專利名稱：：一種二氧化碳原料氣的脫氫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種二氧化碳原料氣的脫氫方法。
背景技術(shù)：
：目前，采用C02汽提生產(chǎn)工藝生產(chǎn)尿素時，在C02壓縮機一段或二段入口加入一定量的空氣，其主要目的是-一、利用空氣中的氧氣在催化劑的作用下將原料氣中的氫氣脫除，保證高壓洗滌器放空氣的可爆組分保持在可爆范圍之外，確保系統(tǒng)安全性；二、尿素生產(chǎn)是一種高溫、高壓、高腐蝕性的反應(yīng)，為保證尿素生產(chǎn)設(shè)備的長周期運行，利用空氣中的氧在高壓設(shè)備內(nèi)壁鈍化出一層致密的氧化膜，防止高壓設(shè)備腐蝕。但是，存在以下缺陷C02原料氣純度一般為98X，原料氣中氫含量較高，尿素生產(chǎn)中為保證系統(tǒng)安全，防止高壓系統(tǒng)尾氣中含有過多的氫氣，加入空氣來進行脫氫處理，空氣中79%的氮氣不參與反應(yīng)，隨原料C02進入高壓系統(tǒng)，占用合成塔有效體積，降低合成轉(zhuǎn)化率?？諝庵械牡獨獾榷栊詺怏w不參與反應(yīng)，必須通過高壓洗滌器放空閥排放，過多會增加系統(tǒng)放空量。由于高壓洗滌器放空閥的泄放量是有一定限度的，放空量過大就嚴重影響了系統(tǒng)負荷的提升，吸收、解吸、水解負荷加重，消耗增加，環(huán)?？刂齐y度加大。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有狀況，為解決尿素裝置高壓系統(tǒng)的放空量居高不下的問題，本發(fā)明提供了一種二氧化碳原料氣的脫氫方法，本發(fā)明提出在脫氫反應(yīng)器中加入純氧來進行脫氫，加入空氣來進行防腐，以減少脫氫后產(chǎn)生大量的氮氣等惰性氣體的問題，減少高壓系統(tǒng)的放空量，提高轉(zhuǎn)化率，增加系統(tǒng)負荷，同時又能保證一定的氮氣存量，確保系統(tǒng)安全。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的-一種二氧化碳原料氣的脫氫方法，包括以下步驟.1)將氧氣濃度為2134%(體積)的富氧空氣加入到原料二氧化碳氣中，使原料二氧化碳氣中的氧含量達到1.251.4%(體積)，保證經(jīng)過脫氫后的氧含量達到O.650.8%(體積)，以滿足尿素制備高壓系統(tǒng)設(shè)備的防腐要求；所述富氧空氣可以通過純氧與空氣經(jīng)嚴格計量混合來制備；2)向壓縮機中加入富氧空氣的二氧化碳原料氣，經(jīng)壓縮后進行精脫硫，脫硫后總硫含量不高于0.2!11;脫硫后的氣體經(jīng)過換熱和加熱至150200。C，然后進入脫氫反應(yīng)器，使氧氣與二氧化碳氣體中的可燃組分發(fā)生反應(yīng)，脫除原料氣中的氫氣、甲垸、一氧化碳等可燃組分，脫氫后二氧化碳氣體中含氫及其它可燃氣體量〈50PPm;3)脫氫后氣體經(jīng)換熱和冷卻器至36t:士4'C后，進入C02汽液分離器，進行氣水分離，排凈液滴后進入壓縮機下一段或直接外供，用于尿素的合成。本發(fā)明的步驟l)中可直接加入含氧量一定的富氧空氣，或一定量的純氧與相應(yīng)比例的空氣混合，加入到壓縮機一段或二段入口，以避免因氧氣在壓縮機多油環(huán)境燃燒的不安全因素。所述采用純氧與空氣混合制備富氧空氣時，可以在富氧空氣混合器中進行。所述富氧空氣混合器包括一罐體，罐體上設(shè)有空氣進口、氧氣進口、富氧空氣出口、排放口，如圖2A、圖2B所示，在相應(yīng)位置設(shè)有測壓計和溫度計。