專利名稱：利用甲醇馳放氣聯(lián)合生產甲醇和合成氨的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用甲醇馳放氣聯(lián)合生產甲醇和合成氨的裝置。
背景技術：
我國的焦炭產量很大，我國在2010年的焦炭產量達到2. 5億噸，中國焦炭產量連續(xù)年居世界第一，占世界焦炭總產量46%。中國的焦炭主要用在國內鋼鐵工業(yè)。隨著鋼鐵工業(yè)對焦炭的巨大需求而高速發(fā)展起來的煉焦產業(yè)，在焦炭產量大幅度增長的同時，大量副產的焦爐煤氣沒有得到合理利用，導致了焦炭產區(qū)的環(huán)境急劇惡化，不少單一煉焦的獨立焦化企業(yè)"只焦不化"，將大量的焦爐煤氣采取點天燈的方式燃燒放散，既嚴重污染環(huán)境，又造成資源浪費。為了解決焦化行業(yè)的污染問題及提高焦碳行業(yè)的競爭力，焦爐氣的綜合利用越來越得到設計和生產單位的重視，并開始研制焦爐氣制合成氨和甲醇的工藝開發(fā)。2004年底我國第一套焦爐氣制甲醇裝置在云南曲靖投產成功，該技術的開發(fā)大大提高了焦爐氣的利用價值，焦碳的成本大幅度下降，為焦爐氣的利用開好了頭。目前國內已有近 10套焦爐煤氣制甲醇裝置投入商業(yè)運行，單套裝置設計規(guī)模多為10 20萬t/a。由于焦爐氣中氫元素一般在70%以上，碳元素在15%以下，而合成甲醇的化學反應氫碳比為2 1， 因此導致甲醇合成反應時碳元素不足，而上煤制氣補碳又不現(xiàn)實，所以目前國內大多數(shù)焦爐氣制甲醇工藝沒有補碳裝置，造成合成氣中的氫碳比高，合成反應中過量的氫氣會造成甲醇合成回路循環(huán)氣量增大，增加合成循環(huán)壓縮機的功耗和弛放氣的排放量，使經過凈化、 轉化等多個工序制取的潔凈氫氣作為弛放氣進入燃料系統(tǒng)燒掉，浪費了資源，增加了生產消耗。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術現(xiàn)狀而提供一種利用甲醇馳放氣聯(lián)合生產甲醇和合成氨的裝置，本裝置利用焦爐氣制甲醇過程中排放的馳放氣，經過脫碳、補氮、醇烷化過程后，得到合理配比的合成氨原料氣來生產合成氨，從而很好的解決了甲醇馳放氣的利用問題。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為本利用甲醇馳放氣聯(lián)合生產甲醇和合成氨的裝置，其特征在于所述裝置包括有二氧化碳吸附塔、甲醇合成塔、甲醇冷卻器、 甲醇分離器、甲烷合成塔、氨合成塔、氨氣冷卻裝置、氨氣分離塔、閃蒸槽，所述二氧化碳吸附塔的底部進口與甲醇馳放氣的管道相連接，二氧化碳吸附塔頂部出口，通過管道與來自空氣分離系統(tǒng)中的氮氣管道相會合后一并與第一氣體壓縮機的進氣口相連接，第一氣體壓縮機的出氣口通過管道與甲醇合成塔的進氣口相連接，甲醇合成塔的出口通過管道與甲醇冷卻器的進氣口相連接，而甲醇冷卻器的氣液出口通過管道與甲醇分離器的進口相連接， 