两级合成氨净化醇化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化工领域，涉及合成氨的工艺流程，特别是一种两级合成氨净化醇化方法。
【背景技术】
[0002]合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。别名氨气，分子式为NH3,英文名:synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外,绝大部分是合成的氨。
[0003]合成氨工艺中气体净化有多个途径，成熟的技术也很多，但是能耗、操作费用、投资费用等相差很大；节约能源消耗、尽量减少投资、提高企业综合经济效益，一直是开发新工艺的目标。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术所存在的不足，本发明公开了一种两级合成氨净化醇化方法。
[0005]本发明所述两级合成氨净化醇化方法，两级合成氨净化醇化方法，包括如下步骤:
Si新鲜气与醇后循环气混合，然后进入甲醇合成塔并在管外触媒层进行合成反应，出塔进甲醇分离器，分离后的粗甲醇气体一部分经循环机提压后重新循环进入甲醇合成塔反应，另一部分作为氨合成工段的原料气送至后续工段高压甲醇，前后两部分气体的体积比为5至10:1 ;
S2低压甲醇后的气体经压缩后达到压力20MPa以上，去除油水后进入二级醇塔前加热器，提温后进入二级高压醇化反应器；
S3经过二级醇塔前加热器高压醇化后的气体，再通过二级醇化分离系统，气体进入深度甲烷化净化塔，反应后的气体直接进入氨合成系统。
[0006]优选的，所述步骤SI中前后两部分气体体积比为6至7.5:1。
[0007]优选的，所述步骤S2中低压甲醇后的气体经压缩后达到压力22MPa以上。
[0008]优选的，所述步骤SI中甲醇合成塔的出塔气体温度为200-250摄氏度。
[0009]优选的，所述步骤SI中出塔气体先预热再经水冷却器后，再进入甲醇分离器。
[0010]采用本发明所述的两级合成氨净化醇化方法，两级甲醇净化CO、CO2，联合生产甲醇。低压甲醇合成大幅度消化CO、CO2，生产甲醇产品；高压甲醇以净化为目的，深度消化CO、CO2 ;低压联醇操作费用低于中压联醇，副产蒸汽，也没有增加设备投入；高压甲烷化提高了 CO、CO2的净化度，保证合成气的品质。
【具体实施方式】
[0011]下面对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0012]来自压缩五段的新鲜气与醇后循环气混合，压力?5.5MPa，经油分除油水等污物后进预热器壳程提温至210°C，然后进入甲醇合成塔并在管外触媒层进行合成反应，反应初期触媒热点控制在225±5°C，合成甲醇的反应热将管内的热水汽化并通过循环热水泵移出塔外，出塔气温度?230°C，在预热器管程加热入塔气，再经水冷器冷却至40°C进甲醇分离器，分离后的粗甲醇经闪蒸槽减压后进入粗醇储罐再送精馏工段，分离后的气体大部分经循环机提压后重新循环进入甲醇合成塔反应，小部分作为氨合成工段的原料气送至后续工段高压甲醇、甲烷化工序进行深度净化。饱和水被加热汽化出塔后形成汽水混合气，在汽包中分离后蒸汽送管网，分离的热水再经循环热水泵加压在水管内形成循环，从而将合成塔水管外的反应气热量带出塔外。脱盐水经水泵加压后补进汽包。
[0013]
低压甲醇后的气体经压缩后达到压力22.0MPa，去除油水后进入二级醇塔前加热器，提温后进入二级高压醇化反应器，这个醇塔是以净化为目的的，通常情况下是不开循环机的，气体一次性地通过反应器。
[0014]经过二级高压醇化后的气体，再通过二级醇化分离系统，气体中CO、CO2已经低至500ppm以下，进入深度净化塔内件前的气体提高反应物温度(本案选择采用电炉补热的方式)，气体进入深度甲烷化净化塔，反应出来后的气体达到C0+C02小于1ppm的范围，可以直接进入氨合成系统。
[0015]低压合成甲醇工艺是经典的甲醇生产工艺，已经被广泛采用和应用。反应器选用水冷管式反应器，已经得到广泛使用，没有出现过泄漏等使用问题，设备投资也不高于中压联醇设备。
[0016]水冷管式反应器能够副产2.0MPa以上的的高品位蒸汽，吨醇产气量彡1000kg，符合节能要求，也是中压甲醇无法实现的，同时实现了等温操作，也有利于热利用和系统低负荷下的热平衡、高负荷下的调温方便。
[0017]通常的管壳式反应器将装有催化剂的反应管完全浸在管外饱和水里，比冷面积虽较大，但由于水流动较慢，反应管外壁面将形成较厚的热边界层，而边界层厚度的增加是影响传热效果的关键。国内大多数生产厂常采用降低产汽压力、提高传热温差等方法来提高传热效果。本反应器管式内件通过锅炉水强制循环与催化剂层换热，提高了循环水流速，边界层厚度减薄，因而传热效果提高，传热温差可缩小。