富氧空氣可以在此混合器內(nèi)制備，制備后從富氧空氣出口進入壓縮機，進而加入到二氧化碳原料氣中。上述富氧空氣混合的流程和安全控制，可以采取脫硫、脫氫后氧含量及氫含量在線分析監(jiān)控進行對照操作，同時氧氣流量計使用二選二或三選二嚴格計量控制流量等措施保證安全操作。為保證整套系統(tǒng)異常情況下的安全性，可以新增跳車安全聯(lián)鎖，即當任意一臺壓縮機或空壓機因斷電或其他故障情況跳車時，氧氣入口電磁閥XSV-01聯(lián)鎖關(guān)閉，避免氧氣進入直接進入壓縮機，與油污等接觸從而發(fā)生事故。本發(fā)明在脫氫反應(yīng)器中加入氧來進行脫氫，加入空氣來進行防腐，以減少脫氫后產(chǎn)生大量的氮氣等惰性氣體的問題，減少高壓系統(tǒng)的放空量，提高轉(zhuǎn)化率，提高系統(tǒng)負荷，增加尿素產(chǎn)能，減輕吸收、解吸、水解負荷，降低氨和蒸汽等消耗，有利于環(huán)?？刂啤D1為高壓洗滌器出氣爆炸極限圖2A為富氧空氣混合器的設(shè)備簡圖2B為圖2A的俯視其中，Nl:空氣進口；N2:氧氣進口；N3:富氧空氣出口；N4:排放口。圖3為本發(fā)明的工藝流程其中，F(xiàn)T-Ol、FT-02均表示氧氣計量流量計，F(xiàn)T-03、FT-05表示空氣計量流量計，F(xiàn)T-04表示富氧空氣計量流量計；XSV-Ol、XSV02、XSV-03均代表電磁陶；FCV-01表示氧氣流量調(diào)節(jié)閥。具體實施例方式下面結(jié)合實例和本廠(指申請人)運行實際對本發(fā)明作進一步的說明實例l:一種二氧化碳原料氣的脫氫方法，步驟如下1)從空分的l.OMpa氧氣經(jīng)快切、調(diào)節(jié)、計量后，進入富氧空氣混合器，在富氧空氣混合器內(nèi)，與空壓機送出的壓力為0.35Mpa、溫度為40'C的空氣混合，混合后的空氣中氧氣含量控制在21%34%。2)混合后的空氣通過電磁閥加入壓縮機二段入口，與二氧化碳氣體混合，混合后原料二氧化碳氣中的氧含量達到1.251.4%，經(jīng)過脫氫后氧含量達到0,650.8%;經(jīng)過壓縮機三段的壓縮，從三段油水分離器出口進入脫硫槽，在此除去C02氣體中的硫化物，總硫正?？刂圃?.2111以下，脫硫后C02進入C02換熱器，與脫氫反應(yīng)器出來的C02換熱后，再進入開工加熱器，用2.5MPa蒸汽加熱至150~200°C，然后進入裝有鈀鉑催化劑的脫氫反應(yīng)器，氧氣與二氧化碳氣體中的可燃組分發(fā)生反應(yīng)，脫除原料氣中的氫氣、甲烷、一氧化碳等可燃組分，脫氫后二氧化碳氣體中含氫及其它可燃氣體量〈50PPm，脫氫的目的是使高壓洗滌器出口氣體在可爆范圍之外。3)脫氫后氣體經(jīng)C02換熱器換熱后溫度由200'C降至100°C±10°C,然后進入中壓C02冷卻器冷卻至36r土4x:后，進入co2汽液分離器，排凈液滴后進入壓縮機四段入口，最終C02氣體被壓縮到15.0MPa進入高壓系統(tǒng)進行尿素合成反應(yīng)，最后，不參與反應(yīng)的惰性氣體混合一部分氨、C02從高壓洗滌器氣相排出。所述步驟1)的流程如圖3所示，具體介紹如下，來自空壓機加壓后的空氣通過FCV-02調(diào)節(jié)流量，流經(jīng)FT-03進入富氧空氣混合器內(nèi)。氧氣通過FCV-01調(diào)節(jié)流量，流經(jīng)FT-0KFT-02進入富氧空氣混合器，與空氣形成富氧空氣后，流經(jīng)FT-04分別進入各臺壓縮機，與二氧化碳氣體混合壓縮進入脫氫系統(tǒng)進行脫氫處理。