高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)以及合成氨系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)以及合成氨系統(tǒng)，高純度氫氣生產(chǎn)系統(tǒng)包括水煤氣發(fā)生部分，變換氣發(fā)生部分，變換氣脫硫部分和變換氣脫碳提氫部分，合成氨系統(tǒng)還包括氫氣補(bǔ)氮脫氧部分，氮?dú)錃鈮嚎s部分和氨合成部分。本實(shí)用新型的高純度氫氣生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，觸媒用量少，種類少，操作人員少，操作環(huán)境好，操作費(fèi)用低，節(jié)能降耗效果顯著。
【專利說明】高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)以及合成氨系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及化工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種方便在現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)上進(jìn)行改造的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)以及合成氨系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]原料和動(dòng)力結(jié)構(gòu)調(diào)整是國家對(duì)氮肥行業(yè)實(shí)行戰(zhàn)略性結(jié)構(gòu)調(diào)整的一項(xiàng)重要舉措，其實(shí)施可顯著降低我國煤化工產(chǎn)品氫氣或合成氣的生產(chǎn)成本，特別是進(jìn)而降低化肥價(jià)格，實(shí)現(xiàn)間接支農(nóng)的目的。
[0003]目前我國采用煤為原料的氮肥裝置大多以無煙塊煤為原料，采用固定床間歇?dú)饣夹g(shù)，受我國煤炭資源分布的限制，多數(shù)企業(yè)的無煙塊煤原料來自山西晉城一帶，必然受制于產(chǎn)地的供應(yīng)能力和煤炭運(yùn)輸能力。近年來，國家實(shí)行了嚴(yán)格禁止汽車超載，整頓公路運(yùn)輸秩序的措施，同時(shí)大力整頓煤炭生產(chǎn)秩序，關(guān)閉了許多無安全保證的小煤窯，加之全國高耗能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)致全國性的煤炭資源緊張，煤炭價(jià)格連續(xù)上漲，殃及以山西晉城煤為原料的氮肥行業(yè)。許多企業(yè)已從原進(jìn)廠價(jià)900?1200元/噸，上漲到目前的1400?1500元/噸，噸尿素成本增加400?500元左右。而神華煤進(jìn)場價(jià)也只有700?800元/噸。當(dāng)?shù)孛壕蜁?huì)更低些。預(yù)計(jì)無煙煤價(jià)格今后難以回落到以前的水平。除煤炭價(jià)格上漲外，受運(yùn)輸?shù)闹萍s，煤炭供應(yīng)也跟不上，影響企業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)，許多企業(yè)被迫減負(fù)荷運(yùn)行甚至停產(chǎn)。同時(shí)由于原料煤價(jià)的不斷上漲，使尿素產(chǎn)品價(jià)格隨之攀升，嚴(yán)重影響了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和遠(yuǎn)期發(fā)展。
