專利名稱：一次通過式等溫雙甲深度凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于氣體凈化和氮肥工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一次通過式等溫雙甲深 度凈化裝置，適用于以煤、天燃?xì)狻⒁胰参矚?、煤制合成油尾氣等為原料制備合成氨的合?氣深度凈化過程，凈化后的氣體質(zhì)量滿足氨合成催化劑的要求。
背景技術(shù)：
合成氨過程是所有氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)起到舉足輕重的作用。合成 氨工業(yè)又是高能耗的行業(yè)，哪怕對合成氨技術(shù)稍作改進(jìn)，在行業(yè)內(nèi)推廣將對整個合成氨工 業(yè)的節(jié)能產(chǎn)生積極的效果。目前氨合成原料氣必須是純凈的氫氣和氮?dú)?，如果合成氨原料氣中CO殘存量為 20ppmv就會降低合成氨反應(yīng)速度10%以上。而以煤、天燃?xì)?、乙炔尾氣、煤制合成油尾氣?為原料制備合成氨的合成氣經(jīng)變換脫碳后，含有0. 5% 8%的C0+C02，需要進(jìn)行脫除。現(xiàn)有合成氨原料氣中少量C0+C02脫除方法很多，有銅洗法、醇烷化法、醇烴化法、 甲烷化法、液氮洗等凈化工藝，各有優(yōu)缺點(diǎn)。銅洗法可以脫除原料氣中殘余的CO、CO2，是我國合成氨工業(yè)長期以來精制原料氣 的一種主要方法，在我國的應(yīng)用已非常成熟。但是這種方法不僅具有能耗高、氫氣回收率 低、原料氣凈化度低、操作費(fèi)用高、工藝復(fù)雜、阻力降大、操作難度大等缺點(diǎn)，而且環(huán)境污染 嚴(yán)重，廢水中含有重金屬銅、氨、一氧化碳、二氧化碳等，不利于環(huán)保，銅洗法已逐步淘汰。采用甲烷化法脫除工藝氣中的CO和C02可大幅度簡化生產(chǎn)流程，降低建設(shè)和操作 費(fèi)用，運(yùn)行費(fèi)用較銅洗低，占地面積也較銅洗少。但是為了保證甲烷化反應(yīng)溫度不超溫，進(jìn) 甲烷化工段的工藝氣體含碳量必須嚴(yán)格控制，這就對變換脫碳工段提出了更苛刻的要求， 操作范圍窄；另外碳氧化物全部轉(zhuǎn)化為甲烷后，合成氨工段惰性氣體含量高，弛放氣量大， 導(dǎo)致新鮮氣消耗大，合成氨能耗高。液氮洗需要大量的純氮作為洗滌液體，因此需要配套空分裝置，一般認(rèn)為液氮洗 凈化和低溫甲醇洗配套比較有優(yōu)勢。醇烷化法、醇烴化法對原料氣的適應(yīng)性廣，對變換工段的要求較寬松，并且將原料 氣中的碳氧化物轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時，降低合成氨的放氣量，氨醇 比調(diào)節(jié)范圍大，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡單。目前，工業(yè)上使用的醇烷化法、醇烴化法，都有各 自的特點(diǎn)，但也存在著缺點(diǎn)，例如醇烷化法是非等壓中壓醇化、高壓醇化和高壓烷化，在高 壓下雖然有利于甲醇和甲烷的生成，但是CO和CO2氣體需要壓縮至高壓，不僅增加了壓縮 機(jī)功耗，而且增加了泄漏的危險；中壓和高壓凈化裝置分別和壓縮機(jī)來回串聯(lián)流程，流程復(fù) 雜，對壓縮機(jī)影響大，特別不適合于離心式壓縮機(jī)流程；中壓和高壓凈化工藝不適用于低壓 氨合成工藝，一般僅適用于中小化肥裝置。醇烴化法的核心是采用精脫硫、甲醇化、甲烷化 三個過程，工藝氣體在三個過程之間來回串，流程復(fù)雜阻力大；采用電爐管加熱，流程復(fù)雜； 采用絕熱甲醇化反應(yīng)器，不能副產(chǎn)中壓蒸汽，能量利用效率低，并且浪費(fèi)大量冷卻水；單程 轉(zhuǎn)化率低，節(jié)能效果差；一般僅適用于中小化肥裝置。
