CN1019663B - 合成氨原料气精制工艺 - Google Patents
合成氨原料气精制工艺Info
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Abstract
本发明涉及一种合成氨原料气精制工艺。它特别适用于以煤为原料，采用空气、蒸汽造气的中小型氮肥厂原料气的精制。原料气经变换、脱碳以后，在5.0-15MPa条件下，在同一个分段装有脱硫催化剂，甲醇催化剂，甲烷催化剂的精制塔内，依次、分别、连续进行脱硫反应，与H2生成甲醇、甲烷反应使原料气精制。并利用精制过程中产生的放热反应的热能，先预热进塔气体，再进入热回收器将水加热产生蒸汽，再进入循环气加热器，构成一个循环流程。
Description
本发明涉及合成氨原料气精制工艺，它特别适用于以煤为原料，采用空气、蒸汽造气的中小型氮肥厂原料气的精制。
合成氨原料气必须是纯净的氢气和氮气，通常在以空气、蒸汽造气的中小型氮肥厂的原料气中总含有2-4%的一氧化碳和二氧化碳以及少量硫化氢，目前该类型氮肥厂均采用铜洗法（姜圣阶、合成氨工学、第二卷P318～368），不仅要消耗铜、醋酸、氨等原料，且要消耗大量蒸汽（500-600公斤/吨氨），又需冷冻量5-10万大卡，且工艺复杂，目前在以油或天然气为原料或以煤为原料，采用氧气蒸汽造气的大型合成氨厂已采用甲烷净化法（张成方，合成氨工艺与节能P273-96），但它对原料气要求很高，即H2S≤0.1ppmCO+CO2≤0.5%，因此，单一的甲烷化工艺，不适用于以煤为原料，以空气蒸汽造气的中小型氮肥厂合成氨原料气精制工艺。
本发明的目的在于提供一种既对原料气要求不高（允许原料气中CO+CO2为2～4%）又不消耗化工原料，不消耗蒸汽和冷冻量，还能副产蒸汽和甲醇，且工艺简单，适用于以煤为原料以空气蒸汽造气的中小型氮肥厂合成氨原料气的精制工艺。
本发明的目的可通过如下措施来达到：原料气经变换、脱碳以后，在5.0-15MPa条件下，在一个分段装有脱硫催化剂、甲醇催化剂、甲烷催化剂的精制塔内，依次、分别、连续进行脱硫反应，与H2生成甲醇反应和生成甲烷反应，使原料气中大部分一氧化碳、二氧化碳生成甲醇，剩余的则生成甲烷，其中甲醇成为副产品回收，甲烷则在合成氨过程中放空后回收作为燃料用。由于以上反应均为放热反应，可以利用其热能预热进塔气体，并在精制塔外配备换热器和热回收装置，使整个工艺形成一个预热→精制（放热）→热回收器（产生蒸汽）→循环加热器→水冷器（甲醇分离）→氨合成的循环过程。
以下结合附图对本发明预以详细说明：
附图是本发明的工艺流程图。
原料气和循环气混合后，进入碳油过滤器（1），在此分离油水和碳化物，进入循环气加热器（3），气体被加热到70-100℃，进入精制塔（4），在塔内首先经过预热段，气体在此被反应后热气体加热到200-230℃，然后依次进入塔内第一段，气体中H2S按下式反应脱除：
脱硫后原料气中硫含量可达1ppm以下。
脱硫后的原料气再进入第二段，气体中CO、CO2按下列反应式生成甲醇，
此时，原料气中CO、CO2总和小于0.5%，再进入第三段，按下列反应式使剩余的CO和CO2进一步净化：
此时，原料气中CO和CO2总和小于10ppm。
由于以上反应均为放热反应，因此从第三段出来的气体温度可达370-380℃，进入预热段以预热进塔气体，预热进塔气体后的热气温度降到270-280℃出塔。然后进入热回收器（2），在这里将水加热并产生0.7-0.9MPa的蒸汽，温度下降到140-160℃，进入循环加热器（3），将循环气温度由常温加热到100℃，而原热气则降至60-80℃，进入水冷器（5），用冷水将热气间接冷却到低于40℃，此时甲醇冷凝为液体，进入甲醇分离器（6），将甲醇分离出来，每产一吨氨可副产
甲醇70-100公斤。然后气体分为二股，一部分送往氨合成塔，另一部分经循环机（7）加压后与原料气混合，继续循环上述过程。
实施例：
气量为16050标米3/时，压力为12-13MPa含CO2.2%、CO20.2%、H272.6%、N222%、CH42%、H2S0.005g/m3的原料气和循环气进入碳油过滤器→循环加热器，气体被加热到80-100℃，然后进入一个高13000mm的净化塔，先经过预热段，气体被加热到200-230℃，然后依次进入装锌锰脱硫剂0.5m3的脱硫段，装铜催化剂25m3的甲醇段，装镍催化剂1m2的甲烷段，出精制塔气量为15040标米3/时，出气中含H271.56%，H229.11%，CH42.6%，CH3OH2.02%，CO+CO2≤10ppm，H2S≤1ppm，气体温度为370-380℃，然后依次进入预热段→热回收器→循环加热器→水冷器→甲醇分离器，付产甲醇305m3/h，然后进入氨合成塔，产氨5吨/时。
本发明的合成氨原料气的精制工艺与铜洗法及单纯甲烷净化法比较具有如下优点：
与铜洗法比较，一是简化了工艺，且不消耗铜、醋酸、氨等工业原料，不耗蒸汽和冷冻量，还可付产甲醇和蒸汽，降低了成本，而且由于气固反应比气液反应稳定性好，操作可靠性强。
与单纯甲烷净化法比较，由于单纯甲烷净化法要求原料气中CO最多不超过0.5%，为了减少原料气中CO，在变换系统中必须消耗大量蒸汽使其变换为氢，而本发明由于先经过甲醇段再进入甲烷段，故可以允许原料气中CO含量有较大波动（2-4%），因而变换耗蒸汽可以大幅度减少，且还可以副产甲醇。
Claims (1)
1、一种以煤为原料，采用空气、蒸汽造气的合成氨原料气的精制工艺，其特征在于经过变换脱碳以后的原料气在5.0-15MPa条件下，在同一个分段装有脱硫催化剂、甲醇催化剂、甲烷催化剂(三种催化剂的比例为1∶5∶2)的精制塔内、依次、分别、连续进行脱硫反应，与H2生成甲醇反应和生成甲烷反应，并利用这些放热反应产生的热能，将进塔气体预热到200-230℃，再进入热回收器将水加热产生0.7-0.9MPa蒸汽，再进入循环气加热器，将循环气从常温加热到100℃，构成一个预热→精制(放热)→热回收(产生蒸汽)→循环加热器→水冷器(甲醇分离)→氨合成的循环流程。
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