專利名稱：一種回收合成氨尾氣的方法
技術領域：
本發(fā)明屬合成氨尾氣中回收氫氣的方法，特別是以煤為原料尤其是采用甲烷化工藝的合成氨尾氣中的合成氨有效氣體的回收方法。
合成氨工藝生產中為了降低成本的措施之一，就是采用回收合成塔放空(尾氣)氣體中的氫氣來提高合成氨原料氣的利用率，達到降低成本的目的，一般能降低成本2％(或提高產量3％)。目前采用的氫回收方法有深冷分離；膜分離(分子篩)；變壓吸附三種(見《化肥工業(yè)》九一年第四期P26)。這三種方法均屬物理分離法，并且只能回收尾氣中的氫氣，共同的缺點是①分離前氣體的預處理(即除去氨，水汽等)要求苛刻(氨＜200PPm)導致產生的低濃度氨水無法回收利用。②分離工藝要求嚴格，多數廠家難以掌握。③設備投資高，投資收回期長。④不能將尾氣中的CH4轉化為合成氨的原料氣。⑤回收氣中惰氣(甲烷和氬氣)含量高，通常都在5％以上，其中甲烷分率高，不能利用合成氨工藝對惰氣的積分作用在既回收合成氨有效氣體，降低合成氨成本的同時，又能相對提高尾氣中氬氣含量，為從合成氨尾氣中回收很有工業(yè)價值的氬氣創(chuàng)造有利條件。⑥又由于合成氨尾氣氣量受合成氨工藝過程諸多因素影響，單位時間內波動幅度很大，而波動頻率也高，很不利分離裝置的作用得到良好的發(fā)揮。所以，現行的僅從尾氣中分離氫氣作為合成氨原料氣的方法經濟效益尚不理想，故未被我國中小氮肥廠普遍采用。
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種投資少，合成氨原料氣回收率高，又能相對提高尾氣中的氬氣濃度，且利用合成氨(特別是國內中小氮肥廠)生產中的現行成熟工藝技術及設備，將尾氣中的甲烷轉化為CO+H2使之成為合成氨有效氣體的方法，以使合成氨生產中獲得更多的綜合效益。
本發(fā)明所述的方法，其核心是將合成氨尾氣中的CH4轉化為CO和H2。具體方案是將氨合成工藝中的部分尾氣與蒸氣(10～60％)、空氣(0～40％)混合后，適時送入正常運行著的煤氣發(fā)生爐或經加熱后送入裝有催化劑的轉化爐內，在熾熱的炭層或催化劑作用下，將尾氣中的最主要的惰性氣體CH4按或方式轉化為合成氨的原料氣后，與尾氣中的其它氣體(主要是H2、N2)一道送入合成氨工藝中的凈化工序。
本發(fā)明所述的煤氣發(fā)生爐既可以是常壓(或加壓)的移動床，也可以是沸騰床，流化床的連續(xù)(富氧空氣加蒸汽)制氣的，也可以是間歇制氣各式煤氣發(fā)生爐。
本發(fā)明所述的裝有催化劑的轉化爐，既可以是爐(管)外加熱的也可以是爐(管)內加熱(加空氣)的轉化爐(管)。其熱源既可以是燃燒部分尾氣獲得也可以是其它熱源，如各種流化沸騰鍋爐，或是煤造氣中的吹風氣余熱回收鍋爐等。
本發(fā)明與現有技術相比具有以下優(yōu)點①設備投資極少。采用本發(fā)明利用煤氣爐轉化甲烷時，僅需配一條管線和管線上的幾只閥門及壓力控制裝置，利用催化劑轉化CH4時，僅需投資很少的熱交換器及裝催化劑的容器等設備即可達到目的，一般中小氮肥廠依靠本廠技術人員和裝備條件即可實施。②氣體凈化要求不高，對水汽濃度不作要求，氨含量可達一萬PPm也無妨。故氣體預處理完全可以利用合成氨廠原有設備進行，沒有低濃度氨水產生，提高了尾氣中的氨利用率。