3[0009]不管是醇烷化法，還是醇烴化法，因其能達(dá)到的醇氨比范圍非常大(0. 067 1. 25 或0. 06 1. 3)，即甲醇的產(chǎn)量可以占醇氨總產(chǎn)量的6 7%到70 80%并且可以調(diào)節(jié)，勢 必造成化工裝置產(chǎn)能和投資的浪費(fèi)。即多產(chǎn)甲醇時，造成氨合成的產(chǎn)能浪費(fèi)和低負(fù)荷低效 率運(yùn)行；多產(chǎn)合成氨時，又會造成甲醇裝置的產(chǎn)能浪費(fèi)和低負(fù)荷低效率運(yùn)行。這是和現(xiàn)代化 大型化工裝置的設(shè)計操作理念相違背的。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是以合成氣深度凈化為目的，追求變換脫碳和深 度凈化的總投資最低，變換脫碳和深度凈化的總能耗最低，甲醇和氨產(chǎn)品的綜合成本最低， 而不追求高或低的醇氨比為目的，而提供一種一次通過式等溫雙甲深度凈化裝置，以適用 于以煤、天燃?xì)狻⒁胰参矚?、煤制合成油尾氣等為原料制備合成氨的合成氣深度凈化過程， 凈化后的氣體質(zhì)量滿足氨合成催化劑的要求。同時具有凈化效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、流程簡單、 投資小、能耗低、操作簡單、無污染等優(yōu)點(diǎn)，解決目前合成氨合成氣深度凈化工藝和裝置中 存在的問題，使C0+C02在合成氣中含量低于lOppmv。本實用新型所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一次通過式等溫雙甲深度凈化裝置，設(shè)置在合成氣壓縮機(jī)低壓缸、高壓缸段間，其 包含相互串聯(lián)的至少一甲醇化反應(yīng)器和一絕熱甲醇化反應(yīng)器，造氣工段來的工藝氣體經(jīng)變 換脫碳后，通過合成氣壓縮機(jī)低壓缸壓縮后進(jìn)入甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲醇化，而后進(jìn)入絕熱 甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)后被送出。本實用新型的合成氣壓縮機(jī)為離心式壓縮機(jī)，至少具有低壓缸和高壓缸或多缸。所述甲醇化反應(yīng)器為等溫甲醇化反應(yīng)器或絕熱甲醇化反應(yīng)器或由一臺等溫甲醇 化反應(yīng)器和絕熱甲醇化反應(yīng)器組合而成。本實用新型的等溫甲醇化反應(yīng)器副產(chǎn)中壓飽和蒸汽，反應(yīng)溫度通過副產(chǎn)飽和蒸汽 壓力來控制。本實用新型使造氣工段來的工藝氣體經(jīng)變換脫碳后，殘余C0+C02的含量在 0. 5% 8%之間，通過合成氣壓縮機(jī)低壓缸壓縮后，形成壓力為5. O 8. OMPa的工藝氣體 進(jìn)入一等溫雙甲深度凈化裝置，依次進(jìn)行甲醇化和甲烷化反應(yīng)后，得到C0+C02含量IOppmv 以下凈化后的工藝氣體送入下一工段干燥凈化。其甲醇化反應(yīng)當(dāng)進(jìn)入等溫雙甲深度凈化裝置的工藝氣體中含碳量較低時，為了縮 短流程、簡化操作、降低投資，原料氣進(jìn)行甲醇化時，可以在一等溫甲醇化反應(yīng)器或一絕熱 甲醇化反應(yīng)器中進(jìn)行。也可以依次通過一等溫甲醇化反應(yīng)器和一絕熱甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行。本實用新型工藝氣體經(jīng)過等溫甲醇化反應(yīng)器后，C0+C02在催化劑作用下與H2反應(yīng) 生成CH3OH和H2O,并放出大量的熱，熱量通過鍋爐給水移走，同時副產(chǎn)中壓飽和蒸汽和分離 甲醇，經(jīng)過等溫甲醇化反應(yīng)器反應(yīng)后的工藝氣體進(jìn)入絕熱甲醇化反應(yīng)器反應(yīng)，C0+C02殘余 量小于0. 5%并進(jìn)一步分離出甲醇。本實用新型經(jīng)過甲醇化反應(yīng)后的工藝氣體進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，剩 余的C0+C02轉(zhuǎn)化為甲烷，C0+C02含量降到IOppmv以下，經(jīng)冷卻分水后送出。由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、允許造氣來的工藝氣體經(jīng)變換脫碳后殘余0. 5% 8%左右的C0+C02，以大幅度
