CN101870479B - 费托合成联产合成氨工艺 - Google Patents
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Abstract
一种以碳氢基合成气为原料制取蜡及清洁燃料油联产合成氨的工艺，是将碳氢基合成气经整合、脱除有害物质、气体组分调整，使气体中H2∶CO＝1～2.1，之后，合格的合成气在一定的温度和压力下通过费托合成装置生产蜡及清洁燃料油；将费托蜡及清洁燃料油生产过程产生的尾气进行一氧化碳变换、脱除二氧化碳、分离出其中的氢气，氢气一部分回气体组分调整装置用于调整费托合成气组分，其余氢气与空分装置分离出的氮气按3∶1混合送合成氨装置生产液氨，液氨与系统产生的二氧化碳可进一步生产尿素及碳酸氢铵产品。本发明的目的在于提供一种费托合成联产合成氨工艺，以碳氢基合成气为原料制取蜡及清洁燃料油并联产合成氨。采用本发明″费托合成联产合成氨工艺″在降低制油(蜡)单位成本的同时也降低了合成氨的单位成本，提高了制蜡及清洁燃料油技术的能量回收效率；在联产尿素及碳酸氢铵时可以大大降低费托合成工艺应用过程中的二氧化碳排放。
Description
技术领域
本发明是以碳氢基合成气(包括煤气化生产的煤气、焦炉煤气、煤层气、天燃气、电石尾气、生物质气等)为原料制取蜡及清洁燃料油联产合成氨的方法，
背景技术
以碳氢基合成气为原料制取蜡及清洁燃料油产生的尾气中含有未反应的氢气和一氧化碳气体，将其中的一氧化碳气体经过变换为氢气和二氧化碳气体、再将二氧化碳气体及氢气之外的其它气体脱除，回收氢气。氢气与空分装置生产的氮气以3∶1混合后用于生产液氨。本案是将以碳氢基合成气为原料生产蜡及清洁燃料油产生的尾气进一步回收利用，生产液氨产品，增加能量回收效率，减少废气排放，是典型的结合中国化工实际状况的循环经济技术，符合国家的产业政策、环保政策的要求。
通过费托合成法将碳氢基合成气转化成的燃料油，属于清洁燃料，其特点是低硫，不含任何重金属杂质，使用该燃料的发动机，其总烃排放指标、一氧化碳排放指标、硫化物和氮氧化物排放指标均优于目前市场的传统精炼和重整液体燃料。所生成的蜡称费托蜡，其纯度高，杂质含量低，属高纯蜡，可应用于高、尖领域，填补国内生产空白。费托合成生产蜡及清洁燃料油所产生的尾气用于生产液氨，液氨和系统产生的二氧化碳可进一步加工碳酸氢铵及尿素产品，一方面可以提高能量转化效率，另一方面减少尾气的排放及二氧化碳排放，降低环境的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种费托合成联产合成氨工艺，以碳氢基合成气为原料制取蜡及清洁燃料油并联产合成氨。
具体地说，费托合成联产合成氨工艺，是将碳氢基合成气经整合、脱除有害物质、气体组分调整，使气体中H2∶CO＝1～2.1，之后，合格的合成气在一定的温度和压力下通过费托合成装置生产蜡及清洁燃料油；将合成蜡及清洁燃料油过程产生的尾气进行一氧化碳变换、脱除二氧化碳、分离出其中的氢气，氢气一部分回气体组分调整装置用于调整费托合成气组分，其余氢气与空分装置分离出的氮气按3∶1混合送合成氨装置生产液氨，液氨与系统产生的二氧化碳可进一步生产尿素及碳酸氢铵产品。
本发明的有益效果：
(1)采用本发明可在生产出高质量柴油、费托蜡的同时联产液氨、尿素、碳酸氢铵；
(2)采用本发明″费托合成联产合成氨工艺″在降低制油(蜡)单位成本的同时也降低了合成氨的单位成本，提高了制蜡及清洁燃料油技术的能量回收效率；
(3)本发明在联产尿素及碳酸氢铵时可以大大降低费托合成工艺应用过程中的二氧化碳排放；
