CN102617405B - 一种合成气生产尿素流程中含氢尾气循环利用工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了合成气生产尿素流程中含氢尾气的循环利用工艺，即将氨合成工段的高压液氨不进行中、低压闪蒸直接送入尿素装置，同时将脱硫脱碳工段的中压闪蒸气和液氮洗工段的闪蒸循环气注入到原料二氧化碳中送入尿素装置，液氨和二氧化碳两股物料在尿素装置反应后的含氢尾气直接返回液氮洗(或脱硫脱碳)工段入口处与合成气混合后循环利用。本发明的实质在于：使尾气中的氢循环利用，提高了氢的利用率；高压液氨直接送入尿素装置，此法可取消高压液氨泵，并可减少氨合成中压闪蒸的氨损失；脱硫脱碳工段的中压闪蒸气和液氮洗工段的循环气注入到原料二氧化碳中，此法可取消循环气压缩机。
Description
[技术领域]
本发明涉及合成氨与CO2制备尿素技术，尿素合成圈含氢尾气利用领域，具体的说是一种合成气生产尿素流程中含氢尾气循环利用工艺。
[背景技术]
尿素是比较高效的一种氮肥，它含氮量好，速效性好，持效期长，而且性情温和，不容易出现烧苗等不良反应。目前大型化肥厂合成气净化均采用脱硫脱碳和液氮洗技术，净化后的合成气在氨合成工段合成氨后与脱硫脱碳分离出的二氧化碳进入尿素合成工段，尿素合成采用二氧化碳气提工艺在高温、高压下合成尿素。
由氨与二氧化碳合成尿素的反应机理为，氨先与二氧化碳反应形成氨基甲酸铵，生成的氨基甲酸铵脱水得到尿素。
氨和二氧化碳转化为尿素通常发生在12～40MPa压力和160～250℃温度下进行，反应后产物主要由尿素、水，氨基甲酸铵和游离氨组成的混合溶液，尾气则包括水蒸气、氢气和氨气等组分。合成反应在尿素合成圈中进行，通过确保反应混合物在合成区中的停留时间足够长，即可实现氨基甲酸铵在合成区中转化为尿素和水。
对于合成气生产尿素流程中含氢尾气的处理现有工艺见附图1，合成气5经过脱硫脱碳工段1中的吸收塔17吸收酸性气体(如CO2)后的合成气6再经过液氮洗工段2最终净化配氮后的合成气7进入氨合成工段3的合成气压缩机21压缩后送入氨合成塔22合成氨，然后经热回收后进中压闪蒸罐23、低压闪蒸罐25释放出未反应的氢气和氮气等，出氨合成工段的低压液氨13通过高压氨泵15加压后的高压液氨12送入尿素合成工段4；脱硫脱碳工段1的中压闪蒸塔18的中压闪蒸气9和液氮洗闪蒸槽20的闪蒸循环气10通过循环气压缩机14压缩后与合成气5混合后返回脱硫脱碳工段1。脱硫脱碳工段1的二氧化碳产品塔19产出的二氧化碳产品8通过二氧化碳压缩机24压缩并脱硫后送入尿素高压合成圈16。二氧化碳和液氨在尿素合成工段4在高温、高压下合成尿素，尿素合成工段产生的尾气经洗涤后11排入大气。
这种技术在合成氨阶段，设置了闪蒸罐，闪蒸分离出未反应的H2、N2，但是在分离过程中，由于闪蒸时压力瞬间减小，潜在的能量被消耗，部分氨也会随氢气带出，这部分氨只能进行焚烧处理，并且，闪蒸罐的大幅度压降导致这部分能量被白白的浪费，需要在后阶段中用泵设备提高压力。另外，最后的尾气直接进行净化和排放，浪费了尾气中依然存在的H2和N2。这两个问题使合成尿素的成本和需要的能量大大增加，而且生产效率不高。
[发明内容]
本发明的目的是解决现有技术中能耗高，尾气无法循环利用的缺陷，提供一种不需要中低压闪蒸罐和高压液氨泵、能有效利用尾气的合成尿素的工艺。
合成气主体为CO2、H2，合成气依次经过脱硫脱碳工段吸收CO2，液氮洗工段配氮后进入氨合成工段，CO2吸收液经过闪蒸、解吸得到CO2成品进入尿素合成工段，液氮洗工段液相进行闪蒸回收溶解氢气，氨合成工段反应后得到H2、N2和NH3的混合气，混合气经过多级换热后冷却为含H2、N2的液氨，并通过中、低压闪蒸分离未反应的氢气、氮气，液氨由高压液氨泵打至尿素合成工段，CO2吸收液闪蒸后的闪蒸气和液氮洗工段液相闪蒸气与最初的合成气混合，二氧化碳和液氨在尿素高压合成圈合成尿素，尿素高压合成圈产生的含H2尾气排入大气，而本发明的其特征在于
a.所述的CO2吸收液闪蒸气和液氮洗工段液相闪蒸气由，与最初的合成气混合，替换为，直接与脱硫脱碳工段解吸得到的CO2产品混合后一同进入尿素工段，
b.所述的含H2、N2的液氨，经过中低压闪蒸分离未反应的氢气、氮气，液氨由高压液氨泵送至尿素合成工段，替换为，含H2、N2液氨不经中低压闪蒸而在高压下直接进入尿素合成段与所述的CO2进行尿素合成反应，
c.将所述的尾气与所述的合成气混合一同通入脱硫脱碳工段，和/或，与经过脱硫脱碳的合成气一同进入液氮洗工段。
所述的液氮洗工段配氮，其对于合成气的配氮摩尔比为3∶1。
所述的CO2吸收液的闪蒸步骤具体为，采用闪蒸罐/塔闪蒸，闪蒸气从闪蒸罐/塔顶部出料。
