CN102765733B - 用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备及工艺，所述的甲醇驰放气原料管道与驰放气提氢***相连接，驰放气提氢***与解吸气压缩机和氢氮联合压缩机相连接，氢氮联合压缩机与脱氧干燥装置、氮气原料管道、氨合成***相连接，氨合成***分别与氨合成循环机、冰机***、液氨球罐相连接；所述的焦炉气原料管道与联合压缩机相连接，联合压缩机与活性炭粗馏装置相连接，活性炭粗馏装置与变温吸附***相连接，变温吸附***与焦炉气提氢***相连接，焦炉气提氢***与水解精脱硫***相连接，水解精脱硫***与脱氧干燥***相连接，脱氧干燥***又与联合压缩机相连接，联合压缩机又与氢氮联合压缩机相连接。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及一种生产液氨的设备及工艺，特别涉及一种用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备及工艺。
背景技术
合成氨主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤等，目前，我国现已掌握了以焦炭、无烟煤、褐煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃等气固液多种原料生产合成氨的技术。传统的合成氨生产方法消耗的能源较高，设备陈旧，工艺繁琐，产量较低。
传统的生产合成氨方法不能够满足人们对合成氨利用的需求，因此，研发一种用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备及工艺，具有广阔的市场前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种节能高效的用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备及工艺。
本发明的技术方案是这样实现的：一种用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备，包括甲醇驰放气原料管道、焦炉气原料管道、氮气原料管道，所述的甲醇驰放气原料管道与驰放气提氢***相连接，驰放气提氢***通过管道与解吸气压缩机和氢氮联合压缩机相连接，氢氮联合压缩机通过管道与脱氧干燥装置、氮气原料管道、氨合成***相连接，氨合成***分别通过管道与氨合成循环机、冰机***、液氨球罐相连接；所述的焦炉气原料管道与联合压缩机相连接，联合压缩机通过管道与活性炭粗馏装置相连接，活性炭粗馏装置通过管道与变温吸附***相连接，变温吸附***通过管道与焦炉气提氢***相连接，焦炉气提氢***通过管道与水解精脱硫***相连接，水解精脱硫***通过管道与脱氧干燥***相连接，脱氧干燥***又通过管道与联合压缩机相连接，联合压缩机又通过管道与氢氮联合压缩机相连接。
所述的氨合成***和氨合成循环机之间设置有氨合成驰放气管道, 氨合成驰放气管道与甲醇燃气管网管道相连接，甲醇燃气管网管道与解吸气压缩机相连接，在解吸气压缩机与驰放气提氢***之间设置有焦化燃气管网管道。
一种利用上述用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备生产液氮的工艺，其工艺如下：
1）甲醇弛放气提氢
来自甲醇驰放气原料管道的甲醇弛放气，经减压到3.2MPa后进入驰放气提氢***，依次经历吸附，多级压力均衡降、顺放、逆放、冲洗、多级压力均衡升、最终升压，在逆放前期压阶段的气体进入缓冲罐，在装置无逆放时送入混合罐；在逆放后期的气体和冲洗部分的气体进入解吸气混合罐；解吸气经过解吸气缓冲罐和混合罐稳压，压力为10至30kPa，一部分经解吸气压缩机增压到0.3MPa后送甲醇燃气管网管道，剩下全部解吸气不须经加压即送焦化燃气管网管道；产品氢气去氢氮联合压缩机加压到14MPa后作为合成氨新鲜原料气送氨合成***；
