CN102229434A - 利用甲醇驰放气联合生产甲醇和合成氨的装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用甲醇驰放气联合生产甲醇和合成氨的装置，所述装置包括有二氧化碳吸附塔、甲醇合成塔、甲醇冷却器、甲醇分离器、甲烷合成塔、氨合成塔、氨气冷却装置、氨气分离塔、闪蒸槽，所述二氧化碳吸附塔-甲醇合成塔-甲醇冷却器-甲醇分离器-甲烷合成塔-氨合成塔-氨气冷却装置-氨气分离塔-闪蒸槽的设备相互通过管道连接在一起，而闪蒸槽的液氨出口去液氨收集器，而闪蒸槽气体出口去氨回收***。本发明的优点在于形成了“焦碳-焦炉气-生产甲醇-生产合成氨”产业链，提供一条资源充分利用的循环经济路线，不仅从根本上解决了焦化企业的污染问题，而且将废气转化为液氨，有效提高了产品的附加值，提升了企业经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用甲醇驰放气联合生产甲醇和合成氨的装置。
背景技术
我国的焦炭产量很大，我国在2010年的焦炭产量达到2.5亿吨，中国焦炭产量连续年居世界第一，占世界焦炭总产量46％。中国的焦炭主要用在国内钢铁工业。随着钢铁工业对焦炭的巨大需求而高速发展起来的炼焦产业，在焦炭产量大幅度增长的同时，大量副产的焦炉煤气没有得到合理利用，导致了焦炭产区的环境急剧恶化，不少单一炼焦的独立焦化企业″只焦不化″，将大量的焦炉煤气采取点天灯的方式燃烧放散，既严重污染环境，又造成资源浪费。为了解决焦化行业的污染问题及提高焦碳行业的竞争力，焦炉气的综合利用越来越得到设计和生产单位的重视，并开始研制焦炉气制合成氨和甲醇的工艺开发。2004年底我国第一套焦炉气制甲醇装置在云南曲靖投产成功，该技术的开发大大提高了焦炉气的利用价值，焦碳的成本大幅度下降，为焦炉气的利用开好了头。目前国内已有近10套焦炉煤气制甲醇装置投入商业运行，单套装置设计规模多为10～20万t/a。由于焦炉气中氢元素一般在70％以上，碳元素在15％以下，而合成甲醇的化学反应氢碳比为2∶1，因此导致甲醇合成反应时碳元素不足，而上煤制气补碳又不现实，所以目前国内大多数焦炉气制甲醇工艺没有补碳装置，造成合成气中的氢碳比高，合成反应中过量的氢气会造成甲醇合成回路循环气量增大，增加合成循环压缩机的功耗和弛放气的排放量，使经过净化、转化等多个工序制取的洁净氢气作为弛放气进入燃料***烧掉，浪费了资源，增加了生产消耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种利用甲醇驰放气联合生产甲醇和合成氨的装置，本装置利用焦炉气制甲醇过程中排放的驰放气，经过脱碳、补氮、醇烷化过程后，得到合理配比的合成氨原料气来生产合成氨，从而很好的解决了甲醇驰放气的利用问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：本利用甲醇驰放气联合生产甲醇和合成氨的装置，其特征在于：所述装置包括有二氧化碳吸附塔、甲醇合成塔、甲醇冷却器、甲醇分离器、甲烷合成塔、氨合成塔、氨气冷却装置、氨气分离塔、闪蒸槽，所述二氧化碳吸附塔的底部进口与甲醇驰放气的管道相连接，二氧化碳吸附塔顶部出口，通过管道与来自空气分离***中的氮气管道相会合后一并与第一气体压缩机的进气口相连接，第一气体压缩机的出气口通过管道与甲醇合成塔的进气口相连接，甲醇合成塔的出口通过管道与甲醇冷却器的进气口相连接，而甲醇冷却器的气液出口通过管道与甲醇分离器的进口相连接，而甲醇分离器的甲醇液体出口通过管道从甲醇分离器的底部通向甲醇收集器，而甲醇分离器的顶部气体出口通过管道与甲烷合成塔的进气口相连接，而甲烷合成塔的出气口通过管道与第二气体压缩机的进气口相连接，而第二气体压缩机的气体出口通过管道与氨合成塔的进气口相连接，而氨合成塔的出气口通过管道与氨气冷却装置的进气口相连接，而氨气冷却装置的出口通过管道与氨气分离塔的进口相连接，而氨气分离塔的顶部气体出口通过管道与第三气体压缩机的进口相连通，而第三气体压缩机的出气口通过管道与第二气体压缩机的气体出口管道相会合后与氨合成塔的进气口相连接，氨气分离塔的底部液体出口通过管道与闪蒸槽的进口相连接，而闪蒸槽的液氨出口通过管道去液氨收集器，而闪蒸槽顶部的气体出口通过管道去氨回收***。