[0004]參見圖1，現(xiàn)有的合成氨的工藝方法包括加壓氣化一CO變換一DDS脫硫一PSA提氫一MEDA脫碳一精脫硫補(bǔ)氮一壓縮一甲醇凈化一甲烷化一氨合成等10步主要工藝步驟，具體說，目前國內(nèi)以無煙煤為原料的煤化工(制取合成氣、氫氣)裝置，采用常壓固定層間歇?dú)饣癄t制取粗合成氣，其工藝技術(shù)較落后、氣化效率低、能耗高、廢氣廢水排放量大、對(duì)環(huán)境污染較大。而后續(xù)凈化工序均為濕法脫硫、一氧化碳變換、變換氣脫硫、變換氣脫碳、脫碳?xì)饩摿?、氮?dú)錃鈮嚎s、甲醇化凈化、甲烷化凈化制取氫氣或一氧化碳與氫的混合氣(合成氣)，最終用于合成氨、甲醇、乙二醇等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)或?yàn)槠渌袡C(jī)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)提供氫氣。根據(jù)各企業(yè)所用壓縮機(jī)各段出口壓力的不同，脫硫一般為常壓操作，變換、變脫、脫碳、精脫硫壓力一般為0.8?2.7MPa，變換采用全低溫多段絕熱變換工藝，變脫工藝有濕法、干法、濕法串干法，濕法脫碳采用的方法有MDEA法、NHD法、熱鉀堿法、變壓吸附法等。甲醇化、甲烷化凈化，一般操作壓力為12.5?31.4MPa。
[0005]我國有大量的廉價(jià)煙煤、褐煤資源，煙煤、褐煤分布較廣，利用當(dāng)?shù)刎S富的廉價(jià)煤和粉煤氣化技術(shù)進(jìn)行原料路線改造，不但可減輕運(yùn)輸負(fù)擔(dān)，同時(shí)顯著降低生產(chǎn)成本，減少污染、改善環(huán)境、實(shí)現(xiàn)潔凈生產(chǎn)、提高產(chǎn)品的競爭力。綜上所述，采用粉煤氣化技術(shù)推進(jìn)無煙煤化工企業(yè)的技術(shù)改造是必要的，符合國家氮肥行業(yè)產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展方向。
[0006]因此，提供一種采用煙煤作為原料的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)以及合成氨的系統(tǒng)是亟待解決的問題。實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]為了克服上述的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種盡量利用原有設(shè)備、在原有設(shè)備上進(jìn)行改造的、造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用低的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)以及合成氨系統(tǒng)。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0009]本實(shí)用新型提供一種高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)，包括水煤氣發(fā)生部分，變換氣發(fā)生部分，變換氣脫硫部分和變換氣脫碳提氫部分；所述水煤氣發(fā)生部分和變換氣發(fā)生部分之間，變換氣發(fā)生部分和變換氣脫硫部分之間，變換氣脫硫部分和變換氣脫碳提氫部分之間通過管道連通；
[0010]所述水煤氣發(fā)生部分包括原料輸送裝置、空氣分離裝置和氣化爐，其中煙煤通過原料輸送裝置進(jìn)入氣化爐，空氣分離裝置分離出來的氧氣進(jìn)入氣化爐；煙煤和氧氣在氣化爐中加壓氣化生成水煤氣；水煤氣進(jìn)入所述變換氣發(fā)生部分生成變換氣后進(jìn)入變換氣脫硫部分；
[0011]所述變換氣脫硫部分包括脫硫塔和脫硫液再生裝置；所述脫硫塔與脫硫液再生裝置連接；等溫絕熱變換氣進(jìn)入脫硫塔脫硫后進(jìn)入變換氣脫碳提氫部分。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述變換氣發(fā)生部分包括凈化裝置、第一熱交換裝置、等溫變換爐、絕熱變換爐、第二熱交換裝置、冷凝裝置、分離裝置；所述水煤氣首先通過凈化裝置去除雜質(zhì)得到第一水煤氣，第一水煤氣進(jìn)入第一熱交換裝置進(jìn)行熱交換得到第二水煤氣，第二水煤氣與過熱蒸汽混合后進(jìn)入等溫變換爐反應(yīng)得到等溫變換氣，等溫變換氣進(jìn)入第一熱交換裝置與第一水煤氣進(jìn)行熱交換后得到第一變換氣，第一變換氣進(jìn)入絕熱變換爐進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)得到第二變換氣，第二變換氣進(jìn)入第二熱交換裝置降溫得到第三變換氣，第三變換氣進(jìn)入冷凝裝置使水蒸氣冷凝后進(jìn)入分離裝置分離出冷凝水，得到等溫絕熱變換氣。