CN1026886C - 合成氨工艺 - Google Patents
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Abstract
合成氨工艺，流程为：煤破碎筛分、煤气化、煤气预处理、煤气变换、低温甲醇洗脱残硫或CO2、甲烷化、合成气压缩后合成氨。煤气预处理后大部分进入氨合成工艺，小部分作燃气透平的燃料带动煤气压缩机。利用燃气透平排烟的余热和工艺过程中的废热产生2.5-6.5MPa的过热蒸汽，先用于蒸汽透平产生动力，再作工艺用汽，利用其次低位余热通过循环热水向煤气变换过程补汽，不消耗中压蒸汽。用本工艺总能耗节省1/4，省电1543KW·h/t(NH3)。
Description
本发明属氨合成工艺类，具体地是以无烟煤或焦炭为原料，制备出洁净合成气，再进一步合成出氨等化工产品的工艺。
在我国，以无烟煤或焦碳为原料生成合成氨，大部分采用常压固定层气化技术。其工艺流程经逐步改进、完善，其流程大致为：常压固定层气化→常压脱硫除尘→压缩至约2MPa压力→中温变换串耐硫低温变换→变换气脱硫→各种改良型热钾碱法或碳酸丙烯酯法脱CO2→甲烷化法或加压至约12MPa用铜碱洗法精制→继续压缩至约30MPa进行氨的合成。采用常压固定层气化工艺，设备简单、投资少，但现有的生产工艺存在以下不足：（1）压缩气体等所需的大量动力都依靠外电网输入，生产成本高。（2）能耗大，平均达65GJ/t（NH3），其中电耗达1410KW·b/t（NH3）。（3合成氨生产中蒸气难以完全自给，更无力向氨加工装置等提供蒸汽，故需另建锅炉供气。（4）热量平衡的设计基础基本上仅限于热力学第一定律范畴，能量利用及回收欠合理，致使总能耗明显偏高。由此，前几年普遍认为常压固定层气化技术是一种落后的技术。但实测结果及理论计算却表明，这种技术的有效能效率，同目前公认的德士古水煤浆气化技术或壳牌粉煤气化技术相比，没有明显差别。经分析实测数据后认为，这种技术落后的主要问题不在其本身，而是由于现在设计的生产流程对能量的利用和回收欠合理。
本发明的目的旨在设计一种以无烟煤或焦碳为原料，制造洁净合成气，进而生产合成氨或其他化工产品的工艺。本工艺以常压气化法技术为基础，将动力和工艺流程统一规划，以达到投资少、能耗低、成本低、操作简单、运行稳定的目的。
本发明的目的是以下述方式实现的，合成氨工艺流程为：无烟煤或焦碳破碎筛分常压煤气化→煤气预处理→煤气压缩→煤气变换→脱除残硫和脱除CO2→甲烷化→合成气压缩→氨合成。脱除残硫和脱除CO2采用低温甲醇洗技术。预处理后的煤气，大部分进入氨合成工艺，小部分作为燃气透平的燃料，带动煤气压缩机。外来脱盐水经煤气变换工序末端冷却器预热后进入脱氧槽脱氧，脱氧水大部分泵往煤气化工序和氨合成工序的锅炉给水预热器和废热锅炉，产生压力为2.5MPa-6.5MPa的饱和蒸汽，经过热，导入蒸汽透平，膨胀作功。背压蒸汽小部分导入脱氧槽，大部分经燃气透平的排烟道加热后导往煤气化工序。余热回收工序和煤气变换工序的装置间设有循环热水管道。
附图为本发明工艺流程图。
参照附图，无烟煤或焦碳经破碎筛分后，选取粒度为15-15mm和25-75mm两种规格的块煤，通过机械运送至煤气化工序，利用空气和0.17MPa的低压蒸汽使块煤气化成煤气（或含氮煤气），经充分回收热量和用循环水洗涤后进入煤气预处理工序，于常压下用脱硫溶液吸收煤气中的H2S，再通过电除尘器脱去残留在煤气中的微量灰尘和焦油，然后进入由燃气透平带动的煤气压缩机，压缩至5.6MPa，进入煤气变换工序，进行CO+H2O→CO2+H2的变换反应;使CO含量从32%左右下降至0.4%左右。而CO2和H2量相应增加，同时COS等硫化物也大部分转化成H2S，然后进入低温甲醇洗工序，用循环的甲醇吸收CO2和残余的硫化物。脱除气体中的残硫到0.2mg/m3（Vn）以下，而CO2含量下降到0.001-0.05%，然后进入甲烷化工序，进行CO+3H2→CH4+H2O和CO2+4H2→CH4+2H2O等化学反应，使残存的
氧化物CO、CO2及O2等杂质基本上被脱净，即成洁净合成气。再通过合成气压缩机加压至10-30MPa进入氨合成工序，进行3H2+N2→2NH3反应，生成氨。
