CN107635912A - 用于提高制氨装置的生产能力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理制氨装置中的工艺冷凝物(1)的方法，其中：所述制氨装置包括生成补充气体的前端工段以及补充气体反应生成氨的合成工段，并且所述工艺冷凝物(1)从所述制氨装置的一个或多个设备收集并且是包含氨、二氧化碳和甲醇的水溶液。所述方法包括：用低压蒸汽(4)汽提所述工艺冷凝物，得到包含从工艺冷凝物汽提的氨、二氧化碳和甲醇的蒸气相(5)；冷凝所述蒸气相，得到富含氨和甲醇的溶液(11)；将所述溶液的第一部分(12)重新引入所述汽提环境；将所述溶液的第二部分(13)再循环至所述制氨装置。

Description

用于提高制氨装置的生产能力的方法
技术领域
本发明涉及在用于合成氨的装置中工艺冷凝物的处理。
背景技术
氨是由包含氢气(H2)和氮气(N2)的补充气体起始而制备的。所述补充气体通常通过在前端工段中转化碳氢化合物(例如天然气)来生产。前端工段包括纯化工段、转化工段和合成气制备工段。纯化工段包括例如脱硫转化器，转化工段可以包括一段转化炉和二段转化炉，以及合成气制备工段通常包括一个或多个变换炉、二氧化碳脱除工段和甲烷转化器。
例如在EP2022754和EP2065337中描述了用于生产氨补充气体的前端。
术语“工艺冷凝物”表示从装置的不同位置收集的污水的一种或多种副产物的流。所述工艺冷凝物的流通常含有少量的(少于1％)但不可忽略的量的氨、二氧化碳、甲醇和其他污染物。大部分工艺冷凝物通常来源于前端的转化工段和合成气制备工段，即来源于二氧化碳去除工段之前的分离器。
由于上述污染物，工艺冷凝物不能就此排放。处理工艺冷凝物的现有技术是用低压流汽提以纯化水并分离含有氨、CO2和甲醇的气体；所述气体随后燃烧或就此排放。然而，在这两种情况下，这种技术引起进一步的排放到大气中。为了避免这个缺点，现有技术提供了在中等压力、即25巴至45巴下汽提，从而在压力下获得气相，该气相然后再循环到前端的替代解决方案。该技术提供了工艺冷凝物中所含的氨、CO2和甲醇的内部循环，但价格昂贵、需要设备处于压力下。
US 5,385,646公开了处理化学生产装置的工艺废水-稀释污染物的含水流的方法，该方法要求汽提工段和精馏工段，例如设置在塔中，然而这价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供用于处理制氨装置的工艺冷凝物的新技术，该技术克服了现有技术的上述缺点。
该目的是通过用于处理制氨装置的工艺冷凝物的方法来实现，其中：
制氨装置包括从烃源转化生成补充气体的前端工段以及补充气体反应生成氨的合成工段；
所述工艺冷凝物从制氨装置的一个或多个设备收集并且是包含氨、二氧化碳和甲醇的水溶液，
该方法的特征在于：
在汽提环境中用压力不超过10巴的低压蒸汽(steam)汽提所述工艺冷凝物，得到包含从工艺冷凝物中汽提的氨、二氧化碳和甲醇的蒸气(vapour)相；
冷凝所述蒸气相，得到富含氨和甲醇的冷凝物溶液；
将所述冷凝物溶液的第一部分作为回流重新引入所述汽提环境；
将所述冷凝物溶液的第二部分再循环至所述制氨装置。
汽提蒸汽的压力优选为5巴或更小、更优选地3巴至4巴。
优选地，将冷凝物溶液的所述第一部分直接重新引入汽提环境中。更具体地，将冷凝物溶液的所述第一部分重新引入汽提环境中，而没有前面的精馏步骤，该精馏步骤不是本发明需要的。
与进来的工艺冷凝物相比，冷凝后得到的溶液富含氨和甲醇。
所述溶液的一部分被再循环到制氨装置。优选地，溶液的所述部分被再循环到前端工段并被添加到工艺的流，即被添加到经历转化的流中。为此目的，将溶液的所述部分泵至合适的压力，该压力通常在25巴至45巴(前端压力)的范围内。
优选地，冷凝物溶液的所述第二部分不超过冷凝物溶液的4％、更优选地不超过冷凝物溶液的3％、甚至更优选地不超过冷凝物溶液的2％。
在一些实施方式中，上述冷凝物溶液的第一部分为冷凝物溶液的96％至98％并且第二部分为冷凝物溶液的2％至4％。在优选的实施方式中，所述第二部分为2％至3％、更优选地2％或约2％。
以上百分数以体积给出。因此，冷凝物溶液的第二部分含有小部分的通过汽提工艺输送的塔顶蒸气。所述第二部分也可以被称为馏出物。
含有来自汽提的全部蒸气中的少量蒸气(例如2％或约2％)的所述馏出物的优点是减少由于馏出物的组成造成的制氨装置的工艺流的污染的缺点。例如，由于馏出物中存在水、二氧化碳和氨，将太大量的塔顶蒸气再循环到汽提工段会导致形成不期望的化合物、例如氨基甲酸铵，同时由于含水量非常高，太大量的溶液的第二部分再循环到合成制氨装置将对制氨装置前端造成不利影响。