在空壓機的出口管道與富氧空氣管道交匯處設(shè)置三個球閥，當系統(tǒng)條件不滿足加入氧氣時，可以通過此三個球閥進行氧氣的退出切換，使用FT-05來計量加入的空氣量，確保系統(tǒng)防腐要求。氮氣通過電磁閥XSV-02控制進入氧氣管道中，通過富氧空氣混合器上的放空閥XSV-03,吹掃氧氣停用后管道內(nèi)積存的氧氣，保證管道安全交出。富氧空氣混合器底部倒淋用于排放混合器內(nèi)的積水，防止油水進入壓縮機。試驗1)安全性分析及比較對于C02汽提生產(chǎn)工藝，其系統(tǒng)主要的不安全因素在于高壓洗滌器放空氣體中的可爆氣體含量，如果高壓洗滌器放空氣體中的可爆氣體過多處于可爆范圍內(nèi)時，遇到閥門摩擦產(chǎn)生靜電、壓縮能量、電火花等情況時便會造成高壓洗滌器產(chǎn)生爆炸，因此對于C02汽提生產(chǎn)工藝的安全性分析主要在于高壓洗滌器出氣的安全性分析。根據(jù)天辰設(shè)計院針對兗礦魯南化肥廠雙結(jié)構(gòu)調(diào)整尿素項目提供的物料平衡表可知原料CO2總氣量20000m3/11，其中氫含量占0.45%;經(jīng)過尿素合成反應(yīng)后高壓洗滌器出氣排放的氣體含量為NH3:8.53%，C02:2.68%，02:14.15%,N2:70.97%，CH4:3.37%，H2:0%，Ar:0.299%，氣體總量1074m3/h。經(jīng)過計算可得，高壓洗滌器出氣中氨91m3/11,甲烷36m3/11，氫0m3/11，故可燃氣中氨占71.65%，甲烷28.35%。根據(jù)可燃氣的體積分數(shù)按照爆炸極限計算公式，根據(jù)氨及甲烷的爆炸極限，可算出其可燃氣在氧氣中的爆炸上下限-可燃氣的爆炸下限為LLox=100/(71.65/13.5+28.35/5.5)=9.56%可燃氣的爆炸上限為Lhox=100/(71.65〃9+28.35/60)=72.5%根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可作出高壓洗滌器出氣的爆炸極限圖，如圖l所示。未改造前高壓洗滌器出氣中，惰性氣占73.95%，氧氣占14.15%，可燃氣占11.96%，在圖1中作出A點，可看出其位于爆炸范圍外，因此高壓洗滌器是安全的。采用純氧脫氫后，經(jīng)計算使用純氧減少進高壓洗滌器的惰氣含量為169m3/h，高壓洗滌器出氣總體積變?yōu)?074-169=905m3/h，因此其中惰性氣占69.15%，氧氣占16.8%，可燃氣占14.05%，從圖1中作出B點，可看出其也位于爆炸范圍外，因此高壓洗滌器也是安全的。從以上驗證可以看出采用純氧脫氫后高壓洗滌器內(nèi)的氣體仍然在安全范圍內(nèi)，但是較使用空氣脫氫時更靠近可燃范圍，安全性有所下降，因此在操作上必須加強工藝指標的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，優(yōu)化操作。2)改造后效果按照設(shè)計條件C02氣量20000m3/h;氫含量0.45%來看，高壓洗滌器出氣的氣體含量為NH3:8.53%，C02:2.68%,02:14.15%，N2:70.97%,CH4:3.37%，H2:0%，Ar:0.299%，氣體總量1074m3/h。采用本發(fā)明的流程后，脫氫所使用的氧氣(20000*0.45%+2=45m3/h)不使用空氣而改用純氧，因此減少進入系統(tǒng)的氮氣等惰氣量(45+21%*79%=169m3/h)，因此高壓洗滌器放空量減少169m3/11，為1074-169=905m3/h。有效減少高壓系統(tǒng)放空量15.7%，提高了C02轉(zhuǎn)化率，節(jié)能降耗，為增加系統(tǒng)負荷、提高系統(tǒng)產(chǎn)量提供了條件。