專利名稱：一種合成氣生產尿素流程中含氫尾氣循環利用工藝的制作方法
一種合成氣生產尿素流程中含氫尾氣循環利用工藝本發明涉及合成氨與CO2制備尿素技術，尿素合成圈含氫尾氣利用領域，具體的說是一種合成氣生產尿素流程中含氫尾氣循環利用工藝。
尿素是比較高效的一種氮肥，它含氮量好，速效性好，持效期長，而且性情溫和，不容易出現燒苗等不良反應。目前大型化肥廠合成氣凈化均采用脫硫脫碳和液氮洗技術，凈化后的合成氣在氨合成工段合成氨后與脫硫脫碳分離出的二氧化碳進入尿素合成工段，尿素合成采用二氧化碳氣提工藝在高溫、高壓下合成尿素。由氨與二氧化碳合成尿素的反應機理為，氨先與二氧化碳反應形成氨基甲酸銨，生成的氨基甲酸銨脫水得到尿素。氨和二氧化碳轉化為尿素通常發生在12 40MPa壓力和160 250°C溫度下進行，反應后產物主要由尿素、水，氨基甲酸銨和游離氨組成的混合溶液，尾氣則包括水蒸氣、氫氣和氨氣等組分。合成反應在尿素合成圈中進行，通過確保反應混合物在合成區中的停留時間足夠長，即可實現氨基甲酸銨在合成區中轉化為尿素和水。對于合成氣生產尿素流程中含氫尾氣的處理現有工藝見附
圖1，合成氣5經過脫硫脫碳工段I中的吸收塔17吸收酸性氣體(如CO2)后的合成氣6再經過液氮洗工段2最終凈化配氮后的合成氣7進入氨合成工段3的合成氣壓縮機21壓縮后送入氨合成塔22合成氨，然后經熱回收后進中壓閃蒸罐23、低壓閃蒸罐25釋放出未反應的氫氣和氮氣等，出氨合成工段的低壓液氨13通過高壓氨泵15加壓后的高壓液氨12送入尿素合成工段4 ;脫硫脫碳工段I的中壓閃蒸塔18的中壓閃蒸氣9和液氮洗閃蒸槽20的閃蒸循環氣10通過循環氣壓縮機14壓縮后與合成氣5混合后返回脫硫脫碳工段I。脫硫脫碳工段I的二氧化碳產品塔19產出的二氧化碳產品8通過二氧化碳壓縮機24壓縮并脫硫后送入尿素高壓合成圈16。二氧化碳和液氨在尿素合成工段4在高溫、高壓下合成尿素，尿素合成工段產生的尾氣經洗滌后11排入大氣。這種技術在合成氨階段，設置了閃蒸罐，閃蒸分離出未反應的H2、N2，但是在分離過程中，由于閃蒸時壓力瞬間減小，潛在的能量被消耗，部分氨也會隨氫氣帶出，這部分氨只能進行焚燒處理，并且，閃蒸罐的大幅度壓降導致這部分能量被白白的浪費，需要在后階段中用泵設備提高壓力。另外，最后的尾氣直接進行凈化和排放，浪費了尾氣中依然存在的H2和N2。這兩個問題使合成尿素的成本和需要的能量大大增加，而且生產效率不高。本發明的目的是解決現有技術中能耗高，尾氣無法循環利用的缺陷，提供一種不需要中低壓閃蒸罐和高壓液氨泵、能有效利用尾氣的合成尿素的工藝。合成氣主體為C02、H2,合成氣依次經過脫硫脫碳工段吸收CO2,液氮洗工段配氮后進入氨合成工段，CO2吸收液經過閃蒸、解吸得到CO2成品進入尿素合成工段，液氮洗工段液相進行閃蒸回收溶解氫氣，氨合成工段反應后得到H2、N2和NH3的混合氣，混合氣經過多級換熱后冷卻為含4、N2的液氨，并通過中、低壓閃蒸分離未反應的氫氣、氮氣，液氨由高壓液氨泵打至尿素合成工段，CO2吸收液閃蒸后的閃蒸氣和液氮洗工段液相閃蒸氣與最初的合成氣混合，二氧化碳和液氨在尿素高壓合成圈合成尿素，尿素高壓合成圈產生的含H2尾氣排入大氣，而本發明的其特征在于a.所述的CO2吸收液閃蒸氣和液氮洗工段液相閃蒸氣由，與最初的合成氣混合，替換為，直接與脫硫脫碳工段解吸得到的CO2產品混合后一同進入尿素工b.所述的含H2、N2的液氨，經過中低壓閃蒸分離未反應的氫氣、氮氣，液氨由高壓液氨泵送至尿素合成工段，替換為，含H2、N2液氨不經中低壓閃蒸而在高壓下直接進入尿素合成段與所述的CO2進行尿素合成反應，c.