CN101214922B - 天然气制氨和煤制氨与煤制甲醇的组合净化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明天然气制氨和煤制氨与煤制甲醇的组合净化工艺属于用于天然气制氨和煤制氨及煤制甲醇的合成气净化技术领域。在煤制甲醇和煤制氨工艺气的低温甲醇净化系统中，把煤制气经过变换工段的工艺分别气通入煤制甲醇和煤制氨工艺气洗涤塔底部，同时将-64℃左右的新鲜甲醇溶液仅对煤制甲醇工艺气进行洗涤；从煤制甲醇工艺气洗涤塔取出半贫液洗涤煤制氨工艺气；从煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体通入现有天然气制氨工艺净化系统的脱CO2净化装置，合用现有天然气制氨的后续工艺制备氨。优点：把天然气制氨、煤制氨、煤制甲醇三个独立工艺优化合并，简化系统、节省能耗，减少设备数量和投资。

Description

天然气制氨和煤制氨与煤制甲醇的组合净化工艺
技术领域
本发明属于天然气和煤制气的合成气净化技术领域，特别是用于天然气制氨和煤制氨及煤制甲醇的合成气净化技术领域。
背景技术
现有天然气制氨和煤制气制氨是两个完全独立的工艺，分别使用两套设备，而煤制气又具有同时向甲醇制造装置和合成氨制造装置提供原料气的技术能力。但是在对天然气制氨和煤制气脱硫净化后用于制氨的中间物质基本一样，这就使脱硫净化后的两套制氨工艺和设备流程重复、投资大、能耗相对较大、对煤制气制氨的洗涤塔材料耐低温的性能要求高，其主要缺点如下：
1.流程复杂、设备多、投资大：
煤制氨原工艺气低温甲醇净化技术由于需要在低温甲醇净化工段全部脱除煤制氨工艺气中的CO2，因此所使用的洗涤塔，不但塔的高度高，洗涤段数多和塔盘数量大，还需配置段间氨冷器和缠绕式换热器，并需要采用新鲜低温甲醇溶液做为洗涤溶液。同时煤制氨原工艺气净化技术需要在本净化系统中回收纯净CO2供尿素合成用，因此还需要设置CO2再生塔以满足纯净CO2的再生回收需要。为了脱除来自洗涤塔的工艺气中残余的CO，还需在原低温甲醇净化装置后设置昂贵的液氮洗装置。
2.煤制氨原工艺气净化能耗相对较大：
由于上段所述的原因，导致煤制氨原工艺气净化技术所用的洗涤甲醇循环量较大，甲醇溶液再生的能耗也因此较大，同时还增加了段间氨冷器所需的制冷机负荷和缠绕式换热器所需补充的冷量。
3煤制氨工艺气洗涤塔材料抗低温性能的要求高：
由于原煤制氨工艺气洗涤塔需要利用新鲜甲醇溶液，因而该塔操作温度降低，提高了对材料抗低温性能的要求。
4、煤制氨原工艺气低温甲醇净化过程操作难度和控制要求高：
煤制氨工艺中，由于煤制氨原工艺气洗涤塔出口必须严格控制很低的CO2含量，从而大大增加了煤制氨气体净化工艺的设计和操作控制难度，以满足洗涤塔出口气对CO2的严格要求。
发明内容
本发明的目的在于为天然气制氨工艺、煤制氨工艺、煤制甲醇工艺等三个工艺的工艺气提供一个组合净化工艺技术，去掉现有煤制气制氨工艺在脱硫净化后的工艺和设备。
本发明总体构思是：
将现有煤制甲醇和煤制氨的两个独立的工艺在变换上游进行合并，使经部分变换的煤制甲醇工艺气和完全变换的煤制氨工艺气分别进入本低温甲醇净化系统的煤制甲醇工艺气洗涤塔和煤制氨工艺气洗涤塔，由-64摄氏度的新鲜低温甲醇溶液进入煤制甲醇工艺气洗涤塔上部，对煤制甲醇工艺气进行洗涤。而从煤制甲醇工艺气洗涤塔中部流出的部分吸收了一定量CO2的半贫液----即甲醇加CO2的富聚液通入煤制氨工艺气洗涤塔上部，使原煤制氨工艺中的氨工艺气洗涤塔需要的-64℃左右的新鲜甲醇溶液，变为现-40℃左右的来自煤制甲醇工艺气洗涤塔的半贫液，并把煤制氨工艺中净化设备所取出的H2+CO2混合气体通入天然气制氨的净化设备中，将原需在甲醇富液再生系统解吸回收纯净CO2的功能移至天然气制氨工艺气净化系统一起完成，省去了煤制氨工艺的净化设备之后的工艺和设备，省去的净化设备之后的工艺和设备由天然气制氨的相关工艺和设备完成，这又节约了煤制氨工艺的净化设备之后的设备投资、工艺管理等费用。
总之，本专利的构思是：使煤制甲醇和煤制氨的两个独立的工艺在前端低温净化部分共用，使新鲜低温甲醇溶液仅用于煤制甲醇工艺气洗涤，而洗涤后的吸收了部分CO2的半贫液送入煤制氨工艺气洗涤塔用于煤制氨工艺气洗涤，并使经过该煤制氨工艺气洗涤塔脱除硫和部分CO2的H2+CO2混合气体通入天然气制氨的净化设备中(该混合气体所含的CO2满足后续尿素合成和其他用途的需要)，在天然气制氨工艺的净化设备中，与天然气制氨工艺气一起完成最后的CO2的脱除和回收，实现煤制氨和天然气制氨从净化工艺开始的两个原独立的工艺和设备的合并，降低低温甲醇净化系统的设备的技术要求、投资和费用，省去原独立的煤制氨工艺在净化设备之后的投资和费用，成为煤制氨与天然气制氨工艺，和煤制氨与煤制甲醇工艺的综合净化工艺。也就是，本发明为天然气制氨工艺、煤制氨工艺、煤制甲醇工艺三个独立工艺综合配置的气体净化的优化组合净化工艺。
