CN1024458C - 空气连续汽化深冷脱氮制合成氨的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于以空气为介质使煤气化制合成氨工艺的改进，它采用空气和蒸汽连续入煤气炉的一步制气工艺代替现有的空气间隙制气的五步工艺，不用制氧机，制气效率高，没有吹风气放空，制得的煤气经变换、脱碳后，用深冷分离的方法将过量氮及惰性组分、甲烷等分离掉，得到符合氨合成当量比的氢氮混合气送合成塔，同时副产部分民用煤气和蒸汽。低温分离的冷量主要来自污氮的增压膨胀及节流产冷，必要时采用乙烷补冷。

Description

本发明是关于以空气为介质使煤气化制合成氨工艺的改进。

以煤为原料的大型合成氨厂无论是K-T炉，还是Lurgi炉、Winkler炉、Texaco炉，均采用氧作为气化介质，须设有空分装置，提供气化用氧，其设备和投资费用昂贵。我国约有1200家中、小型合成氨厂多采用以空气和蒸汽为气化介质制合成氨工艺，省去了空分装置，但制气过程为间隙式的，即空气和蒸汽交替地通入造气炉，周期地进行吹风-一次蒸汽上吹制气一下吹制气-二次蒸汽上吹制气-空气吹净各过程，其中吹风阶段不制气，它只使炉温升高，产生的气体含有6～8%CO和H₂及CH₄而放空。这种间隙式气化工艺不仅气化效率低，而且吹风气带走大量热量（潜热和显热），即耗能，又污染环境，由空气带入的惰性气体组分在合成系统中循环积累，使合成效率降低，加之这种间隙式气化工艺对原料煤要求高，炉温波动大，须用无烟煤和焦炭为原料，因而制氨成本高。

鉴此，本发明的目的是改上述空气间隙气化制合成氨的工艺为空气（不用制氧机）连续气化深冷脱氮工艺以降低能耗，提高氨合成效率，降低制氨成本。

本发明制合成氨的方法包括下列各常规步骤：

a、将空气和蒸汽通入造气炉与原煤反应生成二氧化碳、氢及一氧化碳：

b、将步骤a所得的气体通入变换炉，气体中的一氧化碳与蒸汽进一步反应转化成二氧化碳和氢;

c、将步骤b所得的气体通入碳化塔，气体中的二氧化碳与氨化合而除去，得到含氮和氢的氨合成原料气;

d、将步骤c所得的氨合成原料气通入合成塔，在催化剂作用下合成生成氨。

本发明对上述常规步骤的改进在于：

步骤a中的空气和蒸汽同时通入，连续制气，将现有的五步气化工艺改为一步完成，另外，将步骤c所得的氨合成氢、氮原料气进一步脱除二氧化碳和水后，用深冷分离的方法脱除过量氮及其它非生成氨的甲烷、氩等惰性气体组分，由此得到符合氨合成当量比的氢、氮混合气送入前述的步骤d的合成塔，制得氨。以上改进包括下列步骤：

（1）将步骤c碳化塔出来的氨合成原料气入碱洗塔，用碱液洗涤，进一步除去二氧化碳至含量小于300ppm;

（2）将步骤（1）所得的氨合成原料气用分子筛吸附脱除水和微量二氧化碳至20ppm以下;

（3）将步骤（2）得到的脱除了水份的干燥原料气入换热器等压降温至露点温度，成为一股冷物流;

（4）将步骤（3）所得的冷物流入冷凝分馏 塔，塔底用煤气加热，塔顶以过冷的液氮节流蒸发提供冷量，使入塔物流根据组分沸点的差异，在塔内低温下高沸点甲烷和大部分氮不断地冷凝，从塔底排出甲烷冷凝液，塔中段抽出以饱和液氮为主，并含有氩等惰性组分的液体污氮，塔顶得到符合氨合成当量比的氢氮混合气，送前述步骤d的合成塔制得氨。上述污氮从塔中段抽出后入液氮过冷器降温至84～86°K温度，节流后送入塔顶污氮蒸发器管内与塔内上升的管外氢氮气交换热量而气化，同时，塔内上升氢氮气中部分氮和甲烷组分被冷凝回流。通过调节塔顶温度调整冷凝回流液量，即可控制出塔氢氮混合气达到H₂∶N₂＝3∶1的当量比。

本发明中，深冷装置所需的冷量主要来自污氮的增压膨胀（或将污氮复热到所需较高温度下增压）、节流产冷必要时用乙烷补冷。污氮蒸发器气化的污氮经增压膨胀机膨胀后降温产冷，并通过液氮过冷器将冷量传递给塔中段抽出的饱和污氮，使其过冷并节流降温入塔顶污氮蒸发器提供全塔冷量。此外，本发明还以氨预冷的乙烷制冷循环补充塔内因操作压力过低时冷量的不足，经氨预冷液化的乙烷通过乙烷蒸发器将冷量传递给一小股入冷箱的原料气，并将其通入塔底盘管，用以调节塔底温度及民用煤气中甲烷的纯度。

本发明用空气连续制气及深冷脱氮制合成氨工艺，制气阶段无吹风气，工艺简化，操作稳定，制气效率高，并对原料煤品种无苛求，用劣质的烟煤或白煤同样能制气，扩大了煤种范围，降低了原料成本;深冷脱氮工艺不仅可脱除过量氮，而且能同时脱除甲烷、氩等非生成氨的组分，特别是解决了惰性气体在合成工段中循环积累的问题，不仅节省了不必要的能耗，而且提高了合成效率和装置生产能力;深冷工艺主要采用污氮增压膨胀及节流制冷和乙烷制冷，流程及能量利用合理。据估算，采用本发明制合成氨的方法，单炉合成氨产量可提高50～80%，合成塔能力也提高50～80%，吨氨原料煤耗量减少10～15%，不仅省去了燃料煤，而且可利用废热提供中压蒸汽0.8～1.0吨，同时还可提供甲烷作民用燃料。