而甲醇分離器的甲醇液體出口通過管道從甲醇分離器的底部通向甲醇收集器，而甲醇分離器的頂部氣體出口通過管道與甲烷合成塔的進氣口相連接，而甲烷合成塔的出氣口通過管道與第二氣體壓縮機的進氣口相連接，而第二氣體壓縮機的氣體出口通過管道與氨合成塔的進氣口相連接，而氨合成塔的出氣口通過管道與氨氣冷卻裝置的進氣口相連接，而氨氣冷卻裝置的出口通過管道與氨氣分離塔的進口相連接，而氨氣分離塔的頂部氣體出口通過管道與第三氣體壓縮機的進口相連通，而第三氣體壓縮機的出氣口通過管道與第二氣體壓縮機的氣體出口管道相會合后與氨合成塔的進氣口相連接，氨氣分離塔的底部液體出口通過管道與閃蒸槽的進口相連接，而閃蒸槽的液氨出口通過管道去液氨收集器，而閃蒸槽頂部的氣體出口通過管道去氨回收系統(tǒng)。作為改進，所述氨合成塔與氨氣冷卻裝置之間還可設置有熱量回收器，所述氨合成塔的出氣口通過管道與熱量回收器的進氣口相連接，而熱量回收器的出氣口通過管道與氨氣冷卻裝置的進氣口相連接。再改進，所述氨氣冷卻裝置包括有冷卻水冷卻器和氨冷卻劑的氨冷卻器，所述熱量回收器的出氣口通過管道與冷卻水冷卻器的進氣口相連接，而冷卻水冷卻器的出氣口通過管道與氨冷卻器的底部進氣口相連接，而位于氨冷卻器上部的出口通過管道與氨氣分離塔的進口相連接。再改進，所述氨回收系統(tǒng)中的廢氣通過管道去鍋爐燃燒。再改進，所述二氧化碳吸附塔中吸附下來的二氧化碳通過管道去甲醇合成部。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于形成了"焦碳-焦爐氣-生產甲醇-生產合成氨"產業(yè)鏈，提供一條資源充分利用的循環(huán)經濟路線，不僅從根本上解決了焦化企業(yè)的污染問題，而且將廢氣轉化為液氨，有效提高了產品的附加值，提升了企業(yè)經濟效益。


圖1為本發(fā)明實施例的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。如圖1所示，本實施例的利用甲醇馳放氣聯(lián)合生產甲醇和合成氨的裝置包括有二氧化碳吸附塔1、甲醇合成塔2、甲醇冷卻器21、甲醇分離器3、甲烷合成塔4、氨合成塔5、氨氣冷卻裝置、氨氣分離塔8、閃蒸槽9，所述二氧化碳吸附塔1的底部進口與甲醇馳放氣的管道相連接，二氧化碳吸附塔1頂部出口，通過管道與來自空氣分離系統(tǒng)12中的氮氣管道相會合后一并與第一氣體壓縮機13的進氣口相連接，第一氣體壓縮機13的出氣口通過管道與甲醇合成塔2的進氣口相連接，甲醇合成塔2的出口通過管道與甲醇冷卻器21的進氣口相連接，而甲醇冷卻器21的氣液出口通過管道與甲醇分離器3的進口相連接，而甲醇分離器3的甲醇液體出口通過管道從甲醇分離器3的底部通向甲醇收集器，而甲醇分離器3的頂部氣體出口通過管道與甲烷合成塔4的進氣口相連接，而甲烷合成塔4的出氣口通過管道與第二氣體壓縮機41的進氣口相連接，而第二氣體壓縮機41的氣體出口通過管道與氨合成塔5的進氣口相連接，而氨合成塔5的出氣口通過管道與氨氣冷卻裝置的進氣口相連接，而氨氣冷卻裝置的出口通過管道與氨氣分離塔8的進口相連接，而氨氣分離塔8的頂部氣體出口通過管道與第三氣體壓縮機81的進口相連通，而第三氣體壓縮機81的出氣口通過管道與第二氣體壓縮機41的氣體出口管道相會合后與氨合成塔5的進氣口相連接，氨氣分離塔8的底部液體出口通過管道與閃蒸槽9的進口相連接，而閃蒸槽9的液氨出口通過管道去液氨收集器，而閃蒸槽9頂部的氣體出口通過管道去氨回收系統(tǒng)91，而氨回收系統(tǒng) 91中的廢氣通過管道去鍋爐燃燒。