專利名稱：一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氨合成原料氣精制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電 聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工藝。
背景技術(shù)：
含CH4粗氣(如BGL氣化煤氣等)是一種富含CH4氣的主要資源。因CH4為合成 氨或甲醇合成反應中的惰性氣體，目前國內(nèi)主要關(guān)注點是如何解決好粗氣中烷烴成分的轉(zhuǎn) 化重整。傳統(tǒng)氨合成原料氣的處理組合工藝流程如圖1所示，CH4轉(zhuǎn)化為⑶和吐，并同時降 低惰性氣體成分的含量，后經(jīng)變換過程將CO變換為H2,然后經(jīng)脫硫脫碳過程(如低溫甲醇 洗法Rectisol、聚乙二醇二甲醚法kleX0l、NHD法等)以及氣體精制過程制備得到高純氫 氣，并與空分裝置中得到的高純氮氣反應得到合成氨原料氣。目前的CH4轉(zhuǎn)化工藝，可分為催化蒸汽轉(zhuǎn)化、催化部分氧化和非催化部分氧化法和 非催化局部強氧化部分氧化法等幾種方法。催化蒸汽轉(zhuǎn)化是在催化劑存在及高溫條件下， 其反應實質(zhì)是其中CH4-H2O通過重整反應轉(zhuǎn)化為CCHH2的過程，是強吸熱的，需要外界供熱， 催化蒸汽轉(zhuǎn)化法是典型的工藝路線，技術(shù)成熟，但有其固有的缺陷如能耗大等。甲烷部分氧 化法是由甲烷與氧氣進行不完全氧化生成CCHH2的過程，此重整反應有兩種途徑，非催化氧 化和催化氧化，在以活性組分Ni、Rh和Pt等為主的負載型催化劑作用下，在較低的反應溫 度(1150 960°C)轉(zhuǎn)化，在無催化劑條件下的熱轉(zhuǎn)化，即在高溫條件下(1300°C以上)重 整轉(zhuǎn)化，即非催化轉(zhuǎn)化。催化技術(shù)對粗原料氣S含量要求嚴格，需復雜的脫硫凈化系統(tǒng)，消 耗大量的蒸汽。非催化技術(shù)由于沒有催化劑，需要很高反應溫度，因此反應器材要求苛刻， 需要很復雜的熱回收裝置來回收反應熱和除塵。不論是催化轉(zhuǎn)化還是非催化轉(zhuǎn)化，提高CH4 轉(zhuǎn)化率和放大反應器的關(guān)鍵是合理提高反應溫度。但是，提高反應溫度，會造成耗氧增加、 熱效率降低和蒸汽耗量增大，對設(shè)備材質(zhì)的要求苛刻等問題。重整轉(zhuǎn)化的氣體經(jīng)耐硫變換反應把CO轉(zhuǎn)化為H2,因變換后的氣體含有一些硫和碳 的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除。工業(yè)脫 硫方法種類很多，通常采用物理或化學吸收的方法，常用的是低溫甲醇洗法(Rectisol)、聚 乙二醇二甲醚法(Selexol)等。變換氣中除H2外，還有CO、CO2和CH4等組分，工業(yè)脫碳方 法主要是采用溶液吸收法脫除CO2，根據(jù)吸收劑性能的不同，可分為兩大類一類是物理吸 收法，如低溫甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法；一類是 化學吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化MDEA法，MEA法等。但凈化后原料氣中尚含有少量殘余的CO和C02，但對合成氨工業(yè)生產(chǎn)來講，必須 將其脫至濃度為20ppm以下，否則使氨合成催化劑中毒，合成氨過程將無法進行。所以合成 氨工藝為防止氨合成催化劑中毒，需除凈合成氣中微量的CO、CO2，國內(nèi)通常采用雙甲法即 低壓甲烷化法、甲醇化-甲烷化工藝或醇烴化工藝，使合成氨原料氣的CO、CO2加吐轉(zhuǎn)化為 CH4。通過中壓甲醇系統(tǒng)，生產(chǎn)一部分甲醇，殘留0. 5 2%的C(HO)2再去12. 0 13. OMPa中 壓甲烷化。由于受化學平衡制約，甲醇轉(zhuǎn)化率不是很高，因而甲烷化過程仍然產(chǎn)生> 0. 5%
