專利名稱：氣烴轉(zhuǎn)化以水煤氣作熱源的工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合成氨工藝及裝置類，具體地屬于用天然氣作為原料氣合成氨的工藝及裝置類。
在富含天然氣的地方，利用合成氨生產(chǎn)尿素的廠家大多數(shù)以天然氣為原料按圖2所示的工藝及裝置合成氨。其工藝為經(jīng)熱量回收管19預(yù)熱、脫硫后的天然氣導(dǎo)入天然氣燃燒爐14燃燒，產(chǎn)生的熱量通過第一蓄熱爐16、第二蓄熱爐17、傳入一段轉(zhuǎn)化爐1、各爐、段的溫度均在850℃以上。而后從天然氣燃燒爐導(dǎo)入天然氣，從第一蓄熱爐的入口15導(dǎo)入空氣，空氣的量滿足后續(xù)工序中H2/N2＝3。天然氣在一段轉(zhuǎn)化爐上部的燃燒室18內(nèi)進行燃燒反應(yīng)3CH4+O2→2CO+CO2+6H2↑。空氣中的N2和余下的O2進入鎳觸媒層19、進行以下反應(yīng)N2+3H2→2NH3、2Ni+O2→2NiO。前一反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，后一反應(yīng)為放熱反應(yīng)。反應(yīng)后溫度下降，而后再通入天然氣燃燒，重復(fù)上面過程。余下的熱量導(dǎo)入熱量回收段20加熱原料天然氣，而后排入廢熱鍋爐回收熱量。
其裝置由天然氣燃燒爐14，第一、二蓄熱爐16、17，一段轉(zhuǎn)化爐1、熱量回收段20組成，各部分彼此相通，內(nèi)壁鋪耐火隔熱材料，一段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)設(shè)燃燒室18、鎳觸媒層19。
采取上述工藝及裝置，必須先將部分天然氣燃燒，以使轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的溫度上升到轉(zhuǎn)換溫度后，天然氣和空氣才進行生成H2和合成氨的反應(yīng)。噸氨需燃燒天然氣將近其量的30%，天然氣的消耗量大，生產(chǎn)噸氨消耗800m3。生產(chǎn)為間接生產(chǎn)，加熱時間、轉(zhuǎn)化時間基本上各為一半，氨產(chǎn)量低。
本發(fā)明的目的是針對上述工藝及裝置存在的問題，設(shè)計一種不用天然氣作熱源的合成氨工藝及裝置。采用本發(fā)明，可將間接轉(zhuǎn)換改為連續(xù)轉(zhuǎn)換，噸氨消耗天然氣量由1000m3-1100m3[其中(燃燒300m3/t NH3，進行轉(zhuǎn)換天然氣消耗800m3/t NH3)]下降至650-700m3。
本發(fā)明的目的是以下述方式實現(xiàn)的，以水煤氣代替天然氣作熱源的合成氨工藝為原料天然氣降壓至3MPa(絕)、引入過濾罐，除去其中夾帶的水和雜質(zhì)，導(dǎo)入換熱器8、經(jīng)一段轉(zhuǎn)化爐1底部連的對流段3加熱至350℃、引出脫硫、與經(jīng)廢熱鍋爐13加熱軟水形成的蒸汽一起導(dǎo)入換熱器5、經(jīng)對流段3加熱至500℃以上進入一段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的轉(zhuǎn)化管2內(nèi)。H2/CH4的加入量比為3。由生產(chǎn)水煤氣工段來的水煤氣經(jīng)換熱器9、在對流段3內(nèi)加熱后由環(huán)布在一段轉(zhuǎn)化爐1外的燒嘴4噴入燃燒，使?fàn)t內(nèi)溫度上升至900℃。轉(zhuǎn)化管2內(nèi)的混合氣部分進行合成氨的原料氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)。轉(zhuǎn)化氣與從換熱器6引入的空氣混合后進入二段轉(zhuǎn)化爐12、混合氣溫度750℃，其中未轉(zhuǎn)化的CH4和氣體中的H2氣與加入的空氣在轉(zhuǎn)化爐上部燃燒段燃燒，溫度達900℃，進入二段轉(zhuǎn)換爐進一步轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn)換的氣體成分控制在H2/N2＝3，未轉(zhuǎn)換的CH4＜0.4%。
以水煤氣代替天然氣作熱源的合成氨裝置，由一段轉(zhuǎn)爐1、換熱器5、6、7、8、9、10，二段轉(zhuǎn)化爐12、廢熱鍋爐13組成，一段轉(zhuǎn)化爐四周環(huán)布噴入水煤氣的燒嘴4，內(nèi)部設(shè)轉(zhuǎn)化管2，管內(nèi)裝填鎳觸媒層、爐底連對流段3，諸換熱器插入對流段3內(nèi)，對流段外有煙囪11。
下面參照附圖詳述本發(fā)明的內(nèi)容。


圖1 本發(fā)明工藝及裝置示意圖。
圖2 以天然氣為熱源的工藝及裝置示意圖。
參照圖1，從一段轉(zhuǎn)化爐底部排除的燃燒煙氣溫度達900℃，在對流段對換熱器4、8內(nèi)的天然氣，換熱器6內(nèi)的空氣，換熱器7內(nèi)的水蒸汽，換熱器9內(nèi)的軟水加熱后，溫度降至于150℃左右，由引風(fēng)機導(dǎo)入煙囪11排放。
從轉(zhuǎn)化管2內(nèi)所出來的轉(zhuǎn)化氣溫度750℃，內(nèi)含CH410%，與從換熱器6來的空氣混合后進入二段轉(zhuǎn)化爐。換熱器的空氣由鼓風(fēng)機鼓入。在二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)上部未轉(zhuǎn)化的CH4和混合氣中的H2與加入的空氣燃燒、而后進入觸媒層，進行氨合成反應(yīng)。轉(zhuǎn)化氣溫度為900℃左右，進入廢熱鍋爐13，加熱從鍋爐來的軟水，加熱后的水導(dǎo)入換熱器6。
本發(fā)明用水煤氣代替天然氣作熱源生產(chǎn)合成氨的原料氣，生產(chǎn)噸氨天然氣消耗率由800m3降至650-700m3，將原間接轉(zhuǎn)換工藝改為連續(xù)轉(zhuǎn)換，提高了天然氣和蒸汽的轉(zhuǎn)換率。
權(quán)利要求
1.以水煤氣代替天然氣作熱源生產(chǎn)合成氨原料氣的工藝，其特征在于原料天然氣降壓至3MPa(絕)，引入過濾罐，除去其中夾帶的水和雜質(zhì)，導(dǎo)入換熱器8，經(jīng)一段轉(zhuǎn)化爐1底部連的對流段3加熱至350℃，引出脫硫，與經(jīng)廢熱鍋爐13加熱軟水形成的蒸汽一起導(dǎo)入換熱器5，經(jīng)對流段3加熱至500℃以上進入一段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的轉(zhuǎn)化管2內(nèi)，H2O/CH4的加入量比為3，由生產(chǎn)水煤氣工段來的水煤氣經(jīng)換熱器9，在對流段3內(nèi)加熱后由環(huán)布在一段轉(zhuǎn)化爐1外的燒嘴4噴入燃燒，使?fàn)t內(nèi)溫度上升至900℃，轉(zhuǎn)化管內(nèi)的混合氣部分進行合成氨原料氣的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化氣與從換熱器6引入的空氣混合后進入二段轉(zhuǎn)化爐12，混合氣溫度750℃，其中未轉(zhuǎn)化的CH4和氣體中的H2與加入的空氣在轉(zhuǎn)化爐上部燃燒段燃燒，溫度達900℃，進入二段轉(zhuǎn)化爐12進一步轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn)換的氣體成分控制在H2/N2=3，未轉(zhuǎn)換的CH4＜0.4%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于從一段轉(zhuǎn)化爐1底部排除的燃燒煙氣溫度達900℃，進入對流段對換熱器4、8內(nèi)的天然氣、換熱器6內(nèi)的空氣、換熱器7內(nèi)的水蒸汽，換熱器9內(nèi)的軟水加熱后，溫度降至于150℃左右，由引風(fēng)機導(dǎo)入煙囪11排放。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于從轉(zhuǎn)化管2內(nèi)出來的內(nèi)含10% CH4的轉(zhuǎn)化氣，溫度750℃，與從換熱器來的空氣混合后進入二段轉(zhuǎn)化爐，未轉(zhuǎn)化的CH4在轉(zhuǎn)化爐上部燃燒，而后進入中部觸媒層，繼續(xù)進行CH4氣轉(zhuǎn)換。
4.以水煤氣代替天然氣作熱源的合成氨原料氣的裝置，其特征在于由一段轉(zhuǎn)化爐1、換熱器5、6、7、8、9、10，二段轉(zhuǎn)化爐12，廢熱鍋爐13組成，一段轉(zhuǎn)化爐四周環(huán)布噴入水煤氣的燒嘴4，內(nèi)部設(shè)轉(zhuǎn)化管2，管內(nèi)鋪Ni觸媒層，爐底設(shè)加熱道3，諸換熱器插入加熱道3內(nèi)，加熱道外有煙囪11。
全文摘要
以水煤氣代替天然氣作熱源生產(chǎn)合成氨原料氣的工藝及裝置，裝置由一、二段轉(zhuǎn)化爐，天然氣、空氣、蒸汽、軟水換熱器組成。一段轉(zhuǎn)化爐四周環(huán)布噴水煤氣的燒嘴，內(nèi)設(shè)轉(zhuǎn)化管，管內(nèi)有觸媒層，爐底連對流段，換熱器插人對流段內(nèi)。本發(fā)明利用水煤氣燒嘴燃燒，使一段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)轉(zhuǎn)化觸媒溫度上升到燃氣轉(zhuǎn)化所需要溫度，在轉(zhuǎn)化管內(nèi)進行轉(zhuǎn)換反應(yīng)，未轉(zhuǎn)化氣進入第二段轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)換，對流段用來加熱換熱器內(nèi)流體。本發(fā)明天然氣消耗低、連續(xù)生產(chǎn)，轉(zhuǎn)化率高。
文檔編號C01B3/34GK1075296SQ9211488
公開日1993年8月18日 申請日期1992年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月28日
發(fā)明者張鳳葵, 王發(fā)坤, 薛建設(shè) 申請人:中國五環(huán)化學(xué)工程公司