將所述的尾氣與所述的合成氣混合一同通入脫硫脫碳工段，和/或，與經過脫硫脫碳的合成氣一同進入液氮洗工段。所述的液氮洗工段配氮，其對于合成氣的配氮摩爾比為3 I。所述的CO2吸收液的閃蒸步驟具體為，采用閃蒸罐/塔閃蒸，閃蒸氣從閃蒸罐/塔頂部出料。所述的尾氣是含氫氣、氮氣和水蒸氣等的混合物。所述的CO2吸收液閃蒸氣、液氮洗工段液相閃蒸氣和CO2在進入尿素工段CO2壓縮機前混合。本發明同現有技術相比，具有以下優點I.提高了 NH3的利用率，在設有中、低壓閃蒸的現有技術中，在低壓閃蒸時，閃蒸帶出的含H2、NH3氣體由于較難回收，需要進行焚燒處理，本發明生產的NH3能全部進入尿素合成工段；2.優化了生產工藝，現有技術中需要中、低壓閃蒸設備，閃蒸之后的液氨還需要設置高壓液氨泵送至尿素高壓合成圈，本技術可以依靠氨合成反應自身的壓力進入尿素合成工段；另外，原本CO2吸收液閃蒸汽和液氮洗工段閃蒸氣需要通過循環壓縮機回到合成氣中，現在和解吸的CO2 —同進入尿素合成工段，取消了循環氣壓縮機，上述兩點大大降低了能耗；3.尿素高壓合成尾氣可回收利用，現有技術中的尾氣由于壓力較低，使尾氣無法進行回收利用，本發明提高了含H2、N2和水蒸氣等組分尾氣的壓力，可將尾氣循環利用，提高了氏和隊的利用率。綜上所述，本發明具有工藝更簡單合理、能耗更低、環保的優點。圖I是現有技術工藝流程圖；圖2是本發明的具體實施方式
示意圖；圖中1-脫硫脫碳工段；2_液氮洗工段；3_氨合成工段；4_尿素合成工段；5-進脫硫脫碳工段合成氣；6_進液氮洗工段合成氣；7進氨合成工段合成氣；8_出脫硫脫碳工段二氧化碳；9_脫硫脫碳工段中壓閃蒸氣；10_液氮洗工段循環氫氣；11_尿素合成工段含氫尾氣；12_高壓液氨；13-低壓液氨；14-循環氣壓縮機；15_高壓液氨泵；16-尿素高壓合成圈；17-吸收塔；18-中壓閃蒸塔(罐)；19_ 二氧化碳產品塔；20-液氮洗閃蒸槽；21-合成氣壓縮機；22_氨合成塔；23_液氨中壓閃蒸罐；24_ 二氧化碳壓縮機；25_低壓閃蒸罐。結合附圖對本發明做進一步說明，但是本發明不局限于附圖和實施例，這種裝置的制造技術對本專業的人來說是非常清楚的。實施例如附圖2所示，以單系列年產120萬噸尿素工廠為例，對現有工藝進行如下改進， 其主體流程如下本工藝的原料為合成氣，合成氣的主要成分是H2和CO2，其余還包括其他酸性氣體雜質，以及CO等。合成氣5首先經過脫硫脫碳工段I中的吸收塔17吸收酸性氣體CO2，脫酸氣后的合成氣6經過液氮洗工段2中的氮洗塔中進行液氮洗凈化和配氮，配氮后的合成氣7包括H2和N2,然后進入氨合成工段3的合成氣壓縮機21壓縮后送入氨合成塔22合成氨，出氨合成工段的出料為高壓液氨12 (壓力15. 4MPa、溫度15 25°C、含氨99. 3% mol、氫0. 5%mol、氮0. 2% mol、5591. 2kmol/hr),進入入尿素合成工段4 ;脫硫脫碳工段I的二氧化碳產品塔(解吸塔)19產出的二氧化碳產品8 (其中二氧化碳99. 1% mol,2856. 2kmol/h)與脫硫脫碳工段I的中壓閃蒸塔18的中壓閃蒸氣9 (含氫約51% mol,231. 2kmol/h)及液氮洗工段2中液氮洗閃蒸槽20的閃蒸循環氣10 (含氫約90% mol,30. 2kmol/h)混合后通過二氧化碳壓縮機24壓縮并脫硫后送入尿素高壓合成圈16進行尿素合成反應。