3的惰性氣體甲烷，合成氨原料氣消耗也較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種達到合成氨精 制氣的標準，滿足合成氨合成的需要的用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工 藝。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工藝，其特征在于，該工藝 包括以下步驟含CH4粗氣先進入低溫耐硫變換工藝將CO變換為氫氣，然后再經(jīng)變壓吸附 工藝得到高純度氫氣，得到的高純度氫氣與來自空分裝置高純度氮氣按照吐隊摩爾比為 3 1混合反應得到合成氨原料氣，變壓吸附的尾氣作為精制燃料氣使用。所述的低溫耐硫變換工藝采用以再生的尖晶石為載體的耐硫鈷鉬催化劑進行變 換，并在變換工段內(nèi)設(shè)置了有機硫轉(zhuǎn)化裝置。所述的變壓吸附工藝設(shè)變壓吸附脫硫、脫碳段和變壓吸附提氫段，脫硫、脫碳段的 非吸附相進入提氫段，然后從提氫段的非吸附相獲得氫氣。所述的低溫耐硫變換用于調(diào)節(jié)CO的變換率，并最終調(diào)整氨合成原料氣的氣量與 發(fā)電所需精制燃料氣氣量的比例。所述的高純度氫氣的純度> 99. 97wt%，高純度氫氣中雜質(zhì)總硫含量< 0. Ippm0所述的合成氨原料氣中C(HO)2 ( lOppm，可直接進入合成氨反應系統(tǒng)。所述的變壓吸附的尾氣中含CH4、CO及H2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取代傳統(tǒng)的CH4重整工序、變換工序、低溫甲醇洗法或聚 乙二醇二甲醚法脫硫脫碳工序、甲醇-甲烷化精制工序的工藝，使有害氣體一氧化碳和二 氧化碳和雜質(zhì)硫經(jīng)變壓吸附的工藝脫除達到合成氨精制氣的標準，滿足合成氨合成的需 要，變壓吸附后的氣體(含甲烷、一氧化碳、氫氣等)去發(fā)電，變壓吸附解吸出的二氧化碳可 回收利用，運行成本低，環(huán)保效果明顯，資源利用率高。


圖1為傳統(tǒng)氨合成原料氣的處理組合工藝流程圖；圖2為本發(fā)明氨合成原料氣的處理組合工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工藝，其工藝流程如圖2所 示，該工藝包括以下步驟含CH4 粗氣成分如下所示CO2 :20. 5 %，CO 40%, H2 25. 3%, CH4 7. 5%, CnHm 0. 5%, H2S+C0S :1. 3%, N2+Ar :4. 9%，控制溫度 30°C，壓力 2. IMpag 的原料氣 75000Nm3/h 進入低溫耐硫CO變換反應，將CO變換為氫氣。低溫耐硫變換工藝采用以再生的尖晶石為 載體的耐硫鈷鉬催化劑進行變換，并在變換工段內(nèi)設(shè)置了有機硫轉(zhuǎn)化裝置。低溫耐硫變換用于調(diào)節(jié)CO的變換率，并最終調(diào)整氨合成原料氣的氣量與發(fā)電所需精制燃料氣氣量的比 例。變換后組分為C02 :37. 5%, CO :10. 01%, H2 :41. 3%, CH4 :5. 9%, CnHm :0. 4%,H2S+C0S 1.03%, N2+Ar :3. 86%，控制溫度 40°C，壓力 1. 94Mpag，氣量為 95454. 5Nm7h，將混合氣體 導入變壓吸附裝置，整套變壓吸附裝置由兩段組成變壓吸附脫硫、脫碳段和變壓吸附提 氫段，脫硫、脫碳段的非吸附相進入提氫段，然后從提氫段的非吸附相獲得氫氣，提氫后氫 氣組成為 H2". 97%, CO2 ^ 2ppm, CO ^ 7ppm, N2 ^ 0. 02%, CH4 ^ 0. 002，溫度 45°C，壓力 1. 99Mpag，氣量為34306Nm3/h，氫氣回收率彡87% (V)，雜質(zhì)總硫含量< 0. lppm。得到的高 純度氫氣與來自空分裝置高純度氮氣按照H2 N2摩爾比為3 1得到合成氨原料氣，合成 氨原料氣中C0+C02< lOppm，不需要再經(jīng)過原料氣精制，可直接進入合成氨反應系統(tǒng)。