專利名稱：：深度變換配甲烷化代替銅洗工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用深度變換配甲烷化代替銅洗工藝凈化合成氨原料氣的方法。當(dāng)前合成氨工業(yè)中，對原料氣所含少量CO、CO2等的凈化方法，主要為銅洗法和低變-甲烷化法，多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，銅洗法對原料氣中的硫含量和其他毒物的要求相對較低，但由于需要運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備(銅液泵、冷凍系統(tǒng)等)，銅液易起泡，帶液及產(chǎn)生沉淀，其再生與還原受到多種因素影響，操作管理比較復(fù)雜，致使工藝穩(wěn)定性較差，原料氣凈化質(zhì)量不高，小氨廠合成催化劑使用壽命一般僅為1至2年，由于微量經(jīng)常超標(biāo)和氨催化劑的頻繁更換所造成的經(jīng)濟(jì)影響是十分嚴(yán)重的。低變甲烷法(簡稱三項(xiàng)催化法)具有工藝穩(wěn)定，氣體凈化度高等優(yōu)點(diǎn)，合成催化劑的壽命一般可達(dá)5-8年，因此，國外以油、天然氣為原料的大型合成氨裝置多采用三項(xiàng)催化法，但該法流程冗長復(fù)雜，甲烷化反應(yīng)還需消耗一定的有效氣體，更主要的是該法對原料氣的要求很高，必須將其中的硫化物清除的十分徹底，而且絕對不允許即使是微量的氯根、氨等物質(zhì)進(jìn)入工藝氣體，我國以煤為原料的大多數(shù)工廠一般都不具備這一條件，因此難以在我國以煤為原料的中小型合成氨廠中推廣。七十年代，我國以煤為原料的少數(shù)氨廠試用三項(xiàng)催化法的實(shí)踐證明，三項(xiàng)催化工藝的可靠性主要決定低變催化劑的使用壽命，對于使用條件十分苛刻的銅鋅低變催化劑而言，其使用壽命又直接由原料氣中所含硫、氯根和氨等毒物的凈化程度所決定，由于多種原因，原料氣中上述毒物無法穩(wěn)定在指標(biāo)要求的范圍內(nèi)，致使低變催化劑的活性迅速下降，一般在新催化劑投產(chǎn)4-6個(gè)月后，活性開始減退，直至無法維持生產(chǎn)?；谏鲜鲈?，八十年代后，我國已研制成功鈷鉬系耐硫變換催化劑，如武漢制氨廠的B302Q變換催化劑，此催化劑作為低變催化劑，國內(nèi)200多家中小型氨廠使用三年來證明，它不僅具有很高的變換催化活性，而且有極好的抗毒性，其耐硫指標(biāo)無上限，且對氯根，氨不敏感、工藝流程如下原料氣→脫硫→中變→低變→脫碳→脫硫→銅洗→合成此工藝降低了對原料氣指標(biāo)的要求，提高了凈化質(zhì)量，但銅洗法的不足仍為此工藝的弊端。本發(fā)明提供一種用深度變換配甲烷化的方法代替現(xiàn)行的銅洗工藝，達(dá)到凈化合成氨原料氣的目的。本發(fā)明提出在脫硫、中變及低變后，設(shè)置深變配以甲烷化等過程代替銅洗的技術(shù)方案，以鈷鉬系催化劑作為深變的催化劑、原料氣經(jīng)脫硫、中變及低變后，來自低變爐中的變換氣表壓0.75MPa，溫度200-250℃，含CO-1%，將此變換氣經(jīng)水冷器降溫至160-200℃入深度變換爐，進(jìn)行變換反應(yīng)，此反應(yīng)采用鈷鉬系耐硫低溫變換催化劑作為深變的催化劑，汽氣比控制在0.4-0.7，反應(yīng)后將CO含量降至≤0.3%，溫度為170-220℃的深度變換氣進(jìn)入熱水塔，與來自飽和塔的熱水在塔內(nèi)逆流接觸回收熱量后，溫度降至80-100℃，再入水冷器進(jìn)一步降溫至30-40℃，送碳化工段，熱水塔出口熱水則通過生產(chǎn)系統(tǒng)的熱水泵送入水加熱器循環(huán)使用、深變氣經(jīng)碳化脫碳后，CO2降至≤0.3%，CO+CO2≤0.6%，該原料氣進(jìn)入壓縮機(jī)三段加壓至1.5MPa，送至氧化鐵脫硫槽，脫除H2S，至≤5PPM，接著進(jìn)入甲烷化熱交換器管間，與甲烷化后的高溫氣體換熱，溫度達(dá)到240-300℃，通過氧化鋅脫硫槽，使原料氣中總硫降至痕量，然后直接入甲烷化爐進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，出口之甲烷氣中CO+CO2≤10PPM，反應(yīng)氣經(jīng)熱交換器管內(nèi)與反應(yīng)前氣體換熱，降溫至60-80℃，再通過水冷器降至常溫，最后進(jìn)入壓縮機(jī)四段、五段、六段送合成工段。