二氧化碳和液氨在145 150bar的壓力、180 200°C溫度下合成尿素,尿素高壓合成圈16產生的尾氣11 (壓力為50 80bar、含氫約87% mol、含氮約9% mol，其余為水蒸氣)218. 7kmol/h與原料的合成氣5和/或脫酸后的合成氣6混合后循環利用。本發明提出的合成氣生產尿素流程中含氫尾氣的循環利用工藝已通過良好的實施例子進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和范圍內對本發明所屬的結構和技術方法進行改動或適當變更與組合來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、范圍和內容中。
權利要求
1.一種合成氣生產尿素流程中含氫尾氣循環利用工藝，合成氣主體為C02、H2,合成氣依次經過脫硫脫碳工段吸收CO2，液氮洗工段凈化配氮后進入氨合成工段，CO2吸收液經過閃蒸、解吸得到CO2成品進入尿素合成工段，液氮洗工段液相進行閃蒸回收溶解氫氣；氨合成工段反應后得到H2、N2和NH3的混合氣，混合氣經過多級換熱后冷卻為含H2、N2的液氨，并通過中、低壓閃蒸分離出未反應的氫氣、氮氣，液氨由高壓液氨泵打至尿素合成工段，CO2吸收液閃蒸后的閃蒸氣和液氮洗工段液相閃蒸氣通過循環氣壓縮機壓縮后與最初的合成氣混合，二氧化碳和液氨在尿素高壓合成圈合成尿素，尿素高壓合成圈產生的含H2尾氣排入大氣，其特征在于 a.所述的CO2吸收液閃蒸氣和液氮洗工段液相閃蒸氣由，通過循環氣壓縮機壓縮后與最初的合成氣混合，替換為，直接與脫硫脫碳工段解吸得到的CO2混合后一同進入尿素工段， b.所述的含4、N2液氨經過中、低壓閃蒸分離出未反應的氫氣、氮氣，液氨由高壓液氨泵送至尿素合成工段，替換為，含H2、N2液氨依靠自身的壓力直接進入尿素合成段與所述的CO2進行尿素合成反應， c.將所述的尾氣與所述的合成氣混合一同通入脫硫脫碳工段，和/或，與經過脫硫脫碳的合成氣一同進入液氮洗工段。
2.如權I所述的一種合成氣生產尿素流程中含氫尾氣循環利用工藝，其特征在于所述的液氮洗工段配氮，其對于合成氣的配氮摩爾比為3 I。
3.如權I所述的一種合成氣生產尿素流程中含氫尾氣循環利用工藝，其特征在于所述的CO2吸收液的閃蒸步驟具體為，采用閃蒸罐/塔閃蒸，閃蒸氣從閃蒸罐/塔頂部出料。
4.如權I所述的一種合成氣生產尿素流程中含氫尾氣循環利用工藝，其特征在于所述的尾氣是含氫氣、氮氣和水蒸氣的混合物。
5.如權I所述的一種合成氣生產尿素流程中含氫尾氣循環利用工藝，其特征在于所述的CO2吸收液閃蒸氣、液氮洗工段液相閃蒸氣和CO2在進入尿素工段CO2壓縮機前混合。
全文摘要
本發明公開了合成氣生產尿素流程中含氫尾氣的循環利用工藝，即將氨合成工段的高壓液氨不進行中、低壓閃蒸直接送入尿素裝置，同時將脫硫脫碳工段的中壓閃蒸氣和液氮洗工段的閃蒸循環氣注入到原料二氧化碳中送入尿素裝置，液氨和二氧化碳兩股物料在尿素裝置反應后的含氫尾氣直接返回液氮洗(或脫硫脫碳)工段入口處與合成氣混合后循環利用。本發明的實質在于使尾氣中的氫循環利用，提高了氫的利用率；高壓液氨直接送入尿素裝置，此法可取消高壓液氨泵，并可減少氨合成中壓閃蒸的氨損失；脫硫脫碳工段的中壓閃蒸氣和液氮洗工段的循環氣注入到原料二氧化碳中，此法可取消循環氣壓縮機。
文檔編號C07C273/10GK102617405SQ20121006565
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者劉元鴻, 劉正文, 楊寶軍, 楊建國 申請人:上海蒙福隴化學工程有限公司