气态烃类自热重整经变压吸附制合成氨的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气态烃类自热重整经变压吸附制合成氨的方法及其装置，具体为将提供一气态烃、氧化剂，将上述的气体烃、氧化剂预热，分别加入蒸汽，将混合有蒸汽的气体烃温度加热到自燃点以上，并与混合有蒸汽的氧化剂，在N2存在条件下，进行自热重整转化，随后进入CO变换反应器使CO和蒸汽转化为CO2和H2，后经变压吸附净化，除去CO2、CO、CH4等杂质气体，从而得到体积比为3：1的H2与N2混合气体，再经过压缩后，送入氨合成工段生产氨。本发明专利技术所述的工艺省去了传统工艺中投资较高的一段炉，减小了空分规模和工段；本发明专利技术所述的工艺设备简单，流程紧凑，提高了氨合成工艺和装置产能，降低了投资成本。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种气态烃类自热重整经变压吸附制合成氨的方法及其装置，具体为将提供一气态烃、氧化剂，将上述的气体烃、氧化剂预热，分别加入蒸汽，将混合有蒸汽的气体烃温度加热到自燃点以上，并与混合有蒸汽的氧化剂，在N2存在条件下，进行自热重整转化，随后进入CO变换反应器使CO和蒸汽转化为CO2和H2，后经变压吸附净化，除去CO2、CO、CH4等杂质气体，从而得到体积比为3：1的H2与N2混合气体，再经过压缩后，送入氨合成工段生产氨。本专利技术所述的工艺省去了传统工艺中投资较高的一段炉，减小了空分规模和工段；本专利技术所述的工艺设备简单，流程紧凑，提高了氨合成工艺和装置产能，降低了投资成本。【专利说明】气态烃类自热重整经变压吸附制合成氨的方法及其装置
本专利技术涉及一种合成氨工艺，尤其涉及一种基于气态烃进行自热重整经变换、变压吸附工艺(Pressure Swing Adsorption,PSA)过程得到氮氢混合气后合成氨的方法及其装置。
技术介绍
随着合成氨技术的迅速发展，行业规模不断壮大。经过半个多世纪的努力，我国已具有采用多种原料合成氨的条件，不同流程的大、中、小型合成氨工厂550余个。H2和N2在350°C和500°C之间的温度下和在高于IOObar的压力下，在基于铁系催化剂上进行反应。其中，氮和氢的生产是在合成氨的过程中所需资金最多的一个步骤。因此大部分的工艺改进工作都投入到降低合成气生产成本上。液化石油气体(LPG)、石脑油、石油焦炭、煤和天然气已经用作原料，页岩气、焦炉气和煤层气等非常规气在我国作为潜在的合成氨原料，对未来合成氨工业的影响具有深远意义。现有技术中主要仍是以天然气为主要原料制备合成氨，工艺流程主要包括天然气转化制备富氢合成气的过程、合成气与蒸汽进行一氧化碳变换过程、二氧化碳脱除过程、甲烷化过程以及氨合成过程。合成氨工艺主要有KELLOGG合成氨工艺、BRAUN合成氨工艺、UHDE AMV合成氨工艺和CASALE合成氨工艺等。以上合成氨工艺的天然气转化过程分两段进行。一段转化炉是装填镍催化剂的间接加热的管式反应器，天然气在与蒸汽混合之后进入该反应器。未反应的甲烷然后被送入二段转化炉中，同时添加空气至二段转化炉，热气以绝热方式通过催化剂床并大约1000°c下排出。所获得的合成气包含有CO、C02、H2、N2、H2O和少量CH4及其它未转化的烃。该工艺过程的缺点就是能耗高，设备庞大复杂，投资和操作费用高。以KELLOGG为代表的传统合成氨工艺中，一段转化炉出口温度(>800°C )，对转化炉管等材料应力要求高，从而限制了较高转化压力、较大转化炉管的应用。并且，一段转化负荷高，且一段转化能效低于二段绝热转化，因而转化综合能效较低。另外，一段蒸汽转化投资远高于绝热的二段转化，且与其负荷成正比。由于一段转化负荷重，因而转化总投资高，从而将整体的合成氨系统投资提高。为了降低合成氨系统的总投资，本领域的技术人员希望能够有一种工艺在保证整体蒸汽转化效率的前提下，将一段炉的负荷部分转移到二段炉，从而降低一段炉设备的投资。其中，BRAUN合成氨工艺可以最大限度地将转化负荷从一段炉转移到二段炉。降低转化投资，提高转化能效。其一段炉转化出口温度为680-720°C，二段加入过量50%以上空气以满足后续深冷净化的冷量需要，合成气进入合成圈前需设置冰箱提供冷量，以除去过量的氮及部分惰性气体。但是BRAUN工艺在操作中必须严格控制操作条件以便使一段炉的负荷控制在合适的范围内，在实际生产中工艺条件的波动很敏感，造成稳定运行的难度增大,且运行成本高。