专利名称：合成氨脱碳闪蒸气回收方法及回收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及合成氨的生产，具体是涉及合成氨生产碳丙脱碳工艺中的闪蒸气回收方法，本发明还涉及一种用于该回收方法的闪蒸气回收装置。
背景技术：
我国合成氨生产大多采用固体燃料制取合成氨原料气，即在造气发生炉内，用空气中的氧气与炉内赤热的碳层发生氧化反应，放出大量热能，在碳层中贮存，当炉内温度达到一定值时，改用水蒸汽通过赤热碳层，吸收热量分解出H2和O2，其中的O2′与碳反应生产CO2和CO，当炉温偏低时，再次吹入空气以提升炉温，如此循环，称做固定床间歇制气法。其循环分为吹风提温、蒸汽上吹制气、蒸汽下吹制气、二次蒸气上吹制气、空气吹净回收煤气和再次吹风。
合成氨生产的脱碳工段是在脱碳塔内用碳酸丙烯酯溶液吸收变换气中的CO2气体，以产生高纯度的H2，满足合成氨生产对气体净化的要求。碳酸丙烯酯溶液俗称碳丙液，在吸收CO2气体的同时，也吸收少部分的H2和N2。碳丙液的再生是先在闪蒸段减压，释放出闪蒸气(组成为H2占14％，N2占14％，CO2占70％)，然后在常解段再次减压，释放出高纯度的CO2气体，送尿素工段做为生产尿素的原料气使用。
上述工艺中，闪蒸段释放的闪蒸气不经过任何处理，直接放空，放空量大，存在以下一些问题1、CO2分子中含有一个碳原子，碳是宝贵的能源物质，可以再生循环使用，现在白白地排放掉，造成了巨大的能源浪费。
2、释放的闪蒸气组成中，还含有14％的H2，H2是合成氨生产的主要原料气，未加以回收利用，也造成了能源浪费。
3、将大量的CO2气体排放到大气中，增加了大气温室效应，对环境有害无利。
发明内容
本发明的目的是提供一种合成氨脱碳闪蒸气的回收方法，以回收利用脱碳闪蒸气中的H2和CO2。
提供一种适用于该回收方法的闪蒸气回收装置，是本发明的另一发明目的。
根据合成氨工艺类书籍记载，当二氧化碳通过赤热的碳时会与碳反应产生CO，温度在400℃以下时，产生的CO量几乎为零，温度在900℃以上时，产生CO的转化率达到96％以上，大于1000℃时，CO2几乎全部被还原为CO。因此，可以考虑在造气炉吹风提温结束后，先将闪蒸气通入造气炉中，以CO2为气化剂制气，再实施蒸汽上吹制气，将制气工艺循环改进为吹风提温、闪蒸气制气、蒸汽上吹制气、蒸汽下吹制气、二次蒸汽上吹制气、空气吹净回收煤气和再次吹风(配合上下吹空气)，以实现回收利用脱碳闪蒸气的目的。
由于脱碳闪蒸气中含有一定量的H2，而H2通过赤热的碳层时，会与碳反应生成CH4，必须在脱碳闪蒸气进入造气炉之前，将H2从脱碳闪蒸气中分离出来。另外，CO2气体在升温时的吸热量很大，如果将脱碳闪蒸气直接通入造气炉中，会因为CO2气体的升温而使造气炉内的热量大量损失，影响制气，因此，也需要将CO2在入炉前先加热至一定的温度，以减少炉内热量的损失。
基于上述构思，本发明的合成氨脱碳闪蒸气回收方法是将闪蒸段释放的脱碳闪蒸气分离出H2后得到脱氢闪蒸气，再将脱氢闪蒸气升温后，送入造气炉中，与赤热的碳反应以制取CO气体。
本发明采用中空纤维膜提氢装置从脱碳闪蒸气中渗透分离H2，具体是将脱碳闪蒸气以0.25～0.35MPa的压力通入中空纤维膜提氢装置中，分离产生出压力为40～50kPa的渗透气，渗透气中H2含量大于90％，可以直接送往氢氮压缩机，用作合成氨的原料气。分离出H2后的脱氢闪蒸气中，CO2含量大于80％。
其中，脱氢闪蒸气的升温是将脱氢闪蒸气通入换热器中，与变换气交换热量升温。升温后的脱氢闪蒸气温度达到200～250℃。
升温后的脱氢闪蒸气先通入一个储气缓冲罐中储存，再按照制气工艺循环流程，定时送入造气炉中制取CO气体。
适合于本发明的合成氨脱碳闪蒸气回收装置包括
一个中空纤维膜提氢装置，用于将脱碳闪蒸气通入其中，渗透分离出H2后，产生脱氢闪蒸气；一个换热器，由中空纤维膜提氢装置产生的脱氢闪蒸气通入其中，与变换气交换热量后升温；一个储气缓冲罐，接收来自换热器的升温脱氢闪蒸气，并将储存的脱氢闪蒸气送固定床造气炉与赤热的碳反应，以生产CO气体。
本发明还分别在中空纤维膜提氢装置的进脱碳闪蒸气管道和出脱氢闪蒸气管道处设置放空阀，用于将多余的闪蒸气放空，或作它用。