2）焦炉气提氢
来自焦炉气原料管道的焦炉气经联合压缩机压缩后，压力为0.8MPa，然后经活性炭粗馏装置将焦炉气中的H2S脱除到1mg/Nm3以下，再经变温吸附***后送焦炉气提氢***,依次经历吸附，多级压力均衡降、顺放、逆放、抽真空解吸、多级压力均衡升、最终升压,在逆放前期的气体进入缓冲罐，在装置无逆放时送入混合罐；在逆放后期部分的气体和抽真空解吸部分的气体进入解吸气混合罐；提取请气后送入水解精脱硫***和脱氧干燥***进行脱氧脱硫，然后送往联合压缩机增压到3.0MPa后送氨合成***；
3）氮气脱氧
来氮气原料管道的氮气，经氢氮联合压缩机增压到14.25MPa后即进入脱氧干燥装置中脱除其中的氧气，再经干燥后即按氨合成需要的比例送氨合成***；
4）氨合成
将步骤1）和步骤2）中制得的氢气与步骤3）中脱氧干燥后的氮气送入氨合成***，并经氨合成循环机和冰机***后最终合成为液氨，在此过程中形成的弛放气经氨合成驰放气管道，送至甲醇燃气管网管道，液氨送往液氨球罐存储备用。
本发明具有如下的积极效果：利用甲醇生产在驰放气分离时保持的5.0MP的压力做为变压吸附工艺的压力来源，将大分子易吸附的杂质进行分离，不再另外增加动力装置消耗能量，实现吸附过程节能；根据驰放气的气质成分及工艺进行了分析和研究，合理利用驰放气气体组成中的氢气组分及甲醇驰放气分离时保持的5.0MP的压力实现节能，研究开发新型高效变压吸附剂提高氢气纯度，与空分装置富裕的氮气压缩合成生产合成氨。
附图说明
图1为本发明设备及工艺流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备，包括甲醇驰放气原料管道1、焦炉气原料管道20、氮气原料管道11，所述的甲醇驰放气原料管道1与驰放气提氢***2相连接，驰放气提氢***2通过管道与解吸气压缩机4和氢氮联合压缩机3相连接，氢氮联合压缩机3通过管道与脱氧干燥装置5、氮气原料管道11、氨合成***7相连接，氨合成***7分别通过管道与氨合成循环机6、冰机***8、液氨球罐9相连接；所述的焦炉气原料管道20与联合压缩机12相连接，联合压缩机12通过管道与活性炭粗馏装置13相连接，活性炭粗馏装置13通过管道与变温吸附***14相连接，变温吸附***14通过管道与焦炉气提氢***15相连接，焦炉气提氢***15通过管道与水解精脱硫***16相连接，水解精脱硫***16通过管道与脱氧干燥***17相连接，脱氧干燥***17又通过管道与联合压缩机12相连接，联合压缩机12又通过管道与氢氮联合压缩机3相连接。
所述的氨合成***7和氨合成循环机6之间设置有氨合成驰放气管道10, 氨合成驰放气管道10与甲醇燃气管网管道18相连接，甲醇燃气管网管道18与解吸气压缩机4相连接，在解吸气压缩机4与驰放气提氢***2之间设置有焦化燃气管网管道19。
一种利用上述的用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备生产液氮的工艺，其工艺如下：
1）甲醇弛放气提氢
来自甲醇驰放气原料管道1的甲醇弛放气，经减压到3.2MPa后进入驰放气提氢***2，依次经历吸附，多级压力均衡降、顺放、逆放、冲洗、多级压力均衡升、最终升压，在逆放前期压阶段的气体进入缓冲罐，在装置无逆放时送入混合罐；在逆放后期的气体和冲洗部分的气体进入解吸气混合罐；解吸气经过解吸气缓冲罐和混合罐稳压，压力为10至30kPa，一部分经解吸气压缩机4增压到0.3MPa后送甲醇燃气管网管道18，剩下全部解吸气不须经加压即送焦化燃气管网管道19；产品氢气去氢氮联合压缩机3加压到14MPa后作为合成氨新鲜原料气送氨合成***7；
2）焦炉气提氢
