專利名稱：由燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳并回收氮和氬副產(chǎn)物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳、氮以及任選地氬的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種從貧氧的燃燒廢氣中分離出二氧化碳以制得富氮和氬的原料氣的方法。
二氧化碳和氮的工業(yè)制備是本領(lǐng)域所熟知的。二氧化碳通常是作為生產(chǎn)氨、氫、乙醇、環(huán)氧乙烷和汽油的化學(xué)過程以及發(fā)酵反應(yīng)和碳酸鹽分解過程的副產(chǎn)物而制得的。氮通常通過空氣分離而制備。
二氧化碳的制備通常包括粗制氣的生成、純化和分離、壓縮和液化、干燥、以及精餾等幾個(gè)步驟。
粗制二氧化碳的生成包括液態(tài)燃料(如燃油)或固態(tài)燃料(如無煙煤、焦炭、炭)等與過量空氣一起燃燒，以促使燃料完全氧化，得到富二氧化碳的燃燒廢氣。
燃燒廢氣的純化通常包括幾個(gè)分離的處理步驟以使氣體具有高純度。這些純化處理包括洗滌、吸收、吸附、解吸和除去還原性物質(zhì)。洗滌通常包括水吸收噴啉(水洗)以便除去固體(煙炱、夾帶灰等)并同時(shí)將該燃燒氣冷卻。通常用各種洗滌溶液除去污染物并且將燃燒廢氣混合物中的組分減少到二氧化碳、氮和氧。也可以將這種燃燒廢氣通過含有再循環(huán)氧化溶液(例如高錳酸鉀)的塔，以除去氣體夾帶的痕量有機(jī)雜質(zhì)。
然后將洗滌和精制的燃燒氣分離，以得到富二氧化碳的級分。在一種分離方法中，將燃燒氣混合物循環(huán)通過逆流噴淋的吸收溶液，例如碳酸鉀、單乙醇胺等。將二氧化碳飽和的溶液加熱到100℃以上，可以使二氧化碳解吸。在另一種分離方法中，利用二氧化碳在壓力回轉(zhuǎn)吸附體系的沸石床上的選擇性吸附將燃燒廢氣混合物分離。
然后將純化和分離出的二氧化碳壓縮到約230～400磅/平方英寸的壓力，用可再生的干燥劑接觸該氣體將其干燥，降低該氣體的溫度使氣體液化。最后，經(jīng)精餾步驟除去少量的氮、氧和氬，得到純度約99.9%(體積)的二氧化碳。
最常用的從空氣中分離氮的方法是低溫分餾法、惰性氣體生成法(在空氣中燃燒天然氣或丙烷)、和壓力回轉(zhuǎn)吸附法。
在低溫分餾中，空氣被壓縮到約100磅/平方英寸并且在反向熱交換器中用排出的產(chǎn)物氮?dú)夂蛷U氣冷卻。空氣中的水、二氧化碳和烴通過在該反向熱交換器中冷凝而除去?；蛘呤?，可以利用將空氣通過沸石床的方法除去水、二氧化碳和烴。將熱的廢氮?dú)馔ㄟ^該沸石床可以使沸石床再生。將該空氣通過一個(gè)冷端凝膠阱，剩余的少量烴及二氧化碳于其中被除去。干凈的空氣在過冷卻器中進(jìn)一步冷卻，通入蒸餾柱中，空氣于蒸餾柱中被液化，分離成高純度的氮?dú)猱a(chǎn)物級分和含有約38%(重量)氧的廢氣級分。將這兩個(gè)氣體級分都通過過冷卻器和反向熱交換器，從而將其溫?zé)嶂镰h(huán)境溫度。
在惰性氣體發(fā)生器中，天然氣或丙烷與空氣一起燃燒，除去燃燒產(chǎn)物，留下純化了的氮?？刂铺烊粴夂涂諝獾娜紵员阍谌紵覂?nèi)形成特定的空氣與天然氣之比，從而達(dá)到基本上完全的燃燒。燃燒氣含有氮、二氧化碳、水蒸汽、以及少量的一氧化碳和氫。將離開燃燒室的氣體于表面冷凝器中冷卻以便除去水。然后使氣體流到冷凍干燥機(jī)中，在其中露點(diǎn)降到4℃。再將該氣體通過一個(gè)壓力回轉(zhuǎn)吸附裝置中的分子篩床，除去二氧化碳和任何殘余的水蒸汽，得到純的氮?dú)猱a(chǎn)物。
在壓力回轉(zhuǎn)吸附體系(PSA)中，空氣在高壓下通過一個(gè)選擇性吸附氧的吸附劑床。然后由床中排出氮?dú)猱a(chǎn)物。該吸附床可以通過降低床的壓力而再生。
美國專利3，493，339(Weir等)公開了一種生產(chǎn)二氧化碳和分離氬的方法，包括將含碳物質(zhì)在氧和氬的混合物中燃燒，分離燃燒產(chǎn)物得到二氧化碳和氬。
美國專利4，414，191(Fuderer)公開了一種壓力回轉(zhuǎn)吸附方法，用于純化合成氨所用的氫。用高壓氮?dú)庾鳛閴毫剞D(zhuǎn)吸附分離中的吹掃氣體，而純化過的氣體中的氮?jiǎng)t用于合成氨氣流。
美國專利4，797，141(Mercader等)公開了一種從內(nèi)燃機(jī)或渦輪機(jī)的富氧廢氣中獲得二氧化碳和氮的方法。該方法包括下列步驟將該廢氣冷卻、利用在堿溶液中吸收二氧化碳而從冷卻的氣體中分離出二氧化碳，通過從碳酸化的溶液中釋放氣體而回收二氧化碳，將二氧化碳壓縮并液化，通過純化該氣體除去污染物而回收氮?dú)?，將氮?dú)鈮嚎s并液化。
雖然以上的方法在生產(chǎn)二氧化碳方面作了改進(jìn)，但是這些方法沒有一個(gè)完全令人滿意。生產(chǎn)二氧化碳的常規(guī)原料是富二氧化碳的氣體，例如來自氨、氫、乙醇和環(huán)氧乙烷工廠的廢氣。這些二氧化碳源不總是可以得到的，或者不總是可靠的，尤其是在對二氧化碳需求量很高的地區(qū)。在二氧化碳生產(chǎn)方面的其它的共同問題是產(chǎn)率低和分離方法的能效低。常規(guī)的氣體生成方法未提到從燃燒廢氣中制備食品級的二氧化碳以及純氮和純氬。因此需要有一種改進(jìn)的生產(chǎn)二氧化碳的方法。本發(fā)明提供了這樣一種改進(jìn)的方法，并且還提供了一種改進(jìn)的生產(chǎn)氮和氬副產(chǎn)物方法。
