高纯度氢气的生产工艺和系统以及合成氨工艺和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种方便在现有生产系统上进行改造的高纯 度氢气的生产工艺和系统以及合成氨工艺和系统。
【背景技术】
[0002] 原料和动力结构调整是国家对氮肥行业实行战略性结构调整的一项重要举措，其 实施可显著降低我国煤化工产品氢气或合成气的生产成本，特别是进而降低化肥价格，实 现间接支农的目的。
[0003] 目前我国采用煤为原料的氮肥装置大多以无烟块煤为原料，采用固定床间歇气化 技术，受我国煤炭资源分布的限制，多数企业的无烟块煤原料来自山西晋城一带，必然受制 于产地的供应能力和煤炭运输能力。近年来，国家实行了严格禁止汽车超载，整顿公路运输 秩序的措施，同时大力整顿煤炭生产秩序，关闭了许多无安全保证的小煤窑，加之全国高耗 能产业的快速发展，导致全国性的煤炭资源紧张，煤炭价格连续上涨，殃及以山西晋城煤为 原料的氮肥行业。许多企业已从原进厂价900?1200元/吨，上涨到目前的1400?1500 元/吨，吨尿素成本增加400?500元左右。而神华煤进场价也只有700?800元/吨。当 地煤就会更低些。预计无烟煤价格今后难以回落到以前的水平。除煤炭价格上涨外，受运输 的制约，煤炭供应也跟不上，影响企业的稳定生产，许多企业被迫减负荷运行甚至停产。同 时由于原料煤价的不断上涨，使尿素产品价格随之攀升，严重影响了企业经济效益和远期 发展。
[0004] 参见图1，现有的合成氨的工艺方法包括加压气化一CO变换一DDS脱硫一PSA提 氢一MEDA脱碳一精脱硫补氮一压缩一甲醇净化一甲烷化一氨合成等10步主要工艺步骤， 具体说，目前国内以无烟煤为原料的煤化工(制取合成气、氢气）装置，采用常压固定层间歇 气化炉制取粗合成气，其工艺技术较落后、气化效率低、能耗高、废气废水排放量大、对环境 污染较大。而后续净化工序均为湿法脱硫、一氧化碳变换、变换气脱硫、变换气脱碳、脱碳 气精脱硫、氮氢气压缩、甲醇化净化、甲烷化净化制取氢气或一氧化碳与氢的混合气(合成 气)，最终用于合成氨、甲醇、乙二醇等化工产品的生产或为其他有机化工产品的生产提供 氢气。根据各企业所用压缩机各段出口压力的不同，脱硫一般为常压操作，变换、变脱、脱 碳、精脱硫压力一般为〇. 8?2. 7MPa，变换采用全低温多段绝热变换工艺，变脱工艺有湿 法、干法、湿法串干法，湿法脱碳采用的方法有MDEA法、NHD法、热钾碱法、变压吸附法等。甲 醇化、甲烷化净化，一般操作压力为12. 5?31. 4MPa。
[0005] 我国有大量的廉价烟煤、褐煤资源，烟煤、褐煤分布较广，利用当地丰富的廉价煤 和粉煤气化技术进行原料路线改造，不但可减轻运输负担，同时显著降低生产成本，减少污 染、改善环境、实现洁净生产、提高产品的竞争力。综上所述，采用粉煤气化技术推进无烟煤 化工企业的技术改造是必要的，符合国家氮肥行业产业政策和发展方向。
[0006] 因此，提供一种采用烟煤作为原料的高纯度氢气的生产工艺和系统以及合成氨的 工艺和系统是亟待解决的问题。
【发明内容】
[0007] 为了克服上述的不足，本发明的目的是提供一种尽量利用原有设备、在原有设备 上进行改造的、造价低、运行费用低的高纯度氢气的生产工艺和系统以及合成氨的工艺和 系统。
[0008] 本发明的技术方案如下：
[0009] -种高纯度氢气的生产工艺，采用烟煤为原料，包括如下步骤：
[0010] SlOO :烟煤生成水煤气；烟煤和氧气加压气化生产水煤气，所生成的水煤气中的 CO含量为65%至75% ;
[0011] S200 :水煤气生成变换气；采用等温变换和绝热变换结合的方式将水煤气变换为 等温绝热变换气；
[0012] S300 :变换气脱硫；采用湿法脱硫对等温绝热变换气进行脱硫处理得到脱硫变换 气；
[0013] S400 :变换气脱碳提氢；采用二次变压吸附方法对脱硫变换气进行脱碳提氢处 理，得到C02和高纯度H2。
[0014] 在其中一个实施例中，所述步骤S200水煤气生成变换气包括如下步骤：
[0015] S201 :水煤气净化；对步骤SlOO生成的水煤气进行净化处理，得到第一水煤气；
[0016] S202 :水煤气升温；对第一水煤气进行升温处理得到第二水煤气，第二水煤气的 温度为200°C至220°C ;
[0017] S203 :等温变换；对第二水煤气补入过热蒸汽，在触媒催化作用下第二水煤气中 的CO和过热蒸汽中的H20反应生成等温变换气；