變壓 吸附的提氫段解吸氣作為精制燃料氣使用，精制燃料氣組成為CO2 12. 91%, CO 34. 23%, H2 18. 39%, CH4 20. 07 %, CnHm 1. 31 %, H2S+C0S 0. 01 %, N2 :13. 07 %，溫度 45 °C，壓力 0. 05Mpag，氣量為27717Nm7h，甲烷回收率彡98. 8% (V)，一氧化碳回收率彡99. 3 % (V)0 脫碳后富硫二氧化碳氣流含 CO2 96. 37%, H2 0. 08%, CO 0. 2%, CH4 0. 2%, N2 :0. 17%, H2S+C0S 2. 93%，溫度451，壓力0. OlMpag，氣量為33430Nm3/h，經(jīng)脫硫裝置進行硫回收，并 可通過(X)2回收裝置得到高濃度(X)2做尿素原料或其他用途。
權(quán)利要求
1.一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工藝，其特征在于，該工藝包 括以下步驟含CH4粗氣先進入低溫耐硫變換工藝將CO變換為氫氣，然后再經(jīng)變壓吸附工 藝得到高純度氫氣，得到的高純度氫氣與來自空分裝置高純度氮氣按照吐隊摩爾比為 3 1混合反應得到合成氨原料氣，變壓吸附的尾氣作為精制燃料氣使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工藝， 其特征在于，所述的低溫耐硫變換工藝采用以再生的尖晶石為載體的耐硫鈷鉬催化劑進行 變換，并在變換工段內(nèi)設(shè)置了有機硫轉(zhuǎn)化裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工藝， 其特征在于，所述的變壓吸附工藝設(shè)變壓吸附脫硫、脫碳段和變壓吸附提氫段，脫硫、脫碳 段的非吸附相進入提氫段，然后從提氫段的非吸附相獲得氫氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工藝， 其特征在于，所述的低溫耐硫變換用于調(diào)節(jié)CO的變換率，并最終調(diào)整氨合成原料氣的氣量 與發(fā)電所需精制燃料氣氣量的比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合 工藝，其特征在于，所述的高純度氫氣的純度> 99. 97wt%，高純度氫氣中雜質(zhì)總硫含量 < 0. 1ppm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工藝， 其特征在于，所述的合成氨原料氣中C(HO)2 ^ lOppm，可直接進入合成氨反應系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工藝， 其特征在于，所述的變壓吸附的尾氣中含CH4、CO及H2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用含甲烷粗氣制取發(fā)電聯(lián)產(chǎn)合成氨原料氣的組合工藝，經(jīng)預處理的含CH4粗氣先進入低溫耐硫變換裝置將CO變換為氫氣，然后再經(jīng)變壓吸附裝置得到高純度氫氣，得到的高純度氫氣與來自空分裝置高純度氮氣合成氨原料氣，變壓吸附的尾氣作為精制燃料氣使用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取代傳統(tǒng)的CH4重整工序、變換工序、低溫甲醇洗法或聚乙二醇二甲醚法脫硫脫碳工序、甲醇-甲烷化精制工序的工藝，使有害氣體一氧化碳、二氧化碳和雜質(zhì)硫經(jīng)變壓吸附的工藝脫除達到合成氨精制氣的標準，滿足合成氨合成的需要，運行成本低，環(huán)保效果明顯，資源利用率高。
文檔編號C01B3/34GK102134056SQ20101002315
公開日2011年7月27日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者吳永霞, 周家賢, 張強, 張潔, 李如, 江水, 石仙羅, 趙麥玲, 郁正容 申請人:上海寰球石油化學工程有限公司