一种焦炉气制备合成氨的工艺制造技术

一种焦炉气制备合成氨的工艺是焦炉气精脱硫后与富氧空气和水蒸汽进行部分催化氧化转化反应，采用中串低变工艺进行变换冷却，冷却后的变换气体进行变压吸附脱除CO2气体，脱除CO2的气体进行甲烷化反应得到甲烷化后气体；甲烷化后气体进行反应生成氨。本发明专利技术具有能耗低、环保的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种合成氨的工艺，具体地说涉及一种焦炉气制备合成氨的工艺。
技术介绍
合成氨是基础化工原料，在国民经济中承担重要的角色。在农业上主要用于生产氮肥，例如尿素、碳酸氢铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵等；还可用于生产各种含氮复合肥，如磷酸铵、硝酸磷肥、NPK复合肥等。在工业 上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料。从氨可制得硝酸，进而再制造硝酸铵、硝化甘油、三硝基甲苯和硝基纤维素等。在化纤和塑料工业中，则以氨、硝酸、尿素等作为氮源，生产己内酰胺、尼龙6单体、己二胺、人造丝、丙烯腈、酚醛树脂和脲醛树脂等产品。除此以外，氨还可以用作制冷剂，或用于医药或生物化学等领域。焦炉气是焦化厂煤炭干馏成焦过程中的主要副产物之一，主要成分有H2、CH4, CO、CO2等。现有焦炉气的净化处理一般采用水洗、脱油、洗萘、脱硫、脱苯等，净化后的焦炉气主要做为城市煤气、化工原料、工业燃气、发电等。目前，用焦炉气制造合成氨主要采用深冷空分制氧、富氧加压催化部分氧化、热钾碱或NHD脱碳、31. 4MPa中压氨合成、贮罐气水洗回收氨等传统技术，能耗较高，污染物排放较多，还有一定的节能潜力可挖。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能耗低、环保的焦炉气制合成氨的工艺。本专利技术的目的是这样实现的首先筛选各工序适用的先进节能技术，这些技术都是已在相近或相关领域里投运的成熟可靠的技术；然后集成优化，形成最优化配置的新的合成氨整体工艺路线。本专利技术具体的焦炉气制合成氨的工艺包括如下步骤(I)来自于焦炉气柜的焦炉气经压缩后进行精脱硫，使焦炉气中的总硫脱至^ lmg/Nm3；(2)脱硫后的焦炉气与来自富氧空气制备工序的富氧空气和水蒸汽在装有转化催化剂的转化炉内进行富氧部分催化氧化转化反应，将气体中的甲烷及少量碳烃转化为CO和H2，转化后的高温气体中CH4控制在0. 3 0. 6v%，并经过废热锅炉回收热量去变换冷却；(3)变换冷却采用中串低变工艺进行，变换冷却过程中产生的反应热用于副产蒸汽、淬冷喷水增湿降温、加热锅炉给水、脱盐水预热或用于吸收制冷，冷却后的变换气体中的⑶含量为0. 2 0. 5v%，温度降至40°C ；(4)步骤(3)中冷却后的变换气体进行变压吸附脱除CO2气体，脱除后的气体中CO2控制在0.2 0. 4v% ；(5)步骤(4)脱除CO2的气体在装有合成甲烷化催化剂的反应器中，气体中微量的CO、CO2与H2进行甲烷化反应生成甲烷和水，以除去氨合成毒物CO、CO2 ;反应后气体进行脱水，得到甲烷化后气体；(6)步骤(5)甲烷化后气体经压缩后进入氨合成，H2与N2在氨合成催化剂作用下进行反应生成氨，反应热经过副产蒸汽、加热入塔气体、预热脱盐水后用水冷却，再经过氨冷低温分离后得到液氨产品和尾气；大部分尾气返回与甲烷化后气体混合，小部分尾气作为弛放气排出系统；(7)液氨产品送到贮罐，在贮罐内减压后释放出溶解气(贮罐气)；(8 )来自步骤(6 )的弛放气与来自步骤(7 )的溶解气进入高压洗氨和膜分离装置，回收其中的氨，回收的氨生成氨水作为产品使用，分离出的氢气返回与甲烷化后气体混合，尾气做燃料气；(9)步骤(6)氨冷低温分离所需的冷量来自氨蒸发制冷，由冷冻站提供液氨，蒸发 出的气氨返回冷冻站。如步骤(I)所述的焦炉气压缩是将来自焦炉气柜的焦炉气，经多级压缩后，压力升至 2. 2 2. 5MPa (g)。如步骤(I)所述的粗脱硫是将压缩后的焦炉气经过滤器滤去油雾后进入氧化铁脱硫槽，脱除无机硫。如步骤(I)所述的精脱硫是经粗脱硫后，脱除无机硫后的气体送转化装置预热，预热后温度300 350°C,进入加氢转化器I，米用中温铁钥加氢转化技术，将气体中的有机硫转化为无机硫，另外，气体中氧在此与氢反应生成水，不饱和烃加氢成为饱和烃气体中的有机硫在此转化为无机硫，加氢转化后的气体进入中温氧化铁脱硫槽，脱去绝大部分的无机硫，再进入加氢转化器II，采用中温铁钥加氢转化技术，将残留的有机硫彻底转化后，并经中温氧化锌脱硫槽，使气体中的总硫脱至< lmg/Nm3,出氧化锌脱硫槽的气体压力1. 95 2. 25MPa(g)，温度 350 380 °C。