4降低變換脫碳的投資和能耗。2、本實用新型全部采用普通的設(shè)備完成合成氣深度凈化的目標(biāo)。3、本實用新型的等溫雙甲深度凈化裝置在凈化合成氣的同時副產(chǎn)甲醇和副產(chǎn)中 壓飽和蒸汽，大幅度降低冷卻水消耗，是高效節(jié)能的工藝。4、本實用新型不僅可以實現(xiàn)將氨合成的有害氣體C0+C02轉(zhuǎn)化為甲醇，而且能夠降 低合成工段惰性組分甲烷的含量，甲烷化后的工藝氣體中甲烷含量低，達(dá)到氨合成工段循 環(huán)量小，放氣量降低、達(dá)到節(jié)能減排的目的。5、本實用新型的等溫雙甲深度凈化裝置，單臺設(shè)備體積小，整個裝置投資省、操作 簡單；6、本實用新型的等溫雙甲深度凈化裝置采用等溫甲醇化反應(yīng)器，相對于絕熱甲醇 化反應(yīng)器而言，完全取消循環(huán)機(jī)的使用，操作彈性更大，并且沒有超溫飛溫的危險。7、本實用新型的等溫雙甲深度凈化裝置全部采用等溫或絕熱的自熱反應(yīng)器，取消 使用電爐管加熱器。8、本實用新型的等溫雙甲深度凈化裝置中絕熱甲醇化反應(yīng)器的設(shè)置，可以將來自 等溫甲醇化反應(yīng)器的工藝氣體中少量的C0+C02進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲醇，減少C0+C02濃度，即降 低氨合成回路惰性成分CH4的含量、保證甲烷化反應(yīng)器不超溫不飛溫。9、本實用新型的等溫雙甲深度凈化裝置中的甲烷化反應(yīng)器可以將微量的C0+C02 轉(zhuǎn)化為CH4,使出來的工藝氣體中C0+C02含量低于lOppmv，達(dá)到合成氨原料氣深度凈化的目 的；10、本實用新型正常生產(chǎn)時無三廢排放。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
來進(jìn)一步說明本實用新型。

圖1為本實用新型實施例1 一次通過式等溫雙甲深度凈化工藝的流程圖。圖2為本實用新型實施例2 —次通過式等溫雙甲深度凈化工藝的流程圖。圖3為本實用新型實施例3 —次通過式等溫雙甲深度凈化工藝的流程圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下 面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實用新型。實施例1該實施例應(yīng)用在新建裝置上，其節(jié)能效果明顯。該實施例的一次通過式等溫雙甲 深度凈化裝置，包括一合成氣壓縮機(jī)，該合成氣壓縮機(jī)為離心式壓縮機(jī)，具有一個低壓缸 110和一個高壓缸120，還包括一雙甲深度凈化裝置300，該雙甲深度凈化裝置200由一個等 溫甲醇化反應(yīng)器R1、一個絕熱甲醇化反應(yīng)器R2和一個絕熱甲烷化反應(yīng)器R3串聯(lián)而成。變換脫硫脫碳來的工藝氣體1，經(jīng)壓縮機(jī)低壓缸110壓縮后，在5. 0 8. OMPa壓 力下進(jìn)入雙甲深度凈化裝置300中。該工藝氣體1首先被預(yù)熱至溫度200 250°C后進(jìn)入 等溫甲醇化反應(yīng)器R1，等溫甲醇化反應(yīng)器Rl副產(chǎn)中壓飽和蒸汽，反應(yīng)溫度通過副產(chǎn)飽和蒸 汽壓力來控制。出等溫甲醇化反應(yīng)器Rl的工藝氣體經(jīng)熱回收和分離甲醇后，進(jìn)入絕熱甲醇化反應(yīng)器R2，剩余的C0+C02進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲醇。工藝氣中殘余微量的C0+C02送入絕熱甲 烷化反應(yīng)器R3，出絕熱甲烷化反應(yīng)器R3的工藝氣體中碳氧化物含量低于lOppmv，經(jīng)冷卻分 水后，送入下游液氨洗滌或分子篩干燥凈化裝置300繼續(xù)脫除工藝氣中少量的水分和C02。 脫除工藝氣中少量的水分和CO2后的工藝氣體通過壓縮機(jī)高壓缸120壓縮后，形成合成氣 進(jìn)入塔后分氨氨合成器400，氨合成器400的一部分氣體送至合成氨工段，另一部分形成循 環(huán)氣送入壓縮機(jī)高壓缸120，尾氣送入氫回收器500回收氫氣，回收的氫氣與工藝氣體1混