所述的尾气是含氢气、氮气和水蒸气等的混合物。
所述的CO2吸收液闪蒸气、液氮洗工段液相闪蒸气和CO2在进入尿素工段CO2压缩机前混合。
本发明同现有技术相比，具有以下优点：
1.提高了NH3的利用率，在设有中、低压闪蒸的现有技术中，在低压闪蒸时，闪蒸带出的含H2、NH3气体由于较难回收，需要进行焚烧处理，本发明生产的NH3能全部进入尿素合成工段；
2.优化了生产工艺，现有技术中需要中、低压闪蒸设备，闪蒸之后的液氨还需要设置高压液氨泵送至尿素高压合成圈，本技术可以依靠氨合成反应自身的压力进入尿素合成工段；另外，原本CO2吸收液闪蒸汽和液氮洗工段闪蒸气需要通过循环压缩机回到合成气中，现在和解吸的CO2一同进入尿素合成工段，取消了循环气压缩机，上述两点大大降低了能耗；
3.尿素高压合成尾气可回收利用，现有技术中的尾气由于压力较低，使尾气无法进行回收利用，本发明提高了含H2、N2和水蒸气等组分尾气的压力，可将尾气循环利用，提高了H2和N2的利用率。
综上所述，本发明具有工艺更简单合理、能耗更低、环保的优点。
[附图说明]
图1是现有技术工艺流程图；
图2是本发明的具体实施方式示意图；
图中：1-脱硫脱碳工段；2-液氮洗工段；3-氨合成工段；4-尿素合成工段；5-进脱硫脱碳工段合成气；6-进液氮洗工段合成气；7进氨合成工段合成气；8-出脱硫脱碳工段二氧化碳；9-脱硫脱碳工段中压闪蒸气；10-液氮洗工段循环氢气；11-尿素合成工段含氢尾气；12-高压液氨；13-低压液氨；14-循环气压缩机；15-高压液氨泵；16-尿素高压合成圈；17-吸收塔；18-中压闪蒸塔(罐)；19-二氧化碳产品塔；20-液氮洗闪蒸槽；21-合成气压缩机；22-氨合成塔；23-液氨中压闪蒸罐；24-二氧化碳压缩机；25-低压闪蒸罐。
[具体实施方式]
结合附图对本发明做进一步说明，但是本发明不局限于附图和实施例，这种装置的制造技术对本专业的人来说是非常清楚的。
实施例：
如附图2所示，以单系列年产120万吨尿素工厂为例，对现有工艺进行如下改进，其主体流程如下：
本工艺的原料为合成气，合成气的主要成分是H2和CO2，其余还包括其他酸性气体杂质，以及CO等。
合成气5首先经过脱硫脱碳工段1中的吸收塔17吸收酸性气体CO2，脱酸气后的合成气6经过液氮洗工段2中的氮洗塔中进行液氮洗净化和配氮，配氮后的合成气7包括H2和N2，然后进入氨合成工段3的合成气压缩机21压缩后送入氨合成塔22合成氨，出氨合成工段的出料为高压液氨12(压力15.4MPa、温度15～25℃、含氨99.3％mol、氢0.5％mol、氮0.2％mol、5591.2kmol/hr)，进入入尿素合成工段4；脱硫脱碳工段1的二氧化碳产品塔(解吸塔)19产出的二氧化碳产品8(其中二氧化碳99.1％mol、2856.2kmol/h)与脱硫脱碳工段1的中压闪蒸塔18的中压闪蒸气9(含氢约51％mol、231.2kmol/h)及液氮洗工段2中液氮洗闪蒸槽20的闪蒸循环气10(含氢约90％mol、30.2kmol/h)混合后通过二氧化碳压缩机24压缩并脱硫后送入尿素高压合成圈16进行尿素合成反应。二氧化碳和液氨在145～150bar的压力、180～200℃温度下合成尿素，尿素高压合成圈16产生的尾气11(压力为50～80bar、含氢约87％mol、含氮约9％mol，其余为水蒸气)218.7kmol/h与原料的合成气5和/或脱酸后的合成气6混合后循环利用。
本发明提出的合成气生产尿素流程中含氢尾气的循环利用工艺已通过良好的实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本发明所属的结构和技术方法进行改动或适当变更与组合来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (5)
1.一种合成气生产尿素流程中含氢尾气循环利用工艺，合成气主体为CO 2、H2，合成气依次经过脱硫脱碳工段吸收CO2，液氮洗工段净化配氮后进入氨合成工段，CO2吸收液经过闪蒸、解吸得到CO2成品进入尿素合成工段，液氮洗工段液相进行闪蒸回收溶解氢气；氨合成工段反应后得到H2、N2和NH3的混合气，混合气经过多级换热后冷却为含H2、N 2的液氨，并通过中、低压闪蒸分离出未反应的氢气、氮气，液氨由高压液氨泵打至尿素合成工段，CO2吸收液闪蒸后的闪蒸气和液氮洗工段液相闪蒸气通过循环气压缩机压缩后与最初的合成气混合，二氧化碳和液氨在尿素高压合成圈合成尿素，尿素高压合成圈产生的含H2尾气排入大气，其特征在于