作为改进，所述氨合成塔与氨气冷却装置之间还可设置有热量回收器，所述氨合成塔的出气口通过管道与热量回收器的进气口相连接，而热量回收器的出气口通过管道与氨气冷却装置的进气口相连接。
再改进，所述氨气冷却装置包括有冷却水冷却器和氨冷却剂的氨冷却器，所述热量回收器的出气口通过管道与冷却水冷却器的进气口相连接，而冷却水冷却器的出气口通过管道与氨冷却器的底部进气口相连接，而位于氨冷却器上部的出口通过管道与氨气分离塔的进口相连接。
再改进，所述氨回收***中的废气通过管道去锅炉燃烧。
再改进，所述二氧化碳吸附塔中吸附下来的二氧化碳通过管道去甲醇合成部。
与现有技术相比，本发明的优点在于形成了″焦碳-焦炉气-生产甲醇-生产合成氨″产业链，提供一条资源充分利用的循环经济路线，不仅从根本上解决了焦化企业的污染问题，而且将废气转化为液氨，有效提高了产品的附加值，提升了企业经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例的利用甲醇驰放气联合生产甲醇和合成氨的装置包括有二氧化碳吸附塔1、甲醇合成塔2、甲醇冷却器21、甲醇分离器3、甲烷合成塔4、氨合成塔5、氨气冷却装置、氨气分离塔8、闪蒸槽9，所述二氧化碳吸附塔1的底部进口与甲醇驰放气的管道相连接，二氧化碳吸附塔1顶部出口，通过管道与来自空气分离***12中的氮气管道相会合后一并与第一气体压缩机13的进气口相连接，第一气体压缩机13的出气口通过管道与甲醇合成塔2的进气口相连接，甲醇合成塔2的出口通过管道与甲醇冷却器21的进气口相连接，而甲醇冷却器21的气液出口通过管道与甲醇分离器3的进口相连接，而甲醇分离器3的甲醇液体出口通过管道从甲醇分离器3的底部通向甲醇收集器，而甲醇分离器3的顶部气体出口通过管道与甲烷合成塔4的进气口相连接，而甲烷合成塔4的出气口通过管道与第二气体压缩机41的进气口相连接，而第二气体压缩机41的气体出口通过管道与氨合成塔5的进气口相连接，而氨合成塔5的出气口通过管道与氨气冷却装置的进气口相连接，而氨气冷却装置的出口通过管道与氨气分离塔8的进口相连接，而氨气分离塔8的顶部气体出口通过管道与第三气体压缩机81的进口相连通，而第三气体压缩机81的出气口通过管道与第二气体压缩机41的气体出口管道相会合后与氨合成塔5的进气口相连接，氨气分离塔8的底部液体出口通过管道与闪蒸槽9的进口相连接，而闪蒸槽9的液氨出口通过管道去液氨收集器，而闪蒸槽9顶部的气体出口通过管道去氨回收***91，而氨回收***91中的废气通过管道去锅炉燃烧。上述二氧化碳吸附塔1中吸附下来的二氧化碳通过管道去甲醇合成部10。
如图1所示，上述氨合成塔5与氨气冷却装置之间设置有热量回收器6，而氨气冷却装置包括有冷却水冷却器71和氨冷却剂的氨冷却器7，氨合成塔5的出气口通过管道与热量回收器6的进气口相连接，而热量回收器的出气口通过管道与冷却水冷却器71的进气口相连接，而冷却水冷却器的出气口通过管道与氨冷却器7的底部进气口相连接，而位于氨冷却器7上部的出口通过管道与氨气分离塔8的进口相连接。
本发明装置的优点是：
1、将甲醇合成驰放气作为原料气，生产应用极为广泛的合成氨，避免了大量有用气体作为燃料气燃烧或直接放空烧掉所造成的资源浪费和环境污染。
