CN109607567B - 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、尿素的方法 - Google Patents

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Abstract

一种生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素的方法,原料包括含氢尾气、含碳尾气、氮气、碳酸钠、烧碱,产品包括合成氨、尿素、甲酸钠、碳酸氢钠;包括如下步骤:含氢尾气经氢回收装置得到氢气和提氢后尾气,氢气和氮气混合,送氨合成装置得到合成氨,合成氨的驰放气送氢回收装置;含碳尾气经预处理后,部分和提氢尾气混合送碳化装置,和碳酸钠反应得到碳酸氢钠、碳化尾气;碳化尾气与烧碱反应得到甲酸钠;含碳尾气经预处理后,部分含碳尾气送二氧化碳回收装置得到产品二氧化碳,回收尾气送甲酸钠装置;产品二氧化碳和合成氨反应得到尿素。

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、尿素的方法
技术领域
本发明涉及一种尾气利用生产化学品的方法,尤其是利用含氢尾气、含碳尾气一体化生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素的方法。
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***和氯碱尾气提纯氢气生产合成氨的方法,将生产下来的***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***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***,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。
CN200610079563.X提出了一种利用电石炉和焦炉尾气中的一氧化碳制备甲酸钠的方法,将一氧化碳与氢氧化钠反应,生成化工原料甲酸钠,既解决了一氧化碳对环境的破坏问题,又节约了能源。由于电石炉和焦炉尾气中含有二氧化碳,二氧化碳也会与烧碱反应生成碳酸钠/碳酸氢钠,影响产品品质。
CN201110364862.9提出了一种电石炉尾气、黄磷尾气用变温、变压吸附方法净化后制甲醇、二甲醚装置尾气回收方法,设置以多种废气为燃料的尾气焚烧余热回收装置,产生蒸汽提供给甲醇、二甲醚装置;尾气焚烧余热回收装置包括燃烧炉(内含燃烧器)、蒸汽发生器、汽包、空气预热器、除氧器;通过低压废气管网回收装置变温吸附和变压吸附废气,通过高压废气管网回收甲醇合成闪蒸汽和二甲醚放空气,将不同压力的废气调压后进入一个废气缓冲罐,缓冲后经过水封送至燃烧器进行焚烧;或是将压力低的变温吸附和变压吸附废气经过水封后进入低压燃烧器进行焚烧,甲醇合成闪蒸汽、二甲醚放空气以及原料尾气经过一个水封后进入高压燃烧器进行焚烧;该工艺仅仅是利用了废气的余热。
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。
发明内容
本发明的目的是,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。
本发明的技术方案是: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、尿素的方法,包括如下步骤:
包括如下步骤:
1)含氢尾气经氢回收装置得到氢气和提氢尾气,氢气和氮气混合,送氨合成装置得到合成氨,驰放气送氢回收装置。
2)含碳尾气经预处理后,部分和提氢尾气混合送碳化装置,和碳酸钠反应得到碳酸氢钠、碳化尾气。
3)碳化尾气与烧碱反应得到甲酸钠。
4)含碳尾气经预处理后,部分含碳尾气送二氧化碳回收装置得到产品二氧化碳,回收尾气送甲酸钠装置。
5)产品二氧化碳和合成氨反应得到尿素。
方法原料包括含氢尾气、含碳尾气、氮气、碳酸钠、烧碱,产品包括合成氨、尿素、甲酸钠、碳酸氢钠。
进一步地,产品氢气中的CO、CO2含量之和小于10ppm,氮气中的O2含量≤5ppm,优选≤0.5ppm。产品氢气和氮气的摩尔比在2.8-3.2。
进一步地,送碳化装置的含碳尾气量占总气量的10-90%,优选30-75%。
进一步地,氢回收装置包括膜回收、变压吸附、低温精馏中的一种。
进一步地,含氢尾气包括甲醇驰放气、氨合成驰放气、氯碱装置电解氢气、煤制氢尾气、干气提氢产品氢气中的一种或多种。
进一步地,含碳尾气包括电石炉尾气、石灰石煅烧尾气、黄磷尾气中的一种或多种。
进一步地,产品CO2气中的CO2体积分数不小于97%,二氧化碳回收装置包括变压吸附脱碳、低温甲醇洗、NHD脱碳、PC脱碳、水洗脱碳中的一种或多种。
进一步地,甲酸钠装置的原料烧碱浓度为20-50%,优选30-40%,烧碱中氯化钠含量≤0.05%,碳酸钠含量≤0.01%,反应压力1-5MPa,优选2.5-4MPa,反应温度100-400℃,优选200-280℃。
基于以上方法,本发明还提出一种一体化生产合成氨、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。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;还包括含碳尾气预处理装置;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;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。
进一步地,还包括含碳尾气预处理装置。
进一步地,还包括空分装置,空分装置提供氨合成装置所需的纯氮气。
进一步地,将空分装置的纯氮气和氢回收装置的纯氢气,混合后与压缩装置、氨合成装置依次连接。
进一步地,氨合成装置的驰放气通过管道和氢回收装置连接。
利用含氢尾气生产合成氨,利用含碳尾气及提氢尾气生产碳酸氢钠/碳酸氢铵、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/碳酸氢铵、甲酸钠、尿素。
本发明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/碳酸氢铵、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。