本发明将脱碳闪蒸气先通过中空纤维膜提氢装置，提取出其中的H2，并作为原料气加入到合成氨的生产中，回收利用了能源，产生了巨大的经济效益；而将脱氢闪蒸气送入造气工段与赤热的碳反应生成CO，不仅可以增加造气炉的制气量，也可以节约大量的原料碳，使碳得以再生循环使用，又可以减少CO2的气体排放，减轻温室效应影响，是脱碳闪蒸气回收循环利用的最佳节能措施。
图1是本发明合成氨脱碳闪蒸气回收装置的工艺流程图。
具体实施例方式
以24万t/年合成氨装置为例，生产半水煤气10万m3/h，其平均气体组份为CO2占6.8％，O2占0.2％，CO占31.5％，H2占38.4％，N2占21.6％，CH4占1.5％。在变换工段，半水煤气中29％的CO与蒸汽反应，生产同体积的CO2，并增加同体积的H2，得到组成为CO2占28％、H2占52％、N2占17％、CO占1.8％、CH4占1.2％的变换气。在脱碳工段，变换气通入脱碳塔内，碳丙液吸收变换气中的CO2及少量H2和N2后成为碳丙富液，脱除CO2后的变换气则送往氢氮压缩机，作为原料气用于生产合成氨。
碳丙富液需解吸脱除CO2再生为碳丙液循环使用，其中约28％的CO2先在闪蒸段解吸并放空，72％左右的CO2在常解段解吸后送往尿素工段投入尿素生产。闪蒸段放空的脱碳闪蒸气组分为CO2占70％，H2占14％，N2占15％，其它气体占1％。
将脱碳闪蒸气放空管5连接到中空纤维膜提氢装置1上，打开提氢装置进口阀14，将脱碳闪蒸气以0.25～0.35MPa的压力通入提氢装置中，由渗透气管道6分离产生出压力40～50kPa的渗透气，渗透气中H2含量大于90％，经置换合格后，送往氢氮压缩机一段进口，用作合成氨的原料气。
提氢后的脱氢闪蒸气中CO2含量大于80％，由提氢装置尾气管道7排出后，以0.2～0.25Mpa的压力、30℃的进口温度通入到一个换热面积为50m2的换热器2中，同时，380～400℃的一段变换气通过变换一段出口管道9通入换热器中，与脱氢闪蒸气交换热量后，降温至250～300℃，由变换二段进口管道10排出换热器，并将脱氢闪蒸气升温到200～250℃。
升温后的脱氢闪蒸气通过管道8进入一个储气缓冲罐3中储存，并维持缓冲罐压力0.2～0.25MPa，温度200～250℃。
按照制气工艺循环流程，在造气炉吹风结束后，将储气缓冲罐3中的脱氢闪蒸气通过造气炉底部制气管11送入固定床造气炉4中，与赤热的碳反应制取CO气体，并通过造气炉煤气出口管线12送气柜储存。
在中空纤维膜提氢装置1的脱碳闪蒸气放空管5上设置放空阀13，尾气管道7上设置放空阀15，用于将多余的闪蒸气放空，或作它用。
按照脱碳闪蒸气中的H2可以回收60％计算，以上装置年可节约原料煤5800t，增产合成氨4000t。
以上装置的CO2实际回收率可以达到57.5％，，以此计算，可以节约原料煤35000t/年。
权利要求
1.合成氨脱碳闪蒸气回收方法，是将闪蒸段释放的脱碳闪蒸气分离出H2后得到脱氢闪蒸气，再将脱氢闪蒸气升温送入造气炉中，与赤热的碳反应以制取CO气体。
2.根据权利要求1所述的合成氨脱碳闪蒸气回收方法，其特征是采用中空纤维膜提氢装置从脱碳闪蒸气中渗透分离出H2。
3.根据权利要求1所述的合成氨脱碳闪蒸气回收方法，其特征是脱氢闪蒸气的升温是将脱氢闪蒸气通入换热器中，与变换气交换热量升温。
4.根据权利要求1所述的合成氨脱碳闪蒸气回收方法，其特征是升温后的脱氢闪蒸气先通入储气缓冲罐中储存，再送入造气炉中制取CO气体。
5.合成氨脱碳闪蒸气回收装置，包括一个中空纤维膜提氢装置，用于将脱碳闪蒸气通入其中，渗透分离出H2后，产生脱氢闪蒸气；一个换热器，由中空纤维膜提氢装置产生的脱氢闪蒸气通入其中，与变换气交换热量后升温；一个储气缓冲罐，接收来自换热器的升温脱氢闪蒸气，并将储存的脱氢闪蒸气送造气炉与赤热的碳反应，以生产CO气体。
全文摘要
本发明涉及合成氨生产中的脱碳闪蒸气回收方法及用于该回收方法的闪蒸气回收装置，是将闪蒸段释放的脱碳闪蒸气分离出H
文档编号C01B31/00GK1887692SQ20061001294
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月12日 优先权日2006年7月12日
发明者宋三奎 申请人:宋三奎