③合成氨尾氣中的有效氣體回收率高，不僅尾氣的回收率不受單位時間內的尾氣量的影響，而且還由于甲烷的轉化，回收的合成氨有效氣體(CO+H2)可比物理分離法增加40～100％，故采用本發(fā)明可在物耗不變條件下增產合成氨10％左右。其中由CH4轉化的CO經變換后成為CO2又可增加碳銨產量2～3％。所以采用本發(fā)明獲得以經濟效果(對合成氨而言)要比分離法明顯得多。④由于采用本發(fā)明，尾氣中的惰性CH495％已轉化為合成氨的有效氣體，大大降低了回收氣中惰氣CH4的分率(即甲烷與惰氣總量之比)，故在循環(huán)氣中惰氣總量與分離法相等時，氬氣的分率高出分離法1～3倍左右，為從尾氣中分離很有價值的氬氣及其它稀有惰氣創(chuàng)造了十分有利的條件。⑤采用本發(fā)明，可成功地解決目前我國中小氮肥廠甲烷化工藝取代銅洗工藝的節(jié)能技術應用中存在的合成放空量增大，導致原料氣單耗升高的難題。為甲烷化工藝取代銅洗工藝鋪平了道路。⑥采用本發(fā)明，為揮發(fā)份(CH4)更高的年青白煤制合成氨原料氣提供了可能，從而擴展了合成氨原料煤的應用范圍。因而可采用價格更低的高揮發(fā)(CH4)的年青白煤制氣，使合成氨的成本進一步降低。⑦采用本發(fā)明因尾氣中的CH4被轉化利用，因此可適當降低水煤漿氣化爐工作溫度，以延長爐內耐火磚工作壽命，以進一步降低合成氣生產成本。
附圖及說明附

圖1為實施本發(fā)明“一種回收合成氨尾氣的方法”的方式1。其中1.自動穩(wěn)(減)壓裝置。
2.瞬時流量及累計流量測量顯示裝置。
3.截止閥。
4.入爐蒸汽控制閥門。
5.入爐尾氣(原空氣)控制閥門。
6.爐氣發(fā)生爐。
圖中虛線部分為原入爐氮空氣管線及閥門。
7.入爐氮空氣截止閥。
附圖1說明從尾氣凈氨塔(該設備是現行合成氨工藝中已有的)來的尾氣(其中NH3≤1％)經自動穩(wěn)(減)壓裝置1減壓為與造氣系統(tǒng)相適應的壓力，并經流量檢測2測量其瞬時流量(并累計)以供流量顯示調節(jié)之用。截止閥3主要作用為人工調節(jié)尾氣流量以滿足尾氣轉化率達到95％以上。受造氣爐自動機控制的閥門5開啟時，尾氣經閥門5與造氣爐自動機控制的閥門4來的蒸汽混合后進入煤氣爐6，在爐內發(fā)生水煤氣反應的同時甲烷也轉為CO和氫氣，最后轉化后的尾氣與水煤氣一道離開造氣爐，進入后工序。截止閥7及虛線所示為原煤氣爐氮空氣(有的煤氣爐也沒有)加入管線，當因為種種原因不進行尾氣入爐轉化時，可啟用該管線，開啟截止伐7，該煤氣爐仍可進上吹加氮生產半水爐氣。
附圖2為實施本發(fā)明“一種回收合成氨尾氣的方法”方式2。
1、深度凈氨塔。
2、煤氣發(fā)生爐。
3、一級分離裝置。
4、二級分離裝置。
5、制氬裝置。
從合成氨工藝中的尾氣凈氨塔來的尾氣(NH3≤1％)中的一部份(約30％)經深度凈氨塔1進一步深度脫除其中的NH3后，氣體進入一級氫分離裝置中，進行絕熱膨脹制冷，在液相得到以CH4為主的液體，該液體再與另一部(約70％)尾氣一起被送到煤氣發(fā)生爐2內與制氣蒸汽一道在制得水煤氣的同時，CH4與水蒸汽反應生成CO和H2。與水煤氣一起成為氨的初級原料氣。
從一級氫分離裝置的氣相出來的氣體(主要含H2、N2、Ar)進入二級分離裝置4，在該裝置再進行絕熱膨脹制冷，溫度進一步降低，使氮氬冷凝為液體，在氣相得到含H295％以上的H2氣，去合成氨脫碳以后的工序(小氮肥廠的壓縮機三段進口)，成為合成氨的原料氣。