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述等溫變換爐設(shè)置有汽包，所述第一熱交換裝置與所述等溫變換爐的殼程連通，所述等溫變換爐的殼程與所述汽包連通。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述變換氣脫碳提氫部分包括脫碳裝置和提氫裝置；
[0015]所述脫碳裝置包括水分離器、第一吸附塔和第一均壓罐，所述脫硫變換氣首先經(jīng)過水分離器分離出水分后進(jìn)入第一吸附塔，在所述第一吸附塔中設(shè)置有第一低溫觸媒吸附劑；經(jīng)過第一吸附塔吸附處理后進(jìn)入第一均壓罐升壓處理后進(jìn)入提氫裝置；
[0016]所述提氫裝置包括第二吸附塔、第二均壓罐、真空泵和氫氣壓縮機(jī)，所述經(jīng)過脫碳裝置處理后的脫硫變換氣依次進(jìn)入第二吸附塔和第二均壓罐后通過真空泵打入氫氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮處理得到高純度氫氣。
[0017]本實(shí)用新型還提供一種合成氨系統(tǒng)，包括如上所述的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)；
[0018]所述合成氨系統(tǒng)還包括氫氣補(bǔ)氮脫氧部分，氮?dú)錃鈮嚎s部分和氨合成部分；變換氣脫碳提氫部分和氫氣補(bǔ)氮脫氧部分之間，氫氣補(bǔ)氮脫氧部分和氮?dú)錃鈮嚎s部分之間，以及氮?dú)錃鈮嚎s部分和氨合成部分之間均通過管道連接。
[0019]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氫氣補(bǔ)氮脫氧部分包括氮?dú)廨斔凸?、氮?dú)浠旌涎b置和除氧裝置，所述氮?dú)廨斔凸芘c所述水煤氣發(fā)生部分的空氣分離裝置連接，所述氮?dú)廨斔凸芘c所述氮?dú)浠旌涎b置連接，所述除氧裝置與所述氮?dú)浠旌涎b置連接；經(jīng)過提氫裝置提取出來的氫氣進(jìn)入氮?dú)浠旌涎b置，與通過氮?dú)廨斔凸苓M(jìn)入的氮?dú)庠诘獨(dú)浠旌涎b置中混合得到氮?dú)浠旌蠚?，氮?dú)浠旌蠚膺M(jìn)入除氧裝置除氧后進(jìn)入氮?dú)錃鈮嚎s部分。
[0020]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氮?dú)錃鈮嚎s部分包括氮?dú)錃膺M(jìn)口總管、第一分離裝置、至少一臺(tái)壓縮機(jī)和氮?dú)錃獬隹诳偣埽龅谝环蛛x裝置設(shè)置在氮?dú)錃膺M(jìn)口總管的入口處，所述氮?dú)錃膺M(jìn)口總管與壓縮機(jī)的進(jìn)口連接，所述氮?dú)錃獬隹诳偣芘c壓縮機(jī)的出口連接。
[0021]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氨合成部分包括氨合成塔，其中氨合成塔中設(shè)置有高活性氨合成觸媒。
[0022]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氨合成系統(tǒng)還包括后續(xù)處理部分，所述后續(xù)處理部分包括蒸汽過熱器、廢熱鍋爐、軟水加熱器、第一水冷裝置、第二水冷裝置、第一氨冷裝置、第二氨冷裝置、氨分離器和合成氣循環(huán)裝置；所述氨合成部分產(chǎn)生的合成氨經(jīng)過蒸汽過熱器加熱飽和蒸汽至過熱蒸汽，然后經(jīng)過廢熱鍋爐產(chǎn)生飽和蒸汽之后進(jìn)入軟水加熱器加熱脫鹽水，之后進(jìn)入第一水冷裝置降溫，進(jìn)入第二水冷裝置后氨氣被部分冷凝，再進(jìn)入第一氨冷裝置和第二氨冷裝置冷凝，之后進(jìn)入氨分離器進(jìn)行氣液分離得到液氨和合成氣，液氨進(jìn)入氨庫儲(chǔ)存。