在优选的实施方式中，前端包括一段转化炉，并且溶液的所述部分被注入该一段转化炉的处理侧。因此，氨、甲醇和二氧化碳在内部被循环，随着生产氢和碳氧化物而转化的新的蒸汽、以及二氧化碳可以在二氧化碳分离工段被进一步分离。
工艺冷凝物的汽提例如在汽提塔中进行。从塔中汽提出来的蒸气被冷凝并送入冷凝物回流分离器；从该分离器引出的液相是上述溶液。
优选地，所述溶液包含5％至10％范围内的CO2、3％至8％范围内的甲醇和7％至13％范围内的NH3。所述溶液的浓度指摩尔浓度[摩尔％]。申请人已经发现在这个范围内的浓度是优选的，以避免形成固体晶体，并且另一方面减少注射后由于过度稀释而引起的工艺流的冷却。
本发明的显著优点是处理在低压下进行，因此需要廉价的装置。另外，由于冷凝步骤，到制氨装置的再循环流是液体，因此与气态流的再循环相比，再循环到制氨装置更容易且需要更少的能量。另一个优点是避免了向大气中的排放(特别是CO2、NH3和甲醇的排放)。
另一个优点是能够增加制氨装置在所生产的氨的数量方面的生产能力。增加在0.5％左右，虽然少但从经济学角度来看仍然是令人关注的，其能够以低的投资成本获得。
本发明的其它方面是适于实施本发明的方法的装置以及根据权利要求的改进方法。
根据本发明的装置的特征在于用于处理工艺冷凝物的工段包括至少一个汽提器、冷凝器和泵送工段。该汽提器被供给工艺冷凝物以及作为汽提介质的低压蒸汽，所述蒸汽优选地具有不超过10巴的压力；冷凝器接收来自所述汽提器的包含氨、二氧化碳和甲醇的蒸气相并产生富含氨和甲醇的溶液；泵送工段布置成将所述冷凝物溶液的第一部分重新引入到所述汽提器并且将所述冷凝物溶液的第二部分再循环到所述制氨装置。
根据本发明的改进的特征在于提供用于处理工艺冷凝物的工段，至少包括上述设备，即使用低压蒸汽作为汽提介质的汽提器；冷凝器和将冷凝物溶液的第一部分重新引入到汽提器并将所述冷凝物溶液的第二部分再循环到制氨装置的泵送工段。
本发明对于改造现有装置是有吸引力的，因为它要求安装相对低成本的设备，例如低压汽提塔和蒸馏泵，同时它增加了氨的产量并消除了排放点。
现在参照根据图1的方案的优选实施方式更详细地阐述本发明的方法。
具体实施方式
图1示出了制氨装置的工艺冷凝物处理工段。
流1表示工艺冷凝物，该工艺冷凝物基本上是含有浓度通常为几千ppm的氨、甲醇和二氧化碳，和可能痕量的其它污染物、例如醇和其它烃的水溶液。
在热交换器2中预热之后的所述工艺冷凝物1被送至汽提塔3，在汽提塔3中与低压汽提蒸汽4接触。所述蒸汽4的压力优选为3巴至5巴。汽提塔3接收预热的工艺冷凝物6和稍后将描述的再循环溶液7。
从汽提塔3排出的塔顶蒸气5含有从冷凝液物1中汽提的水、氨、甲醇和二氧化碳。该蒸气5在冷凝器8中冷凝，例如将冷凝热量排放到水或蒸汽中，冷凝物9被送至分离器10。
从所述分离器10中提取的液相11是富氨和富甲醇的溶液，该溶液被分成第一部分12和第二部分13。
第一部分12经由输送再循环流7的第一泵14被送回到汽提塔3；第二部分13经由第二泵15再循环到制氨装置。
第一部分12经由所述泵14直接送至汽提塔3。第二部分13例如含有2％或约2％的塔顶蒸气5。
优选地，溶液的所述第二部分13被再循环到一段转化炉，在那里它被注入到一段转化炉的处理侧，即与转化气体混合。为此目的，第二泵15在一段转化的压力下、例如在25至45巴的范围内，输送液体流16。该流16也可以被称为蒸馏流。
来自汽提塔3底部的液体17(其为纯化的水)在通过再沸器18之后部分地再循环到塔3中。再加热的液体19被引回到汽提塔3的下部。优选地，如图所示，再沸器18由低压汽提蒸汽4加热。所述低压汽提蒸汽4也可以直接供给到汽提塔3。剩余部分20优选地在工艺冷凝物预热器2中被冷却，并且冷却的纯化水21被排出或输出。
来自分离器10的气相22可以例如用作燃料气体。
在生产能力为1200MTD的装置中，其中工艺冷凝物1含有约1000ppm的氨和1000ppm的甲醇，流16的再循环允许生产另外的4MTD至5MTD的氨。
必须注意，本发明可以用于改造现有的用于合成氨的装置。根据本发明的改造需要增加图1的物品以及辅助装置，例如管道、阀门等，这些在任何情况下都不是昂贵的。因此，装置可以以合理的成本进行改造。在一些情况下，可以改变基于汽提和排入大气或已汽提的气体的燃烧的预先存在的处理工段，以设置与图1所示的工段布置类似的工段布置，从而消除污染排放。

