CN209411794U - 一种利用含氢或含碳尾气一体化生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种利用含氢或含碳尾气一体化生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素的装置，包括氢回收装置、氨合成装置、碳化装置、甲酸钠装置、二氧化碳回收装置、尿素装置；含氢尾气入口连接氢回收装置，氢回收装置再连接氨合成装置，氢回收装置连接到碳化装置；碳化装置输出端连接到甲酸钠装置的原料入口端，碳化装置的尾气端接甲酸钠装置的原料入口端；二氧化碳回收装置出口接尿素装置和甲酸钠装置的原料入口端；本实用新型用较低的投资和运行成本将化工生产过程中产生的含氢尾气，实现了含氢尾气、含碳尾气处理一体化，提高了回收率，降低了碳排放。工艺流程简单，操作简便，装置运行稳定，效益明显。

Description

一种利用含氢或含碳尾气一体化生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸 钠、尿素的装置
技术领域
本实用新型涉及一种利用含氢尾气、含碳尾气一体化生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素的装置，其优势在于用较低的投资和运行成本将化工生产过程中产生的含氢尾气、含碳尾气生产为高附加值的合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素，实现了含氢尾气、含碳尾气处理一体化，提高了回收率，降低了碳排放。工艺流程简单，操作简便，装置运行稳定，效益明显。
背景技术
化工生产产生含氢尾气和含碳尾气，含氢尾气主要有甲醇装置的甲醇驰放气、氯碱装置的电解氢气，煤制氢装置的尾气。含碳尾气主要有电石尾气、石灰石煅烧尾气、黄磷尾气。含氢尾气一般用做燃料气，含碳尾气则直接排放或焚烧后排放，不仅浪费了资源，也对环境造成一定的污染，将含氢尾气和含碳尾气综合利用，可降低运行成本，提高企业效益，降低碳排放。
CN200710050320.8提出了一种醇氨联产工艺，将甲醇装置所得弛放气通过变压吸附装置制得氢气纯度大于98％的氢，配入低温空分装置或变压吸附制氮装置制得的氮气，使其氢氮比为3.00～3.10，得到氢氮混合气；(2)将上述氢氮混合气通过甲烷化反应使其中的H2和CO发生反应生成甲烷，得到甲烷化后的新鲜气；(3)将上述甲烷化后的新鲜气冷却、加压后送入氨合成回路进行氨合成反应，经冷却分离即得到液氨。
CN201010195903.1提出了一种弛放气的处理方法及处理装置，将甲醇合成弛放气体流进行第一膜分离得到第一富氢气体流和第一目标气体流，甲醇合成弛放气体流包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮气及其它轻烃；变换工序：将一氧化碳进行变换反应转化成二氧化碳，同时生成部分新的氢气，得到第二目标气体流；脱碳工序：利用溶剂吸收所述二氧化碳将其脱除，得到第三目标气体流；第二膜分离工序：将所述第三目标气体流进行第二膜分离得到第二富氢气体流和第四目标气体流。通过逐级的处理工艺最后制得天然气，充分利用了弛放气中的甲烷等轻烃气体。
CN200710010222.1提出了一种利用生产氰化钠和氯碱尾气提纯氢气生产合成氨的方法，将生产下来的氰化钠尾气送入水环真空增压泵增压到0.085Mpa，升温至55～60℃，再经水冷却到30℃以下，洗掉氨和氢氰酸杂质，然后进行脱硫处理，处理后的氰化钠尾气和氯碱尾气的混合比例为3.5～4:1，两种气体混合后加热至120℃，再经脱氧处理，使O2含量小于10ppm，气体降温至40℃左右，送入储气柜，气柜的压力是400mm水柱，温度为20～30℃，气体经加压到0.85Mpa后，进入PSA变压吸附系统，通过吸附床制得氢气，与采用高压吸附法从空气中制得的氮气在氨合成塔中在铁催化剂作用下，生成氨。
CN201110364861.4提出了一种以电石炉尾气和氯酸钠尾气及其它含氢气源为原料制甲醇和二甲醚的方法，电石炉尾气经过粗净化、变温吸附(TSA)和变压吸附(PSA)净化、与氯酸钠尾气及其它含氢气源中提纯的氢气混合后得到甲醇合成气，甲醇合成气经过合成反应生成粗甲醇，粗甲醇进一步脱水生产二甲醚或者精馏后得到甲醇产品。该工艺需严格控制两股尾气的气量，N2、CH4含量高，会增大甲醇合成装置的投资和运行电耗，且净化流程复杂，控制指标多。
