兩級合成氨凈化醇化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，涉及合成氨的工藝流程，特別是一種兩級合成氨凈化醇化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。別名氨氣，分子式為NH3,英文名:synthetic ammonia。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收外,絕大部分是合成的氨。
[0003]合成氨工藝中氣體凈化有多個途徑，成熟的技術(shù)也很多，但是能耗、操作費用、投資費用等相差很大；節(jié)約能源消耗、盡量減少投資、提高企業(yè)綜合經(jīng)濟效益，一直是開發(fā)新工藝的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明公開了一種兩級合成氨凈化醇化方法。
[0005]本發(fā)明所述兩級合成氨凈化醇化方法，兩級合成氨凈化醇化方法，包括如下步驟:
Si新鮮氣與醇后循環(huán)氣混合，然后進入甲醇合成塔并在管外觸媒層進行合成反應(yīng)，出塔進甲醇分離器，分離后的粗甲醇氣體一部分經(jīng)循環(huán)機提壓后重新循環(huán)進入甲醇合成塔反應(yīng)，另一部分作為氨合成工段的原料氣送至后續(xù)工段高壓甲醇，前后兩部分氣體的體積比為5至10:1 ;
S2低壓甲醇后的氣體經(jīng)壓縮后達到壓力20MPa以上，去除油水后進入二級醇塔前加熱器，提溫后進入二級高壓醇化反應(yīng)器；
S3經(jīng)過二級醇塔前加熱器高壓醇化后的氣體，再通過二級醇化分離系統(tǒng)，氣體進入深度甲烷化凈化塔，反應(yīng)后的氣體直接進入氨合成系統(tǒng)。
[0006]優(yōu)選的，所述步驟SI中前后兩部分氣體體積比為6至7.5:1。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟S2中低壓甲醇后的氣體經(jīng)壓縮后達到壓力22MPa以上。
[0008]優(yōu)選的，所述步驟SI中甲醇合成塔的出塔氣體溫度為200-250攝氏度。
[0009]優(yōu)選的，所述步驟SI中出塔氣體先預(yù)熱再經(jīng)水冷卻器后，再進入甲醇分離器。
[0010]采用本發(fā)明所述的兩級合成氨凈化醇化方法，兩級甲醇凈化CO、CO2，聯(lián)合生產(chǎn)甲醇。低壓甲醇合成大幅度消化CO、CO2，生產(chǎn)甲醇產(chǎn)品；高壓甲醇以凈化為目的，深度消化CO、CO2 ;低壓聯(lián)醇操作費用低于中壓聯(lián)醇，副產(chǎn)蒸汽，也沒有增加設(shè)備投入；高壓甲烷化提高了 CO、CO2的凈化度，保證合成氣的品質(zhì)。
【具體實施方式】
[0011]下面對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0012]來自壓縮五段的新鮮氣與醇后循環(huán)氣混合，壓力?5.5MPa，經(jīng)油分除油水等污物后進預(yù)熱器殼程提溫至210°C，然后進入甲醇合成塔并在管外觸媒層進行合成反應(yīng)，反應(yīng)初期觸媒熱點控制在225±5°C，合成甲醇的反應(yīng)熱將管內(nèi)的熱水汽化并通過循環(huán)熱水泵移出塔外，出塔氣溫度?230°C，在預(yù)熱器管程加熱入塔氣，再經(jīng)水冷器冷卻至40°C進甲醇分離器，分離后的粗甲醇經(jīng)閃蒸槽減壓后進入粗醇儲罐再送精餾工段，分離后的氣體大部分經(jīng)循環(huán)機提壓后重新循環(huán)進入甲醇合成塔反應(yīng)，小部分作為氨合成工段的原料氣送至后續(xù)工段高壓甲醇、甲烷化工序進行深度凈化。飽和水被加熱汽化出塔后形成汽水混合氣，在汽包中分離后蒸汽送管網(wǎng)，分離的熱水再經(jīng)循環(huán)熱水泵加壓在水管內(nèi)形成循環(huán)，從而將合成塔水管外的反應(yīng)氣熱量帶出塔外。脫鹽水經(jīng)水泵加壓后補進汽包。