本發(fā)明涉及一種由含氧量小于約10%(重量)的燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳和氮的方法，包括以下步驟(a)處理該廢氣，除去顆粒狀物質(zhì)，(b)將該廢氣壓縮到約25～200磅/平方英寸的壓力，(c)將該廢氣純化，除去痕量污染物，(d)將該廢氣分離，得到富二氧化碳的級分和富氮級分，(e)將富二氧化碳級分液化，蒸出揮發(fā)性污染物以得到純二氧化碳，(f)將富氮級分純化以除去污染物，和(g)將富氮級分低溫分餾，得到純氮。在另一項(xiàng)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種由燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳、氮和氬的方法。本發(fā)明中的燃燒廢氣可以得自合成氨工廠的轉(zhuǎn)化爐，制得的氮可以用作氨反應(yīng)器中的合成氣。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的方法同時(shí)生產(chǎn)二氧化碳和氮的工藝流程示意圖。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)二氧化碳、氮和氬的工藝流程示意圖。
圖3是一種裝置的示意圖，該裝置適于把從氨轉(zhuǎn)化爐燃燒廢氣中回收制得的二氧化碳、氮和氬結(jié)合到合成氨工廠之中。
申請人已發(fā)現(xiàn)，由含氧量少于10%(重量)的燃燒廢氣(煙道氣)生產(chǎn)二氧化碳提供了一種有效而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)高純度的富二氧化碳?xì)怏w的方法。在從貧氧氣體中除去了痕量污染物之后，通過體相分離、液化和蒸出揮發(fā)性雜質(zhì)，得到液態(tài)二氧化碳。然后由作為副產(chǎn)物的貧二氧化碳的氣體通過低溫分餾回收氮以及任選地氬。燃燒廢氣中降低的氧濃度保證了工藝的靈活性和投資費(fèi)的降低。
在從煙道氣中分離出二氧化碳以后，煙道氣中的氮和氬的濃度比在這些氣體的常規(guī)來源空氣中要高得多。較高的氮和氬濃度是由于在燃燒過程中消耗了氧。從貧二氧化碳的氣體中分離作為副產(chǎn)物的氮和氬，其能量消耗比用空氣分離的生產(chǎn)顯著降低(約40%)。本方法提供了降低生產(chǎn)液態(tài)二氧化碳的成本的可能，并且使燃燒廢氣成為一種可行的和有吸引力的二氧化碳源。
用本發(fā)明方法得到的氣態(tài)氮產(chǎn)物可以在提供燃燒廢氣的化工廠中，例如制氫廠或煉油廠中用作為合成氣或惰性氣體。或者是，可以將氮產(chǎn)物液化，供應(yīng)給其它地區(qū)。原料流成本和分配成本的降低也補(bǔ)償了為了濃縮二氧化碳含量較低的燃燒廢氣所需的體相分離費(fèi)用和為了除去諸如氧化氮(NOX)和氧化硫(SOX)等痕量污染物所需的加工費(fèi)用。將燃燒廢氣中的污染物轉(zhuǎn)化成易處理的形式以及各組分的分離與回收也為符合清潔空氣規(guī)定和環(huán)境控制的要求提供了一種有效和有吸引力的選擇方案。
在一項(xiàng)優(yōu)選的實(shí)施方案中，將合成氨工廠轉(zhuǎn)化爐的燃燒廢氣的回收與合成氨工廠的合成工序結(jié)合起來。生產(chǎn)氨的常規(guī)方法是基于天然氣或其它烴類氣體的第一次蒸汽轉(zhuǎn)化和隨后用空氣第二次轉(zhuǎn)化以得到氫和氮合成氣混合物。利用移置轉(zhuǎn)化除去一氧化碳之類的污染物(一氧化碳用蒸汽轉(zhuǎn)化成額外的氫和二氧化碳)，而二氧化碳之類的污染物則利用在胺或其它堿性溶劑中的吸收來除掉。也采用形成甲烷的方法除掉一氧化碳和二氧化碳(將痕量的一氧化碳和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷)。然后將純化的氫和氮合成氣混合物加入合成氨反應(yīng)器中。
一種更新的生產(chǎn)氨的方法是基于通過蒸汽轉(zhuǎn)化法制備純的氫合成氣和通過空氣分離法制備純的氮合成氣。氫氣的制備包括蒸汽轉(zhuǎn)化、一氧化碳移置轉(zhuǎn)化和多重床壓力回轉(zhuǎn)吸附純化。
在一項(xiàng)優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過蒸汽轉(zhuǎn)化、移置轉(zhuǎn)化和壓力回轉(zhuǎn)吸附純化制得氫氣，將其與從來自合成氨工廠蒸汽轉(zhuǎn)化爐的貧二氧化碳燃燒廢氣中回收的氮?dú)饣旌稀浜偷铣蓺饣旌衔镌诎睆S的合成反應(yīng)器中反應(yīng)形成氨。另外，可以將從轉(zhuǎn)化步驟的煙道氣中分離出的二氧化碳與上述氨氣產(chǎn)物在尿素工廠中化合制得尿素。因此，本方法可以提供純的氮合成氣和二氧化碳合成氣，從而以低于常規(guī)技術(shù)的能耗生產(chǎn)氨和尿素產(chǎn)物。
在F.J.Brykowski編輯的“氨及合成氣最新的和節(jié)能的工藝”一書(Chemical Technology Review No.193，Energy Technology Review No.68，Noyes Data公司出版，Park Ridge，New Jersey，1981)中對氨生產(chǎn)工藝和氫生產(chǎn)工藝有更詳細(xì)的敘述，該書在此引用作為參考。
根據(jù)本發(fā)明，由含氧量小于約10%(重量)的燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳和氮的方法包括以下步驟(a)處理該廢氣，除去顆粒狀物質(zhì)，(b)將該廢氣壓縮到約25～200磅/平方英寸的壓力，(c)純化該廢氣，除去痕量的污染物，(d)將該廢氣分離，得到富二氧化碳的級分和富氮級分，(e)將富二氧化碳的級分液化，蒸出揮發(fā)性污染物，得到純的二氧化碳，(f)將富氮級分純化，除去污染物，和(g)低溫分餾富氮級分，得到純氮。