Claims (12)

1.一种用于处理制氨装置中的工艺冷凝物(1)的方法，其中：
所述制氨装置包括从烃源转化生成补充气体的前端工段以及所述补充气体反应生成氨的合成工段；
所述工艺冷凝物(1)从所述制氨装置的一个或多个设备收集并且是包含氨、二氧化碳和甲醇的水溶液，
所述方法的特征在于：
在汽提环境中用压力不超过10巴的低压蒸汽(4)汽提所述工艺冷凝物，得到包含从所述工艺冷凝物汽提的氨、二氧化碳和甲醇的蒸气相(5)；
冷凝所述蒸气相，得到富含氨和甲醇的冷凝物溶液(11)；
将所述冷凝物溶液(11)的第一部分(12)重新引入所述汽提环境；
将所述冷凝物溶液(11)的第二部分(13)再循环至所述制氨装置。
2.根据权利要求1所述的方法，所述汽提蒸汽(4)的压力为5巴或更小，优选地3巴至5巴。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述冷凝物溶液的所述第二部分(13)被再循环到所述制氨装置的所述前端工段。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述冷凝物溶液的所述第二部分(13)被再循环到所述制氨装置的所述前端工段的一段转化炉，其中，所述溶液被添加到经历转化的工艺流中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述冷凝物溶液(11)含有5摩尔％至10摩尔％的二氧化碳、3摩尔％至8摩尔％的甲醇和7摩尔％至13摩尔％的氨。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二部分(13)按体积计不超过所述冷凝物溶液(11)的4％。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二部分(13)按体积计不超过所述冷凝物溶液(11)的3％、优选地所述第二部分(13)按体积计不超过所述冷凝物溶液(11)的2％。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二部分按体积计为所述冷凝物溶液(11)的2％或约2％。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述冷凝物溶液的所述第一部分(12)被直接重新引入到所述汽提环境中。
10.一种用于合成氨的装置，包括用于生成补充气体的前端和用于将所述补充气体转化成氨的合成工段，并且还包括用于处理工艺冷凝物(1)的工段，所述工艺冷凝物(1)由从所述装置的一个或多个设备收集的包含氨、二氧化碳和甲醇的水溶液组成，
其特征在于，所述用于处理工艺冷凝物的工段包括：
汽提器(3)，所述汽提器(3)被供给所述工艺冷凝物以及作为汽提介质的低压蒸汽(4)，所述蒸汽的压力不超过10巴；
冷凝器(10)，所述冷凝器(10)接收来自所述汽提器的包含氨、二氧化碳和甲醇的蒸气相(5)并产生富含氨和甲醇的冷凝物溶液(11)；
泵送工段(14、15)，所述泵送工段(14、15)布置成将所述冷凝物溶液(11)的第一部分(12)重新引入到所述汽提器(3)，并且将所述冷凝物溶液(11)的第二部分(13)再循环到所述制氨装置。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述泵送工段布置成将所述冷凝物溶液的所述第一部分(12)直接重新引入到所述汽提器(3)中。
12.一种改造用于合成氨的装置的方法，其中，所述装置包括用于生成补充气体的前端和用于将所述补充气体转化成氨的合成工段，所述方法的特征在于，提供用于处理工艺冷凝物(1)的工段，所述工艺冷凝物(1)由从所述装置的一个或多个设备收集的包含氨、二氧化碳和甲醇的水溶液组成，所述工段至少包括：
汽提器(3)，所述汽提器(3)被供给所述工艺冷凝物以及作为汽提介质的低压蒸汽(4)，所述蒸汽的压力不超过10巴；
冷凝器(10)，所述冷凝器(10)接收来自所述汽提器的包含氨、二氧化碳和甲醇的蒸气相(5)，并产生富含氨和甲醇的冷凝物溶液(11)；
泵送工段(14、15)，所述泵送工段(14、15)布置成将所述冷凝物溶液的第一部分(12)重新引入到所述汽提器，并且将所述冷凝物溶液的第二部分(13)再循环到所述制氨装置。
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