[0023]本實(shí)用新型的有益效果:
[0024]本實(shí)用新型的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，觸媒用量少，種類少，操作人員少，操作環(huán)境好，操作費(fèi)用低，節(jié)能降耗效果顯著。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為了使本實(shí)用新型的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)以及合成氨系統(tǒng)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]圖1為現(xiàn)有的合成氨的工藝方法的流程示意圖；
[0027]圖2為本實(shí)用新型的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)的整體示意圖；
[0028]圖3為本實(shí)用新型的合成氨系統(tǒng)的整體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0030]實(shí)施例一
[0031]參見圖2，本實(shí)用新型提供一種高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水煤氣發(fā)生部分1、變換氣發(fā)生部分2、變換氣脫硫部分3和變化氣脫碳提氫部分4，所述水煤氣發(fā)生部分I和變換氣發(fā)生部分2之間，變換氣發(fā)生部分2和變換氣脫硫部分3之間，變換氣脫硫部分3和變換氣脫碳提氫部分4之間均通過管道連接。
[0032]較佳的，作為一種可實(shí)施方式，水煤氣發(fā)生部分I包括原料輸送裝置101、空氣分離裝置102和氣化爐103，燃料通過原料輸送裝置101進(jìn)入氣化爐103，空氣分離裝置102分離出來的氧氣進(jìn)入氣化爐103,煙煤和氧氣在氣化爐103中加壓氣化生成水煤氣；原料輸送裝置101和空氣分離裝置102均與氣化爐103連接。
[0033]較佳的，作為一種可實(shí)施方式，變換氣發(fā)生部分2包括凈化裝置201、第一熱交換裝置202、等溫變換爐203、絕熱變換爐204、第二熱交換裝置205、冷凝裝置206、分離裝置207 ;所述水煤氣首先通過凈化裝置201去除雜質(zhì)得到第一水煤氣，第一水煤氣進(jìn)入第一熱交換裝置202進(jìn)行熱交換得到第二水煤氣，第二水煤氣與過熱蒸汽混合后進(jìn)入等溫變換爐203反應(yīng)得到等溫變換氣，等溫變換氣進(jìn)入第一熱交換裝置202與第一水煤氣進(jìn)行熱交換后得到第一變換氣，第一變換氣進(jìn)入絕熱變換爐204進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)得到第二變換氣，第二變換氣進(jìn)入第二熱交換裝置205降溫得到第三變換氣，第三變換氣進(jìn)入冷凝裝置206使水蒸氣冷凝后，進(jìn)入分離裝置207分離出冷凝水，得到等溫絕熱變換氣。其中，凈化裝置201與氣化爐103連接。本實(shí)施例中的凈化裝置是過濾器和凈化器，第一熱交換裝置為熱交換器，第二熱交換裝置為軟水加熱器，冷凝裝置為水冷器，分離裝置為水分離器。本實(shí)施例可以采用過濾器和凈化器的雙重凈化裝置。
[0034]變換氣發(fā)生部分的工藝流程是:水煤氣經(jīng)過凈化裝置除去大部分雜質(zhì)，進(jìn)入第一熱交換裝置，與等溫變換爐出口的等溫變換氣(等溫變換氣的溫度為230°C ± 10°C )進(jìn)行熱交換，第一水煤氣溫度升至200°C至220°C (優(yōu)選為210°C)，然后補(bǔ)入過熱蒸汽，進(jìn)入等溫變換爐管內(nèi)觸媒層，在觸媒催化作用下CO與H20反應(yīng)生成C02和H2，從等溫變換爐中出來的等溫變換氣先與水煤氣在第一熱交換裝置的殼程內(nèi)發(fā)生熱交換，等溫變換氣的溫度降至180°C至190°C (最好為188°C)后進(jìn)入絕熱變換爐，在觸媒作用下發(fā)生絕熱變換反應(yīng)，絕熱變換氣中的CO含量低于0.4%，溫度為192°C至196°C (優(yōu)選為194°C )，進(jìn)入軟水加熱器加熱鍋爐給水，等溫絕熱變換氣溫度降至75°C至80°C (優(yōu)選為78°C)，再經(jīng)冷凝裝置(水冷器)冷凝，最后經(jīng)分離裝置(水分離器)分離出冷凝水。