[0013]
低壓甲醇后的氣體經(jīng)壓縮后達到壓力22.0MPa，去除油水后進入二級醇塔前加熱器，提溫后進入二級高壓醇化反應(yīng)器，這個醇塔是以凈化為目的的，通常情況下是不開循環(huán)機的，氣體一次性地通過反應(yīng)器。
[0014]經(jīng)過二級高壓醇化后的氣體，再通過二級醇化分離系統(tǒng)，氣體中CO、CO2已經(jīng)低至500ppm以下，進入深度凈化塔內(nèi)件前的氣體提高反應(yīng)物溫度(本案選擇采用電爐補熱的方式)，氣體進入深度甲烷化凈化塔，反應(yīng)出來后的氣體達到C0+C02小于1ppm的范圍，可以直接進入氨合成系統(tǒng)。
[0015]低壓合成甲醇工藝是經(jīng)典的甲醇生產(chǎn)工藝，已經(jīng)被廣泛采用和應(yīng)用。反應(yīng)器選用水冷管式反應(yīng)器，已經(jīng)得到廣泛使用，沒有出現(xiàn)過泄漏等使用問題，設(shè)備投資也不高于中壓聯(lián)醇設(shè)備。
[0016]水冷管式反應(yīng)器能夠副產(chǎn)2.0MPa以上的的高品位蒸汽，噸醇產(chǎn)氣量彡1000kg，符合節(jié)能要求，也是中壓甲醇無法實現(xiàn)的，同時實現(xiàn)了等溫操作，也有利于熱利用和系統(tǒng)低負荷下的熱平衡、高負荷下的調(diào)溫方便。
[0017]通常的管殼式反應(yīng)器將裝有催化劑的反應(yīng)管完全浸在管外飽和水里，比冷面積雖較大，但由于水流動較慢，反應(yīng)管外壁面將形成較厚的熱邊界層，而邊界層厚度的增加是影響傳熱效果的關(guān)鍵。國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠常采用降低產(chǎn)汽壓力、提高傳熱溫差等方法來提高傳熱效果。本反應(yīng)器管式內(nèi)件通過鍋爐水強制循環(huán)與催化劑層換熱，提高了循環(huán)水流速，邊界層厚度減薄，因而傳熱效果提高，傳熱溫差可縮小。
[0018]本工藝采用催化劑裝填在管外，管內(nèi)冷卻水流速增加多倍，將消除熱邊界層。
[0019]由于采用水冷式控制催化劑床層溫度，僅需要控制汽包的壓力即可實現(xiàn)，減少了副閥、冷激閥等操作，穩(wěn)定地控制汽包壓力就可以實現(xiàn)穩(wěn)定的催化劑床層溫度。
[0020]催化劑裝填在管外，壓力容器的有效利用率提高；反應(yīng)器催化劑層溫差小，合成效率高。氣體為軸向流動，流速變化小，催化劑使用率高。
[0021]合成氣循環(huán)比高，有利于催化劑床層溫差的縮小，但動力消耗大，合成設(shè)備生產(chǎn)負荷加大。循環(huán)比低，不利于傳熱。采用本項目推薦的水冷式甲醇合成反應(yīng)器，移熱能力增強，循環(huán)機動力消耗和換熱器負荷降低，雖多增加了循環(huán)泵電耗，但總體來看運行成本下降。
[0022]管殼式反應(yīng)器的觸媒裝在管內(nèi)，合成氣在管內(nèi)流動，流通截面小、阻力大，進出塔壓降大。本工藝水冷管式反應(yīng)器觸媒及合成氣均在管外，流通截面大，合成氣在塔內(nèi)阻力比管殼式要小，通常塔阻力< 0.2MPa。
[0023]反應(yīng)器由于能夠保證及時將反應(yīng)熱移出塔外，較好的控制催化劑層溫度、且溫差小，因而粗甲醇副產(chǎn)物生成少，提高了粗甲醇的品位，甲醇精餾消耗降低。
[0024]用于反應(yīng)器選用低Η/D設(shè)計，催化劑裝填在移熱管的管外，催化劑可以直接加入反應(yīng)器內(nèi)，排除了催化劑裝入列管時需要測定各管阻力的繁瑣，簡便易行。
[0025]由于甲醇合成反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，高壓合成甲醇更有利于C0、C02的降低。甲烷化反應(yīng)同樣也是體積縮小的反應(yīng)，高壓甲烷化同樣有利于甲烷化反應(yīng)，降低出口 CO、CO2的含量。