上述二氧化碳吸附塔1中吸附下來的二氧化碳通過管道去甲醇合成部10。如圖1所示，上述氨合成塔5與氨氣冷卻裝置之間設置有熱量回收器6，而氨氣冷卻裝置包括有冷卻水冷卻器71和氨冷卻劑的氨冷卻器7，氨合成塔5的出氣口通過管道與熱量回收器6的進氣口相連接，而熱量回收器的出氣口通過管道與冷卻水冷卻器71的進氣口相連接，而冷卻水冷卻器的出氣口通過管道與氨冷卻器7的底部進氣口相連接，而位于氨冷卻器7上部的出口通過管道與氨氣分離塔8的進口相連接。本發(fā)明裝置的優(yōu)點是1、將甲醇合成馳放氣作為原料氣，生產應用極為廣泛的合成氨，避免了大量有用氣體作為燃料氣燃燒或直接放空燒掉所造成的資源浪費和環(huán)境污染。2、甲醇合成馳放氣脫碳所產生的二氧化碳又返回甲醇合成裝置，優(yōu)化了甲醇合成氣的氫碳比，提高了甲醇合成的效率，降低了甲醇合成氣消耗。3、實現(xiàn)了各生產要素的合理配置，使焦碳、焦爐氣、甲醇、合成氨的成本均有所降低。4、本技術采用先進的氣體變壓吸附凈化技術、醇烷化技術和低壓氨合成技術。5、氨合成裝置中的水冷器采用蒸發(fā)式冷卻器，減少冷卻水用量，節(jié)約占地面積。6、合成塔出口高溫氣體可副產中壓蒸汽。實施例一某廠焦炭產量為150萬噸/年，生產過程中產生的焦爐氣可生產甲醇20萬噸/年。 由于甲醇合成氣中氫碳比高，在甲醇生產過程中產生的馳放氣大，除少量用于煉焦燃料外， 大部分放空燒掉。新配套上馬一套8萬噸合成氨裝置，甲醇馳放氣33000Nm7h，氣體組分為 Η276· 74% CH4L 18% Ν29· 75% C06. 59% C025 . 59% CmHn 2. 1%，壓力 4. 5MPa，溫度 35°C，減壓為2. IMI^a后進入脫碳工段，脫碳產生的二氧化碳氣體經過加壓后返回甲醇合成裝置。經過脫碳后的氣體主要有氫氣、氮氣和少量一氧化碳、二氧化碳及甲烷。為確保合成氨生產氫氮比3 1的要求，在脫碳工段后補充高純氮氣(氮氣來自空分系統(tǒng)99.99%)3400Nm7h， 使氣體中的成分滿足合成氨所需要的氫氮比要求。調配后氣體壓力2. IMPa，溫度35°C。該氣體經過壓縮機加壓至IOMI^a先后進入甲醇化和甲烷化工段，將C(HO)2降低至20PPM以下， 然后進一步加壓至25MI^后進入氨合成工段，經過預熱、反應、冷卻、氨分離等步驟，生產出成品合成氨10t/h。實施例二某廠焦炭產量為120萬噸/年，生產過程中產生的焦爐氣生產甲醇15萬噸/年， 配套6萬噸合成氨裝置和3萬噸食品二氧化碳裝置。甲醇馳放氣^000Nm3/h，氣體組分為 Η273· 25% CH4L 38% Ν29. 25% C06. 28% C025 . 86% CmHn 2. 1%，氣體壓力 4. 2MPa，溫度 35°C，減壓為2. OMI^a后進入變壓吸附脫碳工段，脫碳產生的二氧化碳氣體經過加壓后生產 3萬噸/年食品級二氧化碳。經過脫碳后的氣體成分為氫氣76. 85%、氮氣9. 73%，還有少量一氧化碳、二氧化碳及甲烷。為確保合成氨生產氫氮比3 1的要求，在脫碳工段后補充高純氮氣(氮氣來自空分系統(tǒng)99. 