来自焦炉气原料管道20的焦炉气经联合压缩机12压缩后，压力为0.8MPa，然后经活性炭粗馏装置13将焦炉气中的H2S脱除到1mg/Nm3以下，再经变温吸附***14后送焦炉气提氢***15,依次经历吸附，多级压力均衡降、顺放、逆放、抽真空解吸、多级压力均衡升、最终升压,在逆放前期的气体进入缓冲罐，在装置无逆放时送入混合罐；在逆放后期部分的气体和抽真空解吸部分的气体进入解吸气混合罐；提取请气后送入水解精脱硫***16和脱氧干燥***17进行脱氧脱硫，然后
送往联合压缩机12增压到3.0MPa后送氨合成***7；
3）氮气脱氧
来氮气原料管道11的氮气，经氢氮联合压缩机3增压到14.25MPa后即进入脱氧干燥装置5中脱除其中的氧气，再经干燥后即按氨合成需要的比例送氨合成***7；
4）氨合成
将步骤1）和步骤2）中制得的氢气与步骤3）中脱氧干燥后的氮气送入氨合成***7，并经氨合成循环机6和冰机***8后最终合成为液氨，在此过程中形成的弛放气经氨合成驰放气管道10，送至甲醇燃气管网管道18，液氨送往液氨球罐9存储备用。
步骤2）中焦炉气变压吸附提取的氢气中，尚残留约200至3000ppm的O2，必须脱除到1ppm以下才能送往后续工序，否则将对氨合成催化剂造成损害。氢气脱氧采用催化脱氧法，首先用低压蒸汽将氢气加热到约80至120℃，在钯催化剂作用下，氢气中的O2与H2发生反应生成H2O。焦炉气变压吸附提取的氢气中，尚残留总量≤1ppm的COS，这部分硫化物不能送到后续工序，否则将对脱氧催化剂和氨合成催化剂造成损害，必须将其脱除到0.1ppm以下。氢气精脱硫采用常温水解的办法，利用脱氧氢气约80～120℃温度和脱氧反应生成的水份，在水解催化剂作用下将COS转化为易于脱除的H2S，再用常温ZnO脱硫剂吸收成的H2S，可以保证氢气中总硫≤0.1ppm。经冷却分离后水份后再用分子筛吸附干燥残留的饱和水份至<2ppm，送往焦炉气/氢气亮压缩机增压到约3.0MPa后并入甲醇弛放气提取的氢气管道中，一并作为氨合成原料气。
步骤3）中来自甲醇装置空分***的氮气，压力约3kPa，向其配入少量变压吸附提取的净化后氢气后，经氢氮联合压缩机3增压到约14.25MPa后即进入脱氧器中，在钯催化剂的作用下，氢和氧反应生成水，从而脱除其中的氧气，再经分子筛干燥器干燥，脱除其中的水分至＜2ppm后即按氨合成需要的比例配到经加压后14MPa的原料氢气中，与氢气一道送氨合成***。
分子筛吸附剂用来自甲醇装置空分***氮气进行再生。由于空分氮气很干燥，在常温下即可完成分子筛吸附剂的再生任务，虽然压力只有3kPa左右，但足以低速通过吸附器带走分子筛吸附剂中的水份。再生氮气直接放空。
任意时刻总有一台干燥器处于吸附工作步骤，而另一台干燥器再生后备用。
步骤4）中加压后混配制得的氨合成新鲜气与循环压缩机出口的循环气混合，一起进入氨合成塔。出合成塔气体温度320℃，进入废热锅炉。在废热锅炉产生1.1MPa蒸汽，降温至205℃左右，进入热交换器(管内)，温度降至80℃左右，再进水冷却器，温度降至常温后，依次进入冷交换器、一级氨冷、二级氨冷后进入氨分离器，分离器出口的循环气体在冷交换器用来冷却合成塔出口气体，然后回到合成气压缩机循环段入口。未少量未反应气体（即弛放气），送出界区外至甲醇装置加热炉作燃料。分离器分出的产品液氨，在减压槽中减压到大约3.6MPa，再减压送往1.6MPa氨贮罐槽。
因最终产品为液氨，而氨在比较低的压力下必须用冷冻的办法才能液化，故设置冰机***。采用液氨蒸发带走氨合成混合气热量的办法使氨合成混合气中的氨液化并与氨合成循环气分离，从而得到液氨产品。气氨回到冰机***循环使用。氨压缩机出口的气氨经回流冷却器和氨冷凝器冷凝后，自流至液氨储槽，然后液氨储槽的液氨再送往合成工序氨冷凝器壳层蒸发制冷形成循环。冷冻***的补充液氨由合成***补给。来自氨冷器壳侧和液氨储槽的排污收集后送往集油器处理。采用大、中型合成氨装置常用的压力式球形贮罐2台，每台400m3，考虑到液氨销售的季节性和短期中断的可能性，暂按贮存时间≥3天考虑。由合成工序来的液氨进入液氨球形贮罐内贮存，球罐操作压力约1.6MPa，液氨主要外售。