如步骤(2)所述的富氧空气制备是采用PSA分离空气制富氧空气技术，操作压力100 150kPa，经配空气后得到氧含量28 35v%的富氧空气。如步骤(2)所述的富氧部分催化氧化转化反应是来自精脱硫的焦炉气与废锅来的蒸汽混合，进入预热炉预热到650 670°C,进入转化炉；来自富氧制备的富氧空气加入蒸汽后进入转化炉，在转化炉顶部与焦炉气蒸汽混合，混合气体中氧首先与可燃气体反应产生反应热，为甲烷部分催化氧化转化反应提供热量，气体进入床层后，在部分催化氧化催化剂的作用下，甲烷及少数多碳烃转化为一氧化碳和氢，出转化炉的转化气约880 950°C，入废热锅炉副产2. 5 2. 9MPa(g)的饱和蒸汽后，再经过焦炉气预热器等进一步回收热量后，温度降至280 320°C进入变换冷却；甲烷部分催化氧化催化剂是镍催化剂，可以是204或205 (西南化工研究院生产)，操作条件温度650 1400°C、压力1. 95 2. 25MPa、体积空速6000 SOOOh'可以采用原化学工业第二设计院开发成功的焦炉气部分氧化法工艺，此工艺成熟可靠，投资低，适合CH4含量较低的原料气转化。转化气中CH4控制在0. 3 0. 6v% o如步骤(3)所述的中串低变工艺是采用铁铬系催化剂(如B113)中温变换催化剂，操作条件为温度300-520°C、压力1. 9-2. 15MPa(g)、空速2500-35001^。低温变换催化剂是铜锌基催化剂(如B205)，操作条件温度180-260°C、压力1. 8-2. 05MPa(g)、体积空速2500-350( '如步骤(4)所述的变压吸附是采用一段法真空流程变压吸附脱碳工艺，其工作过程包括吸附、均压降压、逆放、抽真空、均压升压、产品气升压的过程。工艺条件压力1. 6 1.9Mpa(g)，温度彡40°C，脱碳气中CO2控制在0. 2 0. 4v%。如步骤(5)所述的合成甲烷化工艺所采用的催化剂是镍催化剂如J105 (原南化催化剂厂)，操作条件温度260-400°C、压力1. 55-1. 85MPa(g)、空速5000-600( '反应后气体进行脱水是出塔气体经塔前预热器、合成甲烷化后水冷器、氨冷器冷却到4-30°C进行气液分离。如步骤(6)所述氨合成采用低压轴径向高效氨合成塔内件，两级氨冷工艺。入氨合成塔气体压力14. 0-18. OMPa (g)、温度200-230°C，体积空速4500-6000/h，氨含量 2.60-2. 9% (V)，出塔气体温度 380-435°C，氨含量 17. 0-19. 0v%o如步骤(6)所述的氨合成催化剂为低温型小颗粒合成氨催化剂(包括预还原性和氧化态型)，如南京化学工业公司生产的AllO系列铁催化剂；浙江工业大学生产的A301型氨合成催化剂；英国ICI公司开发的铁-钴系的ICI74-1型氨合成催化剂；福州大学的A201型催化剂；丹麦的KM K KM IK KM III催化剂；美国的C73-1、C73-2-03型催化剂等。如步骤(7)所述的贮罐气操作压力2. 5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焦炉气制备合成氨的工艺，其特征在于包括如下步骤：（1）来自于焦炉气柜的焦炉气经压缩后进行精脱硫，使焦炉气中的总硫脱至≤1mg/Nm3；（2）脱硫后的焦炉气与来自富氧空气制备工序的富氧空气和水蒸汽在装有转化催化剂的转化炉内进行富氧部分催化氧化转化反应，将气体中的甲烷及少量碳烃转化为CO和H2，转化后的高温气体中CH4控制在0.3～0.6v％，并经过废热锅炉回收热量去变换冷却；（3）变换冷却采用中串低变工艺进行，变换冷却过程中产生的反应热用于副产蒸汽、淬冷喷水增湿降温、加热锅炉给水、脱盐水预热或用于吸收制冷，冷却后的变换气体中的CO含量为0.2～0.5v％，温度降至40℃；（4）步骤（3）中冷却后的变换气体进行变压吸附脱除CO2气体，脱除后的气体中CO2控制在0.2～0.4v％；（5）步骤（4）脱除CO2的气体在装有合成甲烷化催化剂的反应器中，气体中微量的CO、CO2与H2进行甲烷化反应生成甲烷和水，以除去氨合成毒物CO、CO2；反应后气体进行脱水，得到甲烷化后气体；（6）步骤（5）甲烷化后气体经压缩后进入氨合成，H2与N2在氨合成催化剂作用下进行反应生成氨，反应热经过副产蒸汽、加热入塔气体、预热脱盐水后用水冷却，再经过氨冷低温分离后得到液氨产品和尾气；大部分尾气返回与甲烷化后气体混合，小部分尾气作为弛放气排出系统；（7）液氨产品送到贮罐，在贮罐内减压后释放出溶解气(贮罐气)；（8）来自步骤（6）的弛放气与来自步骤（7）的溶解气进入高压洗氨和膜分离装置，回收其中的氨，回收的氨生成氨水作为产品使用，分离出的氢气返回与甲烷化后气体混合，尾气做燃料气；（9）步骤（6）氨冷低温分离所需的冷量来自氨蒸发制冷，由冷冻站提供液氨，蒸发出的气氨返回冷冻站。...