[0035]更優(yōu)的，本實(shí)施例中的等溫變換爐203設(shè)置有汽包，第一熱交換裝置202是熱交換器，軟水加熱器中的脫鹽水經(jīng)過軟水加熱器熱交換加熱后，進(jìn)入等溫變換爐203的殼程吸收等溫變換反應(yīng)熱，此時(shí)加熱后的脫鹽水吸收等溫變換產(chǎn)生的熱量形成汽水混合物，汽水混合物經(jīng)上升管栲水汽密度差上升到等溫變換爐的汽包，在此進(jìn)行汽水分離產(chǎn)生蒸汽，經(jīng)減壓穩(wěn)壓后作為過熱蒸汽使用。設(shè)置汽包可以利用變換反應(yīng)放熱量，一般可以產(chǎn)生1.5至
2.5MPa飽和蒸汽用于等溫變換用汽(即步驟S203中的過熱蒸汽)。本實(shí)施例可以通過控制汽包所產(chǎn)生蒸汽壓力精確控制等溫變換爐觸媒層溫度，操作方便。
[0036]較佳的，作為一種可實(shí)施方式，變換氣脫硫部分3包括脫硫塔301和脫硫液再生裝置302 ;脫硫塔301與脫硫液再生裝置302連接；等溫絕熱變換氣進(jìn)入脫硫塔脫硫后進(jìn)入變換氣脫碳提氫部分4。脫硫塔301與分離裝置207通過管路連通。
[0037]本實(shí)施例中的脫硫液為DDS (Desulfuration&Decarburization solutionActivities)脫硫液。脫硫液再生裝置包括噴射器、再生槽、液位調(diào)節(jié)器、貧液槽、脫硫泵和硫回收裝置。變換氣脫硫部分中的液體流程是:吸收了 H2S的DDS脫硫液流出脫硫塔經(jīng)自調(diào)閥減壓后進(jìn)入噴射器，自吸空氣后噴射進(jìn)入脫硫液再生裝置的再生槽的底部，在上升過程中逐步氧化再生，析出硫泡沫，再生完全的脫硫液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器進(jìn)入貧液槽，經(jīng)脫硫泵加壓進(jìn)入脫硫塔。其中，硫回收裝置包括硫泡沫槽、硫沫泵、硫泡沫過濾機(jī)、熔硫釜，脫硫液再生的流程為:再生槽溢出的硫泡沫進(jìn)入硫泡沫槽，經(jīng)硫沫泵加壓打入硫泡沫過濾機(jī)。分離出硫泡沫送入熔硫爸，在蒸汽加熱的條件下，硫泡沫分離出的溶液返回系統(tǒng)內(nèi)硫泡沫槽，硫顆粒熔融為液態(tài)硫，達(dá)到一定量時(shí)開啟放硫閥放硫。硫泡沫過濾液返回貧液槽循環(huán)利用。
[0038]較佳的，作為一種可實(shí)施方式，變換氣脫碳提氫部分4包括脫碳裝置和提氫裝置。其中脫碳裝置包括水分離器401、第一吸附塔402和第一均壓罐403，來自變換氣脫硫部分的脫硫變換氣首先經(jīng)過水分離器401分離出其中的水分后進(jìn)入第一吸附塔402，在第一吸附塔401中設(shè)置有用來吸附脫硫變換氣中的C02及其他惰性氣體的第一低溫觸媒吸附劑；經(jīng)過第一吸附塔吸附處理后，進(jìn)入第一均壓罐升壓處理后得到脫碳變換氣，同時(shí)對(duì)第一低溫觸媒吸附劑進(jìn)行處理后得到高純度C02，之后脫碳變換氣進(jìn)入提氫裝置；提氫裝置包括第二吸附塔404、第二均壓罐405、真空泵和氫氣壓縮機(jī)406，脫碳變換氣依次進(jìn)入第二吸附塔404和第二均壓罐405后通過真空泵打入氫氣壓縮機(jī)406進(jìn)行壓縮處理得到高純度氫氣。其中脫碳裝置和提氫裝置均通過氣動(dòng)程控閥組進(jìn)行控制。
[0039]實(shí)施例二
[0040]相應(yīng)的，將實(shí)施例一的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用于合成氨系統(tǒng)，參見圖3，該合成氨系統(tǒng)包括實(shí)施例一所述的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)，還包括氫氣補(bǔ)氮脫氧部分5、氮?dú)錃鈮嚎s部分6和氨合成部分7，其中變換氣脫碳提氫部分4和氫氣補(bǔ)氮脫氧部分5之間，氫氣補(bǔ)氮脫氧部分5和氮?dú)錃鈮嚎s部分6之間，以及氮?dú)錃鈮嚎s部分6和氨合成部分7之間均通過管道連通。