本发明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/碳酸氢铵、甲酸钠、尿素的工艺,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/碳酸氢铵、甲酸钠、尿素。
有益效果:本发明是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。
本发明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为本发明示意图。
具体实施方式
本发明工艺流程简述如下:
1)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。
2)含碳尾气经预处理后,得到的净化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。
3)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。
方法原料包括含氢尾气、含碳尾气、氮气、碳酸钠、烧碱,产品包括合成氨、尿素、甲酸钠、碳酸氢钠/碳酸氢铵。
产品氢气中的CO、CO2含量之和2-4ppm,氮气中的O2含量1-2ppm,产品氢气和氮气的摩尔比在2.95-3.05。
送碳化装置的含碳尾气量占总气量的40-60%,氢回收装置为低温精馏装置。
含氢尾气为氯碱装置电解氢气、煤制氢尾气。含碳尾气包括电石炉尾气、石灰石煅烧尾气。
产品CO2气中的CO2体积分数98.5-99.5%,二氧化碳回收装置采用低温甲醇洗工艺。
甲酸钠装置的原料烧碱浓度32%,烧碱中氯化钠含量≤0.02%,碳酸钠含量≤0.01%,反应压力3-3.2MPa,反应温度220-250℃。
本发明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。
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/h CO74.7%、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。
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。
实施例3
4000Nm3/h氢气含量80%、CO含量10%、CO2含量5%的煤制氢尾气,进入氢回收装置,得到3200Nm3/h CO+CO2含量0.6ppm的纯氢气,混合1040Nm3/h氧含量0.1ppm的纯氮气,经氨合成装置,得到1.52t/h合成氨,驰放气返回氢回收装置处理。提氢装置得到800Nm3/h CO含量50%、CO2含量25%的提氢尾气。含碳尾气为黄磷尾气,1200Nm3/h,CO2含量20%,CO含量为74%,经脱硫脱磷预处理,其中600Nm3/h过程气和提氢尾气混合后送碳化装置,以氨为原料,得到1.55t/h碳酸氢铵。另外600Nm3/h过程气送CO2回收装置得到122Nm3/h、CO2含量97.8%的产品CO2气,和0.175t/h合成氨送尿素装置生产尿素0.31t/h。碳化尾气和回收尾气送甲酸钠装置,以烧碱为原料,得到3.91t/h甲酸钠,最终尾气排放。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素的方法,其特征在于,原料包括含氢尾气、含碳尾气、氮气、碳酸钠、烧碱,产品包括合成氨、尿素、甲酸钠、碳酸氢钠;包括如下步骤:
1)含氢尾气经氢回收装置得到氢气和提氢后尾气,氢气和氮气混合,送氨合成装置得到合成氨,合成氨的驰放气送氢回收装置;
2)含碳尾气经预处理后,部分和提氢尾气混合送碳化装置,和碳酸钠反应得到碳酸氢钠、碳化尾气;
3)碳化尾气与烧碱反应得到甲酸钠;
4)含碳尾气经预处理后,部分含碳尾气送二氧化碳回收装置得到产品二氧化碳,回收尾气送甲酸钠装置;
5)产品二氧化碳和合成氨反应得到尿素;
含氢尾气包括甲醇驰放气、氨合成驰放气、氯碱装置电解氢气、煤制氢尾气中的一种或多种;
含碳尾气包括电石炉尾气、石灰石煅烧尾气、黄磷尾气中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,产品氢气中的CO、CO2含量之和小于10ppm,氮气中的O2含量≤5ppm;产品氢气和氮气的摩尔比在2.8-3.2。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,送碳化装置的含碳尾气量占总气量的10-90%。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,氢回收装置包括膜回收、变压吸附、低温精馏中的一种。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,产品CO2气中的CO2体积分数不小于97%,二氧化碳回收装置包括变压吸附脱碳、低温甲醇洗、NHD脱碳、PC脱碳、水洗脱碳中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,烧碱浓度为20-50%,烧碱中氯化钠含量≤0.05%,碳酸钠含量≤0.01%,反应压力1-5MPa,反应温度100-400℃。
7.利用如权利要求1-6任一项所述的方法生产合成氨、碳酸氢钠、甲酸钠、尿素装置,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;还包括含碳尾气预处理装置;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;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。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,还包括空分装置,空分装置提供氨合成装置所需的纯氮气;将空分装置的纯氮气和氢回收装置的纯氢气,混合后与压缩装置、氨合成装置依次连接;氨合成装置的驰放气通过管道和氢回收装置连接。
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