CN204958383U - 一种甲醇合成氢回收尾气的回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种甲醇合成氢回收尾气的回收利用系统，包括氢回收装置2、锅炉6、流量计8、中变炉13、低变炉14、脱碳装置16、氢氮气压缩机17、氨合成塔18、氢气压缩机20，其特征在于所述氢回收装置2渗透气出口2a连接至氢气压缩机20，所述氢回收装置2尾气出口2b依次连接流量计8、减压阀10、中变炉13、低变炉14、脱碳装置15、甲烷化炉16、氢氮气压缩机17、氨合成塔18，所述氢回收装置2尾气出口2b还依次连接减压阀5、锅炉6。本实用新型改变了甲醇合成氢回收装置尾气送至锅炉掺烧的传统方式，通过将其改送至中变炉入口，并入天然气制氨生产系统，经变换、净化、压缩及氨合成工序，将尾气中的H₂、CO等有效气加以回收并用以生产合成氨。通过以上措施，使得由原料煤经过气化、变换等一系列工序产生的具有较高利用价值的有效气得以回收利用，天然气制氨系统吨氨天然气耗量明显下降。

Description

一种甲醇合成氢回收尾气的回收利用系统

技术领域

本实用新型属于化工技术领域，特别涉及一种甲醇合成氢回收尾气的回收利用系统。

背景技术

甲醇合成系统氢回收装置尾气原设计经燃料气管网送至锅炉系统进行掺烧，因其中尚含有大量的H₂和CO等有效气体，未能将有效气体进行回收利用而造成浪费。

甲醇合成驰放气量随着甲醇合成催化剂使用周期的延长而有所增加。30万吨/年甲醇规模煤气化装置中煤经多元料浆气化、低温甲醇洗、液氮洗、低压合成制甲醇的系统中，在催化剂初期（满负荷）驰放气量约8000Nm³/h，中后期增加到12000Nm³/h。通过氢回收装置分离后，渗透气约8000Nm³/h经压缩机提压返回甲醇合成工序继续参与反应。尾气约4000Nm³/h，其主要成分为N₂、CO、H₂、Ar、CH₄等，原设计作为废气经燃料气管网送至锅炉进行掺烧。鉴于催化剂使用中后期氢回收尾气中（H₂+CO）含量可达到79.98%，掺烧至锅炉将造成大量有效气浪费。

因此，急需寻求一种将此部分氢回收尾气中有效气进行回收利用的装置系统，以实现由原料煤经过气化、变换、净化等一系列生产工序产生的具有较高利用价值的有效气的高效利用，从而实现节能降耗的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种甲醇合成氢回收尾气的回收利用系统，通过改变甲醇合成氢回收尾气送至锅炉掺烧的传统方式，进而将其改送至中变炉入口，并入天然气制氨生产系统，经变换、净化及氨合成工序，将尾气中的H₂、CO等有效气加以回收，用于生产合成氨。通过以上措施，使得由原料煤经过气化、变换、净化等一系列工序产生的具有较高利用价值的有效气得以回收利用，天然气制氨系统吨氨天然气耗量明显下降。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种甲醇合成氢回收尾气的回收利用系统，包括氢回收装置2、锅炉6、流量计8、中变炉13、低变炉14、脱碳装置16、氢氮气压缩机17、氨合成塔18、氢气压缩机20，其特征在于所述氢回收装置2渗透气出口2a连接至氢气压缩机20，所述氢回收装置2尾气出口2b依次连接流量计8、减压阀10、中变炉13、低变炉14、脱碳装置15、甲烷化炉16、氢氮气压缩机17、氨合成塔18，所述氢回收装置2尾气出口2b还依次连接减压阀5、锅炉6。

在本实用新型的一个实施例中，其特征在于所述减压阀10设置有副线。

本实用新型利用天然气制氨系统净化、氨合成工序尚有有一定的生产富余量，将甲醇合成氢回收尾气中的大部分有效气用于天然气制氨系统进行回收，对节能降耗、降低产品生产成本具有重要意义。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种甲醇合成氢回收尾气的回收利用系统，包括：甲醇驰放气1、氢回收装置2、渗透气出口2a、尾气出口2b、切断阀3、4、7、9、11、12、19、减压阀5、10、锅炉6、流量计8、中变炉13、低变炉14、脱碳装置15、甲烷化炉16、氢氮气压缩机17、氨合成塔18、氢气压缩机20、氮气21。

具体实施过程：来自煤制甲醇系统甲醇合成装置的甲醇驰放气1（例如12000Nm³/h）进入氢回收装置2，通过膜对有效气体H₂进行分离回收。开启切断阀19将氢回收装置渗透气出口2a的H₂（例如8000Nm³/h）返回至甲醇装置氢气压缩机20，提压后并入甲醇合成工序回用。

