CN1031871C - 合成氨原料气的净化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种合成氨原料气的净化工艺，由半水煤气和天然气混合组成原料气经高温变换--低温变换--脱硫--碳化--精脱硫--甲烷化等步骤至合成氨。缓解了天然气供应日趋紧张的矛盾，具有操作简单、净化效果好、运行费用低，无铜离子污染的特点。

Description

合成氨原料气的净化工艺
本发明涉及一种合成氨原料气的净化工艺，特别涉及由半水煤气和天然气混合组成原料气的净化工艺。
据《小氮肥工艺》(泸州化工学校编，四川省化学工业厅一九八三年十一月出版)记载：氨是在一定温度和压力条件下、在催化剂作用下，由氢气和氮气按一定的摩尔比合成的。主要原料有煤、天然气，为合成氨提供氢气，氮气则是按一定的比例在制气过程中配入空气而得。在合成氨工业生产中，无论何种原料制取的原料气都含有一定量的对合成氨催化剂有毒的物质，如CO、CO2、H2S和有机硫等，所谓原料气的净化就是除去这些有毒物质，以利氨的合成。目前，广泛应用于合成氨工业生产的净化工艺有两种：一种是以天然气为原料转化制取的原料气(即“气头厂”)经“高温变换串铜锌系低温变换、碳化、甲烷化”即“三催化剂净化流程”后至合成氨；另一种是以煤为原料制取的半水煤气(即“煤头厂”)经“高温变换(或串耐硫低温变换)、碳化、铜洗”即“铜洗净化流程”后至合成氨。铜洗流程有铜离子排出对环境水源造成严重污染。由于我国天然气资源日趋紧张、价格不断上涨，致使很多“气头厂”处于严重开工不足、亏损经营的被动局面，而我国煤炭资料丰富，如能以价廉的煤部分替代天然气为原料混合生产合成氨，既可合理利用物质资源、缓解天然气日趋紧张的矛盾，又能扭转“气头厂”被动经营的局面。但由于煤制取的半水煤气组分复杂、粉尘重、含硫量高，在“气头厂”现有的“三催化剂净化流程”上难以实现，如果新建一套“铜洗净化流程”不仅新增投资，而排出的铜离子还会对环境水源造成新的污染。
本发明的目的是提出一种以煤和天然气为原料混合生产合成氨原料气的净化工艺。
本发明的目的是这样实现的：
合成氨原料气的净化工艺，以煤为原料在造气炉内制取的半水煤气经除尘降温后送入气柜，由风机加压送入脱硫塔，经PDS稀氨水吸收H2S脱硫、再经气水分离器后进入压缩机与以脱硫后的天然气为原料经CCR法或连续转化法制取的转化气进入压缩机混合组成原料气。其中半水煤气占原料气总量(以体积计)的百分之二十以上。原料气中H2S的含量大于70mg/Nm3；再由压缩机送原料气进入高温变换换热器回收高变气显热，升温至310～330℃进入高温变换炉，在铁铬系催化剂作用下、控制炉内温度在300～500℃、压力在0.6～0.8MPa的条件下进行高温变换反应，出高温变换炉的高变气中CO的含量小于3.0％；再将高变气进入换热器给出显热，降温至180～190℃进入低温变换炉，在钴钼系催化剂作用下、控制炉内温度在180～230℃、压力在0.55～0.75MPa的条件下进行低温变换反应，出低温变换炉的低变气中CO的含量小于0.3％；再将低变气经水冷却器降温后送入脱硫塔，控制温度在25～40℃、压力在0.55～0.75MPa的条件下用PDS稀氨水吸收硫化物脱硫，分离脱硫液后的脱硫低变气中H2S的含量小于25mg/Nm3；再将脱硫低变气送入碳化塔，控制温度在25～40℃、压力在0.55～0.75MPa的条件下进行碳化反应，H2S亦被氨水吸收生成盐类随产品带走。出碳化塔的碳化气中H2S的含量小于5mg/Nm3、CO的含量小于D.3％，CO2的含量小于0.2％；再由压缩机将碳化气送入甲烷化换热器回收甲烷化气、高变上段气的显热，升温至320～350℃控制压力在1.3～1.5MPa的条件下进入精脱硫槽，在钴钼脱硫剂的作用下进行加氢转化反应，气体中的有机硫全部转化为H2S，由氧化锌吸收H2S生成ZnS，气体中硫含量已小于0.01PPm；达到精脱硫的目的；再将精脱硫后的无硫气体送入甲烷化反应炉，在镍系催化剂作用下，控制温度在270～330℃、压力在1.3～1.5MPa的条件下进行甲烷化反应，出甲烷化反应炉的甲烷化气中CO和CO2总的含量已低于20PPm，这样低的含量已对合成氨催化剂无毒了，至此实现了对煤和天然气混合生产合成氨原料气的净化目的。可将已净化的气体降温后经压缩机升压后送合成塔合成氨。
按照本发明所提出的合成氨原料气的净化工艺，还有如下特征：
原料气全部是半水煤气，脱硫后半水煤气中H2S的含量大于70mg/Nm3。
本发明立足于“气头厂”现有的“三催化剂净化工艺流程”的装置，仅投入少量资金技术改造即可实现以煤部分替代或全部替代天然气混合生产合成氨，缓解了天然气日趋紧张的矛盾，具有操作简单、净化效果好，运行费用低、无铜离子污染等特点。
附图是本发明的工艺流程示意图。
实施例：
合成氨原料气的净化工艺，以煤为原料在造气炉内制取的半水煤气经除尘降温后送入气柜，再由风机加压送入脱硫塔，用PDS稀氨水吸收H2S脱硫后经气水分离器后进入压缩机与以脱硫后的天然气为原料经CCR法或连续转化法制取的转化气送入压缩机混合组成原料气，其中半水煤气占原料气总量(以体积计)的百分之五十，原料气中H2S的含量大于70mg/Nm3；再由压缩机送原料气经双饱和塔预热增湿、添加过热蒸汽后进入高温变换换热器回收高变气显热，原料气升温至310～330℃进入高温变换炉，在铁铬系催化剂作用下，控制炉内温度在300～500℃、压力在0.6～0.8MPa的条件下进行高温变换反应，即：
在高温变换炉内可分二段或三段进行，段间设有换热器移走反应热去加热原料气。出高温变换炉的高变气中CO的含量小于3.0％；再将高变气进入蒸气过热器、高变换热器给出显热，降温至180～190℃进入低温变换炉，在钴钼系催化剂作用下进行低温变换反应，炉内压力控制在0.55～0.75MPa，在低温变换炉内，分上、下两段进行，段间设换热器移走反应热，上段温度控制在180～230℃，下段温度控制在180～190℃之间，出低温变换炉的低变气中CO的含量小于0.3％；再将低变气经水冷却器降温至30℃送入脱硫塔，控制温度为25～40℃、压力为0.55～0.75MPa，用PDS稀氨水吸收硫化物，分离脱硫液后的脱硫低变气中H2S的含量小于25mg/Nm3；再将脱硫低变气送入碳化塔进行碳化反应，即：
碳化塔内温度控制在25～40℃，压力控制在0.55～0.75MPa，在这个过程中，H2S被氨水吸收生成硫氢化铵等盐类随碳酸氢铵产品带走，出碳化塔的碳化气中H2S的含量小于5mg/Nm3、CO的含量小于0.3％、CO2的含量小于0.2％；再由压缩机将碳化气送入甲烷化换热器回收甲烷化气、高变上段气显热升温至320～350℃进入精脱硫槽，控制压力为1.3～1.5MPa，在钴钼脱硫剂的催化作用下进行加氢转化反应，使气体中的有机硫全部转化为H2S，然后由氧化锌吸收H2S生成ZnS，气体中硫含量已小于0.01PPm，达到精脱硫的目的；再将精脱硫后的无硫气体经水冷却器移热，降温后进入甲烷化反应炉，在镍系催化剂作用下，气体中残留的CO、CO2与H2进行甲烷化反应，即：
炉内温度控制在270～330℃，压力控制在1.3～1.5MPa之间，即能使出甲烷化反应炉的气体中CO和CO2总的含量小于20PPm，这样低的含量已对合成氨催化剂无毒了，至此实现了煤和天然气混合生产合成氨原料气的净化目的。可将已净化的气体送甲烷化换热器换热，降温后经压缩机加压送合成塔进行氨的合成。