(4)本发明采用尾气变换工艺，回收的氢气可以根据费托合成对气体组分的要求，经加压后送费托合成入口调整氢气和一氧化碳的比例，同时满足了费托合成及氨合成的工艺要求，减少整个装置的投资费用和运行成本。
附图说明
附图为本发明工艺流程图。
具体实施方式
以碳氢基合成气为原料生产蜡及清洁燃料油联产合成氨工艺工艺，包括以下几个装置：
碳氢基合成气净化、合成气加压、空分、原料气重整、重整气脱硫、费托合成、油品精制、尾气一氧化碳变换装置、脱除二氧化碳装置、氢气分离装置、氢氮气加压装置、氨合成装置。
(1)工艺流程为：碳氢基合成气净化、加压到4Mpa后，进行碳氢基化合物的重整，将合成气中碳氢基化合物转化为一氧化碳和氢气(对于煤气化生产的煤气主要成分是一氧化碳和氢气，烷烃类化合物含量低，可不设置原料气重整装置)；之后送脱硫装置，将总硫含量降至不大于0.04PPm、氧含量不大于1PPm，氨含量不大于1PPm；经调整组分后使H2∶CO＝1～2.1进入费托合成反应装置，经费托合成反应后，出反应器物料先后进入蜡分离器、重组分、轻组分分离器分离出的产物分别送到精炼工序生产出：高熔点蜡、中熔点蜡、低熔点蜡、柴油、石脑油产品，1.7～2.1Mpa压力的费托合成尾气送入CO变换装置将尾气中95％以上的CO变换为(H2+CO2)。变换气经冷却分离后送入脱碳工序，脱除其中的CO2，使其不大于1％。脱除的CO2可用于生产碳酸氢铵及尿素产品；脱碳后的气体进入氢分离装置，氢气回收率不小于95％，分离出的氢气压力0.05Mpa，一部分加压到3.5Mpa送费托合成入口调整费托合成气体组分使H2∶CO＝1～2.1；其余氢气与空分来氮气以H2/N2＝3混合、经加压，送氨合成系统生产产品液氨。液氨与脱碳装置分离出的CO2进一步合成生产碳酸氢铵及尿素产品。
(2)主要装置详细工艺流程如下：
①气体的净化与压缩
合成气经脱除粉尘、焦油、氨、萘、苯等杂质后加压到4MPa。
②气体重整
费托合成需要气体的主要成分为一氧化碳和氢气，需要将碳氢基合成气中的烃类化合物转化为一氧化碳和氢气，对于煤气化生产的煤气由于烃类化合物含量较低，不进行合成气的转化直接进入下一工序。
碳氢基合成气经预热后与经预热后氧气进入转化炉，在不小于1200℃～1400℃的温度下其中的烃类化合物转化为一氧化碳和氢气，再经冷却降温后送脱硫工序。
③气体净化
气体中硫的存在将影响合成催化剂的正常使用和寿命，在进合成前必须脱除干净。
气体中的硫以H2S和有机化合物的形式存在，首先采用脱硫能力大的湿法脱硫脱除其中的大部分硫，再经干法脱硫进行深度脱硫，最终使其中的总硫小于0.04ppm，满足费托合成的要求。
④费托合成工艺
本工艺采用固定床三级反应器串联工艺，合成压力为2.5～3.5MPa，操作温度在200～300℃，使用铁系和钴系催化剂。具有产品质量高，设备易制造的特点。
合格的合成气预热至反应起始温度，然后进入合成反应器进行反应。合成塔出口气体首先经蜡分离器分离出产物中的蜡，然后经重组分冷却器冷却后至重组分分离器，分离出气体中的重组分，气体再经轻组分冷却器冷却后至轻组分分离器，分离出其中的轻组分和水，未反应的气体至下一级反应器继续反应，各反应器的产物经分离器分离后，组分油至中间槽，反应水至反应水槽处理后回用。蜡及组分油至精制工序。
经三级反应后的尾气主要成分为CO、H2、CO2、气态烃类等，送入下一工序进行尾气处理。
⑤尾气处理工序
尾气组分中含有氢气及一氧化碳气体，是合成氨的有效气体，尾气经一氧化碳变换后转换为氢气和二氧化碳气体，再经二氧化碳及气态烃类物质的脱除后，分离出的氢气与空分装置来的氮气以3∶1混合送合成氨工序生产液氨。