口 O雙甲深度凈化裝置300中的等溫甲醇化反應(yīng)器Rl通入脫鹽水副產(chǎn)中壓飽和蒸汽， 絕熱甲醇化反應(yīng)器R2和絕熱甲烷化反應(yīng)器R3可以通入脫鹽水副產(chǎn)中壓過熱蒸汽。雙甲深 度凈化裝置300的加熱和冷卻采用通入中壓過熱蒸汽和冷卻水進(jìn)行。脫硫脫碳后的工藝氣體1的組成是(V% ) :C0 4 8、C02 0. 1 0. 3、H2 63 71、 CH4 0. 1 l、Ar 0. 1 1、N2 18 20。每噸甲醇副產(chǎn)飽和蒸汽量為> 0. 8t/t (2. 5MPaG, 226 °C )實施例2:如果脫硫脫碳原料氣中總碳含量降低，可以采用以下實施例2，降低投資。該實施 例只是雙甲深度凈化裝置200與實施例1不同，是由一個等溫甲醇化反應(yīng)器Rl和一個絕熱 甲烷化反應(yīng)器R3串聯(lián)而成。其余部分與實施例1相同。變換脫硫脫碳來的工藝氣體1，經(jīng)壓縮機(jī)低壓缸110壓縮后，在5. 0 8. OMPa壓力 下進(jìn)入雙甲深度凈化裝置300中。該工藝氣體1首先被預(yù)熱至溫度200 250°C后進(jìn)入等 溫甲醇化反應(yīng)器R1，等溫甲醇化反應(yīng)器Rl副產(chǎn)中壓飽和蒸汽，反應(yīng)溫度通過副產(chǎn)飽和蒸汽 壓力來控制。出等溫甲醇化反應(yīng)器Rl的工藝氣體經(jīng)熱回收和分離甲醇后，送入絕熱甲烷化 反應(yīng)器R3，出甲烷化反應(yīng)器R3的工藝氣體碳氧化物含量低于lOppmv，經(jīng)冷卻分水后，送入 下游液氨洗滌或分子篩干燥凈化裝置300繼續(xù)脫除工藝氣中少量的水分和C02。脫除工藝 氣中少量的水分和CO2后的工藝氣體通過壓縮機(jī)高壓缸120壓縮后，形成合成氣進(jìn)入塔后 分氨氨合成器400，氨合成器400的一部分氣體送至合成氨工段，另一部分形成循環(huán)氣送入 壓縮機(jī)高壓缸120，尾氣送入氫回收器500回收氫氣，回收的氫氣與工藝氣體1混合。雙甲深度凈化裝置300中的等溫甲醇化反應(yīng)器Rl通入脫鹽水副產(chǎn)中壓飽和蒸汽， 絕熱甲烷化反應(yīng)器R3可以通入脫鹽水副產(chǎn)中壓過熱蒸汽。雙甲深度凈化裝置300的加熱 和冷卻采用通入中壓過熱蒸汽和冷卻水進(jìn)行。脫硫脫碳后的工藝氣體1的組成是(V% ) :C0 2 4、C02 0. 1 0. 3、H2 66 72、 CH4 0. 1 l、Ar 0. 1 1、N2 21 23。每噸甲醇副產(chǎn)飽和蒸汽量為> 0. 9t/t (2. 5MPaG, 226 °C )實施例3 如果脫硫脫碳原料氣中總碳含量進(jìn)一步降低，可以采用以下實施例3，進(jìn)一步降低 投資；應(yīng)用在改造裝置上節(jié)能增產(chǎn)效果明顯。該實施例只是雙甲深度凈化裝置200與實施 例1不同，是由一個絕熱甲醇化反應(yīng)器R2和一個絕熱甲烷化反應(yīng)器R3串聯(lián)而成。其余部 分與實施例1相同。變換脫硫脫碳來的工藝氣體1，經(jīng)壓縮機(jī)低壓缸110壓縮后，在5. 0 8. OMPa壓力 下進(jìn)入雙甲深度凈化裝置300中。該工藝氣體1首先被預(yù)熱至溫度200 230°C后進(jìn)入絕熱甲醇化反應(yīng)器R2，剩余的C0+C02進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲醇。出絕熱甲醇化反應(yīng)器R2的工藝氣 體經(jīng)熱回收和分離甲醇后，送入絕熱甲烷化反應(yīng)器R3，出甲烷化反應(yīng)器R3的工藝氣體碳氧 化物含量低于lOppmv，經(jīng)冷卻分水后，送入下游液氨洗滌或分子篩干燥凈化裝置300繼續(xù) 脫除工藝氣中少量的水分和C02。