在三項(xiàng)催化法的低變串甲烷化工藝中，由于銅鋅催化劑不耐硫，故氧化鋅脫硫必須放在高變之后，低變之前，而高變氣體中不可克服的水蒸汽對氧化鋅脫硫反應(yīng)及其催化劑的壽命是極為不利的，造成氧化鋅脫硫效果差，壽命短，致使原三項(xiàng)催化工藝技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)其優(yōu)越性，因而影響了推廣應(yīng)用。由于本發(fā)明采用深變，原料氣得到進(jìn)一步凈化，使后工序能在穩(wěn)定的條件下進(jìn)行，從而提高了原料氣的凈化度，用耐硫低溫高活性鈷鉬催化劑，其抗硫性能極佳，故可將脫硫置于低變之后，甲烷化之前，且為氧化鐵串氧化鋅兩級脫硫，最大限度地改善了氧化鋅脫硫的操作工況條件，處在低水蒸汽含量，低硫含量條件下運(yùn)行的氧化鋅脫硫劑確保了工藝氣體的脫硫效果，極大地延長了氧化鋅的使用壽命，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的工藝技術(shù)創(chuàng)造了條件。本工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測如下一、原料氣體平衡與單耗表一、兩種工藝的氣體平衡表注采用新工藝后，由于氨催化劑活性穩(wěn)定，故可適當(dāng)提高循環(huán)氣中惰性氣含量。兩種工藝原料氣單耗比較采用新工藝后原料氣消耗量將從3150.4增加到3207.2NH3/TNH3，約增加1.8%，即在壓縮機(jī)量相同時(shí)，產(chǎn)量下降1.8%。表二主要消耗指標(biāo)表四本工藝</tables>用本工藝取代銅洗后，噸氨操作費(fèi)用下降23.11-7.33＝15.78萬元(二)操作穩(wěn)定性提高后，帶來的經(jīng)濟(jì)效益銅洗工藝穩(wěn)定性較差的問題，普遍存在于各生產(chǎn)廠中，但由于多種原因，各廠之間或同一廠的不同時(shí)期的情況差異較大，因此其對生產(chǎn)造成的影響很難準(zhǔn)確計(jì)算，現(xiàn)根據(jù)對一些廠家近年來的生產(chǎn)報(bào)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以1萬噸氨年生產(chǎn)負(fù)荷和L型壓縮機(jī)為基準(zhǔn)，每月因銅液成份帶液、供熱、制冷等方面的原因影響生產(chǎn)的時(shí)間一般為20-40臺時(shí)，且影響生產(chǎn)期間，基本上是投入不變，產(chǎn)出相應(yīng)減少?，F(xiàn)以平均每月影響30臺時(shí)計(jì)算，臺時(shí)產(chǎn)氨330kg，全年生產(chǎn)11個(gè)月，則年損失氨產(chǎn)量0.33×30×11＝108.9t液氨價(jià)格取1200元/t年影響經(jīng)濟(jì)效益108.9×1200＝13.07萬元(三)合成催化劑使用壽命延長，減少還原占用時(shí)間的經(jīng)濟(jì)效益采用新工藝后，合成催化劑使用壽命可以從現(xiàn)1年延長至5-8年茲以5年計(jì)。其間甲烷催化劑更換二次(預(yù)期壽命25年)。每次更換還原合成催化劑，從接受合格氣體，進(jìn)行氣密試驗(yàn)到輕負(fù)荷運(yùn)行總計(jì)約需100小時(shí)，扣除升溫10小時(shí)及提壓后半負(fù)荷生產(chǎn)20小時(shí)，約有70小時(shí)，平均消耗1.5臺機(jī)氣量，無產(chǎn)出。