本發(fā)明中的燃燒廢氣是含氧量小于約10%(重量)的燃燒氣，含氧量較好是約1.5～6.0%(重量)，最好是約1.5～3.0%(重量)。燃燒最好是在裂解爐(蒸汽鍋爐)中于近似化學(xué)計(jì)量的條件下進(jìn)行，采用再循環(huán)一部分反應(yīng)產(chǎn)物的方法可以使燃燒平緩。在裂解爐中通常使用比燃料多10%的空氣以保證燃燒完全燃燒，空氣與燃料的這一比例使形成的煙道氣中氧濃度約為2%(重量)。
諸如天然氣、甲烷、焦碳、煤、燃料油或類似的含碳化合物等燃料可以與空氣一起燃燒。燃料源也可以是其它來源的廢料或廢氣。例如，在綜合循環(huán)發(fā)電廠中，可以先使用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或汽輪機(jī)，然后將發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣與補(bǔ)充的燃料一起在裂解爐中進(jìn)一步燃燒以生成蒸汽。這種燃燒廢氣可以從許多來源得到，例如發(fā)電廠、水泥和石灰廠，化工廠如氨廠和制氫廠。也可以使用來自精煉流化催化裂化裝置再生氣的化工廠廢氣和焚化爐的燃燒廢氣。
一般來說，內(nèi)燃機(jī)或汽輪機(jī)的燃燒氣不適合于本發(fā)明，因?yàn)檫@種廢氣含氧量高，結(jié)果使氣體分離不經(jīng)濟(jì)。內(nèi)燃機(jī)通常使用過量70～300%的空氣以確保燃料完全燃燒和防止發(fā)動(dòng)機(jī)或汽輪機(jī)在燃燒過程中過熱。這樣的空氣過量意味著廢氣中氧濃度很高，一般為約17%。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的氧濃度與空氣中的氧濃度(約20%)相比并未顯著減少，所以與常規(guī)的由空氣制氮相比，由貧二氧化碳的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣制氮沒有明顯地節(jié)省能量或投資費(fèi)。
參照附圖，可以更好地理解由燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳、氮和氬的方法，其中，同樣的數(shù)字在附圖中一直代表本發(fā)明中的同樣部件。雖然本發(fā)明是結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施方案來敘述和說明，但是申請人的意思是可以采用各種修改和變動(dòng)而不偏離本發(fā)明的精神。
參照圖1，經(jīng)由進(jìn)氣管1將燃燒廢氣(煙道氣、燃燒氣、廢氣、原料氣、廢氣)送到預(yù)純化裝置2中以除去燃燒廢氣中的顆粒狀物質(zhì)。預(yù)純化裝置2可以是一個(gè)洗滌柱，其中燃燒氣由該裝置的底部進(jìn)入，由該裝置的頂部給該氣體提供吸收性噴啉水以除去固體(煙炱，夾帶灰等)。洗滌柱可同時(shí)將氣體冷卻并除去由燃料中所含的硫得到的硫酐。由燃燒氣得到的熱量可以用來將裂解爐中的燃料氣預(yù)熱。
然后將預(yù)純化過的燃燒廢氣通過進(jìn)氣管3送入壓縮機(jī)4中。壓縮機(jī)4將該燃燒氣壓縮到分離壓力。一般來說，將燃燒廢氣壓縮到約25～200磅/平方英寸范圍的分離壓力，較好為約25～120磅/平方英寸，最好是約40～100磅/平方英寸。
然后將壓縮的燃燒廢氣經(jīng)由進(jìn)氣管5送到純化裝置6中，在其中除去痕量的污染物，例如氧化氮、氧化硫和水。例如，氧化氮(NOX、NO、NO2)可以通過用氨和選擇性催化劑(有市售商品，例如Norton公司，ohio的商品)處理該原料氣將氧化氮轉(zhuǎn)化成氮和水來除掉。氧化硫(SOX、SO2、SO3)可以通過用常規(guī)的煙道氣脫硫技術(shù)例如堿洗滌法處理該原料氣來除去。除掉氧化氮和氧化硫的其它方法分別包括在活性炭移動(dòng)床上吸附(Bergbau-Forschung法)和用氰尿酸處理(Sandia國立實(shí)驗(yàn)室建立的RAPRENOX方法)。在純化處理中還可以包括用高錳酸鉀溶液洗滌以便將痕量的污染物(例如NOX)減少到所要求的含量。燃燒廢氣中的氧化氮和氧化硫的含量應(yīng)減小到低于約1ppm以符合對于液體二氧化碳產(chǎn)品的食品級規(guī)定。廢氣中濃度比環(huán)境高的一氧化碳可以通過催化氧化轉(zhuǎn)化成二氧化碳來除掉。水蒸汽則可以利用將原料氣通過一個(gè)含有可再生干燥劑例如硅膠、氧化鋁或沸石的塔來除掉。硅膠可以使加熱至100℃以上的干燥氮?dú)馔ㄟ^該塔而周期性地再生。
然后將純化的燃燒廢氣通過進(jìn)氣管7送到分離裝置8以便將該氣體分離生成富二氧化碳級分和富氮級分。原料氣的分離可以用任何常規(guī)方法進(jìn)行。
在一項(xiàng)實(shí)施方案中，可以將燃燒廢氣循環(huán)通過二氧化碳吸收柱(堿溶液，例如單乙醇胺、鉀堿等)，二氧化碳在其中被吸收形成碳酸鹽溶液，氮和剩余的氣體則通過該柱子。該碳酸鹽溶液可以采用使約125℃溫度的蒸汽或流體通過該碳酸鹽溶液的方法來再生。在一項(xiàng)優(yōu)選的實(shí)施方案中，燃燒廢氣在壓力回轉(zhuǎn)裝置中分離成富二氧化碳的氣流和富氮?dú)饬鳌?br> 然后將來自分離裝置8的富二氧化碳級分通過進(jìn)氣管9送入液化裝置10中，其中將二氧化碳液化，并通過蒸餾除掉揮發(fā)性污染物以制得純二氧化碳。液態(tài)二氧化碳用常規(guī)的加工步驟生產(chǎn)，包括將該氣體壓縮到約230-400磅/平方英寸的壓力，并將其冷卻到約-8°F至-50°F的溫度。用蒸餾法除掉該液態(tài)二氧化碳中的較揮發(fā)性的雜質(zhì)。然后從液化裝置10通過進(jìn)料管11將純二氧化碳排放到二氧化碳產(chǎn)物儲罐12中。