a.所述的CO2吸收液闪蒸气和液氮洗工段液相闪蒸气由通过循环气压缩机压缩后与最初的合成气混合替换为直接与脱硫脱碳工段解吸得到的CO2混合后一同进入尿素工段，
b.所述的含H2、N2液氨经过中、低压闪蒸分离出未反应的氢气、氮气，液氨由高压液氨泵送至尿素合成工段替换为含H2、N2液氨依靠自身的压力直接进入尿素合成段与所述的CO2进行尿素合成反应，
c.将所述的尾气与所述的合成气混合一同通入脱硫脱碳工段，和/或，与经过脱硫脱碳的合成气一同进入液氮洗工段。
2.如权利要求1所述的一种合成气生产尿素流程中含氢尾气循环利用工艺，其特征在于所述的液氮洗工段配氮，其对于合成气的配氮摩尔比为3:1。
3.如权利要求1所述的一种合成气生产尿素流程中含氢尾气循环利用工艺，其特征在于所述的CO2吸收液的闪蒸步骤具体为，采用闪蒸罐/塔闪蒸，闪蒸气从闪蒸罐/塔顶部出料。
4.如权利要求1所述的一种合成气生产尿素流程中含氢尾气循环利用工艺，其 特征在于所述的尾气是含氢气、氮气和水蒸气的混合物。
5.如权利要求1所述的一种合成气生产尿素流程中含氢尾气循环利用工艺，其特征在于所述的CO2吸收液闪蒸气、液氮洗工段液相闪蒸气和CO2在进入尿素工段CO2压缩机前混合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANGHAI MAOMENG MEDICINE CHEMICAL ENGINEERING TEC Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI MENFLOWTECH CHEMICAL ENGINEERING CO., LTD. Effective date: 20150907 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yang Jianguo Inventor after: Liu Zhengwen Inventor before: Yang Jianguo Inventor before: Liu Zhengwen Inventor before: Liu Yuanhong Inventor before: Yang Baojun |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: YANG JIANGUO LIU ZHENGWEN LIU YUANHONG YANG BAOJUN TO: YANG JIANGUO LIU ZHENGWEN |
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Effective date of registration: 20150907 Address after: 201206, Room 201, 409 Jinqiao Road, Shanghai, Pudong New Area Patentee after: Shanghai Mao Meng Pharmaceutical Chemical Engineering Technology Co.,Ltd. Address before: 201108, room 4, building four, building 728, Guanghua Road, 38, Shanghai, Minhang District Patentee before: SHANGHAI MENFLOWTECH CHEMICAL ENGINEERING Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180424 Address after: 202153 Shanghai Chongming Temple Town Economic Development Zone (No. 681 Hong Hai highway) Patentee after: MORMOUNT (SHANGHAI) ENGINEERING CO.,LTD. Address before: 201206, Room 201, 409 Jinqiao Road, Shanghai, Pudong New Area Patentee before: Shanghai Mao Meng Pharmaceutical Chemical Engineering Technology Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131211 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |