CN1202453A - 一种回收合成氨尾气的方法 - Google Patents

Abstract

将部分合成氨尾气送入转化炉或煤气炉,将尾气中的CH₄转化为CO和H₂后,与尾气中原有的H₂、N₂气一起作为合成氨的原料气,进入合成氨净化工序与原有工艺气体一起被净化处理后,在合成工序合成为氨。采用该方法回收合成氨尾气,可增产NH₃10%左右,且投资少,工艺过程简单,特别适合于以煤或重油为原料的尤其是采用甲烷化工艺的中小氮肥厂。

Description

一种回收合成氨尾气的方法

本发明属合成氨尾气中回收氢气的方法，特别是以煤为原料尤其是采用甲烷化工艺的合成氨尾气中的合成氨有效气体的回收方法。

合成氨工艺生产中为了降低成本的措施之一，就是采用回收合成塔放空(尾气)气体中的氢气来提高合成氨原料气的利用率，达到降低成本的目的，一般能降低成本2％(或提高产量3％)。目前采用的氢回收方法有：深冷分离；膜分离(分子筛)；变压吸附三种(见《化肥工业》九一年第四期P₂₆)。这三种方法均属物理分离法，并且只能回收尾气中的氢气，共同的缺点是：①分离前气体的预处理(即除去氨，水汽等)要求苛刻(氨＜200PPm)导致产生的低浓度氨水无法回收利用。②分离工艺要求严格，多数厂家难以掌握。③设备投资高，投资收回期长。④不能将尾气中的CH₄转化为合成氨的原料气。⑤回收气中惰气(甲烷和氩气)含量高，通常都在5％以上，其中甲烷分率高，不能利用合成氨工艺对惰气的积分作用在既回收合成氨有效气体，降低合成氨成本的同时，又能相对提高尾气中氩气含量，为从合成氨尾气中回收很有工业价值的氩气创造有利条件。⑥又由于合成氨尾气气量受合成氨工艺过程诸多因素影响，单位时间内波动幅度很大，而波动频率也高，很不利分离装置的作用得到良好的发挥。所以，现行的仅从尾气中分离氢气作为合成氨原料气的方法经济效益尚不理想，故未被我国中小氮肥厂普遍采用。

本发明的目的在于开发一种投资少，合成氨原料气回收率高，又能相对提高尾气中的氩气浓度，且利用合成氨(特别是国内中小氮肥厂)生产中的现行成熟工艺技术及设备，将尾气中的甲烷转化为CO+H₂使之成为合成氨有效气体的方法，以使合成氨生产中获得更多的综合效益。

本发明所述的方法，其核心是将合成氨尾气中的CH₄转化为CO和H₂。具体方案是将氨合成工艺中的部分尾气与蒸气(10～60％)、空气(0～40％)混合后，适时送入正常运行着的煤气发生炉或经加热后送入装有催化剂的转化炉内，在炽热的炭层或催化剂作用下，将尾气中的最主要的惰性气体CH₄按 或 方式转化为合成氨的原料气后，与尾气中的其它气体(主要是H₂、N₂)一道送入合成氨工艺中的净化工序。

本发明所述的煤气发生炉既可以是常压(或加压)的移动床，也可以是沸腾床，流化床的连续(富氧空气加蒸汽)制气的，也可以是间歇制气各式煤气发生炉。

本发明所述的装有催化剂的转化炉，既可以是炉(管)外加热的也可以是炉(管)内加热(加空气)的转化炉(管)。其热源既可以是燃烧部分尾气获得也可以是其它热源，如各种流化沸腾锅炉，或是煤造气中的吹风气余热回收锅炉等。

本发明与现有技术相比具有以下优点：①设备投资极少。采用本发明利用煤气炉转化甲烷时，仅需配一条管线和管线上的几只阀门及压力控制装置，利用催化剂转化CH₄时，仅需投资很少的热交换器及装催化剂的容器等设备即可达到目的，一般中小氮肥厂依靠本厂技术人员和装备条件即可实施。②气体净化要求不高，对水汽浓度不作要求，氨含量可达一万PPm也无妨。故气体预处理完全可以利用合成氨厂原有设备进行，没有低浓度氨水产生，提高了尾气中的氨利用率。③合成氨尾气中的有效气体回收率高，不仅尾气的回收率不受单位时间内的尾气量的影响，而且还由于甲烷的转化，回收的合成氨有效气体(CO+H₂)可比物理分离法增加40～100％，故采用本发明可在物耗不变条件下增产合成氨10％左右。其中由CH₄转化的CO经变换后成为CO₂又可增加碳铵产量2～3％。所以采用本发明获得以经济效果(对合成氨而言)要比分离法明显得多。④由于采用本发明，尾气中的惰性CH₄95％已转化为合成氨的有效气体，大大降低了回收气中惰气CH₄的分率(即甲烷与惰气总量之比)，故在循环气中惰气总量与分离法相等时，氩气的分率高出分离法1～3倍左右，为从尾气中分离很有价值的氩气及其它稀有惰气创造了十分有利的条件。⑤采用本发明，可成功地解决目前我国中小氮肥厂甲烷化工艺取代铜洗工艺的节能技术应用中存在的合成放空量增大，导致原料气单耗升高的难题。为甲烷化工艺取代铜洗工艺铺平了道路。⑥采用本发明，为挥发份(CH₄)更高的年青白煤制合成氨原料气提供了可能，从而扩展了合成氨原料煤的应用范围。因而可采用价格更低的高挥发(CH₄)的年青白煤制气，使合成氨的成本进一步降低。⑦采用本发明因尾气中的CH₄被转化利用，因此可适当降低水煤浆气化炉工作温度，以延长炉内耐火砖工作寿命，以进一步降低合成气生产成本。