在二級分離裝置的冷凝液中得到以N2、Ar為主的混合液其Ar≥25～35％，將該液送入制氬裝置5，在該裝置中混合液進一步絕熱減壓膨脹制冷等上藝處理后得到產品氬。
采用該方式實施本發(fā)明可在投資很少的情況下使尾氣中95％以上的合成氨原料氣(H2、CH4)得到回收利用，可在原料煤消耗不變的情況下增產合成氨10％以上，同時可還獲得每生產一噸合成氨附產8ma氬氣的附加產品。
采用該方式實施本發(fā)明，①由于高純度凈氨及H2分離裝置僅處理30％的尾氣，因而可大大減少該類分離設備的投資，約為100％采用分法設備的50％。②由于70％的尾氣采用轉化法處理，其中的氬氣被循環(huán)累積到6.3％左右，大大提高了氬在二級分離器流相中濃度(可達30％～40％)，從而使制氬裝置的投資減少到100％采用分離法的氬裝置的50％。因此采用該方式實施本發(fā)明不僅使合成氨成本降低，而且使產品氬的成本也降低，從而使合成氨生產獲得更大的經濟效益。
權利要求
1.一種回收合成氨尾氣的方法，其特征是采用轉化方式將合成氨尾氣中的CH4變換為CO+H2后與尾氣中的其它H2，N2一起，成為合成氨的初級原料氣。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于實現尾氣中CH4轉化的反應物可以是過熱蒸汽，也可以是含有部份O2的其它氣體。
3.根據權力要求1所述的方法，其特征在于實現CH4轉化的工藝設備既可以是各種煤氣發(fā)生爐也可以是裝有催化劑的各種CH4轉化爐。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于轉化過程所用的催化劑既可以是熾熱炭層也可是其它CH4轉化催化劑。
5.根據權利要求1所述的技術特征在于轉化尾氣中的CH4所需的熱源，既可以從燃燒部分尾氣獲得，也可以從其它具有所需熱源的各種工業(yè)爐窯中獲得。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于尾氣轉化壓力控制在0.03MPa至3MPa之間。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于尾氣的轉化過程可以在制合成氨原料氣的同時，將尾氣混入氣化劑中在制原料氣的同時將尾氣中的CH4轉化為CO+H2，也可以在專門的轉化爐內將CH4轉化為CO+H2。
8.根據權利要求1～7所述的方法，也適用于甲醇合成過程中的尾氣回收。
9.根據權利要求1～7所述的方法，尾氣轉化的溫度范圍以700℃～1300℃為最佳。
10.根據權利要求1～7所述的方法，其特征在于尾氣轉化后所具有的熱量采用換熱或冷激方式回收利用，以降低尾氣轉化能耗。
11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于當尾氣轉化壓力高于或等于CO變換工藝壓力時，該轉化氣直送CO變換系統(tǒng)，將轉化氣中的蒸氣作為CO變換反應物回收利用。
全文摘要
將部分合成氨尾氣送入轉化爐或煤氣爐,將尾氣中的CH
文檔編號C01B3/36GK1202453SQ9710755
公開日1998年12月23日 申請日期1997年6月16日 優(yōu)先權日1997年6月16日
發(fā)明者李開健, 劉紅 申請人:劉紅