :C0 4 8、C02 0. 1 0. 3、H2 63 71、 CH4 0. 1 l、Ar 0. 1 1、N2 18 20。每噸甲醇副產(chǎn)飽和蒸汽量為> 0. 8t/t (2. 5MPaG, 226 °C )實(shí)施例2:如果脫硫脫碳原料氣中總碳含量降低，可以采用以下實(shí)施例2，降低投資。該實(shí)施 例只是雙甲深度凈化裝置200與實(shí)施例1不同，是由一個(gè)等溫甲醇化反應(yīng)器Rl和一個(gè)絕熱 甲烷化反應(yīng)器R3串聯(lián)而成。其余部分與實(shí)施例1相同。變換脫硫脫碳來的工藝氣體1，經(jīng)壓縮機(jī)低壓缸110壓縮后，在5. 0 8. OMPa壓力 下進(jìn)入雙甲深度凈化裝置300中。該工藝氣體1首先被預(yù)熱至溫度200 250°C后進(jìn)入等 溫甲醇化反應(yīng)器R1，等溫甲醇化反應(yīng)器Rl副產(chǎn)中壓飽和蒸汽，反應(yīng)溫度通過副產(chǎn)飽和蒸汽 壓力來控制。出等溫甲醇化反應(yīng)器Rl的工藝氣體經(jīng)熱回收和分離甲醇后，送入絕熱甲烷化 反應(yīng)器R3，出甲烷化反應(yīng)器R3的工藝氣體碳氧化物含量低于lOppmv，經(jīng)冷卻分水后，送入 下游液氨洗滌或分子篩干燥凈化裝置300繼續(xù)脫除工藝氣中少量的水分和C02。脫除工藝 氣中少量的水分和CO2后的工藝氣體通過壓縮機(jī)高壓缸120壓縮后，形成合成氣進(jìn)入塔后 分氨氨合成器400，氨合成器400的一部分氣體送至合成氨工段，另一部分形成循環(huán)氣送入 壓縮機(jī)高壓缸120，尾氣送入氫回收器500回收氫氣，回收的氫氣與工藝氣體1混合。雙甲深度凈化裝置300中的等溫甲醇化反應(yīng)器Rl通入脫鹽水副產(chǎn)中壓飽和蒸汽， 絕熱甲烷化反應(yīng)器R3可以通入脫鹽水副產(chǎn)中壓過熱蒸汽。雙甲深度凈化裝置300的加熱 和冷卻采用通入中壓過熱蒸汽和冷卻水進(jìn)行。脫硫脫碳后的工藝氣體1的組成是(V% ) :C0 2 4、C02 0. 1 0. 3、H2 66 72、 CH4 0. 1 l、Ar 0. 1 1、N2 21 23。每噸甲醇副產(chǎn)飽和蒸汽量為> 0. 9t/t (2. 5MPaG, 226 °C )實(shí)施例3 如果脫硫脫碳原料氣中總碳含量進(jìn)一步降低，可以采用以下實(shí)施例3，進(jìn)一步降低 投資；應(yīng)用在改造裝置上節(jié)能增產(chǎn)效果明顯。該實(shí)施例只是雙甲深度凈化裝置200與實(shí)施 例1不同，是由一個(gè)絕熱甲醇化反應(yīng)器R2和一個(gè)絕熱甲烷化反應(yīng)器R3串聯(lián)而成。其余部 分與實(shí)施例1相同。變換脫硫脫碳來的工藝氣體1，經(jīng)壓縮機(jī)低壓缸110壓縮后，在5. 0 8. OMPa壓力 下進(jìn)入雙甲深度凈化裝置300中。該工藝氣體1首先被預(yù)熱至溫度200 230°C后進(jìn)入絕熱甲醇化反應(yīng)器R2，剩余的C0+C02進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲醇。出絕熱甲醇化反應(yīng)器R2的工藝氣 體經(jīng)熱回收和分離甲醇后，送入絕熱甲烷化反應(yīng)器R3，出甲烷化反應(yīng)器R3的工藝氣體碳氧 化物含量低于lOppmv，經(jīng)冷卻分水后，送入下游液氨洗滌或分子篩干燥凈化裝置300繼續(xù) 脫除工藝氣中少量的水分和C02。脫除工藝氣中少量的水分和CO2后的工藝氣體通過壓縮 機(jī)高壓缸120壓縮后，形成合成氣進(jìn)入塔后分氨氨合成器400，氨合成器400的一部分氣體 送至合成氨工段，另一部分形成循環(huán)氣送入壓縮機(jī)高壓缸120，尾氣送入氫回收器500回收 氫氣，回收的氫氣與工藝氣體1混合。雙甲深度凈化裝置300中的絕熱甲醇化反應(yīng)器R2和絕熱甲烷化反應(yīng)器R3可以通 入脫鹽水副產(chǎn)中壓過熱蒸汽。雙甲深度凈化裝置300的加熱和冷卻采用通入中壓過熱蒸汽 和冷卻水進(jìn)行。脫硫脫碳后的工藝氣體1的組成是(V% ) :C0 1 2、C02 0. 1 0. 3、H2 69 73、 CH4 0. 1 1、Ar 0. 1 1、N2 23 24。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行 業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述 的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還 會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型 要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求一次通過式等溫雙甲深度凈化工藝的裝置，其特征在于，設(shè)置在合成氣壓縮機(jī)低壓缸、高壓缸段間，該裝置包含相互串聯(lián)的至少一甲醇化反應(yīng)器和一絕熱甲醇化反應(yīng)器，造氣工段來的工藝氣體經(jīng)變換脫碳后，通過合成氣壓縮機(jī)低壓缸壓縮后進(jìn)入甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲醇化，而后進(jìn)入絕熱甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)后被送出。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的合成氣壓縮機(jī)為離心式壓縮機(jī)，至少 具有低壓缸和高壓缸或多缸。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述甲醇化反應(yīng)器為等溫甲醇化反應(yīng)器。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述甲醇化反應(yīng)器為絕熱甲醇化反應(yīng)器。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述甲醇化反應(yīng)器由一臺(tái)等溫甲醇化反應(yīng) 器和絕熱甲醇化反應(yīng)器組合而成。
專利摘要本實(shí)用新型公開的一次通過式等溫雙甲深度凈化裝置，設(shè)置在合成氣壓縮機(jī)低壓缸、高壓缸段間，該裝置包含相互串聯(lián)的至少一甲醇化反應(yīng)器和一絕熱甲醇化反應(yīng)器，造氣工段來的工藝氣體經(jīng)變換脫碳后，通過合成氣壓縮機(jī)低壓缸壓縮后進(jìn)入甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲醇化，而后進(jìn)入絕熱甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)后被送出。本實(shí)用新型以適用于以煤、天燃?xì)?、乙炔尾氣、煤制合成油尾氣等為原料制備合成氨的合成氣深度凈化過程，凈化后的氣體質(zhì)量滿足氨合成催化劑的要求。同時(shí)具有凈化效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、流程簡(jiǎn)單、投資小、能耗低、操作簡(jiǎn)單、無污染等優(yōu)點(diǎn)，解決目前合成氨合成氣深度凈化工藝和裝置中存在的問題，使CO+CO2在合成氣中含量低于10ppmv。
文檔編號(hào)C01B3/50GK201665527SQ200920075920
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者劉敬榮, 楊震東, 陸歡慶, 顧鶴燕 申請(qǐng)人:上海國(guó)際化建工程咨詢公司