將來自分離裝置8的富氮級分通過進(jìn)氣管13送入氮純化裝置14，氮級分在其中被純化除掉痕量污染物。由分離裝置8分離出大部分二氧化碳后的富氮級分通常含有約96%(重量)的氮、約1.2%(重量)氬和約2.8%(重量)氧。最好是，該富氮級分用將該氣體通過一個(gè)沸石分子篩床除去痕量污染物(如二氧化碳)的方法來純化。
然后用低溫分餾的方法制得純氮?dú)?。將得自氮純化裝置14的富氮級分經(jīng)過進(jìn)氣管15送入到熱交換器16中，原料氣在其中被冷卻到接近其液化點(diǎn)(用排出的產(chǎn)物氣流的冷卻能冷卻)。冷卻的氮?dú)庥蔁峤粨Q器16經(jīng)過進(jìn)氣管17送入到進(jìn)料膨脹器18中，氮?dú)庥谄渲斜贿M(jìn)一步冷卻和部分液化(通常有約10-15%的氮級分被液化)。將由進(jìn)料膨脹器18排出的冷卻的氮?dú)饨?jīng)過進(jìn)氣管19通到氮?dú)獍l(fā)生器20中，其中經(jīng)過低溫分餾將純氮與氧和氬分開。純氮?dú)猱a(chǎn)物由氮發(fā)生器20經(jīng)由進(jìn)氣管21、氣體混合裝置22和進(jìn)氣管23進(jìn)入熱交換器16，該產(chǎn)物氣體在其中被熱至環(huán)境溫度。來自純氮?dú)猱a(chǎn)物的冷卻能傳給熱交換器16使來自氮純化裝置14的原料氣冷卻。然后將溫?zé)岬漠a(chǎn)物氣體從熱交換器16經(jīng)過進(jìn)氣管24、氣體分流裝置25和進(jìn)氣管26送到氮產(chǎn)物儲罐27中。進(jìn)氣管21和23用氣體混合裝置22連接。氣體混合裝置22還通過進(jìn)氣管29與閃蒸釜28相連。進(jìn)氣管24和26用氣體分流裝置25連接。氣體分流裝置25還通過進(jìn)氣管31與氮循環(huán)壓縮機(jī)30相連。
一部分氮?dú)猱a(chǎn)物經(jīng)由進(jìn)氣管24、氣體分流裝置25和進(jìn)氣管31通到氮循環(huán)壓縮機(jī)30中以供應(yīng)冷凍回路。氮循環(huán)壓縮機(jī)30將氮?dú)猱a(chǎn)物壓縮成氮冷凍流體。將氮冷凍流體經(jīng)由進(jìn)氣管32通到熱交換器16使之冷卻和部分液化。冷卻的氮冷凍流體然后經(jīng)由進(jìn)氣管34通到再沸器33。部分液化的氮冷凍流體在再沸器33中接受再沸器33的冷卻能。在基本上液化之后，該氮冷凍流體經(jīng)由進(jìn)料管35通入到閃蒸釜28。閃蒸釜28將該氮冷凍流體膨脹到更低的壓力以使該冷凍流體過冷。閃蒸釜28將液化的氮冷凍流體和氣態(tài)的氮冷凍流體分開。將閃蒸釜28排出的液化的氮冷凍流體經(jīng)由進(jìn)料管36作為回流返回到氮發(fā)生器20中。而閃蒸釜28排出的氣態(tài)的氮冷凍流體則通過進(jìn)氣管29和氣體混合裝置22與進(jìn)氣管23中的純氮產(chǎn)物合在一起。在通過熱交換器16和進(jìn)氣管24之后，產(chǎn)物氣體在氣體分流裝置25處再次分流，一部分進(jìn)入氮產(chǎn)物儲罐27，另一部分則通入氮循環(huán)壓縮機(jī)30以進(jìn)入冷凍回路。
氮發(fā)生器20中的富氧產(chǎn)物氣體從氮發(fā)生器20的底部經(jīng)由進(jìn)氣管37排放到熱交換器16中，為熱交換器16提供冷凍能。從熱交換器16出來的溫?zé)岬臍怏w則通過進(jìn)氣管38進(jìn)入氮純化裝置14(沸石分子篩床)作為再生氣使用?；蛘呷芜x地，可以在用于純化裝置14中之前先用加熱器將該再生氣進(jìn)一步溫?zé)?。在氮純化裝置14再生處理之后，該富氧的廢氣經(jīng)由進(jìn)氣管39從氮純化裝置14中排出。
在另一項(xiàng)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種由含氧量低于約10%(重量)的燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳以及作為副產(chǎn)品的氮和氬的方法。在從煙道氣中分離出二氧化碳之后，煙道氣中氮和氬的濃度大大高于在這些氣體的常規(guī)來源空氣中的濃度。由貧二氧化碳的氣體中分離出作為副產(chǎn)物的氮和氬使生產(chǎn)液態(tài)二氧化碳的能量和資金消耗顯著降低。另外，由二氧化碳、氮和氬構(gòu)成的綜合產(chǎn)物對于所在地區(qū)對生產(chǎn)氧的需求不大的某些工廠可能更有吸引力。
參看圖2，如圖1所述的一樣，將燃燒廢氣送入預(yù)純化裝置2中除去燃燒廢氣中的顆粒狀物質(zhì)。然后將該預(yù)純化的燃燒廢氣送到壓縮機(jī)4中壓縮到分離壓力。然后將壓縮的燃燒廢氣通到純化裝置6中除去痕量污染物。將純化的氣體送到分離裝置8中，使該氣體分離成富二氧化碳的級分和富氮級分。然后將富二氧化碳的級分送到液化裝置10中，二氧化碳在其中用常規(guī)方法液化，揮發(fā)性污染物則通過蒸餾除去，以得到純的二氧化碳。將純二氧化碳送入二氧化碳產(chǎn)品儲罐12。富氮級分則送到氮純化裝置14，在其中用采用沸石的吸附純化體系將該富氮級分(貧二氧化碳)純化，除去痕量污染物，例如二氧化碳。將由氮純化裝置14排出的富氮級分送到熱交換器16，進(jìn)料氣在其中被冷卻到接近其液化點(diǎn)。將從熱交換器16排出的冷卻的氮?dú)馑偷竭M(jìn)料膨脹器18，該氮?dú)庠谄渲斜徊糠忠夯?。將從進(jìn)料膨脹器18排出的冷卻的氮?dú)馑偷降獨(dú)獍l(fā)生器20，如圖1所示的一樣，在其中將純氮和氬分餾開。
廢氮?dú)饪梢詮牡l(fā)生器20通過靠近氮發(fā)生器20頂部的進(jìn)氣管45、氣體混合裝置41和進(jìn)氣管42排放到熱交換器16中，再通過進(jìn)氣管43用于氮純化裝置14的再生，然后通過導(dǎo)氣管44排空。氮發(fā)生器20中的富氬級分則由氮發(fā)生器20的中部經(jīng)由進(jìn)氣管46排放到熱交換器16中使該氣體溫?zé)?。溫?zé)岬母粴寮壏謿怏w則經(jīng)由進(jìn)氣管47通到氬發(fā)生器48中。