[0018] S204 : -次降温处理；等温变换气经过降温处理得到第一变换气，所述第一变换 气的温度为180°C至190°C ;
[0019] S205 :绝热变换；所述第一变换气进行绝热变换处理后得到第二变换气，此步骤 中第一变换气中的CO和H20在触媒作用下进行绝热变换反应得到第二变换气，其中第二变 换气中CO含量低于0. 4%，温度为192°C至196°C ;
[0020] S206 :二次降温处理；对第二变换气进行降温处理得到第三变换气，所述第三变 换气的温度为75°C至80°C ;
[0021] S207 :冷凝分离处理；对第三变换气进行冷凝分离处理分离出冷凝水后得到等温 绝热变换气。
[0022] 在其中一个实施例中，步骤S400变换气脱碳提氢包括如下步骤：
[0023] S401 :采用变压吸附对脱硫变换气进行脱碳处理，得到高纯度C02和脱碳变换气；
[0024] S402 :采用吸附剂对脱碳变换气进行二次吸附处理，吸收脱碳变换气中的有害气 体，得到高纯度H2。
[0025] 本发明还提供一种合成氨工艺，包括如上所述的高纯度氢气的生产工艺；
[0026] 所述合成氨工艺还包括如下步骤：
[0027] S500 :氢气补氮除氧；将H2和氮气按照比例混合，然后除去混合气中的微量氧气 得到氮氢混合气；
[0028] S600 :氮氢气压缩；对氮氢混合气进行压缩处理，使氮氢混合气压缩至满足氨生 产的合成压力；
[0029] S700 :氨合成；氮氢混合气在氨合成塔内反应得到合成氨。
[0030] 在其中一个实施例中，所述S500氢气补氮除氧中，除氧采用的是通过钯催化剂除 去氮气中的氧气的方法，补氮所采用的氮气是步骤SlOO烟煤产生水煤气中的空气分离装 置分尚出的氮气。
[0031] 在其中一个实施例中，所述S600氮氢气压缩中，所述压缩处理分段进行，在每段 压缩处理之前进行分离处理，压缩处理之后进行缓冲和冷却处理。
[0032] 在其中一个实施例中，所述步骤S700氨合成中，氨合成采用的是低压高活性氨合 成触媒法。
[0033] 在其中一个实施例中，所述步骤S700之后还包括S800对合成氨进行后续处理的 步骤，所述步骤S800包括如下步骤 ：
[0034] S801 :余热回收；将步骤S700得到的合成氨进行降温处理得到第一氨混合物，第 一氨混合物温度为70°C至80°C ;
[0035] S802 :水冷处理；对第一氨气进行两级水冷处理得到第二氨混合物，第二氨混合 物的温度为10°c至20°C ;
[0036] S803 :氨冷处理；对第二氨混合物进行两次氨冷处理得到第三氨混合物，第三氨 混合物的温度为-KTC至-15°C ;
[0037] S804 :分离处理；对第三氨混合物进行分离处理得到液氨和合成气，液氨储存至 氨库中；
[0038] S805 :合成气循环；对合成气进行压缩处理后补入新鲜气，返回氨合成塔。
[0039] 本发明还提供一种高纯度氢气的生产系统，包括水煤气发生部分，变换气发生部 分，变换气脱硫部分和变换气脱碳提氢部分；所述水煤气发生部分和变换气发生部分之间， 变换气发生部分和变换气脱硫部分之间，变换气脱硫部分和变换气脱碳提氢部分之间通过 管道连通；
[0040] 所述水煤气发生部分包括原料输送装置、空气分离装置和气化炉，其中烟煤通过 原料输送装置进入气化炉，空气分离装置分离出来的氧气进入气化炉；烟煤和氧气在气化 炉中加压气化生成水煤气；水煤气进入所述变换气发生部分生成变换气后进入变换气脱硫 部分；
[0041] 所述变换气脱硫部分包括脱硫塔和脱硫液再生装置；所述脱硫塔与脱硫液再生装 置连接；等温绝热变换气进入脱硫塔脱硫后进入变换气脱碳提氢部分。
[0042] 在其中一个实施例中，所述变换气发生部分包括净化装置、第一热交换装置、等温 变换炉、绝热变换炉、第二热交换装置、冷凝装置、分离装置；所述水煤气首先通过净化装置 去除杂质得到第一水煤气，第一水煤气进入第一热交换装置进行热交换得到第二水煤气， 第二水煤气与过热蒸汽混合后进入等温变换炉反应得到等温变换气，等温变换气进入第一 热交换装置与第一水煤气进行热交换后得到第一变换气，第一变换气进入绝热变换炉进行 绝热变换反应得到第二变换气，第二变换气进入第二热交换装置降温得到第三变换气，第 三变换气进入冷凝装置使水蒸气冷凝后进入分离装置分离出冷凝水，得到等温绝热