[0041]較佳的，作為一種可實(shí)施方式，氫氣補(bǔ)氮脫氧部分5包括氮?dú)廨斔凸?01、氮?dú)浠旌涎b置502和除氧裝置503，所述氮?dú)廨斔凸?01與所述水煤氣發(fā)生部分的空氣分離裝置101連接，所述氮?dú)廨斔凸?01與所述氮?dú)浠旌涎b置502連接，所述除氧裝置503與所述氮?dú)浠旌涎b置502連接；經(jīng)過提氫裝置提取出來的氫氣進(jìn)入氮?dú)浠旌涎b置502，與通過氮?dú)廨斔凸?01進(jìn)入的氮?dú)庠诘獨(dú)浠旌涎b置502中混合得到氮?dú)浠旌蠚?，氮?dú)浠旌蠚膺M(jìn)入除氧裝置503除氧后進(jìn)入氮?dú)錃鈮嚎s部分6。本實(shí)施例中操作壓力為1.3MPa，溫度為35°C。
[0042]較佳的，作為一種可實(shí)施方式，所述氮?dú)錃鈮嚎s部分6包括氮?dú)錃膺M(jìn)口總管601、第一分離裝置602、至少一臺(tái)壓縮機(jī)603和氮?dú)錃獬隹诳偣?04,所述第一分離裝置602設(shè)置在氮?dú)錃膺M(jìn)口總管601的入口處，所述氮?dú)錃膺M(jìn)口總管601與壓縮機(jī)603的進(jìn)口連接，所述氮?dú)錃獬隹诳偣?04與壓縮機(jī)603的出口連接。壓縮機(jī)的數(shù)量可以根據(jù)氮?dú)錃獾臍饬看_定，壓縮機(jī)可以是單缸壓縮機(jī)、雙缸壓縮機(jī)或多缸壓縮機(jī)，具體的根據(jù)氮?dú)錃獾牟僮鲏毫Υ_定。當(dāng)設(shè)置多臺(tái)壓縮機(jī)時(shí)，以雙缸壓縮機(jī)為例，壓縮機(jī)內(nèi)部包括第一壓縮部分和第二壓縮部分，第一壓縮部分包括第一分離裝置、第一壓縮裝置、第一緩沖裝置、第一冷卻裝置和第二分離裝置，第二壓縮部分包括第二壓縮裝置、第二緩沖裝置、第二冷卻裝置和第三分離裝置；所述氮?dú)浠旌蠚膺M(jìn)入第一分離裝置分離出攜帶的水滴后進(jìn)入第一壓縮裝置，然后依次進(jìn)入第一緩沖裝置和第一冷卻裝置，之后進(jìn)入第二分離裝置分離出其中的油水后，進(jìn)入第二壓縮裝置，再經(jīng)第二緩沖裝置、第二冷卻裝置和第三分離裝置后進(jìn)入氨合成部分；其中第一分離裝置用于分離氮?dú)浠旌蠚庵械乃?，第二分離裝置和第三分離裝置用于分離氮?dú)浠旌蠚庵械挠退?br> [0043]較佳的，作為一種可實(shí)施方式，氨合成部分7包括氨合成塔701，其中氨合成塔701中設(shè)置有高活性氨合成觸媒。其中，氨合成塔701與氮?dú)錃獬隹诳偣?04連通。本實(shí)施例中氨合成塔的反應(yīng)壓力為15.0MPa。氨合成塔出塔反應(yīng)氣的溫度約為330°C。
[0044]較佳的，作為一種可實(shí)施方式，氨合成系統(tǒng)還包括后續(xù)處理部分8，所述后續(xù)處理部分包括蒸汽過熱器、廢熱鍋爐、軟水加熱器、第一水冷裝置、第二水冷裝置、第一氨冷裝置、第二氨冷裝置、氨分離器和合成氣循環(huán)裝置；所述氨合成部分產(chǎn)生的合成氨(330°C )經(jīng)過蒸汽過熱器加熱2.74MPa的飽和蒸汽至322°C的過熱蒸汽，然后進(jìn)入廢熱鍋爐加熱廢熱鍋爐中的水產(chǎn)生飽和蒸汽之后，合成氨的溫度降至96.6°C，進(jìn)入軟水加熱器加熱脫鹽水溫度至95.2°C，合成氨溫度降至71°C，之后進(jìn)入第一水冷裝置降溫，進(jìn)入第二水冷裝置后合成氨被部分冷凝，合成氨溫度降至16°C，再進(jìn)入第一氨冷裝置，合成氨溫度降至1°C，進(jìn)入第二氨冷裝置冷凝，合成氨溫度降至-11.7°C，之后進(jìn)入氨分離器進(jìn)行氣液分離得到液氨和合成氣，液氨進(jìn)入氨庫801儲(chǔ)存。此處產(chǎn)生的過熱蒸汽可以參與等溫絕熱變換反應(yīng)。其中合成氣循環(huán)裝置包括補(bǔ)充氣管道、冷交換器、合成氣循環(huán)機(jī)和合成氣熱交換器，合成氣通過補(bǔ)充氣管道補(bǔ)充溫度約為7.2°C的新鮮氣后，氨含量降至2.35%，經(jīng)冷交換器回收冷量后進(jìn)循環(huán)機(jī)補(bǔ)壓，壓縮后合成氣溫度升至28.5°C，經(jīng)合成氣熱交換器預(yù)熱至220°C進(jìn)氨合成塔重新參與反應(yīng)。