对于氢回收装置2尾气出口2b的尾气（非渗透气，例如4000Nm³/h，含N₂、CO、CO₂、H₂、Ar、CH₄等），开启切断阀3、关闭切断阀4，使尾气不再送往锅炉6掺烧。同时，开启切断阀7、9、11，关闭副线切断阀12，使尾气先后经流量计8、减压阀10减压（例如3.5MPa减压至2.9MPa，减压阀10设置有副线便于检修）后进入中变炉13。在中变炉13中氢回收装置2尾气中的CO与水蒸气发生水煤气反应，生成CO₂和H₂，使CO含量降低（例如降至5%以下）。后进入低变炉14，CO与水蒸汽反应继续转化为CO₂和H₂，使尾气中CO含量进一步降低（例如降至0.5%以下）。出低变炉14变换后的尾气进入脱碳装置15，尾气中的CO₂被苯菲尔溶液充分吸收而除去，使尾气中的CO₂含量降低（例如降至0.5%以下），后进入甲烷化炉16。在甲烷化炉16中，脱碳后的尾气中的少量CO、CO₂与H₂进行生成甲烷的反应，从而除去对氨合成反应有害的微量CO、CO₂（例如出口CO+CO₂≦15ppm），同时在甲烷化炉16入口配入适量氮气21以满足氨合成生产所需的氢氮比。自甲烷化工序来的氢氮气经氢氮气压缩机17提压后（例如31.4MPa）进入氨合成塔18。在氨合成塔18中，H₂与N₂进行合成反应生成氨。综上，氢回收装置2尾气先后经中变、低变、脱碳、甲烷化、压缩、氨合成等工序将尾气中CO、H₂大部分进行回收利用，用于生成合成氨，从而降低天然气制氨系统消耗。

回收有效气量分析：

氢回收装置尾气约4000Nm3/h，其主要组成为N₂、CO、H₂、CO₂、CH₄，各气体体积百分比如下：

表1甲醇合成氢回收装置尾气中各气体组成（催化剂中后期）

组分	H2	CO	CO2	Ar	CH4	N2
							V%	45.32	34.66	2.44	2.32	4.74	9.52

从上表可以看出，氢回收装置膜分离产生的尾气中有效气体H₂与CO含量为79.98%，N₂含量为9.52%，而N₂在合成氨生产中与H₂可生成氨，对于合成氨系统来说也是有用气体；甲醇合成氢回收尾气送至中变工序，气体成分中未含有对净化系统造成危害的成分。

甲醇合成催化剂使用后期，为保证产量，氢碳比相对较低，造成氢回收尾气中CO含量较高，该尾气送至天然气制氨系统，经过变换工序，将CO转化成H₂，在氨合成系统中H₂与N₂反应生成合成氨，可降低合成氨天然气消耗。

甲醇合成系统氢回收尾气只有45℃，而且为干气，不含水蒸汽，为保证甲醇合成氢回收尾气送至中变炉入口不影响合成氨中变及其后续工序的工艺，将转化水气比由3.1提高至3.5，保证中变入口水气比大于0.9。同时，为了降低能耗，与中变触媒厂家进行沟通，在保持转化废锅出口煤气温度不变、在提高转化水气比的同时，中变入口温度降至335℃左右、中变反应温度降至410℃左右操作。经过以上工艺调整，在实际生产中中变炉出口CO含量稳定在2.8%左右，完全满足低变工艺要求。

由于甲醇合成氢回收尾气中惰性气体Ar与CH₄含量约7.06%，为了防止氨合成系统的惰性气体含量累积，造成氨合成反应减弱，氨合成需增加吹除气量。煤制甲醇系统送至天然气制氨系统的氢回收尾气量约为4000Nm³/h，而正常情况下氨合成系统中惰性气体含量基本维持在14.1%左右，则需增加吹除气量为2002Nm³/h（

V_放=4000×0.0706/0.141=2002Nm³/h）。在实际生产过程中，经计量仪表监测得知实际增加的放空量为1900~2100Nm³/h之间，与以上计算数据基本吻合，可按增加放空气2000Nm³/h计。

因甲醇合成氢回收尾气送至天然气制氨系统后增加了约2000Nm³/h的放空量，经过多次分析得知：氨合成吹除气中H₂的平均含量为54.9%，则将甲醇氢回收尾气送入合成氨系统后，可回收有效气量为2101.2Nm³/h。

Claims (2)

1.一种甲醇合成氢回收尾气的回收利用系统，包括氢回收装置（2）、锅炉（6）、流量计（8）、中变炉（13）、低变炉（14）、脱碳装置（16）、氢氮气压缩机（17）、氨合成塔（18）、氢气压缩机（20），其特征在于所述氢回收装置（2）渗透气出口（2a）连接至氢气压缩机（20），所述氢回收装置（2）尾气出口（2b）依次连接流量计（8）、减压阀（10）、中变炉（13）、低变炉（14）、脱碳装置（15）、甲烷化炉（16）、氢氮气压缩机（17）、氨合成塔（18），所述氢回收装置（2）尾气出口（2b）还依次连接减压阀（5）、锅炉（6）。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇合成氢回收尾气的回收利用系统，其特征在于所述减压阀（10）设置有副线。