【技术特征摘要】
1.一种焦炉气制备合成氨的工艺，其特征在于包括如下步骤 (1)来自于焦炉气柜的焦炉气经压缩后进行精脱硫，使焦炉气中的总硫脱至<Img/Nm3 ； (2)脱硫后的焦炉气与来自富氧空气制备工序的富氧空气和水蒸汽在装有转化催化剂的转化炉内进行富氧部分催化氧化转化反应，将气体中的甲烷及少量碳烃转化为CO和H2,转化后的高温气体中CH4控制在0. 3 0. 6v%，并经过废热锅炉回收热量去变换冷却； (3)变换冷却采用中串低变工艺进行，变换冷却过程中产生的反应热用于副产蒸汽、淬冷喷水增湿降温、加热锅炉给水、脱盐水预热或用于吸收制冷，冷却后的变换气体中的CO含量为0. 2 0. 5v%，温度降至40°C ； (4)步骤(3)中冷却后的变换气体进行变压吸附脱除CO2气体，脱除后的气体中CO2控制在0.2 0. 4v% ； (5)步骤(4)脱除CO2的气体在装有合成甲烷化催化剂的反应器中，气体中微量的CO、CO2与H2进行甲烷化反应生成甲烷和水，以除去氨合成毒物CO、CO2 ;反应后气体进行脱水，得到甲烷化后气体； (6)步骤(5)甲烷化后气体经压缩后进入氨合成，H2与N2在氨合成催化剂作用下进行反应生成氨，反应热经过副产蒸汽、加热入塔气体、预热脱盐水后用水冷却，再经过氨冷低温分离后得到液氨产品和尾气；大部分尾气返回与甲烷化后气体混合，小部分尾气作为弛放气排出系统； (7)液氨产品送到贮罐，在贮罐内减压后释放出溶解气(贮罐气)； (8 )来自步骤(6 )的弛放气与来自步骤(7 )的溶解气进入高压洗氨和膜分离装置，回收其中的氨，回收的氨生成氨水作为产品使用，分离出的氢气返回与甲烷化后气体混合，尾气做燃料气； (9)步骤(6)氨冷低温分离所需的冷量来自氨蒸发制冷，由冷冻站提供液氨，蒸发出的气氨返回冷冻站。2.如权利要求1所述的一种焦炉气制备合成氨的工艺，其特征在于步骤(I)所述的焦炉气压缩是将来自焦炉气柜的焦炉气，经多级压缩后，压力升至2. 2 2. 5MPa(g)。3.如权利要求1所述的一种焦炉气制备合成氨的工艺，其特征在于步骤(I)所述的粗脱硫是将压缩后的焦炉气经过滤器滤去油雾后进入氧化铁脱硫槽，脱除无机硫。4.如权利要求1所述的一种焦炉气制备合成氨的工艺，其特征在于步骤(I)所述的精脱硫是经粗脱硫后，脱除无机硫后的气体送转化装置预热，预热后温度300 350°C，进入加氢转化器I，采用中温铁钥加氢转化技术，加氢转化后的气体进入中温氧化铁脱硫槽，再进入加氢转化器II，采用中温铁钥加氢转化技术，并经中温氧化锌脱硫槽，使气体中的总硫脱至彡lmg/Nm3,出氧化锌脱硫槽的气体压力1. 95 2. 25MPa(g),温度350 380°C。5.如权利要求1所述的一种焦炉气制备合成氨的工艺，其特征在于步骤(2)所述的富氧空气制备是采用PSA分离空气制富氧空气技术，操作压力100 150kPa，经配空气后得到氧含量28 35v%的富氧空气。6.如权利要求1所述的一种焦炉气制备合成氨的工艺，其特征在于步骤(2)所述的富氧部分催化氧化转化反应是来自精脱硫的焦炉气与废锅来的蒸汽混合，进入预热炉预热到650 670°C,进入转化炉；来自富氧制备的富氧空气加入蒸汽后进入转化炉，在转化炉顶部与焦炉气蒸汽混合，混合气体进入床层后，在部分催化氧化催化剂的作用下，甲烷及少数多碳烃转化为一氧化碳和氢，出转化炉的转化气约880 950°C，入废热锅炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵学仁，杨复兴，陈胜军，张冬草，李素萍，田辉，
申请(专利权)人：赛鼎工程有限公司，山东洪达化工有限公司，
类型：发明
国别省市：