專利名稱：氨合成原料氣高壓深度凈化新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氮肥工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種以煤、焦炭為原料聯(lián)醇技術(shù)的改進(jìn)，即采用24.0-31.4MPa高壓甲醇化、高壓甲烷化深度凈化合成氨生產(chǎn)原料氣新工藝，以取代銅洗過程，使有害氣體一氧化碳和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇進(jìn)行回收，殘余氣體中的CO＋CO2再經(jīng)甲烷化達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。
氨合成過程是現(xiàn)今所有氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，又是高能耗的行業(yè)，所用以a-Fe為活性中心的催化劑對微量的氧和氧化物的毒性十分敏感，如CO存在20PPM就降低反應(yīng)速度15-20％，對應(yīng)于中壓型氨產(chǎn)率降低4-6％，尤其是以煤、焦為原料的合成氨原料氣經(jīng)變換后，殘余有2-3％的CO，CO是一種既非酸性又非堿性的氣體，徹底脫除的難度和費(fèi)用很大。但對于合成氨工業(yè)生產(chǎn)來講，必須將其脫至PPM(10-6)級的濃度，否則氨合成過程將無法進(jìn)行。
目前，國內(nèi)脫除微量CO＋CO2的方法主要有三種(一)、銅洗法該法是將電解銅溶解到氨、醋酸組成的絡(luò)合物溶液——醋酸銅銨液中，通過CU+離子在壓力12.5MPa、10℃以下吸收CO，再用蒸氣加熱至80℃左右再生，用水及冷凍法冷卻后循環(huán)使用。該法的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，不增加凈化氣中的惰性氣體(CH4)的含量，該法存在原料氣凈化度低、操作費(fèi)用高、工藝復(fù)雜、操作難度大等缺點(diǎn)，還存在環(huán)境污染和設(shè)備投資大等缺點(diǎn)。
(二)、低壓甲烷化法該法是在0.5-3MPa壓力下將1-3％的CO和CO2轉(zhuǎn)化為甲烷CH4。該法的優(yōu)點(diǎn)是流程較簡單，凈化度高，其缺點(diǎn)如下a、低壓下原料氣中CO＋CO2含量高，甲烷化反應(yīng)需消耗氫氣，雖然惰性氣體對催化劑的毒害不大，但因排放惰性氣體時H2、N2氣也伴隨放空，導(dǎo)致能耗增加，同時降低生產(chǎn)能力，潛在能量損失大，總體經(jīng)濟(jì)效益差。b、工藝過程要有外供熱源來維持操作溫度，工藝“冷熱病”突出，操作波動大。c、低壓下設(shè)備龐大，催化劑用量和投資較多。d、低壓下硫化物的凈化難度大，催化劑使用壽命短。
(三)、中壓聯(lián)醇與中壓甲烷化工藝在12.0-13.0MPa壓力下將變換、脫硫后含3-5％CO的氣體，通過中壓甲醇系統(tǒng)，生產(chǎn)一部分甲醇，殘余0.5-2％的CO＋CO2再去12.0-13.0MPa中壓甲烷化。該法優(yōu)點(diǎn)是既生產(chǎn)甲醇又凈化氣體，凈度高，但是其甲烷化過程仍需外供熱源及換熱設(shè)備，仍然存在工藝”冷熱病”；由于受壓力制約，甲醇轉(zhuǎn)化率不很高，設(shè)備投資大，因甲烷化過程仍產(chǎn)生0.5-0.8％的惰性氣體甲烷，合成氨原料氣消耗也較高。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提出一種氨合成原料氣高壓深度凈化新工藝，達(dá)到微量CO＋CO2凈化度比現(xiàn)行工藝高2-4倍，低于10PPM，能量消耗最低，操作費(fèi)用最少，投資最省，操作簡便，無污染的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的中壓聯(lián)醇后的原料氣或經(jīng)精脫硫后的脫碳原料氣，經(jīng)采用無油潤滑技術(shù)的壓縮機(jī)七段或六段提高壓力至氨合成高壓圈相等的壓力，即壓力為24.0-31.4MPa后，不經(jīng)冷卻，利用其90-129℃的顯熱，并提高溫度至140-160℃，進(jìn)行高壓甲醇化和高壓甲烷化反應(yīng)。