在一項(xiàng)優(yōu)選的實(shí)施方案中，氬發(fā)生器48是一個(gè)壓力回轉(zhuǎn)吸附裝置。氬發(fā)生器48將富氬級分分離成粗氬產(chǎn)物和富氧級分。粗氬產(chǎn)物從氬發(fā)生器48經(jīng)由進(jìn)氣管50通到氬產(chǎn)品儲罐49中。含有氬的富氧級分經(jīng)由進(jìn)氣管52通到壓縮機(jī)51中進(jìn)行壓縮。壓縮的富氧級分經(jīng)由進(jìn)氣管53通入熱交換器16中進(jìn)行冷卻，然后經(jīng)由進(jìn)氣管54通入氮發(fā)生器20中，將殘余的氬再循環(huán)使用。
在另一項(xiàng)優(yōu)選的實(shí)施方案中，氬發(fā)生器48是第二個(gè)低溫蒸餾裝置(圖2中未示出)。在氬發(fā)生器48是低溫蒸餾裝置時(shí)，富氬級分氣體在通入氬發(fā)生器48中之前不經(jīng)溫?zé)?，而從氬發(fā)生器48中排出的富氧級分在通入氬發(fā)生器20中之前不經(jīng)冷卻。
使用兩個(gè)低溫蒸餾柱，或是使用一個(gè)低溫蒸餾柱和一個(gè)采用碳分子篩吸附劑的壓力回轉(zhuǎn)吸附裝置，可以得到純氮?dú)夂痛謿鍤?98%(重量)以上的氬和低于2%(重量)的氧)。第一個(gè)低溫蒸餾柱將原料氣分餾成一個(gè)所需純度的純氮產(chǎn)物和一個(gè)富氧(和氬)級分。當(dāng)使用兩個(gè)低溫蒸餾柱時(shí)，原料氣中的氬與富氧級分在第一個(gè)低溫蒸餾柱中一起分離出來，而在第二個(gè)低溫蒸餾柱中則分餾成粗氬產(chǎn)物。在使用一個(gè)低溫蒸餾柱和一個(gè)碳分子篩(CMS)壓力回轉(zhuǎn)吸附裝置時(shí)，從低溫蒸餾柱中排取出富氬級分并且在碳分子篩壓力回轉(zhuǎn)吸附裝置中分離成粗氬產(chǎn)物和富氧的廢氣級分。將富氧的廢氣級分再循環(huán)到低溫蒸餾柱中。通過再循環(huán)氮流提供該低溫蒸餾柱的回流，它起熱泵的作用，回收再沸器中的冷卻能。另外的冷卻能是通過膨脹冷卻的進(jìn)料氣或一部分壓縮和冷卻的再循環(huán)氮而得到的。
在一項(xiàng)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種由含氧量低于約10%(重量)的燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳、氮和氬的方法，包括以下步驟(a)處理該廢氣，除去顆粒狀物質(zhì);
(b)將該廢氣壓縮到約25-200磅/平方英寸的壓力;
(c)純化該廢氣，除去痕量的污染物;
(d)將該廢氣分離成富二氧化碳級分及富氮和氬級分;
(e)將富二氧化碳級分液化并蒸出揮發(fā)性污染物，制得純二氧化碳;
(f)將富氮和氬級分純化以除去污染物;
(g)將富氮和氬級分低溫分餾，制得純氮和富氬級分;和(h)將富氬級分純化，制得純氬。
在另一項(xiàng)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的生產(chǎn)氨的方法。按照本發(fā)明的方法從氨廠蒸汽轉(zhuǎn)化爐的貧二氧化碳的燃燒廢氣中回收的氮?dú)?，可以在氨廠中與通過蒸汽轉(zhuǎn)化、移置轉(zhuǎn)化和壓力回轉(zhuǎn)吸附純化制得的氫合成氣一起用作為合成氣。
在制氫工藝中的蒸汽轉(zhuǎn)化包括用蒸汽在催化蒸汽反應(yīng)器(轉(zhuǎn)化爐)內(nèi)處理烴類原料氣，該反應(yīng)器由許多設(shè)在爐內(nèi)的管子組成，爐溫約為1400°F至1700°F。當(dāng)用甲烷作為烴類原料氣時(shí)發(fā)生的轉(zhuǎn)化反應(yīng)如下
由該蒸汽轉(zhuǎn)化爐排出的富氫氣體混合物由氫、蒸汽、一氧化碳、二氧化碳和少量未反應(yīng)的甲烷的平衡混合物組成。轉(zhuǎn)化反應(yīng)是吸熱的，需要加熱。因此，在該轉(zhuǎn)化爐內(nèi)要在空氣中燃燒一些烴和生產(chǎn)廢氣以提供該轉(zhuǎn)化反應(yīng)所吸收的熱量并且將進(jìn)料和蒸汽混合物預(yù)熱。
通過在工藝鍋爐內(nèi)用鍋爐進(jìn)水將熱合成氣冷卻至750°F而從該氣體中提取熱量。鍋爐進(jìn)水則轉(zhuǎn)化為蒸汽。
然后在移置轉(zhuǎn)化器中處理冷卻的富氫氣體，以促使一氧化碳轉(zhuǎn)化成額外的氫和二氧化碳。與蒸汽轉(zhuǎn)化爐的較高溫度相比，移置轉(zhuǎn)化反應(yīng)最好是在較低的溫度，例如約750°F下進(jìn)行。
將從移置轉(zhuǎn)化反應(yīng)器排出的氣體在一個(gè)工藝?yán)鋮s器中冷卻至環(huán)境溫度。由氣體中提取的熱量用來將補(bǔ)充水加熱，作為工藝鍋爐的鍋爐進(jìn)水。該合成氣中的冷凝物也被除掉并且循環(huán)進(jìn)入補(bǔ)充水中，以提供構(gòu)成鍋爐進(jìn)水的進(jìn)料。
然后在氫壓力回轉(zhuǎn)吸附純化裝置內(nèi)處理冷卻后的移置轉(zhuǎn)化反應(yīng)器氣體，得到供合成氨用的純氫氣。壓力回轉(zhuǎn)吸附體系常常包括4至12個(gè)吸附容器，并按以下步驟構(gòu)成的工藝順序操作(1)吸附，將雜質(zhì)吸附在床上，釋放出純氫，(2)幾個(gè)壓力平衡階段，以便在吸附步驟結(jié)束時(shí)在隙間氣體中保存有氫，(3)減壓并用一部分氫氣產(chǎn)物吹洗，使床再生并除去雜質(zhì)，和(4)用壓力平衡氣體和最終產(chǎn)物氫重新對該吸附床加壓。步驟(3)中釋放出的氣體混合物稱作氫壓力回轉(zhuǎn)吸附吹洗氣，將其循環(huán)到轉(zhuǎn)化爐中燃燒。以便回收燃燒值。