下面结合附图进一步说明本发明的工艺流程实施例。

图1为本发明工艺流程的实施例框图，

图2为本发明中深冷脱氮工艺流程图，它是图1中虚线部分框图的展开。

先对图1进行详细说明。

块煤、焦炭、煤球或烟煤在造气炉中与连续通入的蒸汽及空气反应，气化制得发生炉煤气，该生成气中除H₂、CO外，还含有CO₂、CH₄、Ar、H₂等组分，经废热锅炉回收热量，送入洗气箱、洗气塔洗净尘粒，经电除焦器除焦后入气柜，由气柜送脱硫塔脱硫，脱硫后的发生炉煤气经压缩机加压到13kg/cm²，送变换炉，使气体中的CO与蒸汽反应转化成CO₂和H₂，再送入碳化塔，使CO₂被氨水吸收生成NH₄HCO₃，离心机分离出碳铵化肥，包装外运。同时，出碳化塔的气体中CO₂被脱除到0.2%，该气体经碱洗塔进一步洗去剩余CO₂，使气体中CO₂含量小于300ppm，然后入分子筛吸附器吸附除去水份及微量CO₂，即进入深冷脱氮装置除去过量N₂和Ar及CH₄等组分，得到H₂∶N₂＝3∶1氨合成原料气，同时将分离出来的含N₂等组分的污氮馏分放空，CH₄馏分排出作为城市生活煤气使用，上述经深冷脱氮后的氨合成原料气经压缩机三、四、五、六段加压至合成所需高压，在合成塔中的催化剂作用下合成NH₃。

下面结合图2对深冷脱氮流程作进一步说明。

经图1中碳化塔脱除了大部分CO₂的原料气入碱洗塔1，气体被石灰乳再生的碱液洗涤，将所含CO₂被脱除至＜300ppm，送入吸附器2（有二个吸附器切换使用），除去水份及微量CO₂，然后分成二股，其中一小股去氨补冷系统，另一大股分三路进入煤气冷器4，分别与来自冷凝分馏塔6的氢、氮产品气馏分、污氮馏分及甲烷馏分换热降温，出冷却器后合并成一股，温度冷却为95.6°K的冷物流入冷凝分馏塔6进行深冷分离，塔底用煤气盘管加热，盘管中煤气降温后汇入进塔的原料气中。进塔的原料气被塔顶回流液氮冷却冷凝，其中H₂、N₂及部分Ar、CO等组分气化上升，部分凝缩的N₂和CH₄（含微量Ar、CO等组分）从塔底排出，节流后入煤气冷却器4复热气化后提供作生活煤气，气化上升的气体被塔顶污氮蒸发器部分冷凝，由塔中段抽后，未冷凝的H₂及N₂组分以当量比H₂∶N₂＝3∶1的混合气从塔上部出来，经气液分离后依次入液氮过冷器5、煤气冷却器4复热至常温，入图1中压缩机三段，最终从压缩机六段出来入合成塔;从冷凝 分馏塔排出的污氮馏分入污氮加热器8入增压膨胀机7膨胀降温，依次入液氮过冷器，煤气冷却器复热至常温后，一部分通过风机3作分子筛再生气，其余放空。

前述另一小股去氨补冷系统的原料气入乙烷蒸发器9被液体乙烷冷却降温，再入污氮加热器8被出塔后的污氮进一步冷却后入塔底盘管与煤气混合，以调节塔底温度提高民用煤气中CH₄含量。液体乙烷在乙烷蒸发器9中被加热气化，入乙烷过冷器10升温后由压缩机11压入氨预冷器12被液氨冷却，又返回乙烷过冷器10，进一步冷却后节流为液体供乙烷蒸发器9冷却原料气用，如此反复循环，形成氨预冷的乙烷循环系统。

Claims (4)

1、空气连续气化深冷脱氮制合成氨的方法，以空气、水蒸汽为气化介质，使煤气化，包括常规的造气工序、CO转化工序、碳化工序和合成工度，其特征是，造气工序的空气和水蒸汽同时连续地通入，连续地与煤反应制气，制得的合成氨原料气经常规的CO转化工序及碳化工序除去绝大部分CO₂并经进一步精净化后，采用深冷脱氮工序脱除其中因空气带入的过量H₂及非生成氨的CH₄、Ar等组分，获H₂∶N₂=3∶1(当量比)的合成气，送合成工序制得产品氨；所说的深冷脱氮工序是将上述含过量N₂的合成氨原料气换热降温至露点温度，使其成为一股冷物流，然后送入冷凝分馏塔，在塔内低温下，通过部分气化和冷凝，分离掉为氮为主要成分的非生成氨的污氮馏分，得到符合氨合成当量比的H₂、N₂混合气。

2、如权利要求1的空气连续气化深冷脱氮制合成氨的方法，其特征是深冷系统的冷量主要由节流氮余压增压膨胀、节流产冷提供。

3、如权利要求2的空气连续气化深冷脱氮制合成氨的方法，其特征是冷量不足部分通过氨（或乙烷）预冷补充。

4、如权利要求1或2或3的空气连续气化深冷脱氮制合成氨的方法，其特征是污氮中以甲烷为主的高沸点组分可作为单独的馏分首先从冷凝分馏塔塔底分离除去。

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