本发明的具体技术方案：
本发明人经研究得出：天然气制氨工艺、煤制氨工艺、煤制甲醇工艺三个独立工艺要合并制氨，技术关键在于对三个工艺都具有的净化工艺部分进行综合配置，实现优化组合净化工艺，其优化组合净化工艺如下：
天然气制氨和煤制氨与煤制甲醇的组合净化工艺，包括现有天然气制氨工艺中净化系统的脱CO2的净化装置，其特征在于：在煤制甲醇和煤制氨工艺气的低温甲醇净化系统中，把煤制气经过部分变换的煤制甲醇工艺气通入煤制甲醇工艺气洗涤塔底部，把完全变换的煤制氨工艺气通入煤制氨工艺气洗涤塔底部，同时将-64℃左右的新鲜甲醇溶液通仅入煤制甲醇工艺气洗涤塔顶部，以新鲜甲醇溶液对煤制甲醇工艺气进行洗涤；从煤制甲醇工艺气洗涤塔取出已吸收但还能吸收CO2的甲醇溶液即半贫液，把半贫液通入煤制氨工艺气洗涤塔顶部以洗涤煤制氨工艺气；从煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体通入现有天然气制氨工艺的净化系统的脱CO2的净化装置中，与天然气制氨的变换工艺气混合一起脱除CO2，合用现有天然气制氨的后续工艺制备氨。
新鲜甲醇溶液对煤制甲醇工艺气进行洗涤，能脱除H2S和部份CO2，以使出塔的混合气体中，CO2，占混合气体的体积比为3～5％，以满足后续合成甲醇需要为准。
把半贫液通入煤制氨工艺气洗涤塔顶部以洗涤，能脱除H2S和部份CO2，以使出塔的混合气体中，CO2，占混合气体的体积比约25％左右，以满足后续合成氨需要为准。
在上述的优化组合净化工艺中，煤制甲醇工艺气洗涤塔中排出的H2+CO+CO2的甲醇合成气通入后续工艺及甲醇合成塔用于制备甲醇；煤制甲醇工艺气洗涤塔和煤制氨工艺气洗涤塔分别都排出甲醇富液，甲醇富液为含硫甲醇富液，需在后续系统中再生，并回收硫；从煤制甲醇工艺气洗涤塔取出半贫液(已吸收CO2，还能吸收CO2的甲醇溶液)，并把半贫液在闪蒸槽中除去气相CO后通入煤制氨工艺气洗涤塔顶部，用于洗涤净化煤制氨工艺气。
天然气制氨和煤制氨两工艺合并时，用煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中的H2重量为能满足现有单独天然气制氨装置全部所耗H2重量的40％～90％，来确定煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体重量；煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中H2与CO2的重量比为0.13～0.20∶1。
优选用煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中的H2重量为能满足现有天然气制氨装置全部所耗H2重量的50％～80％，来确定煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体重量；煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中H2与CO2的重量比为0.13～0.15∶1。
现有生产可用煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中的H2重量为能满足现有天然气制氨装置全部所耗H2重量的60％，来确定煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体重量；煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中H2与CO2的重量比为0.14∶1。
本发明的优点：
由于天然气制氨工艺、煤制气制氨工艺、煤制气制甲醇三个独立工艺优化合并成多原料多联产工艺，使现有单独煤氨工艺的下述缺点得以克服：
相对于原低温甲醇净化技术，本发明的组合净化工艺技术具有如下优点：
1、简化系统、节省能耗：
