[實用新型]氣態烴類自熱重整經變壓吸附制合成氨的裝置

有效

• 申請號: 201420212513.4
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN203833625U
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 楊震東;曹建濤;李丹
• 申請（專利權）人: 上海國際化建工程咨詢公司
• 主分類號: C01C1/04
• 分類號: C01C1/04;C01B31/20;C01B3/56
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術領域

本實用新型涉及一種合成氨的裝置，尤其涉及一種基于氣態烴進行自熱重整經變換、變壓吸附工藝(Pressure?Swing?Adsorption，PSA)過程得到氮氫混合氣后合成氨的裝置。

背景技術

隨著合成氨技術的迅速發展，行業規模不斷壯大。經過半個多世紀的努力，我國已具有采用多種原料合成氨的條件，不同流程的大、中、小型合成氨工廠550余個。H₂和N₂在350℃和500℃之間的溫度下和在高于100bar的壓力下，在基于鐵系催化劑上進行反應。其中，氮和氫的生產是在合成氨的過程中所需資金最多的一個步驟。因此大部分的工藝改進工作都投入到降低合成氣生產成本上。液化石油氣體(LPG)、石腦油、石油焦炭、煤、和天然氣已經用作原料，頁巖氣、焦爐氣和煤層氣等非常規氣在我國作為潛在的合成氨原料，對未來合成氨工業的影響具有深遠意義。

現有技術中主要仍是以天然氣為主要原料制備合成氨，工藝流程主要包括天然氣轉化制備富氫合成氣的過程、合成氣與蒸汽進行一氧化碳變換過程、二氧化碳脫除過程、甲烷化過程以及氨合成過程。合成氨工藝主要有KELLOGG合成氨工藝、BRAUN合成氨工藝、UHDE?AMV合成氨工藝和CASALE合成氨工藝等。

以上合成氨工藝的天然氣轉化過程分兩段進行。一段轉化爐是裝填鎳催化劑的間接加熱的管式反應器，天然氣在與蒸汽混合之后進入該反應器。未反應的甲烷然后被送入二段轉化爐中，同時添加空氣至二段轉化爐，熱氣以絕熱方式通過催化劑床并大約1000℃下排出。所獲得的合成氣包含有CO、CO₂、H₂、N₂、H₂O和少量CH₄及其它未轉化的烴。該工藝過程的缺點就是能耗高，設備龐大復雜，投資和操作費用高。

以KELLOGG為代表的傳統合成氨工藝中，一段轉化爐出口溫度(>800℃)，對轉化爐管等材料應力要求高，從而限制了較高轉化壓力、較大轉化爐管的應用。并且，一段轉化負荷高，且一段轉化能效低于二段絕熱轉化，因而轉化綜合能效較低。另外，一段蒸汽轉化投資遠高于絕熱的二段轉化，且與其負荷成正比。由于一段轉化負荷重，因而轉化總投資高，從而將整體的合成氨系統投資提高。

為了降低合成氨系統的總投資，本領域的技術人員希望能夠有一種工藝在保證整體蒸汽轉化效率的前提下，將一段爐的負荷部分轉移到二段爐，從而降低一段爐設備的投資。

其中，BRAUN合成氨工藝可以最大限度地將轉化負荷從一段爐轉移到二段爐。降低轉化投資，提高轉化能效。其一段爐轉化出口溫度為680-720℃，二段加入過量50％以上空氣以滿足后續深冷凈化的冷量需要，合成氣進入合成圈前需設置冰箱提供冷量，以除去過量的氮及部分惰性氣體。但是BRAUN工藝在操作中必須嚴格控制操作條件以便使一段爐的負荷控制在合適的范圍內，在實際生產中工藝條件的波動很敏感，造成穩定運行的難度增大，且運行成本高。

采用UNDE?AMV合成氨工藝需要提高轉化壓力>40bar，稍稍轉移一段轉化負荷到二段。一段出口溫度約為800℃，二段出口甲烷殘留基于干態計算，殘留量<0.9％，H₂和CO總量與N₂的體積比率約為2.6：1。氨合成工段采用低壓合成，壓力約為100bar，另外設置冷箱回收合成馳放氣中氫氣的返回系統。該工藝的主要不足是由于一段轉化出口的溫度稍高(約為800℃)，且熱量無法得到再利用，使一段轉化的負荷較重，因而UNDE?AMV合成氨工藝的轉化總投資較高。

此外，現有的技術中還包括CASALE合成氨工藝，在一段重整的汽碳比約為3：1，出口溫度范圍在750-850℃之間。該工藝同樣存在一段轉化負荷重，轉化總投資高的特點。

由上述現有的工藝技術可見，現有的二段法合成氨工藝，在一段爐負荷的處理上，或者是一段爐負荷大導致整體投資大，或者將一段爐負荷轉移到二段爐，但需要增加其它的設備，也依然存在設備投資大的缺陷。

由于空氣的深冷分離包含液化及后續的精餾的過程復雜，故在進行空氣深冷分離時，需要很大的生產規模時折中方法才是經濟、且較省能量的。其中，變壓吸附技術是一項新型氣體分離與凈化技術。變壓吸附技術投資少運行費用低、產品純度高、操作簡單靈活、環境污染小、原料氣源適應范圍寬，適合于合成氨工藝，特別是小規模裝置。

實用新型內容