下表1為低壓吸收塔放空尾氣分析數(shù)據(jù)表，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出尿素三改造后放空尾氣中氫含量為0%(V)，由此可以看出，采用富氧脫氫后由于氧氣含量提高，脫氫效果顯著，氫氣可完全脫除。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>3)方案優(yōu)點論述改造后能有效的降低高壓系統(tǒng)的放空量達15.7%,提高了C02轉(zhuǎn)化率，為系統(tǒng)進一步提高負荷提供有利的條件。，根據(jù)我廠實際數(shù)據(jù)可看出，富氧脫氫投用后，日產(chǎn)尿素可增產(chǎn)26.3%。氧氣流量采用二選二的方式計量，更加有效的保證了氧氣流量計量的準確性，從而確保了脫氫所需的氧量。富氧空氣入壓縮機一段出口使用電磁閥加入，更加有效的避免了倒車過程中因備用機加壓放空大量空氣導(dǎo)致高壓系統(tǒng)氧含量不足腐蝕設(shè)備，產(chǎn)生紅尿素的事故發(fā)生。采用了安全聯(lián)鎖裝置，當任意一臺壓縮機或者空壓機跳車時，氧氣入口電磁閥(XSV-8110)就會自動關(guān)閉，杜絕了氧氣單獨接觸壓縮機帶油管道的可能性，有效保證了氧氣使用過程中的安全性。權(quán)利要求1.一種二氧化碳原料氣的脫氫方法，其特征在于，包括以下步驟1)將氧氣濃度為21～34％的富氧空氣加入到原料二氧化碳氣中，使原料二氧化碳氣中的氧含量達到1.25～1.4％；2)向壓縮機中加入富氧空氣的二氧化碳原料氣，經(jīng)壓縮后進行精脫硫，脫硫后總硫含量不高于0.2ppm；脫硫后的氣體經(jīng)過換熱和加熱至150～200℃，然后進入脫氫反應(yīng)器，使氧氣與二氧化碳氣體中的可燃組分發(fā)生反應(yīng)，脫除原料氣中的氫氣、甲烷、一氧化碳等可燃組分，脫氫后二氧化碳氣體中含氫及其它可燃氣體量＜50PPm；3)脫氫后的氣體經(jīng)換熱和冷卻器冷卻至36℃±4℃后，進入CO2汽液分離器，進行氣水分離，排凈液滴后，進入壓縮機下一段或直接外供，用于尿素的合成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化碳原料氣的脫氫方法，其特征在于所述步驟l)中富氧空氣是通過純氧與空氣經(jīng)嚴格計量混合后得到的。全文摘要本發(fā)明公開了一種二氧化碳原料氣的脫氫方法，包括以下步驟1)將富氧空氣加入到原料二氧化碳氣中，使氧含量達到1.25～1.4％；2)向壓縮機中加入含富氧空氣的二氧化碳原料氣，經(jīng)壓縮后進行精脫硫，脫硫后的氣體經(jīng)過換熱和加熱進入脫氫反應(yīng)器脫氫，脫氫后二氧化碳氣體中含氫及其它可燃氣體量＜50PPm；3)脫氫后氣體經(jīng)換熱和冷卻進入CO₂汽液分離器，進行氣水分離，排凈液滴后用于尿素的合成。本發(fā)明加入氧來進行脫氫，加入空氣來進行防腐，以減少脫氫后產(chǎn)生大量的氮氣等惰性氣體的問題，減少高壓系統(tǒng)的放空量，提高轉(zhuǎn)化率，提高系統(tǒng)負荷，增加尿素產(chǎn)能，減輕吸收、解吸、水解負荷，降低氨和蒸汽等消耗，有利于環(huán)?？刂啤Ｎ臋n編號C01B31/00GK101654248SQ20091001894公開日2010年2月24日申請日期2009年9月21日優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日發(fā)明者葉盛芳,楊成云,兵王,馬兆芳申請人:兗礦魯南化肥廠