附图及说明

附图1为实施本发明“一种回收合成氨尾气的方法”的方式1。其中：

1.自动稳(减)压装置。

2.瞬时流量及累计流量测量显示装置。

3.截止阀。

4.入炉蒸汽控制阀门。

5.入炉尾气(原空气)控制阀门。

6.炉气发生炉。

图中虚线部分为原入炉氮空气管线及阀门。

7.入炉氮空气截止阀。

附图1说明：

从尾气净氨塔(该设备是现行合成氨工艺中已有的)来的尾气(其中NH₃≤1％)经自动稳(减)压装置1减压为与造气系统相适应的压力，并经流量检测2测量其瞬时流量(并累计)以供流量显示调节之用。截止阀3主要作用为：人工调节尾气流量以满足尾气转化率达到95％以上。受造气炉自动机控制的阀门5开启时，尾气经阀门5与造气炉自动机控制的阀门4来的蒸汽混合后进入煤气炉6，在炉内发生水煤气反应的同时甲烷也转为CO和氢气，最后转化后的尾气与水煤气一道离开造气炉，进入后工序。截止阀7及虚线所示为原煤气炉氮空气(有的煤气炉也没有)加入管线，当因为种种原因不进行尾气入炉转化时，可启用该管线，开启截止伐7，该煤气炉仍可进上吹加氮生产半水炉气。

附图2为实施本发明“一种回收合成氨尾气的方法”方式2。

1、深度净氨塔。

2、煤气发生炉。

3、一级分离装置。

4、二级分离装置。

5、制氩装置。

从合成氨工艺中的尾气净氨塔来的尾气(NH₃≤1％)中的一部份(约30％)经深度净氨塔1进一步深度脱除其中的NH₃后，气体进入一级氢分离装置中，进行绝热膨胀制冷，在液相得到以CH₄为主的液体，该液体再与另一部(约70％)尾气一起被送到煤气发生炉2内与制气蒸汽一道在制得水煤气的同时，CH₄与水蒸汽反应生成CO和H₂。与水煤气一起成为氨的初级原料气。

从一级氢分离装置的气相出来的气体(主要含H₂、N₂、Ar)进入二级分离装置4，在该装置再进行绝热膨胀制冷，温度进一步降低，使氮氩冷凝为液体，在气相得到含H₂95％以上的H₂气，去合成氨脱碳以后的工序(小氮肥厂的压缩机三段进口)，成为合成氨的原料气。

在二级分离装置的冷凝液中得到以N₂、Ar为主的混合液其Ar≥25～35％，将该液送入制氩装置5，在该装置中混合液进一步绝热减压膨胀制冷等上艺处理后得到产品氩。

采用该方式实施本发明可在投资很少的情况下使尾气中95％以上的合成氨原料气(H₂、CH₄)得到回收利用，可在原料煤消耗不变的情况下增产合成氨10％以上，同时可还获得每生产一吨合成氨附产8m^a氩气的附加产品。

采用该方式实施本发明，①由于高纯度净氨及H₂分离装置仅处理30％的尾气，因而可大大减少该类分离设备的投资，约为100％采用分法设备的50％。②由于70％的尾气采用转化法处理，其中的氩气被循环累积到6.3％左右，大大提高了氩在二级分离器流相中浓度(可达30％～40％)，从而使制氩装置的投资减少到100％采用分离法的氩装置的50％。因此采用该方式实施本发明不仅使合成氨成本降低，而且使产品氩的成本也降低，从而使合成氨生产获得更大的经济效益。

Claims (11)

1、一种回收合成氨尾气的方法，其特征是：采用转化方式将合成氨尾气中的CH₄变换为CO+H₂后与尾气中的其它H₂，N₂一起，成为合成氨的初级原料气。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于实现尾气中CH₄转化的反应物可以是过热蒸汽，也可以是含有部份O₂的其它气体。

3、根据权力要求1所述的方法，其特征在于实现CH₄转化的工艺设备既可以是各种煤气发生炉也可以是装有催化剂的各种CH₄转化炉。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于转化过程所用的催化剂既可以是炽热炭层也可是其它CH₄转化催化剂。

5、根据权利要求1所述的技术特征在于转化尾气中的CH₄所需的热源，既可以从燃烧部分尾气获得，也可以从其它具有所需热源的各种工业炉窑中获得。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于尾气转化压力控制在0.03MPa至3MPa之间。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于尾气的转化过程可以在制合成氨原料气的同时，将尾气混入气化剂中在制原料气的同时将尾气中的CH₄转化为CO+H₂，也可以在专门的转化炉内将CH₄转化为CO+H₂。

8、根据权利要求1～7所述的方法，也适用于甲醇合成过程中的尾气回收。

9、根据权利要求1～7所述的方法，尾气转化的温度范围以700℃～1300℃为最佳。

10、根据权利要求1～7所述的方法，其特征在于尾气转化后所具有的热量采用换热或冷激方式回收利用，以降低尾气转化能耗。

11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于当尾气转化压力高于或等于CO变换工艺压力时，该转化气直送CO变换系统，将转化气中的蒸气作为CO变换反应物回收利用。

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