[发明专利]空气连续汽化深冷脱氮制合成氨的方法

说明书

本发明是关于以空气为介质使煤气化制合成氨工艺的改进。

以煤为原料的大型合成氨厂无论是K-T炉，还是Lurgi炉、Winkler炉、Texaco炉，均采用氧作为气化介质，须设有空分装置，提供气化用氧，其设备和投资费用昂贵。我国约有1200家中、小型合成氨厂多采用以空气和蒸汽为气化介质制合成氨工艺，省去了空分装置，但制气过程为间隙式的，即空气和蒸汽交替地通入造气炉，周期地进行吹风-一次蒸汽上吹制气一下吹制气-二次蒸汽上吹制气-空气吹净各过程，其中吹风阶段不制气，它只使炉温升高，产生的气体含有6～8%CO和H₂及CH₄而放空。这种间隙式气化工艺不仅气化效率低，而且吹风气带走大量热量（潜热和显热），即耗能，又污染环境，由空气带入的惰性气体组分在合成系统中循环积累，使合成效率降低，加之这种间隙式气化工艺对原料煤要求高，炉温波动大，须用无烟煤和焦炭为原料，因而制氨成本高。

鉴此，本发明的目的是改上述空气间隙气化制合成氨的工艺为空气（不用制氧机）连续气化深冷脱氮工艺以降低能耗，提高氨合成效率，降低制氨成本。

本发明制合成氨的方法包括下列各常规步骤：

a、将空气和蒸汽通入造气炉与原煤反应生成二氧化碳、氢及一氧化碳：

b、将步骤a所得的气体通入变换炉，气体中的一氧化碳与蒸汽进一步反应转化成二氧化碳和氢;

c、将步骤b所得的气体通入碳化塔，气体中的二氧化碳与氨化合而除去，得到含氮和氢的氨合成原料气;

d、将步骤c所得的氨合成原料气通入合成塔，在催化剂作用下合成生成氨。

本发明对上述常规步骤的改进在于：

步骤a中的空气和蒸汽同时通入，连续制气，将现有的五步气化工艺改为一步完成，另外，将步骤c所得的氨合成氢、氮原料气进一步脱除二氧化碳和水后，用深冷分离的方法脱除过量氮及其它非生成氨的甲烷、氩等惰性气体组分，由此得到符合氨合成当量比的氢、氮混合气送入前述的步骤d的合成塔，制得氨。以上改进包括下列步骤：

（1）将步骤c碳化塔出来的氨合成原料气入碱洗塔，用碱液洗涤，进一步除去二氧化碳至含量小于300ppm;

（2）将步骤（1）所得的氨合成原料气用分子筛吸附脱除水和微量二氧化碳至20ppm以下;

（3）将步骤（2）得到的脱除了水份的干燥原料气入换热器等压降温至露点温度，成为一股冷物流;

（4）将步骤（3）所得的冷物流入冷凝分馏塔，塔底用煤气加热，塔顶以过冷的液氮节流蒸发提供冷量，使入塔物流根据组分沸点的差异，在塔内低温下高沸点甲烷和大部分氮不断地冷凝，从塔底排出甲烷冷凝液，塔中段抽出以饱和液氮为主，并含有氩等惰性组分的液体污氮，塔顶得到符合氨合成当量比的氢氮混合气，送前述步骤d的合成塔制得氨。上述污氮从塔中段抽出后入液氮过冷器降温至84～86°K温度，节流后送入塔顶污氮蒸发器管内与塔内上升的管外氢氮气交换热量而气化，同时，塔内上升氢氮气中部分氮和甲烷组分被冷凝回流。通过调节塔顶温度调整冷凝回流液量，即可控制出塔氢氮混合气达到H₂∶N₂＝3∶1的当量比。

本发明中，深冷装置所需的冷量主要来自污氮的增压膨胀（或将污氮复热到所需较高温度下增压）、节流产冷必要时用乙烷补冷。污氮蒸发器气化的污氮经增压膨胀机膨胀后降温产冷，并通过液氮过冷器将冷量传递给塔中段抽出的饱和污氮，使其过冷并节流降温入塔顶污氮蒸发器提供全塔冷量。此外，本发明还以氨预冷的乙烷制冷循环补充塔内因操作压力过低时冷量的不足，经氨预冷液化的乙烷通过乙烷蒸发器将冷量传递给一小股入冷箱的原料气，并将其通入塔底盘管，用以调节塔底温度及民用煤气中甲烷的纯度。