CN201010177358.3提出了一种利用电石炉尾气制备氢气的方法，包括如下步骤：(1)除尘后的电石炉尾气通入温度为350～600℃的熔融碱中，并通入惰性气体作为保护气；(2)电石炉尾气与熔融态的碱反应生成的混合气体，将混合气体通过吸附塔高压吸附和低压解吸，提纯得到高纯度的产品氢气，(3)反应后的熔融碱残液进行熔融结晶处理，将熔融碱残液输送至结晶器，使产品晶体在管壁结晶析出，分离得到碳酸盐副产物。该工艺操作温度高，副反应不可控，腐蚀严重，容易堵塞。
以上工艺均未考虑将含氢尾气和含碳尾气一体化处理，且含氢尾气处理的流程复杂，操作难度大，CO、CO2等未综合利用。含碳尾气的处理未考虑副反应对产品品质的影响。
本实用新型涉及一种利用含氢尾气、含碳尾气一体化生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素的装置，其优势在于用较低的投资和运行成本将化工生产过程中产生的含氢尾气、含碳尾气生产为高附加值的合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素，实现了含氢尾气、含碳尾气处理一体化，提高了回收率，降低了碳排放。工艺流程简单，操作简便，装置运行稳定，效益明显。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决含氢尾气、含碳尾气回收方法存在的处理工艺复杂，成本高、副产品价值低等缺点或不足。
本实用新型技术方案是，利用含氢尾气、含碳尾气一体化生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素的装置，包括氢回收装置、氨合成装置、碳化装置、二氧化碳回收装置、甲酸钠装置、尿素装置，预处理装置；
含氢尾气入口连接氢回收装置，氢回收装置再连接氨合成装置，氢回收装置和氨合成装置同时再连接到碳化装置；碳化装置输出端连接到甲酸钠装置的原料入口端，碳化装置3的尾气端接二氧化碳回收装置5；
二氧化碳回收装置接尿素装置和甲酸钠装置的原料入口端；
设有纯氮气入口接入氨合成装置的原料入口端；设有碳酸钠入口接碳化装置的原料入口端；
碳化装置的成品端为碳酸氢钠出口，甲酸钠装置的成品端为甲酸钠出口。
本装置还包括含碳尾气预处理装置。含碳尾气入口接预处理装置再并联接碳化装置和二氧化碳回收装置，二氧化碳回收装置输出接尿素装置和甲酸钠装置原料入口端，氨合成装置的尾气端连接到氢回收装置，氨合成装置的成品端连接到尿素装置；尿素装置的成品端为尿素出口；碳化装置的输出也接甲酸钠装置原料入口端。
二氧化碳回收装置包括变压吸附脱碳装置、低温甲醇洗装置、NHD脱碳装置、PC脱碳装置、水洗脱碳装置中的一种或多种。
氢回收装置包括膜回收提氢装置、变压吸附提氢装置、低温精馏装置中的一种。
含碳尾气预处理装置包括除尘装置、降温装置、吸附装置中的一种或多种。
本装置还包括空分装置，空分装置提供氨合成装置所需的氮气。将空分装置的氮气和氢回收装置的产品氢气，混合送压缩装置后再送氨合成装置。
氨合成装置的驰放气通过管道送氢回收装置。
氨合成装置包括氨合成塔、冷交换器、热交换器、废热锅炉、水冷却器、氨冷却器。氨合成塔直径0.4-3m，高度15-30m，壁厚50-120mm。
尿素装置包括尿素合成塔、二氧化碳压缩机、高压甲铵冷凝器、二氧化碳汽提塔。尿素合成塔直径1.2-3.6m，高度20-40m，壁厚60-132mm。
利用以上含氢尾气、含碳尾气一体化生产合成氨、碳酸氢钠/碳酸氢铵、甲酸钠、尿素的装置的工艺流程为：含氢尾气进入氢回收装置，得到纯氢气和纯氮气混合后送氨合成装置生产合成氨，氨合成装置的驰放气返回氢回收装置。氢回收装置的提氢尾气送碳化装置。含碳尾气经预处理后，得到的过程气部分和提氢尾气混合后送碳化装置，以碳酸钠或合成氨为原料，生产碳酸氢钠/碳酸氢铵，碳化尾气送甲酸钠装置，以烧碱为原料，生产甲酸钠，最终尾气排放。部分净化气经CO2回收装置得到产品CO2气，回收尾气送甲酸钠生产装置，产品CO2气和合成氨生产尿素。各个反应单元均采用成熟的工艺控制，本实用新型有机结合并综合利用各原料及排出产物。