煤气经预处理后导入煤气压缩机，一部分煤气从其中间段抽出，作为燃气透平的燃料。合成气中的CH4和Ar在氨合成反应中呈惰性气，随吹出气带出系统。吹出气经氨、
氢回收之后，在煤气压缩机的段间冷却器中被预热后，与燃料煤气一起导入燃气透平的燃烧室作燃料。燃气透平的排出气，尚含O215%左右，温度为500℃左右，必要时可喷入少量煤气再燃烧，使之升温至530℃左右，以便于余热的回收或使用。本发明使大部分余热用于过热工艺过程所副产的蒸汽，和通过图中虚线所示循环热水向煤气变换补充热量，剩余的低位余热用于预热煤气化过程所需的低压蒸汽和空气，以提高煤气化过程的效率。烟气最后降至120-160℃后放空。
外来脱盐水先通过煤气变换工序地末端冷却器预热，再进入脱氧槽脱氧。脱氧水小部分泵往：（1）煤气化工序的夹套锅炉，产生低压蒸汽，供块煤煤气化用。（2）煤气变换工序的废热锅炉，产生0.7MPa的低压蒸汽，供低温甲醇洗工序的煮沸器使用，多余部分并入厂内低压蒸汽管网。大部分泵往煤气化工序和氨合成工序的锅炉给水预热器和废热锅炉，产生压力为2.5MPa-6.5MPa，最佳为6-6.5MPa的蒸气，汇集后被燃气透平的烟气过热至440-450℃，导入背压兼抽汽的蒸汽透平，膨胀作功，带动发电机发出330-350KW·h/t（NH3）电力，带动合成氨装置中的机泵工作。背压蒸汽压力约0.24MPa，一部分用于锅炉给水脱氧过程，大部分被燃气透平的烟气加热至210℃左右，导往煤气化工序作气化剂。从蒸汽透平中可抽出1.4-1.6t/t（NH3），压力为2.5MPa、温度为330°-336℃的中压蒸汽，供生产尿素等装置使用。
本发明在工艺流程中：（1）使用以煤或焦碳为原料制成的洁净煤气为燃料的燃气透平，产生动力和余热供工艺使用;（2）尽可能充分而合理地回收常压煤气化系统的余热，用于产生2.5-6.5MPa压力的蒸汽，再使之过热后，导入蒸汽透平、膨胀作功、产生动力，低压蒸汽再返回作工艺用汽;（3）利用生产过程中产生的余热加热由外部引入的脱盐水，和通过循环热水不断向煤气变换过程补汽，而使变换过程不消耗中压蒸汽;（4）提高变换和净化气压力至3-6MPa。由于采取以上措施，使本发明工艺投资少，能耗低、成本低、流程简单、操作简单，同时流程具有自调节能力，运行稳定。
石家庄化肥厂在以无烟煤为原料，600t/d合成氨装置中采用本发明工艺，取得明显效益：
（1）制氨总能耗由1989年的测定值62.24GJ/t（NH3）下降至45.47GJ/t（NH3），节能1/4;
（2）工艺全过程耗用的外来电，由1989年的测定值1743KW·h/t（NH3）下降至159.6KW·h/t（NH3），省电1543KW·h/t（NH3）;
（3）合成氨成本中原材料及消耗品费用从564.19元/t（NH3）下降至329.12元/t（NH3）;
（4）副产的蒸汽供自用后，还可向尿素装置或其他生产装置提供35t/h、压力为2.5MPa，温度为334℃的过热蒸汽。这已足够满足用现今装置将全部氨加工为尿素所需消耗的蒸汽，而无需另外供汽。
本发明工艺还适合于合成甲醇、混合醇、合成液体燃料等工艺。
Claims (2)
1、合成氨工艺，其工艺流程为：无烟煤或焦碳破碎筛分常压煤气化→煤气预处理→煤气压缩→煤气变换→脱除残硫和脱除CO2→甲烷化→合成气压缩→氨合成。脱除残硫和脱除CO2采用低温甲醇洗技术，其特征在于预处理后的煤气，大部分进入氨合成工艺，小部分作为燃气透平的燃料，带动煤气压缩机，外来脱盐水经煤气变换工序末端冷却器预热后进入脱氧槽脱氧，脱氧水大部分泵往煤气化工序和氨合成工序的锅炉给水预热器和废热锅炉，产生压力为2.5MPa-6.5MPa的饱和蒸汽，经过热，导入蒸汽透平，膨胀作功，背压蒸汽小部分导入脱氧槽，大部分经燃气透平的排烟道加热后导往煤气化工序，余热回收工序和煤气变换工序的装置间设有循环热水管道。
2、根据权利要求1所述的合成氨工艺，其特征在于通过给水预热器和废热锅炉产生的蒸汽压力为6-6.5MPa。
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