提高溫度至140-160℃的原料氣，在24.0-31.4MPa壓力下進(jìn)入予甲爐2，進(jìn)行高壓甲醇化反應(yīng)，反應(yīng)溫度在220-330℃間，出爐氣體溫度在160-190℃間，使原料氣中的CO＋CO2的90％以上轉(zhuǎn)化為甲醇，放出反應(yīng)熱和殘余0.2％以下的CO＋CO2進(jìn)入高甲爐3，進(jìn)行高壓甲烷化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為230-400℃和壓力為24.0-31.4MPa的原料氣經(jīng)高壓甲烷化反應(yīng)使其微量CO＋CO2小于10PPM，出爐氣體溫度為150-170℃，然后進(jìn)入予熱器1與壓縮機(jī)來的原料氣進(jìn)行熱交換，以提高壓縮機(jī)來的原料氣溫度至140-160℃，自身溫度降至80-100℃，進(jìn)冷卻器4，溫度降至35-40℃，進(jìn)入醇水分離器洗滌器5，分離出稀醇液，送稀醇貯槽或精餾工段，氣體送氨合成工段氨冷器前作為合成補(bǔ)氣。本工藝可采用高效換熱器，高效冷卻器、高效分離洗滌器和高效反應(yīng)器支持本工藝的高凈化度和自熱平衡。
本發(fā)明具有如下積極效果
直接技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果如下1、可使凈化氣微量CO＋CO2小于10PPM，可望維持在1-5PPM之間，接近或達(dá)到國外引進(jìn)大型廠的水平，比銅洗工藝的20-30PPM低2-4倍，保證了氨合成系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，延長了催化劑的使用壽命。
2、與銅洗工藝相比年節(jié)省直接操作費(fèi)用150-200萬元(按年產(chǎn)量3萬噸合成氨計(jì))。
3、節(jié)能能源(按年產(chǎn)量3萬噸合成氨計(jì))年節(jié)省電82.5萬度，年節(jié)省蒸汽1.638萬噸，年節(jié)省冷凍量1.574×1010kj，年節(jié)省冷卻水104.4萬噸，上述總節(jié)能折標(biāo)準(zhǔn)煤量為3120.22噸，相當(dāng)于每噸氨節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤104.01kg，使噸氨總能耗下降5.54％。
4、環(huán)境保護(hù)本工藝界區(qū)內(nèi)環(huán)境條件優(yōu)越，可以實(shí)現(xiàn)不見廢氣、廢水、廢渣、廢熱，無嗅味、無噪音、毒氣、顏色，實(shí)現(xiàn)“四無四不見”潔凈工藝崗位。
5、改善勞動條件，降低勞動強(qiáng)度。本工藝操作簡單，需要調(diào)控指標(biāo)少，只需1-2人監(jiān)視和記錄微量和溫度，比銅洗工藝勞動強(qiáng)度降低60-80％以上。
間接技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果1、由于微量CO＋CO2降低、惰性氣體量少、氨合成反應(yīng)凈值提高2-3個百分點(diǎn)，相當(dāng)于總量的15-20％，原料氣消耗定額由3050Hm3/T以上，降止2850Hm3/T以下，單機(jī)產(chǎn)量上升7％以上，噸氨總能耗下降比例也高于上述比例。
2、杜絕了銅洗工藝帶液、微量超高、銅比失調(diào)等惡性事故所造成的間接損失。
3、節(jié)省了電解銅、冰醋酸、氨等社會緊俏物資。
4、年回收甲醇600-1200噸，增加產(chǎn)值120-240萬元，扣除精餾及所耗氫氣的成本按70％計(jì)，年獲凈收益36-72萬元。
5、由于取消了銅洗工段，其廢渣、廢氣、廢水等污染源自然消失，省去了其污染處理費(fèi)用。


圖1為本發(fā)明的工藝方框流程圖。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，中壓聯(lián)醇后的原料氣或經(jīng)精脫硫后的脫碳原料氣，經(jīng)采用無油潤滑技術(shù)的壓縮機(jī)七段(或六段)提高壓力至氨合成高壓圈相等的壓力，即壓力為24.0-31.4MPa后，不經(jīng)冷卻，利用其壓縮產(chǎn)生的90-129℃的顯熱，進(jìn)入予熱器1，靠與高甲爐3出口氣進(jìn)行換熱，提高原料氣溫度至140-160℃，來進(jìn)行高壓甲醇化和高壓甲烷化反應(yīng)。
提高溫度至140-160℃的原料氣，在24.0-31.4MPa壓力下進(jìn)入予甲爐2，進(jìn)行高壓甲醇化反應(yīng)，反應(yīng)溫度在220-330℃間，出爐氣體溫度在160-190℃間，使原料氣中的CO＋CO2的90％以上轉(zhuǎn)化為甲醇，殘余0.2％以下的CO＋CO2伴隨放出的反應(yīng)熱直接進(jìn)入高甲爐3，進(jìn)行高壓甲烷化反應(yīng)，經(jīng)高壓甲烷化反應(yīng)使其微量CO＋CO2小于10PPM，爐內(nèi)反應(yīng)溫度230-400℃，出爐氣體溫度150-170℃，然后進(jìn)入予熱器1與壓縮機(jī)來的原料氣進(jìn)行熱交換，以提高壓縮機(jī)來的原料氣溫度至140-160℃，自身溫度降至80-100℃，進(jìn)冷卻器4，溫度降至35-40℃，進(jìn)入醇水分離器洗滌器5，分離出稀醇液，送稀醇貯槽或精餾工段，氣體送氨合成工段氨冷器前作為合成補(bǔ)氣。醇水分離器洗滌器5內(nèi)噴入少量的軟水洗滌掉微量的醇類、有機(jī)物質(zhì)。本工藝可采用高效換熱器、高效冷卻器、高效分離洗滌器和高效反應(yīng)器支持本工藝的高凈化度和自熱平衡。
采用24.0-31.4MPa高壓甲醇化和高壓甲烷化反應(yīng)，使中壓聯(lián)醇后的原料氣或經(jīng)精脫硫后的脫碳原料氣，經(jīng)無油潤滑技術(shù)的壓縮機(jī)七段(或六段)提高壓力至氨合成高壓圈相等的壓力，可實(shí)現(xiàn)甲醇化反應(yīng)如下
由上式可見甲醇生成反應(yīng)是體積縮小反應(yīng)，因此提高壓力有利于反應(yīng)向右進(jìn)行，通過化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算，CO、CO2平衡濃度可降至PPM級。因此可將大部分CO、CO2有害氣體轉(zhuǎn)化為甲醇，殘余微量CO、CO2經(jīng)高壓甲烷化反應(yīng)如下
同理加壓利于反應(yīng)進(jìn)行。
利用氣體壓縮余熱，可保持系統(tǒng)自熱平衡。因甲醇化、甲烷化反應(yīng)必須在200-350℃條件下進(jìn)行，而本工藝采用無油潤滑技術(shù)改造的壓縮機(jī)七段或六段可使氣體壓縮后升溫至90-129℃，將傳統(tǒng)工藝中的冷卻設(shè)備移至甲烷化之后，利用其顯熱直接進(jìn)入高壓甲醇化和高壓甲烷化反應(yīng)爐。
實(shí)施例1，中壓聯(lián)醇后的原料氣(氣體壓力為12-13.5MPa)，經(jīng)采用無油潤滑技術(shù)改造的壓縮機(jī)七段或六段，提高原料氣壓力至氨合成高壓圈相等的壓力，即壓縮至壓力為24.0-31.4MPa，溫度升至90-129℃，不經(jīng)原壓縮機(jī)水冷卻，利用氣體壓縮產(chǎn)生的90-129℃的顯熱，進(jìn)入予熱器1，靠與高甲爐3出口氣進(jìn)行換熱提高其溫度至140-160℃，進(jìn)入予甲爐2，進(jìn)行高壓甲醇化反應(yīng)，空速12000-16000小時-1，控制反應(yīng)溫度220-330℃，使原料氣中的CO＋CO2的90％以上轉(zhuǎn)化為甲醇，出口氣體溫度160-190℃，一氧化碳和二氧化碳含量小于0.2％，殘余0.2％以下的CO＋CO2伴隨放出的反應(yīng)熱直接進(jìn)入高甲爐3，完成高壓甲烷化反應(yīng)，空速8000-12000-1，控制反應(yīng)溫度230-400℃，經(jīng)高壓甲烷化反應(yīng)使其微量CO＋CO2小于10PPM，出爐氣體溫度150-170℃，進(jìn)入予熱器1與壓縮機(jī)來的原料氣進(jìn)行熱交換，溫度降至80-100℃，進(jìn)冷卻器4，經(jīng)水冷卻溫度又降至35-40℃，進(jìn)入醇水分離器洗滌器5，分離出稀醇液，送稀醇貯槽或精餾工段，氣體送氨合成工段氨冷器前作為補(bǔ)氣。醇水分離器洗滌器5內(nèi)噴入少量的軟水洗滌掉微量的醇類、有機(jī)物質(zhì)。本工藝可采用高效換熱器、高效冷卻器、高效分離洗滌器和高效反應(yīng)器，支持本工藝的高凈化度和自熱平衡。
醇后氣中CO＋CO2是波動的，系統(tǒng)壓力隨氨合成系統(tǒng)變化，所以系統(tǒng)內(nèi)的溫度分布允許在上述范圍內(nèi)波動。凈化氣微量CO＋CO2小于10PPM是確保指標(biāo)，實(shí)際上一般在1-4PPM之間，冷卻器所用的水由原壓縮機(jī)冷卻器移來，除高壓洗滌水耗少量電能外，別無任何能源輸入，而回收的甲醇等價熱值和經(jīng)濟(jì)價值相當(dāng)于所耗電量的30-40倍，故本工藝與銅洗流程相比，除凈化度高外，回收的能量遠(yuǎn)高于消耗的能源。