脫除工藝氣中少量的水分和CO2后的工藝氣體通過壓縮 機(jī)高壓缸120壓縮后，形成合成氣進(jìn)入塔后分氨氨合成器400，氨合成器400的一部分氣體 送至合成氨工段，另一部分形成循環(huán)氣送入壓縮機(jī)高壓缸120，尾氣送入氫回收器500回收 氫氣，回收的氫氣與工藝氣體1混合。雙甲深度凈化裝置300中的絕熱甲醇化反應(yīng)器R2和絕熱甲烷化反應(yīng)器R3可以通 入脫鹽水副產(chǎn)中壓過熱蒸汽。雙甲深度凈化裝置300的加熱和冷卻采用通入中壓過熱蒸汽 和冷卻水進(jìn)行。脫硫脫碳后的工藝氣體1的組成是(V% ) :C0 1 2、C02 0. 1 0. 3、H2 69 73、 CH4 0. 1 1、Ar 0. 1 1、N2 23 24。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行 業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述 的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還 會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型 要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求一次通過式等溫雙甲深度凈化工藝的裝置，其特征在于，設(shè)置在合成氣壓縮機(jī)低壓缸、高壓缸段間，該裝置包含相互串聯(lián)的至少一甲醇化反應(yīng)器和一絕熱甲醇化反應(yīng)器，造氣工段來的工藝氣體經(jīng)變換脫碳后，通過合成氣壓縮機(jī)低壓缸壓縮后進(jìn)入甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲醇化，而后進(jìn)入絕熱甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)后被送出。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的合成氣壓縮機(jī)為離心式壓縮機(jī)，至少 具有低壓缸和高壓缸或多缸。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述甲醇化反應(yīng)器為等溫甲醇化反應(yīng)器。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述甲醇化反應(yīng)器為絕熱甲醇化反應(yīng)器。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述甲醇化反應(yīng)器由一臺等溫甲醇化反應(yīng) 器和絕熱甲醇化反應(yīng)器組合而成。
專利摘要本實用新型公開的一次通過式等溫雙甲深度凈化裝置，設(shè)置在合成氣壓縮機(jī)低壓缸、高壓缸段間，該裝置包含相互串聯(lián)的至少一甲醇化反應(yīng)器和一絕熱甲醇化反應(yīng)器，造氣工段來的工藝氣體經(jīng)變換脫碳后，通過合成氣壓縮機(jī)低壓缸壓縮后進(jìn)入甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲醇化，而后進(jìn)入絕熱甲醇化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)后被送出。本實用新型以適用于以煤、天燃?xì)?、乙炔尾氣、煤制合成油尾氣等為原料制備合成氨的合成氣深度凈化過程，凈化后的氣體質(zhì)量滿足氨合成催化劑的要求。同時具有凈化效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、流程簡單、投資小、能耗低、操作簡單、無污染等優(yōu)點(diǎn)，解決目前合成氨合成氣深度凈化工藝和裝置中存在的問題，使CO+CO2在合成氣中含量低于10ppmv。
文檔編號C01B3/50GK201665527SQ200920075920
公開日2010年12月8日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者劉敬榮, 楊震東, 陸歡慶, 顧鶴燕 申請人:上海國際化建工程咨詢公司