[發明專利]由焦爐氣制取氨合成氣的方法

無效

• 申請號: 201310233151.7
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN103303863A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 黃家鵠
• 申請（專利權）人: 黃家鵠
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02;C01B3/34
• 代理公司: 成都立信專利事務所有限公司 51100
• 代理人: 濮家蔚

技術領域

本發明涉及一種由焦爐氣制取氨合成氣的方法。

背景技術

????合成氨是目前制造化肥和許多化工產品的重要原料之一。其所需的氨合成氣的制備已經歷了早期多以煤和焦炭為原料生產的水煤氣或半水煤氣，隨后逐步取代為便于管道輸送和可降低合成氣制備及后繼工序運行費用的天然氣。以天然氣制備氨合成氣的工藝流程，是先將天然氣脫硫后，加入水蒸汽并配入空氣進行催化轉化，得到含H₂、CO、CO₂、N₂和H₂O的混合氣后，進一步經過將其中的一氧化碳變換為等量的氫氣和二氧化碳的變換及脫碳（脫除二氧化碳）及終端凈化（精脫CO和CO₂）等凈化過程，得到由氫氣和氮氣按所需比例組成的氨合成氣。目前氨合成氣的氫氮比調節方式主要有以下兩種，一是分離H₂的H₂收率，H₂收率越高則H₂/N₂越大；二是脫碳，如在PSA脫碳同時可將其中多余的氮氣除去。

盡管以天然氣或油為原料制取氨合成氣的工藝技術在過去幾十年里取得了長足的進展，但由于在世界能源結構中固體化石燃料的貯藏量遠多于液體與氣體，因此，今后以煤或煤化工副產物為原料生產合成氣的比例仍會明顯增加，綜合利用煤加工過程中的副產品焦爐氣具有巨大的經濟效益和社會效益。

焦爐氣是焦化產業的主要副產品之一。煤在煉焦過程中，約有80%轉化為焦炭，15%轉化為焦爐氣，5%轉化為焦油和苯。焦爐氣是煤在隔絕空氣下，在高溫煉焦過程中經焦化過程回收爐氣后得到的富含氫氣和甲烷的混合氣體。以焦爐氣為原料，將其中的甲烷（含C₂以上高級烴）轉化生成CO和H₂的轉化氣，再于催化下使其中的CO與水蒸汽反應，變換成等量的H₂和CO₂的變換氣，并脫除氫氮氣體外的其余氣體，使最終混合氣的氫氮比符合要求的氨合成氣，這是目前已有許多深入研究報道并在廣泛使用的成熟技術。在上述的轉化過程中，由于甲烷轉化后得到的轉化氣中的CO，經變換后最終均可轉化為等量的?H₂，即CO和H₂的總和均為氨合成氣中的H₂的等效氣體，故在轉化過程中所稱的有效氫通常可視為是H₂和CO的總和。轉化氣的核心技術指標包括：一是轉化氣中殘余CH₄盡量低（一般殘余CH₄≤0.5(v)%），二是應滿足最終氨合成氣中的氫/氮比（H₂/N₂=3）。目前對焦爐氣中甲烷的轉化，主要有非催化部分氧化法、催化部分氧化法、外熱式蒸汽催化轉化法和換熱式催化轉化法等幾種。

1、非催化部分氧化法，如中國專利CN1446747A所報道，是一種不使用催化劑，通過燒嘴將焦爐氣與純氧混合，在適宜的燃燒空間中進行部分氧化產生高溫促使甲烷轉化。與催化部分氧化法相比，非催化部分氧化法可以無需消耗為提高CH₄的平衡轉化率和防止催化劑發生析碳而加入大量的蒸汽，在1160~1600℃的溫度反應后就能得到相應的轉化氣。轉化氣經變換后，最終需通過加入純N₂調節為氨合成氣所需的氫氮比。由于轉化溫度高，耗氧量大且對設備材質要求苛刻，是制約非催化部分氧化法推廣應用的重要因素。

2、催化部分氧化法，是在催化劑作用下，在較低溫度下加入水蒸汽使CH₄轉化生成CO和H₂。由于催化劑對硫化物非常敏感，且中毒后生成的NiS無法再生而使催化劑失活，因此在進入轉化裝置前的焦爐氣中的硫含量須控制為總硫含量≤0.2ppm。催化部分氧化過程中，由于轉化溫度基本維持在1000℃左右，為了防止轉化爐上部燃燒區高溫燒結催化劑，催化部分氧化轉化爐必須要有足夠的燃燒空間，且由于加入大量蒸汽，為了防止水蒸汽冷凝，焦爐煤氣和氧氣均需加熱至蒸汽露點溫度以上，因而系統中必須設置各類換熱設備和加熱爐，導致了催化部分氧化所需的溫度高，蒸汽耗量大。最后還需通過控制富氧空氣中的氧濃度，使轉化出口的混合氣經凈化處理后達到氨合成氣所需的氫氮比。