Claims (3)
1.一种用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备，包括甲醇驰放气原料管道（1）、焦炉气原料管道（20）、氮气原料管道（11），其特征在于：所述的甲醇驰放气原料管道（1）与驰放气提氢***（2）相连接，驰放气提氢***（2）通过管道与解吸气压缩机（4）和氢氮联合压缩机（3）相连接，氢氮联合压缩机（3）通过管道与脱氧干燥装置（5）、氮气原料管道（11）、氨合成***（7）相连接，氨合成***（7）分别通过管道与氨合成循环机（6）、冰机***（8）、液氨球罐（9）相连接；所述的焦炉气原料管道（20）与联合压缩机（12）相连接，联合压缩机（12）通过管道与活性炭粗馏装置（13）相连接，活性炭粗馏装置（13）通过管道与变温吸附***（14）相连接，变温吸附***（14）通过管道与焦炉气提氢***（15）相连接，焦炉气提氢***（15）通过管道与水解精脱硫***（16）相连接，水解精脱硫***（16）通过管道与脱氧干燥***（17）相连接，脱氧干燥***（17）又通过管道与联合压缩机（12）相连接，联合压缩机（12）又通过管道与氢氮联合压缩机（3）相连接。
2.根据权利要求1所述的用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备，其特征在于：所述的氨合成***（7）和氨合成循环机（6）之间设置有氨合成驰放气管道（10）, 氨合成驰放气管道（10）与甲醇燃气管网管道（18）相连接，甲醇燃气管网管道（18）与解吸气压缩机（4）相连接，在解吸气压缩机（4）与驰放气提氢***（2）之间设置有焦化燃气管网管道（19）。
3.一种利用权利要求1所述的用焦炉煤气、甲醇驰放气生产液氨的设备生产液氮的工艺，其特征在于，其工艺如下：
1）甲醇弛放气提氢
来自甲醇驰放气原料管道（1）的甲醇弛放气，经减压到3.2MPa后进入驰放气提氢***（2），依次经历吸附，多级压力均衡降、顺放、逆放、冲洗、多级压力均衡升、最终升压，在逆放前期压阶段的气体进入缓冲罐，在装置无逆放时送入混合罐；在逆放后期的气体和冲洗部分的气体进入解吸气混合罐；解吸气经过解吸气缓冲罐和混合罐稳压，压力为10至30kPa，一部分经解吸气压缩机（4）增压到0.3MPa后送甲醇燃气管网管道（18），剩下全部解吸气不须经加压即送焦化燃气管网管道（19）；产品氢气去氢氮联合压缩机（3）加压到14MPa后作为合成氨新鲜原料气送氨合成***（7）；
2）焦炉气提氢
来自焦炉气原料管道（20）的焦炉气经联合压缩机（12）压缩后，压力为0.8MPa，然后经活性炭粗馏装置（13）将焦炉气中的H2S脱除到1mg/Nm3以下，再经变温吸附***（14）后送焦炉气提氢***（15）,依次经历吸附，多级压力均衡降、顺放、逆放、抽真空解吸、多级压力均衡升、最终升压,在逆放前期的气体进入缓冲罐，在装置无逆放时送入混合罐；在逆放后期部分的气体和抽真空解吸部分的气体进入解吸气混合罐；提取氢气后送入水解精脱硫***（16）和脱氧干燥***（17）进行脱氧脱硫，然后
送往联合压缩机（12）增压到3.0MPa后送氨合成***（7）；
3）氮气脱氧
来自氮气原料管道（11）的氮气，经氢氮联合压缩机（3）增压到14.25MPa后即进入脱氧干燥装置（5）中脱除其中的氧气，再经干燥后即按氨合成需要的比例送氨合成***（7）；
4）氨合成
将步骤1）和步骤2）中制得的氢气与步骤3）中脱氧干燥后的氮气送入氨合成***（7），并经氨合成循环机（6）和冰机***（8）后最终合成为液氨，在此过程中形成的弛放气经氨合成驰放气管道（10），送至甲醇燃气管网管道（18），液氨送往液氨球罐（9）存储备用。
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