[发明专利]尿素合成净化气在一体化氨‑尿素工艺和相关装置中的使用

说明书

技术领域

本发明涉及一体化氨-尿素工艺和相关装置。

背景技术

尿素通过使氨和二氧化碳反应来合成。尿素装置的氨进料和二氧化碳进料可以在氨装置中产生，因此，尿素/氨装置的一体化是已知的做法。此外，氨装置是热发生器，而尿素装置是热消耗器，这是一体化的另一动机。通常，通过氨装置产生的热量不能满足整个氨-尿素装置的需要，这意味着，附加的热输入是必要的。这种附加的热输入通常由在辅助燃烧器中燃烧燃料来产生。

氨-尿素装置包括氨工段和尿素工段。在氨工段中，氨在合适的高压下并在催化剂的存在下由氢气和氮气来合成；氢气通常来自诸如天然气的烃源的重整，氮气通常来自空气，例如来自进入二段转化炉作为氧化剂的空气。该烃源的重整发生在氨工段的前端，其包括用于补充气的净化的CO₂-脱除单元；从所述单元提取的二氧化碳可以供应至尿素工段。

尿素装置通常包括高压合成工段、在中压和/或低压下的回收工段和精制工段。用于生产尿素的各种工艺和相关装置的讨论可以在文献中找到，例如Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，Wiley-VCH Verlag。

所有已知的尿素工艺还产生净化气流。这种净化气流用以去除惰性物质(例如氮、氢和氧)，并且避免它们在尿素装置中积累。所述净化气流包含一定量的气态氨，并且如果本身被排放到大气中则引起环境问题。

现有技术已经提出了将尿素净化气流回收作为一体化氨工艺的原料。例如，已经提出了在氨工段中将高压尿素合成净化流与自热转化炉的氧化剂进料结合。

然而，另一个环境问题是由燃烧氨-尿素装置(通常为氨工段)排放的燃烧烟道气引起的。所述烟道气可以包括来自氨工段的前端的一段转化炉的烟气，以及可能来自用于尿素装置产生额外热量(蒸汽)的锅炉的烟气。所述烟气包含污染物，该污染物尤其包括氮氧化物(NOx)，并且它们的净化产生额外的费用。使用尿素净化气流作为氨工段的燃料提供了氨的循环，但是不能提供氮氧化物的问题的解决方案。实际上，当使用净化气流作为燃料时，会增加氮氧化物。

发明内容

本文提出了将包含NH₃的尿素合成净化气流用作氮氧化物(NOx)的选择性催化还原的氨源，该氮氧化物(NOx)包含在由氨工段产生的燃烧烟气中。

因此，本发明提供了一种工艺，其中，在氨-尿素一体化装置的氨工段中通过使氢气和氮气反应合成氨，所述氢气由烃源的重整来产生；所述氨的至少一部分用于在所述装置的尿素工段中合成尿素，并且包含一些氨的净化气流在所述尿素工段中生成，该工艺的特征在于，将所述净化气流用作在所述氨-尿素装置中产生的燃烧烟气中所含有的氮氧化物的选择性催化还原的氨源。

因此，本发明的一个方面为包括氨工段和尿素工段的氨-尿素装置，其中，在氨工段中由氢气和氮气来合成氨，所述氢气由烃源的重整来获得，所述氨的至少一部分被传递到用于合成尿素的尿素工段，其特征在于包括选择性催化还原单元，该选择性催化还原单元用于去除在装置中产生的燃烧烟气中的氮氧化物，其特征还在于包括将在尿素工段中产生的净化气流供应至所述单元而布置的管路，用以将该净化气流用作所述单元的氨源。

本发明的另一个方面为现有的氨-尿素一体化装置的改造，其中，安装用于去除在装置中产生的燃烧烟气中的氮氧化物的选择性催化还原单元，来自装置的尿素工段的净化气流被引导至所述单元，或者在进入所述单元之前与燃烧烟气混合。

氮氧化物的选择性催化还原(SCR)是已知的工艺，并不需要进行详细描述。基本上，随着气体穿过催化剂室与氨混合，则发生NOx还原反应。该反应将氨和氮氧化物(主要为NO和NO₂)转化成N₂和水蒸汽。

燃烧烟气可由氨工段排出，尤其由前端的一段转化炉和/或二段转化炉以及被供应有天然气或其它燃料的附加的锅炉中排出。来自尿素工段的所有的净化气或其一部分，可以被用在SCR工艺中。根据不同的实施方式，如果需要，可以提供用于SCR工艺的另一种氨源。

本发明的优点为在内部重新利用由尿素工段产生的净化气流，并且同时减少在氨工段中产生的烟道气中的氮氧化物污染物。本发明的显著的优点为避免将氨以及氮氧化物排放到大气中。

附图说明

图1示出了本发明的实施方式的方框图。

具体实施方式

一体化氨-尿素装置包括氨工段AM和尿素工段UR。