2、甲醇合成驰放气脱碳所产生的二氧化碳又返回甲醇合成装置，优化了甲醇合成气的氢碳比，提高了甲醇合成的效率，降低了甲醇合成气消耗。
3、实现了各生产要素的合理配置，使焦碳、焦炉气、甲醇、合成氨的成本均有所降低。
4、本技术采用先进的气体变压吸附净化技术、醇烷化技术和低压氨合成技术。
5、氨合成装置中的水冷器采用蒸发式冷却器，减少冷却水用量，节约占地面积。
6、合成塔出口高温气体可副产中压蒸汽。
实施例一
某厂焦炭产量为150万吨/年，生产过程中产生的焦炉气可生产甲醇20万吨/年。由于甲醇合成气中氢碳比高，在甲醇生产过程中产生的驰放气大，除少量用于炼焦燃料外，大部分放空烧掉。新配套上马一套8万吨合成氨装置，甲醇驰放气33000Nm3/h，气体组分为H276.74％CH41.18％N29.75％CO6.59％CO25.59％CmHn 2.1％，压力4.5MPa，温度35℃，减压为2.1MPa后进入脱碳工段，脱碳产生的二氧化碳气体经过加压后返回甲醇合成装置。经过脱碳后的气体主要有氢气、氮气和少量一氧化碳、二氧化碳及甲烷。为确保合成氨生产氢氮比3∶1的要求，在脱碳工段后补充高纯氮气(氮气来自空分***99.99％)3400Nm3/h，使气体中的成分满足合成氨所需要的氢氮比要求。调配后气体压力2.1MPa，温度35℃。该气体经过压缩机加压至10MPa先后进入甲醇化和甲烷化工段，将CO+CO2降低至20PPM以下，然后进一步加压至25MPa后进入氨合成工段，经过预热、反应、冷却、氨分离等步骤，生产出成品合成氨10t/h。
实施例二
某厂焦炭产量为120万吨/年，生产过程中产生的焦炉气生产甲醇15万吨/年，配套6万吨合成氨装置和3万吨食品二氧化碳装置。甲醇驰放气26000Nm3/h，气体组分为H273.25％CH41.38％N29.25％CO6.28％CO25.86％CmHn 2.1％，气体压力4.2MPa，温度35℃，减压为2.0MPa后进入变压吸附脱碳工段，脱碳产生的二氧化碳气体经过加压后生产3万吨/年食品级二氧化碳。经过脱碳后的气体成分为：氢气76.85％、氮气9.73％，还有少量一氧化碳、二氧化碳及甲烷。为确保合成氨生产氢氮比3∶1的要求，在脱碳工段后补充高纯氮气(氮气来自空分***99.99％)2700Nm3/h，使气体中的成分满足合成氨所需要的氢氮比要求。调配后气体压力2.1MPa，温度35℃。该气体经过压缩机加压至10MPa先后进入甲醇化和甲烷化工段，将CO+CO2降低至20PPM以下，然后进一步加压至25MPa后进入氨合成工段，经过预热、反应、冷却、氨分离等步骤，生产出成品合成氨8t/h。
具体流程说明：
一、变压吸附流程：
变压吸附装置(即时旨二氧化碳吸附塔，下同)由多个并联的吸附塔和多台专用程控阀组成。从甲醇合成装置来的含二氧化碳6～10％的甲醇驰放气从吸附塔的底部进入吸附剂床层，在吸附剂选择吸附的条件下，将甲醇驰放气中的二氧化碳吸附下来，未被吸附的氢氮气进入第一气体压缩机的压缩工段。
二、醇烷化流程：
经过变压吸附脱碳后的原料气中含有少量残余的CO、CO2、O2等有害气体，为了防止它们对氨合成催化剂的毒害，原料气送入氨合成塔之前必须进行净化。变压吸附装置来的氢氮气由压缩机加压到10MPa送入甲醇合成工段，在催化剂的作用下，气体中的一氧化碳、二氧化碳与氢气在甲醇合成塔内，在催化剂存在下反应生成甲醇，
醇化反应方程式为：CO+2H2→CH3OH
CO2+3H2→CH3OH+H2O
由甲醇合成工段出来的醇化气(含CO+CO2＝0.7％)，经过换热后进入甲烷化塔(即指甲烷合成塔)，在甲烷化催化剂作用下完成甲烷化反应，使甲烷化气CO+CO2＝20ppm。合格甲烷化气送至第二气体压缩机而进入压缩工段进一步加压至20MPa后送往氨合成工段。
烷化反应方程式：