由于煤制氨工艺气净化设备所取出的H2+CO2混合气体要通入天然气制氨的净化设备中，与天然气制氨工艺气一道完成最后的CO2的脱出净化，所以本发明放宽了对原煤制氨工艺气净化系统出口气体需要脱净CO2的严格要求，不用再在煤制氨工艺气洗涤塔通入原煤制氨工艺气洗涤塔中所需要的-64℃左右的新鲜甲醇溶液，而代之以来自煤制甲醇工艺气洗涤塔的-40℃摄氏度的半贫液，从而降低了整个系统的新鲜甲醇溶液循环量。此外还减少了洗涤塔的洗涤段数和塔盘数量，节省了段间所需补充的冷量，减小了甲醇富液再生为新鲜甲醇溶液所需要消耗的能量。
2、减少设备数量、减小投资：
由于本煤制氨工艺气洗涤塔的洗涤液是取自煤制甲醇工艺气洗涤塔来的半贫液，因而提高了煤制氨工艺气洗涤塔的设计温度，降低了煤制氨工艺气洗涤塔设备材料的低温性能要求，减小了塔的尺寸，同时省去了段间冷却设备；由于将回收纯净CO2的功能和去除残余CO的功能放在了天然气制氨的净化工艺中完成，因此，本工艺不再需要在CO2再生塔中进行纯净CO2解吸和回收，以及在液氮洗中脱出CO，所以省去了CO2再生塔和液氮洗装置。
3、降低操作和设计的难度：
由于本煤制氨工艺气洗涤塔的出口工艺气组成要求对CO2含量的范围放宽，从而降低了该系统的操作控制难度和设计难度。
4、实现柔性生产和灵活调节，增加了系统优化的手段：
对煤制气生产甲醇，并向天然气制合成氨装置提供H2和CO2生产合成氨和尿素，通过该组合净化技术，使上游煤制气工艺共用一套系统，不但降低了投资，使低温净化系统本身得到优化，还实现了原料和产品的灵活调节。
附图说明
图1是现有天然气制氨工艺示意图；
图2是本发明的天然气制氨工艺、煤制氨工艺、煤制甲醇三个工艺综合配置的气体净化的优化组合净化工艺示意图；
具体实施方式
实施例1
本发明人经研究得出：天然气制氨工艺、煤制氨工艺、煤制甲醇工艺三个独立工艺要合并成多原料多联产工艺，技术关键在于对三个工艺都具有的净化工艺部分进行综合配置，实现优化组合净化工艺，其优化组合净化工艺如下：
本发明的天然气制氨和煤制氨与煤制甲醇的组合净化工艺，利用现有天然气制氨工艺中净化系统的脱CO2的净化装置。在煤制甲醇和煤制氨工艺气的低温甲醇净化系统中，把煤制气经过部分变换的煤制甲醇工艺气通入煤制甲醇工艺气洗涤塔底部，把完全变换的煤制氨工艺气通入煤制氨工艺气洗涤塔底部，同时将-64℃左右的新鲜甲醇溶液仅通入煤制甲醇工艺气洗涤塔顶部，以新鲜甲醇溶液对煤制甲醇工艺气进行洗涤脱除H2S和部份CO2，；从煤制甲醇工艺气洗涤塔中段部位取出已吸收但还能吸收CO2的甲醇溶液即半贫液，把半贫液通入煤制氨工艺气洗涤塔顶部用以洗涤煤制氨工艺气，用半贫液即还能吸收CO2的那部分甲醇溶液洗涤煤制氨工艺气，不再向煤制氨工艺气洗涤塔中通入-64℃左右的新鲜甲醇溶液；从煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体通入现有天然气制氨工艺的净化系统的脱CO2的净化装置中，与天然气制氨的变换工艺气混合一起脱除CO2，再合用现有天然气制氨的后续工艺制备氨。
新鲜甲醇溶液对煤制甲醇工艺气进行洗涤，能脱除H2S和部份CO2，以使出塔的混合气体中，CO2，占混合气体的体积比为3～5％，以满足后续合成甲醇需要为准。
把半贫液通入煤制氨工艺气洗涤塔顶部以洗涤，能脱除H2S和部份CO2，以使出塔的混合气体中，CO2，占混合气体的体积比约25％左右，以满足后续合成氨需要为准。
实施例2
在实施例1优化组合净化工艺的基础上，煤制甲醇工艺气洗涤塔中排出的H2+CO+CO2的甲醇合成气通入后续工艺及甲醇合成塔用于制备甲醇；煤制甲醇工艺气洗涤塔和煤制氨工艺气洗涤塔分别都排出甲醇富液，甲醇富液为含硫甲醇富液，含硫甲醇富液，需在后续系统中再生，并回收硫；从煤制甲醇工艺气洗涤塔取出半贫液后(已吸收CO2，还能吸收CO2的甲醇溶液)，并把半贫液在闪蒸槽中除去气相CO后再通入煤制氨工艺气洗涤塔顶部，用以洗涤煤制氨工艺气。
天然气制氨和煤制氨两工艺合并时，用煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中的H2重量为能满足现有单独天然气制氨装置全部所耗H2重量的40％～90％，来确定煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体重量；煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中H2与CO2的重量比为0.13～0.20∶1。
实施例3
在实施例2优化组合净化工艺的基础上，仅有下述两项的两种气体比例有优选：