有益效果：实用新型利用含碳尾气及提氢尾气生产碳酸氢钠、甲酸钠，利用氨合成装置得到的合成氨和CO2回收装置得到的产品CO2气生产尿素。以较低的运行成本将含氢尾气、含碳尾气回收成高附加值的合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素。本实用新型技术优势在于用较低的投资和运行成本将化工生产过程中产生的含氢尾气、含碳尾气高附加值的合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素，实现了含氢尾气、含碳尾气处理一体化，提高了回收率，降低了碳排放。工艺流程简单，操作简便，装置运行稳定，效益明显。
附图说明
图1本实用新型流程示意图。
附图标记说明，1.氢回收装置；2.氨合成装置；3.碳化装置；4.甲酸钠装置；5.二氧化碳回收装置；6.尿素装置；7.预处理装置；8.含氢尾气入口；9.含碳尾气入口；10.纯氮气入口；11.碳酸钠入口；12.烧碱入口；13.碳酸氢钠出口；14.甲酸钠出口；15.最终尾气出口；16.尿素出口。
具体实施方式
本实用新型的技术方案是：利用含氢尾气、含碳尾气一体化生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素的装置，包括氢回收装置、氨合成装置、碳化装置、二氧化碳回收装置、甲酸钠装置、尿素装置。
本装置还包括含碳尾气预处理装置。
二氧化碳回收装置包括变压吸附脱碳装置、低温甲醇洗装置、NHD脱碳装置、PC脱碳装置、水洗脱碳装置中的一种或多种。
氢回收装置包括膜回收提氢装置、变压吸附提氢装置、低温精馏装置中的一种。
含碳尾气预处理装置包括除尘装置、降温装置、吸附装置中的一种或多种。
本装置还包括空分装置，空分装置提供氨合成装置所需的氮气。将空分装置的氮气和氢回收装置的产品氢气，混合送压缩装置后再送氨合成装置。
氨合成装置的驰放气通过管道送氢回收装置。
氨合成装置包括氨合成塔、冷交换器、热交换器、废热锅炉、水冷却器、氨冷却器。氨合成塔直径1.2-2.6m，高度20-25m，壁厚80-110mm。
尿素装置包括尿素合成塔、二氧化碳压缩机、高压甲铵冷凝器、二氧化碳汽提塔。尿素合成塔直径1.8-2.6m，高度26-36m，壁厚80-122mm。
一种利用含氢尾气、含碳尾气一体化生产合成氨、碳酸氢钠/碳酸氢铵、甲酸钠、尿素的装置的工艺流程为：
含氢尾气进入氢回收装置，得到纯氢气和纯氮气混合后送氨合成装置生产合成氨，氨合成装置的驰放气返回氢回收装置。氢回收装置的提氢尾气送碳化装置。含碳尾气经预处理后，得到的过程气部分和提氢尾气混合后送碳化装置，以碳酸钠或合成氨为原料，生产碳酸氢钠，碳化尾气送甲酸钠装置，以烧碱为原料，生产甲酸钠，最终尾气排放。部分净化气经CO2回收装置得到产品CO2气，回收尾气送甲酸钠生产装置，产品CO2气和合成氨生产尿素。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
应用实例
实施例1
5000Nm3/h氢气含量65％、CO含量27％、CO2含量3％、CH4+N2含量5％的甲醇驰放气,进入氢回收装置，得到3200Nm3/h CO+CO2含量5.2ppm的纯氢气，混合1050Nm3/h氧含量1ppm的纯氮气，经氨合成装置，得到1.5t/h合成氨，驰放气返回氢回收装置处理。1800Nm3/hCO74.7％、CO2 7.5％、CH4+N2含量16.8％的提氢尾气送碳化装置。含碳尾气为电石炉尾气，3000Nm3/h，CO含量85％，CO2含量为10％、N2含量5％，和1800Nm3/h提氢尾气送碳化装置生产碳酸氢钠3.26t/h。碳化尾气送甲酸钠装置生产11.8t/h甲酸钠。最终尾气排放。
氢回收装置为膜回收提氢装置。
含碳尾气预处理装置为除尘装置+降温装置。
本装置还包括空分装置，空分装置提供氨合成装置所需的氮气。将空分装置的氮气和氢回收装置的产品氢气，混合送压缩装置后再送氨合成装置。
氨合成装置的尾气通过管道送氢回收装置。
氨合成装置包括氨合成塔、冷交换器、热交换器、废热锅炉、水冷却器、氨冷却器。氨合成塔直径0.6m，高度22m，壁厚98mm。
尿素装置包括尿素合成塔、二氧化碳压缩机、高压甲铵冷凝器、二氧化碳汽提塔。尿素合成塔直径1.2m，高度31.5m，壁厚102mm。