nCO+2nH2→CnH2n+2+(n-1)H2O
nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2+nH2O
nCO2+(3n+1)H2→CnH2n+2+2nH2O
合成氨流程：
从压缩机来20MPa的合格甲烷化气，经过加热后进入氨合成塔，在催化剂的作用下，氢气和氮气反应生成合成氨，出合成塔的气体经过废热锅炉(即指热量回收器)副产中压蒸汽，然后经过冷却水冷却器和氨冷却器两级冷却，气氨冷凝成液氨从气体中分离，得到液氨产品，冷却器采用高效蒸发式冷却器。分离下来的液氨减压后进入闪蒸槽，闪蒸槽将液氨在高压***中溶解的有效气体释放出来形成驰放气，驰放气去氨回收***，氨回收出来的气体送往废气锅炉燃烧，以回收其余热。氨合成压力：20Mpa，氨合成温度：450-550℃，氨合成反应方程式为：N2+3H2→2NH3。
Claims (5)
1.一种利用甲醇驰放气联合生产甲醇和合成氨的装置，其特征在于：所述装置包括有二氧化碳吸附塔(1)、甲醇合成塔(2)、甲醇冷却器(21)、甲醇分离器(3)、甲烷合成塔(4)、氨合成塔(5)、氨气冷却装置、氨气分离塔(8)、闪蒸槽(9)，所述二氧化碳吸附塔(1)的底部进口与甲醇驰放气的管道相连接，二氧化碳吸附塔(1)顶部出口，通过管道与来自空气分离***(12)中的氮气管道相会合后一并与第一气体压缩机(13)的进气口相连接，第一气体压缩机(13)的出气口通过管道与甲醇合成塔(2)的进气口相连接，甲醇合成塔(2)的出口通过管道与甲醇冷却器(21)的进气口相连接，而甲醇冷却器(21)的气液出口通过管道与甲醇分离器(3)的进口相连接，而甲醇分离器(3)的甲醇液体出口通过管道从甲醇分离器(3)的底部通向甲醇收集器，而甲醇分离器(3)的顶部气体出口通过管道与甲烷合成塔(4)的进气口相连接，而甲烷合成塔(4)的出气口通过管道与第二气体压缩机(41)的进气口相连接，而第二气体压缩机(41)的气体出口通过管道与氨合成塔(5)的进气口相连接，而氨合成塔(5)的出气口通过管道与氨气冷却装置的进气口相连接，而氨气冷却装置的出口通过管道与氨气分离塔(8)的进口相连接，而氨气分离塔(8)的顶部气体出口通过管道与第三气体压缩机(81)的进口相连通，而第三气体压缩机(81)的出气口通过管道与第二气体压缩机(41)的气体出口管道相会合后与氨合成塔(5)的进气口相连接，氨气分离塔(8)的底部液体出口通过管道与闪蒸槽(9)的进口相连接，而闪蒸槽(9)的液氨出口通过管道去液氨收集器，而闪蒸槽(9)顶部的气体出口通过管道去氨回收***(91)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述氨合成塔(5)与氨气冷却装置之间设置有热量回收器(6)，所述氨合成塔(5)的出气口通过管道与热量回收器(6)的进气口相连接，而热量回收器(6)的出气口通过管道与氨气冷却装置的进气口相连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述氨气冷却装置包括有冷却水冷却器(71)和氨冷却剂的氨冷却器(7)，所述热量回收器的出气口通过管道与冷却水冷却器的进气口相连接，而冷却水冷却器(71)的出气口通过管道与氨冷却器(7)的底部进气口相连接，而位于氨冷却器(7)上部的出口通过管道与氨气分离塔(8)的进口相连接。
4.根据权利要求1至3中任一所述的装置，其特征在于：所述氨回收***(91)中的废气通过管道去锅炉燃烧。
5.根据权利要求1至3中任一所述的装置，其特征在于：所述二氧化碳吸附塔(1)中吸附下来的二氧化碳通过管道去甲醇合成部(10)。
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