99% )2700Nm3/h，使氣體中的成分滿足合成氨所需要的氫氮比要求。調配后氣體壓力2. IMPa，溫度35°C。該氣體經過壓縮機加壓至IOMI3a先后進入甲醇化和甲烷化工段，將C(HO)2降低至20PPM以下，然后進一步加壓至25MI^后進入氨合成工段，經過預熱、反應、冷卻、氨分離等步驟，生產出成品合成氨8t/h。具體流程說明一、變壓吸附流程變壓吸附裝置(即時旨二氧化碳吸附塔，下同)由多個并聯(lián)的吸附塔和多臺專用程控閥組成。從甲醇合成裝置來的含二氧化碳6 10%的甲醇馳放氣從吸附塔的底部進入吸附劑床層，在吸附劑選擇吸附的條件下，將甲醇馳放氣中的二氧化碳吸附下來，未被吸附的氫氮氣進入第一氣體壓縮機的壓縮工段。二、醇烷化流程經過變壓吸附脫碳后的原料氣中含有少量殘余的CO、CO2, O2等有害氣體，為了防止它們對氨合成催化劑的毒害，原料氣送入氨合成塔之前必須進行凈化。變壓吸附裝置來的氫氮氣由壓縮機加壓到IOMPa送入甲醇合成工段，在催化劑的作用下，氣體中的一氧化碳、二氧化碳與氫氣在甲醇合成塔內，在催化劑存在下反應生成甲醇，醇化反應方程式為C0+2H2 — CH3OH0)2+3H2 — CH30H+H20由甲醇合成工段出來的醇化氣(含C(HO)2 = 0.7%),經過換熱后進入甲烷化塔 (即指甲烷合成塔)，在甲烷化催化劑作用下完成甲烷化反應，使甲烷化氣C(HO)2 = 20ppm。 合格甲烷化氣送至第二氣體壓縮機而進入壓縮工段進一步加壓至20MI^后送往氨合成工段。烷化反應方程式nC0+2nH2 — CnH2n+2+ (n_l) H2OnCO+ (2n+l) H2 — CnH2n+2+nH20nC02+ (3n+l) H2 — CnH2n+2+2nH20合成氨流程從壓縮機來20MPa的合格甲烷化氣，經過加熱后進入氨合成塔，在催化劑的作用下，氫氣和氮氣反應生成合成氨，出合成塔的氣體經過廢熱鍋爐(即指熱量回收器)副產中壓蒸汽，然后經過冷卻水冷卻器和氨冷卻器兩級冷卻，氣氨冷凝成液氨從氣體中分離，得到液氨產品，冷卻器采用高效蒸發(fā)式冷卻器。分離下來的液氨減壓后進入閃蒸槽，閃蒸槽將液氨在高壓系統(tǒng)中溶解的有效氣體釋放出來形成馳放氣，馳放氣去氨回收系統(tǒng)，氨回收出來的氣體送往廢氣鍋爐燃燒，以回收其余熱。氨合成壓力20Mpa，氨合成溫度450-550°C，氨合成反應方程式為N2+3H2 — 2NH3。
權利要求
1.一種利用甲醇馳放氣聯(lián)合生產甲醇和合成氨的裝置，其特征在于所述裝置包括有二氧化碳吸附塔⑴、甲醇合成塔⑵、甲醇冷卻器、甲醇分離器⑶、甲烷合成塔⑷、 氨合成塔( 、氨氣冷卻裝置、氨氣分離塔(8)、閃蒸槽(9)，所述二氧化碳吸附塔(1)的底部進口與甲醇馳放氣的管道相連接，二氧化碳吸附塔(1)頂部出口，通過管道與來自空氣分離系統(tǒng)(1 中的氮氣管道相會合后一并與第一氣體壓縮機(1 的進氣口相連接，第一氣體壓縮機(13)的出氣口通過管道與甲醇合成塔(2)的進氣口相連接，甲醇合成塔(2)的出口通過管道與甲醇冷卻器的進氣口相連接，而甲醇冷卻器的氣液出口通過管道與甲醇分離器(3)的進口相連接，而甲醇分離器(3)的甲醇液體出口通過管道從甲醇分離器(3)的底部通向甲醇收集器，而甲醇分離器(3)的頂部氣體出口通過管道與甲烷合成塔 (4)的進氣口相連接，而甲烷合成塔的出氣口通過管道與第二氣體壓縮機Gl)的進氣口相連接，而第二氣體壓縮機Gl)的氣體出口通過管道與氨合成塔(5)的進氣口相連接， 而氨合成塔(5)的出氣口通過管道與氨氣冷卻裝置的進氣口相連接，而氨氣冷卻裝置的出口通過管道與氨氣分離塔(8)的進口相連接，而氨氣分離塔(8)的頂部氣體出口通過管道與第三氣體壓縮機(81)的進口相連通，而第三氣體壓縮機(81)的出氣口通過管道與第二氣體壓縮機Gl)的氣體出口管道相會合后與氨合成塔(5)的進氣口相連接，氨氣分離塔 (8)的底部液體出口通過管道與閃蒸槽(9)的進口相連接，而閃蒸槽(9)的液氨出口通過管道去液氨收集器，而閃蒸槽(9)頂部的氣體出口通過管道去氨回收系統(tǒng)(91)。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述氨合成塔( 與氨氣冷卻裝置之間設置有熱量回收器(6)，所述氨合成塔(5)的出氣口通過管道與熱量回收器(6)的進氣口相連接，而熱量回收器(6)的出氣口通過管道與氨氣冷卻裝置的進氣口相連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于所述氨氣冷卻裝置包括有冷卻水冷卻器 (71)和氨冷卻劑的氨冷卻器(7)，所述熱量回收器的出氣口通過管道與冷卻水冷卻器的進氣口相連接，而冷卻水冷卻器(71)的出氣口通過管道與氨冷卻器(7)的底部進氣口相連接，而位于氨冷卻器(7)上部的出口通過管道與氨氣分離塔(8)的進口相連接。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一所述的裝置，其特征在于所述氨回收系統(tǒng)(91)中的廢氣通過管道去鍋爐燃燒。
5.根據(jù)權利要求1至3中任一所述的裝置，其特征在于所述二氧化碳吸附塔(1)中吸附下來的二氧化碳通過管道去甲醇合成部(10)。
全文摘要
一種利用甲醇馳放氣聯(lián)合生產甲醇和合成氨的裝置，所述裝置包括有二氧化碳吸附塔、甲醇合成塔、甲醇冷卻器、甲醇分離器、甲烷合成塔、氨合成塔、氨氣冷卻裝置、氨氣分離塔、閃蒸槽，所述二氧化碳吸附塔-甲醇合成塔-甲醇冷卻器-甲醇分離器-甲烷合成塔-氨合成塔-氨氣冷卻裝置-氨氣分離塔-閃蒸槽的設備相互通過管道連接在一起，而閃蒸槽的液氨出口去液氨收集器，而閃蒸槽氣體出口去氨回收系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點在于形成了“焦碳-焦爐氣-生產甲醇-生產合成氨”產業(yè)鏈，提供一條資源充分利用的循環(huán)經濟路線，不僅從根本上解決了焦化企業(yè)的污染問題，而且將廢氣轉化為液氨，有效提高了產品的附加值，提升了企業(yè)經濟效益。
文檔編號C01C1/04GK102229434SQ20111008813
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月5日 優(yōu)先權日2011年4月5日
發(fā)明者彭本成, 文德國, 李順保, 項裕橋 申請人:寧波金遠東工業(yè)科技有限公司