实施例2
5000Nm3/h氢气含量99％、氯气+氧气含量1％的电解氢气,进入氢回收装置，得到4950Nm3/h CO+CO2含量0ppm、氯气+氧气含量0.1ppm的纯氢气，混合1650Nm3/h氧含量0.3ppm的纯氮气，经氨合成装置，得到2.36t/h合成氨，驰放气返回氢回收装置处理。50Nm3/h提氢尾气直接放空。含碳尾气为石灰石煅烧尾气，1800Nm3/h，CO2含量85％，CO含量为0％，N2+O2含量为15％，经除尘预处理后，送CO2回收装置得到1561Nm3/h、CO2含量98％的产品CO2气，和2.3t/h合成氨送尿素装置生产尿素4t/h。
氢回收装置为变压吸附提氢装置。
含碳尾气预处理装置为除尘装置、降温装置。
氨合成装置的尾气通过管道送氢回收装置。
氨合成装置包括氨合成塔、冷交换器、热交换器、废热锅炉、水冷却器、氨冷却器。氨合成塔直径0.8m，高度19.6m，壁厚100mm。
尿素装置包括尿素合成塔、二氧化碳压缩机、高压甲铵冷凝器、二氧化碳汽提塔。尿素合成塔直径1.4m，高度32.4m，壁厚106mm。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种利用含氢或含碳尾气一体化生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素的装置，其特征在于，包括氢回收装置、氨合成装置、碳化装置、二氧化碳回收装置、甲酸钠装置、尿素装置；
含氢尾气入口连接氢回收装置，氢回收装置再连接氨合成装置，氢回收装置连接到碳化装置；碳化装置输出端连接到甲酸钠装置的原料入口端，碳化装置的尾气端接甲酸钠装置的原料入口端；
二氧化碳回收装置出口接尿素装置和甲酸钠装置的原料入口端；
设有纯氮气入口接入氨合成装置的原料入口端；设有碳酸钠入口接碳化装置的原料入口端。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设有含碳尾气预处理装置，含碳尾气入口接预处理装置再并联接碳化装置和二氧化碳回收装置，二氧化碳回收装置输出接尿素装置和甲酸钠装置原料入口端，氨合成装置的尾气端连接到氢回收装置，氨合成装置的成品端连接到尿素装置；尿素装置的成品端为尿素出口；碳化装置的输出也接甲酸钠装置原料入口端，碳化装置的成品端为碳酸氢钠出口，甲酸钠装置的成品端为甲酸钠出口。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述二氧化碳回收装置包括变压吸附脱碳装置、低温甲醇洗装置、NHD脱碳装置、PC脱碳装置、水洗脱碳装置中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，氢回收装置包括膜回收提氢装置、变压吸附提氢装置、低温精馏装置中的一种。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，含碳尾气预处理装置包括除尘装置、降温装置、吸附装置中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，设有空分装置，空分装置输出所需的氮气至氨合成装置。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，氨合成装置的驰放气通过管道送氢回收装置。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，氨合成装置包括氨合成塔、冷交换器、热交换器、废热锅炉、水冷却器、氨冷却器；氨合成塔直径0.4-3m，高度15-30m，壁厚50-120mm。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，尿素装置包括尿素合成塔、二氧化碳压缩机、高压甲铵冷凝器、二氧化碳汽提塔。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，尿素合成塔直径1.2-3.6m，高度20-40m，壁厚60-132mm。
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