⑥合成氨工序
尾气处理工序来的氢气与空分工序来的氮气以3∶1混合，经加压到20～32Mpa后进入氨合成工序，在催化剂床层450～500℃的温度下氢气与氮气反应生产气氨，再经冷却后分离出液氨，液氨可用于生产尿素、碳酸氢铵等农用产品。
Claims (2)
1.费托合成联产合成氨工艺，其特征是将碳氢基合成气经整合、脱除有害物质、气体组分调整，使气体中H2∶CO＝1～2.1，之后，合格的合成气在一定的温度和压力下通过费托合成装置生产蜡及清洁燃料油；将合成蜡及清洁燃料油过程产生的尾气进行一氧化碳变换、脱除二氧化碳、分离出其中的氢气，氢气一部分回气体组分调整装置用于调整费托合成气组分，其余氢气与空分装置分离出的氮气按3∶1混合送合成氨装置生产液氨，液氨与系统产生的二氧化碳可进一步生产尿素及碳酸氢铵产品；并且按照如下流程实施：碳氢基合成气净化、加压到4MPa以上后，进行碳氢基化合物的重整，将合成气中碳氢基化合物转化为一氧化碳和氢气；之后送脱硫装置，将总硫含量降至不大于0.04PPm、氧含量不大于1ppm，氨含量不大于1ppm；经调整组分后使H2∶CO＝1～2.1进入费托合成反应装置，经费托合成反应后，出反应器物料先后进入蜡分离器、重组分、轻组分分离器分离出的产物分别送到精炼工序生产出高熔点蜡、中熔点蜡、低熔点蜡、柴油、石脑油产品；1.7～2.1MPa压力的费托合成尾气送入CO变换装置将尾气中95％以上的CO变换为H2+CO2；变换气经冷却分离后送入脱碳工序，脱除其中的CO2，使其不大于1％；脱除的CO2可用于生产碳酸氢铵及尿素产品；脱碳后的气体进入氢分离装置，氢气回收率不小于95％，分离出的氢气压力0.05MPa，一部分加压到3.5MPa送费托合成入口调整费托合成气体组分使H2∶CO＝1～2.1；其余氢气与空分来氮气以H2/N2＝3混合、经加压，送氨合成系统生产产品液氨；液氨与脱碳装置分离出的CO2进一步合成生产碳酸氢铵及尿素产品。
2.根据权利要求1所述的费托合成联产合成氨工艺，其特征是至少满足以下技术条件中一种：
①气体的净化与压缩：合成气经脱除粉尘、焦油、氨、萘、苯杂质后加压到4MPa；
②气体重整：费托合成需要气体的主要成分为一氧化碳和氢气，需要将碳氢基合成气中的烃类化合物转化为一氧化碳和氢气，对于煤气化生产的煤气由于烃类化合物含量较低，不进行合成气的转化直接进入下一工序；碳氢基合成气经预热后与经预热后氧气进入转化炉，在1200℃～1400℃的温度下其中的烃类化合物转化为一氧化碳和氢气，再经冷却降温后送脱硫工序；
③气体净化：气体中硫的存在将影响合成催化剂的正常使用和寿命，在进合成前必须脱除干净；首先采用脱硫能力大的湿法脱硫脱除其中的大部分硫，再经干法脱硫进行深度脱硫，最终使其中的总硫小于0.04ppm，满足费托合成的要求；
④费托合成工艺：采用固定床三级反应器串联工艺，合成压力为2.5～3.5MPa，操作温度在200～300℃，使用铁系和钴系催化剂；经三级反应后的尾气主要成分为CO、H2、CO2、气态烃类，送入下一工序进行尾气处理；
⑤尾气处理工序：尾气经一氧化碳变换后转换为氢气和二氧化碳气体，再经二氧化碳及气态烃类物质的脱除后，分离出的氢气与空分装置来的氮气以3∶1混合送合成氨工序生产液氨；
⑥合成氨工序：
尾气处理工序来的氢气与空分工序来的氮气以3∶1混合，经加压到20～32MPa后进入氨合成工序，在催化剂床层450～500℃的温度下氢气与氮气反应生产气氨，再经冷却后分离出液氨。
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