Claims (2)

1.一种合成氨原料气的净化工艺，其特征在于它按以下次序的步骤进行：
(1).原料气：由经脱硫的半水煤气与天然气的转化气混合组成原料气，半水煤气占原料气总量(以体积计)的百分之二十以上，原料气中H2S的含量大于70mg/Nm3，
(2).高温变换：原料气在铁铬系催化剂作用下，控制温度在300～500℃、压力在0.6～0.8MPa的条件下进行高温变换反应，
(3).低温变换：高变气在钴钼系催化剂作用下、控制温度在180～230℃、压力在0.55～0.75MPa的条件下进行低温变换反应，
(4).脱硫：低变气在温度为25～40℃、压力为0.55～0.75MPa的条件下、用PDS稀氨水吸收硫化物，
(5).碳化：脱硫低变气在温度为25～40℃、压力为0.55～0.75MPa的条件下进行碳化反应，
(6).精脱硫：碳化气在温度为320～350℃、压力为1.3～1.5MPa的条件下，在钴钼脱硫剂的作用下进行有机硫加氢转化反应及氧化锌吸收H2S生成ZnS，
(7).甲烷化：精脱硫后的无硫气体在镍系催化剂作用下，控制温度在270～330℃，压力在1.3～1.5MPa的条件下进行甲烷化反应。
2.根据权利要求1所述的合成氨原料气的净化工艺，其特征在于原料气是半水煤气，原料气中H2S含量大于70mg/Nm3。
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