參照圖3，將烴類原料氣通過進(jìn)氣管55、蒸汽通過進(jìn)氣管56送入催化蒸汽轉(zhuǎn)化爐(反應(yīng)器)57中，該爐內(nèi)裝有催化劑管58。將烴燃料由進(jìn)氣管59、空氣由進(jìn)氣管60送入催化蒸汽轉(zhuǎn)化爐57內(nèi)的燃燒室。熱的富氫氣體混合物經(jīng)由導(dǎo)氣管61排出催化蒸汽轉(zhuǎn)化爐57進(jìn)入工藝鍋爐62，在鍋爐62內(nèi)從熱的合成氣中提取熱量。鍋爐進(jìn)水經(jīng)由管63引入工藝鍋爐62，蒸汽則經(jīng)由管64從工藝鍋爐62中除去。然后將冷卻的富氫空氣經(jīng)由進(jìn)氣管65通入移置轉(zhuǎn)化器66中，一氧化碳在其中轉(zhuǎn)化成氫和二氧化碳。排出移置轉(zhuǎn)化器66的氣體經(jīng)過進(jìn)氣管67通入工藝?yán)鋮s器68，在工藝?yán)鋮s器68中提取該氣體的熱量，除去冷凝物。通過管69向工藝?yán)鋮s器68中引入補(bǔ)充水，加熱的鍋爐進(jìn)水則經(jīng)由管70從工藝?yán)鋮s器68中除去。然后將從合成氣中除掉的冷凝物經(jīng)過管71循環(huán)到補(bǔ)充水之中，以提供鍋爐用水的進(jìn)料水。
從工藝?yán)鋮s器68中排出冷卻的移置轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的排出氣，經(jīng)由進(jìn)氣管72通到氫壓力回轉(zhuǎn)吸附純化裝置73，以便制得純氫氣。壓力回轉(zhuǎn)吸附純化裝置73可以含有4到12個(gè)吸附容器。從氫壓力回轉(zhuǎn)吸附純化裝置73經(jīng)由排氣管74將氫壓力回轉(zhuǎn)吸附吹洗氣混合物排出，并循環(huán)到催化蒸汽轉(zhuǎn)化爐57的燃燒室中作為吹洗氣進(jìn)行燃燒以回收燃燒值。然后將純的氫合成氣從氫壓力回轉(zhuǎn)吸附純化裝置73經(jīng)由排氣管75和76排放到合成氨廠77。
催化蒸汽轉(zhuǎn)化爐57的燃燒廢氣經(jīng)由排氣管78排放到分離裝置79中，該燃燒廢氣在其中按照本發(fā)明的方法被分離成富二氧化碳、氮和氬級分。分離裝置79可以是如上面圖1或圖2中所述的一種分離裝置。純氮合成氣從分離裝置79經(jīng)由進(jìn)氣管80、81和76排放到合成氨工廠77。在合成氨廠77中按照本發(fā)明的方法用來自分離裝置79的純氮合成氣和來自氫壓力回轉(zhuǎn)吸附純化裝置73的純氫合成氣來合成氨。
也可以將純氮?dú)鈴姆蛛x裝置79經(jīng)由排氣管80和82排放到氮產(chǎn)物儲罐83中。純二氧化碳?xì)鈩t由分離裝置79經(jīng)由排氣管84排放到二氧化碳產(chǎn)物儲罐85中。純氬氣由分離裝置79經(jīng)由排氣管87排放到氬產(chǎn)物儲罐86中。氨氣產(chǎn)物則由合成氨廠77經(jīng)由排氣管89排放到氨產(chǎn)物儲罐88中。
氨氣產(chǎn)物也可以由合成氨工廠77經(jīng)由排氣管91和92排放到合成尿素廠90中。來自分離裝置79的二氧化碳?xì)庖部梢越?jīng)由排氣管93和92排放到合成尿素工廠90中。在合成尿素工廠90中按照本發(fā)明的方法用來自合成氨工廠77的純氨氣產(chǎn)物和來自分離裝置79的純二氧化碳?xì)馍a(chǎn)尿素。合成尿素工廠90的尿素產(chǎn)物通過排氣管95排放到尿素產(chǎn)物儲罐94中。
在一項(xiàng)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的生產(chǎn)氨的方法，包括以下步驟(a)將烴原料氣蒸汽轉(zhuǎn)化，制得富氫的合成氣;
(b)將富氫的合成氣純化，除掉污染物，制得純氫;
(c)將烴類燃料燃燒以給步驟(a)的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)供應(yīng)熱量，其中烴的燃燒產(chǎn)生了含氧量低于約10%(重量)的燃燒廢氣;
(d)處理該廢氣，除去顆粒狀物質(zhì);
(e)將該廢氣壓縮到約25～200磅/平方英寸的壓力;
(f)純化該廢氣以除掉痕量污染物;
(g)將該廢氣分離，制得富二氧化碳級分和富氮級分;
(h)將富二氧化碳級分液化，蒸出揮發(fā)性污染物，以制得純二氧化碳;
(i)純化富氮級分以除去染污物;
(j)將富氮級分低溫分餾以得到純氮;和(k)將步驟(j)的純氮和步驟(b)的純氫通入到合成氨反應(yīng)器中。
在另一項(xiàng)優(yōu)選的實(shí)施方案中，將步驟(h)的純二氧化碳與步驟(k)的氨在尿素反應(yīng)器中化合，制備尿素。
如上所述，最好是用壓力回轉(zhuǎn)吸附法將二氧化碳與氬分離。在壓力回轉(zhuǎn)吸附體系(PSA)中，氣體混合物在高壓下通過一個(gè)吸附劑床，該吸附劑選擇性地吸附氣體混合物中的一種或幾種組分。然后由該床中排出富含不吸附氣態(tài)組分的產(chǎn)物氣體。通過降低吸附床的壓力可以使其再生。
這里所用的術(shù)語“氣態(tài)混合物”是指一種主要由兩種或幾種分子大小不同的組分構(gòu)成的氣態(tài)混合物，例如空氣。術(shù)語“富氣”是指在氣體混合物通過吸附劑床之后由氣體混合物中吸附較少的組分組成的氣體。富氣一般必須符合預(yù)定的不吸附組分的純度水平，例如約90～99%。術(shù)語“貧氣”則是指從吸附床排出的不符合對富氣預(yù)定的純度水平的氣體。當(dāng)強(qiáng)吸附組分是所要的產(chǎn)物時(shí)，要加上強(qiáng)吸附組分的同向減壓步驟(與進(jìn)料氣的方向同向)和同向吹洗步驟。
吸附劑床內(nèi)的吸附劑對氣態(tài)組分的選擇性一般由吸附劑內(nèi)的孔徑大小的體積及其分布決定。動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于吸附劑孔徑大小的氣體分子被吸附和阻留在吸附劑內(nèi)，而直徑大于吸附劑孔徑大小的氣體分子則穿過該吸附劑。于是吸附劑根據(jù)氣體分子的大小將其篩分。吸附劑也可以根據(jù)分子在吸附劑孔內(nèi)的擴(kuò)散速度不同而將其分離。
沸石分子吸附劑吸附氣體分子與其結(jié)晶的大小有某種關(guān)系。一般來說，吸附到沸石內(nèi)是很快的，通常在幾秒鐘內(nèi)達(dá)到平衡。沸石的篩分作用通常取決于氣體混合物的不同組分在平衡吸附方面的差別。當(dāng)用沸石吸附劑分離空氣時(shí)，氮優(yōu)先于氧被吸附，壓力回轉(zhuǎn)吸附法可以用來制得富氧產(chǎn)物。當(dāng)用沸石吸附劑分離二氧化碳、氮和氬時(shí)，二氧化碳是被吸附的組分，氮和氬則是不吸附的組分。
碳分子篩的篩分作用一般與平衡吸附方面的差別無關(guān)，而是取決于氣體混合物中不同組分在吸附速度上的差別。當(dāng)用碳分子篩分離空氣時(shí)，氧優(yōu)先于氮被吸附，壓力回轉(zhuǎn)吸附法可以用來制得富氮產(chǎn)物。當(dāng)用碳分子篩分離氬和氧時(shí)，氬是不吸附組分，而氧是被吸附的組分。
當(dāng)氣體混合物流過吸附劑床時(shí)，混合物中可被吸附的氣體組分進(jìn)入并充滿吸附劑的孔。在一段時(shí)間以后，流出該吸附劑床的氣體的組成與進(jìn)入該床的組成基本相同。這段時(shí)間稱作漏出點(diǎn)。在該漏出點(diǎn)前的某個(gè)時(shí)間，必須將該吸附劑再生。再生操作包括使氣體混合物停止流過床，并且通常用將吸附劑床對大氣壓或負(fù)壓放氣的方法吹洗掉吸附在床上的組分。
壓力回轉(zhuǎn)吸附體系一般采用兩個(gè)吸附劑床循環(huán)操作，它們排列成不同相位。彼此相位差180°，于是當(dāng)一個(gè)床是處于吸附步驟時(shí)，另一個(gè)床是處于再生步驟。兩個(gè)吸附床可以串聯(lián)或并聯(lián)。在串聯(lián)排列時(shí)，氣體自第一個(gè)床的出口端流出，進(jìn)入第二個(gè)床的入口端。在并聯(lián)排列時(shí)，氣體混合物進(jìn)入構(gòu)成該體系的所有吸附床的入口端。一般來說，為了得到高純度的氣體產(chǎn)物，最好采用串聯(lián)排列的床，而為了在短循環(huán)時(shí)間內(nèi)純化大量的氣體混合物，則最好采用并聯(lián)排列的床。
正如這里所用的，術(shù)語“吸附床”是指單獨(dú)一個(gè)床或是串聯(lián)排列的兩個(gè)床。單床體系的入口端是該單床的入口端，而雙床體系(串聯(lián)排列)的入口端是該體系中第一個(gè)床的入口端。單床體系的出口端是該單床的出口端，而雙床體系(串聯(lián)排列)的入口端則是該體系中第二個(gè)床的出口端。通過使用在體系中并聯(lián)的兩個(gè)吸附床，并且在吸附床之間循環(huán)(交替)，可以連續(xù)地獲得產(chǎn)物氣體。
在所述吸附步驟和再生步驟之間，通常用將兩個(gè)床的入口連在一起以及將兩個(gè)床的出口端連在一起的方法使兩個(gè)吸附床的壓力平衡。在壓力平衡期間，剛剛完成其吸附步驟(在高壓下)的吸附床孔內(nèi)的氣體流到剛剛完成其再生步驟(在低壓下)的吸附床內(nèi)，這是由于兩個(gè)床之間存在著壓力差。這個(gè)壓力平衡步驟提高了產(chǎn)物氣體的產(chǎn)率，因?yàn)閯倓偼瓿善湮讲襟E的吸附床孔內(nèi)的氣體已經(jīng)被富化。常還使用一個(gè)以上的壓力平衡步驟。當(dāng)采用幾個(gè)壓力平衡步驟時(shí)，該吸附體系中常常有兩個(gè)以上的吸附床。
在“用吸附方法分離氣體”(Ralph T.Yang編，Buttersworth，1987)一書的第7章“壓力回轉(zhuǎn)吸附原理及方法”中有對于用壓力回轉(zhuǎn)吸附方法分離氣體的更全面的介紹，該文獻(xiàn)在這里引用作為參考。
在整篇申請中已參考了許多出版物。這些出版物公開的內(nèi)容在這里引用作為參考，以便更全面地說明該領(lǐng)域的狀況。
這里描述的實(shí)施方案當(dāng)然只是示例性的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出許多變動(dòng)和改進(jìn)而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。所有這些改進(jìn)和變動(dòng)都打算包括在所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種由含氧少于約10%(重量)的燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳和氮的方法，包括以下步驟(a)處理該廢氣，除去顆粒狀物質(zhì)；(b)將該廢氣壓縮至約25-200磅/平方英寸的壓力；(c)將該廢氣純化，除去痕量污染物；(d)將該廢氣分離，得到一個(gè)富二氧化碳級分和一個(gè)富氮級分；(e)將富二氧化碳級分液化，蒸出揮發(fā)性污染物，得到純二氧化碳；(f)將富氮級分純化，除去污染物；和(g)將富氮級分低溫分餾，得到純氮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中燃燒廢氣含有少于約4%(重量)的氧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(a)中將廢氣用噴淋水吸收處理以除去顆粒狀物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(b)中將廢氣壓縮到約25～120磅/平方英寸的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(c)中用堿洗滌液處理廢氣將其純化，除去氧化硫污染物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(c)中將廢氣純化除去氧化氮污染物，采用的方法是用氨在選擇性催化劑存在下處理該廢氣以得到氮和水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(c)中用氧化催化劑處理廢氣將其純化，除去一氧化碳污染物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(c)中用高錳酸鉀洗滌液處理廢氣將其純化，除去痕量污染物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(c)中用干燥劑處理廢氣將其純化，除去水蒸汽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(d)中用壓力回轉(zhuǎn)吸附法將廢氣分離，得到一個(gè)富二氧化碳級分和一個(gè)富氮級分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(f)中將富氮級分通過沸石分子篩床將其純化，除去污染物。
12.一種由含氧少于約10%(重量)的燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳、氮和氬的方法，包括以下步驟(a)處理該廢氣，除去顆粒狀物質(zhì);(b)將該廢氣壓縮至約25-200磅/平方英寸的壓力;(c)將該廢氣純化，除去痕量污染物;(d)將該廢氣分離，得到一個(gè)富二氧化碳級分和一個(gè)富氮和氬級分;(e)將富二氧化碳級分液化，蒸出揮發(fā)性污染物，得到純二氧化碳;(f)將富氮和氬的級分純化，除去污染物;(g)將富氮和氬的級分低溫分餾，得到純氮和一個(gè)富氬級分;(h)將富氬級分純化，制得純氬。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中燃燒廢氣含有少于約4%(重量)的氧。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在步驟(b)中將廢氣壓縮到約25～120磅/平方英寸的壓力。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在步驟(d)中用壓力回轉(zhuǎn)吸附法將廢氣分離，得到一個(gè)富二氧化碳級分和一個(gè)富氮級分。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在步驟(f)中將富氮級分通過沸石分子篩床將其純化，除去污染物。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在步驟(h)中用壓力回轉(zhuǎn)吸附法將富氬級分純化。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在步驟(h)中用低溫蒸餾法將富氬級分純化。
19.一種改進(jìn)的生產(chǎn)氨的方法，包括以下步驟(a)將烴類原料氣蒸汽轉(zhuǎn)化，得到富氫的合成氣;(b)將該富氫的合成氣純化，除去污染物，得到純氫;(c)燃燒烴類燃料為步驟(a)的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)供熱，其中烴類燃燒產(chǎn)生了含氧少于約10%(重量)的燃燒廢氣;(d)處理該廢氣，除去顆粒狀物質(zhì);(e)將該廢氣壓縮到約25～200磅/平方英寸的壓力;(f)將該廢氣純化，除去痕量污染物;(g)將該廢氣分離，得到一個(gè)富二氧化碳級分和一個(gè)富氮級分;(h)將富二氧化碳級分液化，蒸出揮發(fā)性污染物，得到純二氧化碳;(i)將富氮級分純化，除去污染物;(j)將富氮級分低溫分餾，得到純氮;和(k)將步驟(j)的純氮和步驟(b)的純氫通入到氨廠的合成反應(yīng)器中生產(chǎn)氨。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中將步驟(h)的純二氧化碳與步驟(k)的氨在尿素反應(yīng)器中相結(jié)合制備尿素。
全文摘要
本發(fā)明涉及由含氧少于10％(重量)的燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳和氮的方法，包括(a)處理廢氣，除去粒狀物質(zhì)，(b)將廢氣壓縮到約25～200psia的壓力，(c)純化廢氣以除去痕量污染物，(d)將廢氣分離得到富二氧化碳級分和富氮級分，(e)將富二氧化碳級分液化，蒸出揮發(fā)性污染物，得到純二氧化碳，(f)純化富氮級分以除去污染物，(g)將富氮級分低溫分餾得到純氮。本發(fā)明還涉及由燃燒廢氣生產(chǎn)二氧化碳、氮和氬的方法。本發(fā)明的燃燒廢氣可得自氨廠的轉(zhuǎn)化爐，制得的氮可在氨反應(yīng)器中作為合成氣使用。
文檔編號C01B21/04GK1059294SQ9110520
公開日1992年3月11日 申請日期1991年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月31日
發(fā)明者R·克里斯納穆爾蒂, M·J·安德烈科維奇 申請人:美國Boc氧氣集團(tuán)有限公司