其消耗估算如下a固定費(fèi)用200元/小時(shí)b電耗1370度/小時(shí)電價(jià)0.12元/度，計(jì)164元/小時(shí)c原料煤耗800kg/小時(shí)210元/噸，計(jì)168元/小時(shí)d燃料煤耗500kg/小時(shí)180元/噸，計(jì)90元/小時(shí)合計(jì)622元/小時(shí)在5年中有二次甲烷化催化劑還原，每次影響36小時(shí)，需扣除，則實(shí)得效益(70×(5-1)-36×2)/5×622＝2.59萬元(四)經(jīng)濟(jì)效益將上述三項(xiàng)累計(jì)，可得年經(jīng)濟(jì)效益15.78+13.07+2.59＝31.44萬元/年三、投資估算萬元設(shè)備購置費(fèi)用21.6檢測儀器費(fèi)用3.0不可預(yù)見費(fèi)用1催化劑費(fèi)用11.0安裝費(fèi)用3.4合計(jì)40本發(fā)明工藝穩(wěn)定，克服了三項(xiàng)催化法的“冷熱病”，氣體凈化度高，因而大大延長了合成催化劑的壽命，由于工藝上的適當(dāng)調(diào)整，改善了脫硫劑的操作條件，簡化了流程，管理方便，運(yùn)行費(fèi)用低，節(jié)能效果好，本工藝特別適用于以煤為原料的中小型合成氨廠。下面結(jié)合實(shí)施例圖一，深度變換配甲烷化代替銅洗工藝流程圖。實(shí)施例來自脫硫、中變及低變的低變氣0.75MPa(表壓)220℃，含CO-1%，經(jīng)水冷器降溫至190℃，汽氣比0.55進(jìn)入深度變換爐，進(jìn)行低變反應(yīng)，反應(yīng)后CO含量≤0.3%，溫度為198℃的深度變換氣進(jìn)入熱水塔，與來自飽和塔的熱水在塔內(nèi)逆流接觸回收熱量后，溫度降至90℃，再入水冷器進(jìn)一步降溫至35℃，送碳化工段的碳化塔，深變氣經(jīng)碳化脫碳后，CO2降至≤0.3%，CO+CO2≤0.6%，反應(yīng)氣進(jìn)入壓縮機(jī)三段加壓至1.5MPa，送至氧化鐵脫硫槽，脫除H2S≤5PPM，接著進(jìn)入甲烷化熱交換器，與甲烷化后的高溫氣體換熱，溫度達(dá)280℃，通過氧化鋅脫硫槽，使原料氣中總硫降至痕量，然后直接入甲烷化爐進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，出口使之甲烷氣中CO+CO2≤10PPM，反應(yīng)氣經(jīng)熱交換器管內(nèi)與反應(yīng)前氣體換熱降溫至70℃，再通過水冷器降至常溫，最后進(jìn)入壓縮機(jī)四段、五段、六段進(jìn)合成工段。權(quán)利要求一種代替銅洗工藝凈化合成氨原料氣的方法，原料氣經(jīng)脫硫、中變、低變后，來自低變爐的變換氣表壓0.75MPa，溫度200-250℃，含CO-1%，其特征是將此變換氣經(jīng)水冷器降溫至160-200℃入深度變換爐，進(jìn)行變換反應(yīng)，此反應(yīng)采用鈷鉬系耐硫低溫變換催化劑作為深變的催化劑，汽氣比控制在0.4-0.7，反應(yīng)后將CO含量降至≤0.3%，溫度為170-220℃的深度變換氣進(jìn)入熱水塔，與來自飽和塔的熱水在塔內(nèi)逆流接觸回收熱量后，溫度降至80-100℃，再入水冷器進(jìn)一步降溫至30-40℃，送碳化工段，熱水塔出口熱水則通過生產(chǎn)系統(tǒng)的熱水泵送入水加熱器循環(huán)使用，深變氣經(jīng)碳化脫碳后，CO2降至≤0.3%，CO+CO2≤0.6%，該原料氣進(jìn)入壓縮機(jī)三段加壓至1.5MPa，送至氧化鐵脫硫槽，脫除H2S至≤5PPM，接著進(jìn)入甲烷化熱交換器，與甲烷化后的高溫氣體換熱，溫度達(dá)到240-300℃，通過氧化鋅脫硫槽，使原料氣中總硫降至痕量，然后直接入甲烷化爐進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，出口之甲烷氣中CO+CO2≤10PPM，反應(yīng)氣經(jīng)熱交換器與反應(yīng)前氣體換熱，降溫至60-80℃，再通過水冷器降至常溫，最后進(jìn)入壓縮機(jī)四段、五段、六段送合成工段。全文摘要一種用深度變換配甲烷化代替銅洗工藝，用以凈化合成氨原料氣的方法。該工藝通過兩次低溫變換反應(yīng)，使原料氣CO降至＜0.3％，此二次低變反應(yīng)均采用低溫，高活性耐毒性能力極強(qiáng)的鈷鉬系變換催化劑。再經(jīng)氧化鐵和氧化鋅兩級脫硫至總含硫量痕量，最后通過甲烷化反應(yīng)將原料氣凈化至CO+CO文檔編號C01B3/50GK1060078SQ9010811公開日1992年4月8日申請日期1990年9月29日優(yōu)先權(quán)日1990年9月29日發(fā)明者穆中,劉鴻文,沈明棟,陳根祥,王覽東,楊唐杰申請人:武漢制氨廠