[0026]高壓甲醇合成反應(yīng)的入口 CO、CO2濃度低，反應(yīng)不是很劇烈，操作控制簡便。甲烷化反應(yīng)器的入口 C0、C02的濃度低，甲烷化反應(yīng)僅需要控制入口溫度就能實現(xiàn)。高壓甲醇合成反應(yīng)的入口 C0、C02濃度低，反應(yīng)不是很劇烈，通常采用一次性通過的方式，不需要開啟循環(huán)，省去動了消耗。
[0027]甲烷化反應(yīng)器只有催化劑的投入，刪除了銅洗工藝中銅、氨、醋酸、蒸汽等循環(huán)，降低了氨生產(chǎn)成本。高壓甲醇、甲烷化后的氣體能夠直接加入合成塔，且甲烷含量低，能夠減少塔后放空氣量，提高了原料利用率。
[0028]前文所述的為本發(fā)明的各個優(yōu)選實施例，各個優(yōu)選實施例中的優(yōu)選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實施方式為前提，各個優(yōu)選實施方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗證過程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，本發(fā)明的專利保護范圍仍然以其權(quán)利要求書為準，凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.兩級合成氨凈化醇化方法，其特征在于，包括如下步驟: Si新鮮氣與醇后循環(huán)氣混合，然后進入甲醇合成塔并在管外觸媒層進行合成反應(yīng)，出塔進甲醇分離器，分離后的粗甲醇氣體一部分經(jīng)循環(huán)機提壓后重新循環(huán)進入甲醇合成塔反應(yīng)，另一部分作為氨合成工段的原料氣送至后續(xù)工段高壓甲醇，前后兩部分氣體的體積比為5至10:1 ; S2低壓甲醇后的氣體經(jīng)壓縮后達到壓力20MPa以上，去除油水后進入二級醇塔前加熱器，提溫后進入二級高壓醇化反應(yīng)器； S3經(jīng)過二級醇塔前加熱器高壓醇化后的氣體，再通過二級醇化分離系統(tǒng)，氣體進入深度甲烷化凈化塔，反應(yīng)后的氣體直接進入氨合成系統(tǒng)。2.如權(quán)利要求1所述的兩級合成氨凈化醇化方法，其特征在于，所述步驟SI中前后兩部分氣體體積比為6至7.5:1。3.如權(quán)利要求1所述的兩級合成氨凈化醇化方法，其特征在于，所述步驟S2中低壓甲醇后的氣體經(jīng)壓縮后達到壓力22MPa以上。4.如權(quán)利要求1所述的兩級合成氨凈化醇化方法，其特征在于，所述步驟SI中甲醇合成塔的出塔氣體溫度為200-250攝氏度。5.如權(quán)利要求1所述的兩級合成氨凈化醇化方法，其特征在于，所述步驟SI中出塔氣體先預(yù)熱再經(jīng)水冷卻器后，再進入甲醇分離器。
【專利摘要】本發(fā)明所述兩級合成氨凈化醇化方法，包括如下步驟：S1新鮮氣與醇后循環(huán)氣混合，分離后的粗甲醇氣體一部分經(jīng)循環(huán)機提壓后重新循環(huán)進入甲醇合成塔反應(yīng)，另一部分作為氨合成工段的原料氣送至后續(xù)工段高壓甲醇，前后兩部分氣體的體積比為5至10：1；S2低壓甲醇后的氣體經(jīng)壓縮后進入二級醇塔前加熱器，提溫后進入二級高壓醇化反應(yīng)器；S3經(jīng)過二級醇塔前加熱器高壓醇化后再通過二級醇化分離系統(tǒng)，氣體進入深度甲烷化凈化塔，反應(yīng)后的氣體直接進入氨合成系統(tǒng)。本發(fā)明深度消化CO、CO2；低壓聯(lián)醇操作費用低于中壓聯(lián)醇，副產(chǎn)蒸汽，沒有增加設(shè)備投入；高壓甲烷化提高了CO、CO2的凈化度，保證了合成氣的品質(zhì)。
【IPC分類】C07C31/04, C01C1/04, C07C29/151
【公開號】CN105585031
【申請?zhí)枴緾N201410570029
【發(fā)明人】李科
【申請人】李科
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2014年10月23日