[0045]由于本實(shí)用新型的合成氨原料氣(即氮?dú)浠旌蠚?中H2和N2的含量很高，其余無用氣體CO、C02、CH4、H2S、02等，尤其是惰性氣體CH4的含量均為ppm級(jí)，合成氨系統(tǒng)中幾乎不產(chǎn)生合成弛放氣；液氨貯罐氣也非常低，約為傳統(tǒng)貯罐氣的20?25% ;無需再設(shè)置弛放氣膜提氫裝置和貯罐氣無動(dòng)力氨回收裝置，減少設(shè)備，節(jié)約投資。
[0046]可以對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造來實(shí)施本實(shí)用新型的生產(chǎn)高純度氫氣的工藝方法或者合成氨的工藝方法，具體的說，水煤氣發(fā)生部分改造只需要替換一臺(tái)氣化爐，而空氣分離設(shè)備和燃料輸送設(shè)備可以使用原有的設(shè)備和管道；變換氣發(fā)生部分只需要用等溫絕熱變換爐替代第一臺(tái)絕熱變換爐即可；變換氣脫硫部分使用原有的設(shè)備和管道，不需改造；變換氣脫碳提氫部分改造采用脫碳裝置和提氫裝置替代原有的設(shè)備，而管道、儀表等可以使用原有的設(shè)備；補(bǔ)氮除氧部分不需要進(jìn)行改造；氮?dú)錃鈮嚎s部分的壓縮機(jī)需要進(jìn)行改造，原有壓縮機(jī)一般為煤氣一段入口壓力為3kPa至49KPa，經(jīng)過一、二段，壓縮到0.9?1.45MPa，經(jīng)三段或四段壓縮到1.6MPa或2.7MPa。粉煤氣化供氣壓力為0.8?2.7MPa，改造時(shí)需要更換低壓缸，達(dá)到一段缸入口壓力為凈化氣或氫氮混合氣壓力，實(shí)現(xiàn)每段兩套壓縮缸，滿足合成氨生產(chǎn)15.0?31.4MPa的合成壓力要求或甲醇等產(chǎn)品生產(chǎn)5.4?6.0MPa的合成壓力要求；氨合成塔不需進(jìn)行改造；后續(xù)處理部分基本可以使用原有的設(shè)備。
[0047]以下以生產(chǎn)6萬噸合成氨為例，比較分析現(xiàn)有工藝方法和本實(shí)用新型的工藝方法運(yùn)行成本對(duì)比，詳細(xì)見下表:
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于: 包括水煤氣發(fā)生部分，變換氣發(fā)生部分，變換氣脫硫部分和變換氣脫碳提氫部分；所述水煤氣發(fā)生部分和變換氣發(fā)生部分之間，變換氣發(fā)生部分和變換氣脫硫部分之間，變換氣脫硫部分和變換氣脫碳提氫部分之間通過管道連通； 所述水煤氣發(fā)生部分包括原料輸送裝置、空氣分離裝置和氣化爐，其中煙煤通過原料輸送裝置進(jìn)入氣化爐，空氣分離裝置分離出來的氧氣進(jìn)入氣化爐；煙煤和氧氣在氣化爐中加壓氣化生成水煤氣；水煤氣進(jìn)入所述變換氣發(fā)生部分生成變換氣后進(jìn)入變換氣脫硫部分； 所述變換氣脫硫部分包括脫硫塔和脫硫液再生裝置；所述脫硫塔與脫硫液再生裝置連接；等溫絕熱變換氣進(jìn)入脫硫塔脫硫后進(jìn)入變換氣脫碳提氫部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于: 所述變換氣發(fā)生部分包括凈化裝置、第一熱交換裝置、等溫變換爐、絕熱變換爐、第二熱交換裝置、冷凝裝置、分離裝置；所述水煤氣首先通過凈化裝置去除雜質(zhì)得到第一水煤氣，第一水煤氣進(jìn)入第一熱交換裝置進(jìn)行熱交換得到第二水煤氣，第二水煤氣與過熱蒸汽混合后進(jìn)入等溫變換爐反應(yīng)得到等溫變換氣，等溫變換氣進(jìn)入第一熱交換裝置與第一水煤氣進(jìn)行熱交換后得到第一變換氣，第一變換氣進(jìn)入絕熱變換爐進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)得到第二變換氣，第二變換氣進(jìn)入第二熱交換裝置降溫得到第三變換氣，第三變換氣進(jìn)入冷凝裝置使水蒸氣冷凝后進(jìn)入分離裝置分離出冷凝水，得到等溫絕熱變換氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于: 