采用UNDE AMV合成氨工艺需要提高转化压力MObar，稍稍转移一段转化负荷到二段。一段出口温度约为800°C，二段出口甲烷残留基于干态计算，残留量〈0.9% ,H2和CO总量与N2的体积比率约为2.6:1。氨合成工段采用低压合成，压力约为lOObar，另外设置冷箱回收合成驰放气中氢气的返回系统。该工艺的主要不足是由于一段转化出口的温度稍高(约为800°C)，且热量无法得到再利用，使一段转化的负荷较重，因而UNDE AMV合成氨工艺的转化总投资较高。此外，现有的技术中还包括CASALE合成氨工艺，在一段重整的汽碳比约为3:1，出口温度范围在750-850°C之间。该工艺同样存在一段转化负荷重，转化总投资高的特点。由上述现有的工艺技术可见，现有的二段法合成氨工艺，在一段炉负荷的处理上，或者是一段炉负荷大导致整体投资大，或者将一段炉负荷转移到二段炉，但需要增加其它的设备，也依然存在设备投资大的缺陷。由于空气的深冷分离包含液化及后续的精馏的过程复杂，故在进行空气深冷分离时，需要很大的生产规模时折中方法才是经济、且较省能量的。其中，变压吸附技术是一项新型气体分离与净化技术。变 压吸附技术投资少运行费用低、产品纯度高、操作简单灵活、环境污染小、原料气源适应范围宽，适合于合成氨工艺，特别是小规模装置。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可以克服现有的合成氨方法中存在的缺陷的新的合成氨方法及其装置，从而可以有效地解决的技术问题是天然气省去一段炉蒸汽转化，直接在自热转化炉内进行空气或富氧转化，从而降低了整体合成氨系统的设备投资。本专利技术是在低成本、低能耗下进行合成氨生产过程，以提供一种高效节能并可以多种气态烃，诸如天然气、页岩气、焦炉气和煤层气等为原料进行合成氨生产的方法。本专利技术的第一方面提供了一种气态烃类自热重整经变压吸附制合成氨的方法，具体可通过如下步骤实现:提供一气态烃、氧化剂，将上述的气体烃类、氧化剂预热，分别加入蒸汽，将混合有蒸汽的气体烃温度加热到自燃点以上，并与混合有蒸汽的氧化剂，在N2存在条件下，进行自热重整转化，得到含有H2、N2的第一气体；将所述的第一气体中的CO和蒸汽转化为CO2和H2,经变压吸附装置后，排出CO2和/或尾气，并得到含H2、N2的第二气体；采用第二气体合成氨，获得所需的氨。其中，所述的第一气体为未进行精制的合成气。本专利技术所述的气态烃选自天然气、页岩气、焦炉气或煤层气中的一种或几种。在本专利技术所述的气态烃，如天然气、页岩气、焦炉气或煤层气无需在一段转化炉中进行转化，而直接在自热转化炉内进行反应。优选地，所述的气态烃进行预热之前先进行脱硫操作。优选地，将所述的气态烃预热至温度为400-800°C，更优选为450_700°C。所述的气态烃与蒸汽混合后的蒸汽与气态烃中碳原子物质的量之比(即汽碳比)优选为1:1到5:1，更优选为1.5:1到3:1。本专利技术所述的氧化剂为氧气或含氧气体中的一个或多种的混合物，例如可以是空气、富氧空气和纯氧气等含氧气体中的一个或多种的混合物。本专利技术所述的蒸汽可以是饱和蒸汽或者过热蒸汽。优选地，所述的富氧空气中氧气的体积含量优选为大于20%，更优选为大于20%且不高于50%，可更进一步优选为21% -45%。优选地，将所述的氧化剂预热至温度为150_650°C，更优选为200-600°C。所述氧化剂中的氧气可由空分或变压吸附工艺制取得到。所述的预热后的气态烃加入蒸汽后需加热至自燃点以上，再与经过预热的氧化剂混合，然后进行自热重整转化。在本专利技术中，所述的自热重整转化的温度优选为800-1500°C，更优选为900-130本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气态烃类自热重整经变压吸附制合成氨的方法，其特征在于，包括以下的步骤：提供一气态烃、氧化剂，将上述的气体烃、氧化剂预热，分别加入蒸汽，将混合有蒸汽的气体烃温度加热到自燃点以上，并与混合有蒸汽的氧化剂，在N2存在条件下，进行自热重整转化，得到含有H2、N2的第一气体；将所述的第一气体中的CO和蒸汽转化为CO2和H2，经变压吸附装置后，排出CO2和/或尾气，并得到含H2、N2的第二气体；采用第二气体合成氨，获得所需的氨。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨震东，曹建涛，李丹，
申请(专利权)人：上海国际化建工程咨询公司，
类型：发明
国别省市：上海;31