實(shí)施例2，無中壓聯(lián)醇的煤、焦制氨系統(tǒng)，氣體經(jīng)脫碳后，殘余CO＋CO2在0.5-2％之間，需經(jīng)常溫水解精脫硫裝置使硫含量小于0.01PPM，總硫過高將影響高壓甲醇化催化劑的壽命，其工藝過程及操作條件同實(shí)施例1。因原料氣中的CO＋CO2濃度較高，回收甲醇量將是實(shí)施例1的2-3倍，凈化氣含微量CO＋CO2在5-10PPM間，略高于實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種氨合成原料氣高壓深度凈化新工藝，其特征在于中壓聯(lián)醇后的原料氣或經(jīng)精脫硫后的脫碳原料氣，經(jīng)采用無油潤滑技術(shù)的壓縮機(jī)七段或六段提高壓力至氨合成高壓圈相等的壓力，即壓力為24.0-31.4MPa后，不經(jīng)冷卻，利用其90-129℃的顯熱，并提高其溫度至140-160℃，進(jìn)行高壓甲醇化和高壓甲烷化反應(yīng)，反應(yīng)后使溫度為150-170℃的原料氣中微量CO＋CO2小于10PPM，經(jīng)熱交換，原料氣溫度降至80-100℃，進(jìn)冷卻器(4)，經(jīng)水冷卻溫度又降至35-40℃，進(jìn)入醇水分離器洗滌器(5)，分離出稀醇液，送稀醇貯槽或精餾工段，氣體送氨合成工段氨冷器前作為補(bǔ)氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氨合成原料氣高壓深度凈化新工藝，其特征在于所述的高壓甲醇化反應(yīng)是提高溫度至140-160℃的原料氣，在24.0-31.4MPa壓力下進(jìn)入予甲爐(2)，反應(yīng)溫度在220-330℃間，出爐氣體溫度在160-190℃間，使原料氣中的CO＋CO2的90％以上轉(zhuǎn)化為甲醇，放出反應(yīng)熱和殘余0.2％以下的CO＋CO2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種氨合成原料氣高壓深度凈化新工藝，其特征在于所述的高壓甲烷化反應(yīng)是指經(jīng)高壓甲醇化反應(yīng)后溫度為160-190℃、壓力為24.0-31.4MPa和殘余0.2％以下的CO＋CO2的原料氣進(jìn)入高甲爐(3)，反應(yīng)溫度為230-400℃，出爐氣體溫度為150-170℃，使其微量CO＋CO2小于10PPM。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的一種氨合成原料氣高壓深度凈化新工藝，其特征在于所述進(jìn)行高壓甲醇化和高壓甲烷化反應(yīng)前提高壓縮機(jī)來的原料氣溫度至140-160℃的途徑是經(jīng)高壓甲烷化反應(yīng)后的溫度為150-170℃、微量CO＋CO2小于10PPM的出爐氣體進(jìn)入予熱器(1)與壓縮機(jī)來的原料氣進(jìn)行熱交換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述的一種氨合成原料氣高壓深度凈化新工藝，其特征在于本工藝可采用高效換熱器、高效冷卻器、高效分離洗滌器和高效反應(yīng)器支持本工藝的高凈化度和自熱平衡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用高壓甲醇化、高壓甲烷化深度凈化合成氨生產(chǎn)原料氣新工藝。中壓聯(lián)醇后的原料氣或經(jīng)精脫硫后的脫碳原料氣，經(jīng)無油潤滑技術(shù)的壓縮機(jī)提高壓力至24.0-31.4MPa，不經(jīng)冷卻、提高其溫度后，進(jìn)行高壓甲醇化和高壓甲烷化反應(yīng)，具有凈化度高，能量消耗低，操作費(fèi)用少，投資省，操作簡便，無污染的優(yōu)點(diǎn)，適于對現(xiàn)有以煤、焦炭為原料的合成氨原料氣深度凈化，尤其對于已有中壓聯(lián)醇裝置的原料氣深度凈化最為簡便、經(jīng)濟(jì)和適宜。
文檔編號C10K1/00GK1152022SQ96112370
公開日1997年6月18日 申請日期1996年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月9日
發(fā)明者李經(jīng)軒 申請人:李經(jīng)軒