所述等溫變換爐設(shè)置有汽包，所述第一熱交換裝置與所述等溫變換爐的管程連通，所述等溫變換爐的殼程與所述汽包連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于: 所述變換氣脫碳提氫部分包括脫碳裝置和提氫裝置； 所述脫碳裝置包括水分離器、第一吸附塔和第一均壓罐，所述脫硫變換氣首先經(jīng)過水分離器分離出水分后進(jìn)入第一吸附塔，在所述第一吸附塔中設(shè)置有第一低溫觸媒吸附劑；經(jīng)過第一吸附塔吸附處理后進(jìn)入第一均壓罐升壓處理后進(jìn)入提氫裝置； 所述提氫裝置包括第二吸附塔、第二均壓罐、真空泵和氫氣壓縮機(jī)，所述經(jīng)過脫碳裝置處理后的脫硫變換氣依次進(jìn)入第二吸附塔和第二均壓罐后通過真空泵打入氫氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮處理得到高純度氫氣。
5.一種合成氨系統(tǒng)，其特征在于: 包括權(quán)利要求1至4所述的高純度氫氣的生產(chǎn)系統(tǒng)； 所述合成氨系統(tǒng)還包括氫氣補(bǔ)氮脫氧部分，氮?dú)錃鈮嚎s部分和氨合成部分；變換氣脫碳提氫部分和氫氣補(bǔ)氮脫氧部分之間，氫氣補(bǔ)氮脫氧部分和氮?dú)錃鈮嚎s部分之間，以及氮?dú)錃鈮嚎s部分和氨合成部分之間均通過管道連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成氨系統(tǒng),其特征在于: 所述氫氣補(bǔ)氮脫氧部分包括氮?dú)廨斔凸?、氮?dú)浠旌涎b置和除氧裝置，所述氮?dú)廨斔凸芘c所述水煤氣發(fā)生部分的空氣分離裝置連接，所述氮?dú)廨斔凸芘c所述氮?dú)浠旌涎b置連接，所述除氧裝置與所述氮?dú)浠旌涎b置連接；經(jīng)過提氫裝置提取出來的氫氣進(jìn)入氮?dú)浠旌涎b置，與通過氮?dú)廨斔凸苓M(jìn)入的氮?dú)庠诘獨(dú)浠旌涎b置中混合得到氮?dú)浠旌蠚?，氮?dú)浠旌蠚膺M(jìn)入除氧裝置除氧后進(jìn)入氮?dú)錃鈮嚎s部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成氨系統(tǒng)，其特征在于: 所述氮?dú)錃鈮嚎s部分包括氮?dú)錃膺M(jìn)口總管、第一分離裝置、至少一臺(tái)壓縮機(jī)和氮?dú)錃獬隹诳偣?，所述第一分離裝置設(shè)置在氮?dú)錃膺M(jìn)口總管的入口處，所述氮?dú)錃膺M(jìn)口總管與壓縮機(jī)的進(jìn)口連接，所述氮?dú)錃獬隹诳偣芘c壓縮機(jī)的出口連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成氨系統(tǒng)，其特征在于: 所述氨合成部分包括氨合成塔，其中氨合成塔中設(shè)置有高活性氨合成觸媒。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成氨系統(tǒng)，其特征在于: 所述氨合成系統(tǒng)還包括后續(xù)處理部分，所述后續(xù)處理部分包括蒸汽過熱器、廢熱鍋爐、軟水加熱器、第一水冷裝置、第二水冷裝置、第一氨冷裝置、第二氨冷裝置、氨分離器和合成氣循環(huán)裝置；所述氨合成部分產(chǎn)生的合成氨經(jīng)過蒸汽過熱器加熱飽和蒸汽至過熱蒸汽，然后經(jīng)過廢熱鍋爐產(chǎn)生飽和蒸汽之后進(jìn)入軟水加熱器加熱脫鹽水，之后進(jìn)入第一水冷裝置降溫，進(jìn)入第二水冷裝置后氨氣被部分冷凝，再進(jìn)入第一氨冷裝置和第二氨冷裝置冷凝，之后進(jìn)入氨分離器進(jìn)行氣液分離得`到液氨和合成氣，液氨進(jìn)入氨庫儲(chǔ)存。
【文檔編號(hào)】C01B3/52GK203545947SQ201320664772
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】楊獻(xiàn)斌, 周毅, 李克錄, 楊科, 任焱凱 申請(qǐng)人:昊華工程有限公司