优选用煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中的H2重量为能满足现有天然气制氨装置全部所耗H2重量的50％～80％，来确定煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体重量；煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中H2与CO2的重量比为0.13～0.15∶1。
实施例4
在实施例3优化组合净化工艺的基础上，仅有下述两项的两种气体比例有进一步优选：
现有生产可用煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中的H2重量为能满足现有天然气制氨装置全部所耗H2重量的60％，来确定煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体重量；煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中H2与CO2的重量比为0.14∶1。

Claims (4)

1.天然气制氨和煤制氨与煤制甲醇的组合净化工艺，包括现有天然气制氨工艺中净化系统的脱CO2的净化装置，其特征在于：在煤制甲醇和煤制氨工艺气的低温甲醇净化系统中，把煤制气经过部分变换的煤制甲醇工艺气通入煤制甲醇工艺气洗涤塔底部，把完全变换的煤制氨工艺气通入煤制氨工艺气洗涤塔底部，同时将-64℃左右的新鲜甲醇溶液仅通入煤制甲醇工艺气洗涤塔顶部，用新鲜甲醇溶液对煤制甲醇工艺气进行洗涤；从煤制甲醇工艺气洗涤塔取出已吸收但还能吸收CO2的甲醇溶液即半贫液，把半贫液通入煤制氨工艺气洗涤塔顶部以洗涤煤制氨工艺气；从煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体通入现有天然气制氨工艺的净化系统的脱CO2的净化装置中，与天然气制氨的变换工艺气混合一起脱除CO2，合用现有天然气制氨的后续工艺制备氨；
天然气制氨和煤制氨两工艺合并时，用煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+ CO2混合气体中的H2重量为能满足现有天然气制氨装置全部所耗H2重量的40％～90％，来确定煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体重量；煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中H2与CO2的重量比为0.13～0.20∶1。
2.根据权利要求1所述的天然气制氨和煤制氨与煤制甲醇的组合净化工艺，其特征在于：煤制甲醇工艺气洗涤塔中排出的H2+CO+CO2的甲醇合成气通入后续工艺及甲醇合成塔用于制备甲醇；煤制甲醇工艺气洗涤塔和煤制氨工艺气洗涤塔分别都排出甲醇富液；从煤制甲醇工艺气洗涤塔取出已吸收CO2，还能吸收CO2的甲醇溶液即半贫液，并把半贫液在闪蒸槽中除去气相CO后通入煤制氨工艺气洗涤塔顶部。
3.根据权利要求2所述的天然气制氨和煤制氨与煤制甲醇的组合净化工艺，其特征在于：用煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中的H2重量为能满足现有天然气制氨装置全部所耗H2重量的50％～80％，来确定煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体重量；煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中H2与CO2的重量比为0.13～0.15∶1。
4.根据权利要求3所述的天然气制氨和煤制氨与煤制甲醇的组合净化工艺，其特征在于：用煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中的H2重量为能满足现有天然气制氨装置全部所耗H2重量的60％，来确定煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体重量；煤制氨工艺气洗涤塔中取出用于合成氨的H2+CO2混合气体中H2与CO2的重量比为0.14∶1。
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