[0018]本工艺采用催化剂装填在管外，管内冷却水流速增加多倍，将消除热边界层。
[0019]由于采用水冷式控制催化剂床层温度，仅需要控制汽包的压力即可实现，减少了副阀、冷激阀等操作，稳定地控制汽包压力就可以实现稳定的催化剂床层温度。
[0020]催化剂装填在管外，压力容器的有效利用率提高；反应器催化剂层温差小，合成效率高。气体为轴向流动，流速变化小，催化剂使用率高。
[0021]合成气循环比高，有利于催化剂床层温差的缩小，但动力消耗大，合成设备生产负荷加大。循环比低，不利于传热。采用本项目推荐的水冷式甲醇合成反应器，移热能力增强，循环机动力消耗和换热器负荷降低，虽多增加了循环泵电耗，但总体来看运行成本下降。
[0022]管壳式反应器的触媒装在管内，合成气在管内流动，流通截面小、阻力大，进出塔压降大。本工艺水冷管式反应器触媒及合成气均在管外，流通截面大，合成气在塔内阻力比管壳式要小，通常塔阻力< 0.2MPa。
[0023]反应器由于能够保证及时将反应热移出塔外，较好的控制催化剂层温度、且温差小，因而粗甲醇副产物生成少，提高了粗甲醇的品位，甲醇精馏消耗降低。
[0024]用于反应器选用低Η/D设计，催化剂装填在移热管的管外，催化剂可以直接加入反应器内，排除了催化剂装入列管时需要测定各管阻力的繁琐，简便易行。
[0025]由于甲醇合成反应是体积缩小的反应，高压合成甲醇更有利于C0、C02的降低。甲烷化反应同样也是体积缩小的反应，高压甲烷化同样有利于甲烷化反应，降低出口 CO、CO2的含量。
[0026]高压甲醇合成反应的入口 CO、CO2浓度低，反应不是很剧烈，操作控制简便。甲烷化反应器的入口 C0、C02的浓度低，甲烷化反应仅需要控制入口温度就能实现。高压甲醇合成反应的入口 C0、C02浓度低，反应不是很剧烈，通常采用一次性通过的方式，不需要开启循环，省去动了消耗。
[0027]甲烷化反应器只有催化剂的投入，删除了铜洗工艺中铜、氨、醋酸、蒸汽等循环，降低了氨生产成本。高压甲醇、甲烷化后的气体能够直接加入合成塔，且甲烷含量低，能够减少塔后放空气量，提高了原料利用率。
[0028]前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.两级合成氨净化醇化方法，其特征在于，包括如下步骤: Si新鲜气与醇后循环气混合，然后进入甲醇合成塔并在管外触媒层进行合成反应，出塔进甲醇分离器，分离后的粗甲醇气体一部分经循环机提压后重新循环进入甲醇合成塔反应，另一部分作为氨合成工段的原料气送至后续工段高压甲醇，前后两部分气体的体积比为5至10:1 ; S2低压甲醇后的气体经压缩后达到压力20MPa以上，去除油水后进入二级醇塔前加热器，提温后进入二级高压醇化反应器； S3经过二级醇塔前加热器高压醇化后的气体，再通过二级醇化分离系统，气体进入深度甲烷化净化塔，反应后的气体直接进入氨合成系统。2.如权利要求1所述的两级合成氨净化醇化方法，其特征在于，所述步骤SI中前后两部分气体体积比为6至7.5:1。3.如权利要求1所述的两级合成氨净化醇化方法，其特征在于，所述步骤S2中低压甲醇后的气体经压缩后达到压力22MPa以上。4.如权利要求1所述的两级合成氨净化醇化方法，其特征在于，所述步骤SI中甲醇合成塔的出塔气体温度为200-250摄氏度。5.如权利要求1所述的两级合成氨净化醇化方法，其特征在于，所述步骤SI中出塔气体先预热再经水冷却器后，再进入甲醇分离器。
【专利摘要】本发明所述两级合成氨净化醇化方法，包括如下步骤：S1新鲜气与醇后循环气混合，分离后的粗甲醇气体一部分经循环机提压后重新循环进入甲醇合成塔反应，另一部分作为氨合成工段的原料气送至后续工段高压甲醇，前后两部分气体的体积比为5至10：1；S2低压甲醇后的气体经压缩后进入二级醇塔前加热器，提温后进入二级高压醇化反应器；S3经过二级醇塔前加热器高压醇化后再通过二级醇化分离系统，气体进入深度甲烷化净化塔，反应后的气体直接进入氨合成系统。本发明深度消化CO、CO2；低压联醇操作费用低于中压联醇，副产蒸汽，没有增加设备投入；高压甲烷化提高了CO、CO2的净化度，保证了合成气的品质。
【IPC分类】C07C31/04, C01C1/04, C07C29/151
【公开号】CN105585031
【申请号】CN201410570029
【发明人】李科
【申请人】李科
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年10月23日