专利名称:氨和尿素的联合生产方法
本发明涉及氨和尿素的联合生产方法，在本方法中，含烃的气体与水蒸汽在继有次级重整器的蒸气重整器中，发生反应。反应后在混合气体中生成的CO经变换转化成CO2这时，主要含氢气、氮气和二氧化碳的氨合成气送入压力涤气塔用物理活性溶剂洗涤，以除去酸性杂质，尤其是CO2。为了除去共吸附的惰性气体，把溶有CO2的溶剂的压力先降到一级中等压力，然后再把压力降到二级中等压力以除去大量吸收的CO2，而这些CO2可用于合成尿素，最后把溶剂的压力降至再生器的末级压力以除去残留的CO2，经过以上处理后，该溶剂返回到压力涤气塔以便重新使用。
众所周知，根据DE-PS2721462号专利，用氢和氮组成的混合气体可生产氨，这种氨可用作合成尿素的原料。先将氨合成气(主要含氢、氮和二氧化碳)送入涤气塔以除去CO2。在不加压的情况下，在后面的再生塔中，CO2从该涤气塔选用的溶剂中释放出来，然后，用于尿素合成。
但是，对后面的尿素合成来说，该方法有如下弊端，即，将二氧化碳从常压压缩到约160bar(即合成尿素所需的压力)需消耗大量的能源。
为了避免这种弊端，在过去的一份专利申请(P3239605.8)中，申请人已提出，经过部分膨胀之后，将溶有CO2的溶剂的压力降到中等压力，同时加热该溶剂以除去部分CO2。在一定压力下，收集排出的CO2，冷却后，用于尿素合成。把部分已再生的溶剂送到未级常压再生塔里，通过重沸器使该溶剂加热，以除去残留在溶剂中的CO2，或者用真空系统除去残留的CO2。
然而，第一次提到的方法中还有如下弊端重沸器需要高压蒸气，用于加热含残留CO2的溶剂，并且补偿残留气体排出时带走的能量，需要外部冷却器以弥补热交换引起的损失。此外，需要冷却设备以减少泵的发热并冷却原料气体。与此相联系的是需耗资增添附加设备诸如热交换器，重沸器以及带有分离器和冷凝泵的冷凝器。
采用真空系统也需要消耗能量相当多的辅助设备。用真空压缩机的负压决定了可获得的残留CO2的量，故原料气不能象在涤气塔那样得到很好的净化。用废热加热溶有CO2的溶剂可减少残留的CO2的量，但这会出现与加热再生中存在的相类似的问题。
本发明的目的是提供一种与最初提到的方法同一类型的方法，并以能耗少和成本低的方法以从溶剂中除去CO2，同时获得很纯的CO2。
按本发明的方法，在再生末级压力下用空气作为洗提气体来处理溶剂，并且洗提气体和已洗提的残留CO2一起送到次级重整器。
本方法，用洗提塔代替再生塔，不需要加水蒸气或用真空系统，就能由CO2制得纯的合成气，无可非议，这会使后面的残留CO和CO2甲烷化工艺的成本降低。由于加到次级重整器的CO2没有发生反应，并且在洗提塔内再次得到洗提，所有这些CO2都成为气体产品。因此，循环的CO2实际上是极有限的，这少量的CO2对本方法的可行性毫无影响。
溶有CO2的溶剂经多步膨胀，然后用空气进行洗提。因此，该溶剂的末级再生既不需要输入热量也不需要热交换器使溶有CO2的溶剂和已再生的溶剂进行热交换。
本发明根据次级重整器内所需的空气量，来确定该溶液再生所需的空气量。因此，在开拓本发明构思时，认为再生末级压力的选择应使得洗提CO2所需的空气量包括次级重整器所需的空气量。若在蒸汽重整器中处理含有N2的天然气，那么次级重整器所需的空气量会减少，这是因为合成氨所需的N2气中一部分已随原料气加入了。因此，本发明建议，在涤气前先压缩气体原料，然后洗涤CO2。由于在酸性气体的洗涤中采用物理洗涤，所以在升压情况下，用较少量的溶剂就能洗去CO2。与此同时，再生溶有CO2的溶剂所需的空气量也相应减少。
在本方法中，在原料气体中的CO2实际上也被压缩。但是，在溶有CO2的溶剂膨胀时，大部分CO2可在较高的压力下回收，结果用于合成和压缩CO2的总能量不会很大。本方法的另一个优点是用气体原料压缩机压缩中等膨胀所积累的、富含氢的气体，可省去一台循环压缩机。
按本发明的方法，所有物理溶剂都能使用，例如乙醇，丙酮，甲替吡咯烷酮，聚乙二醇醚，二甲基甲酰胺，乙二醇，丁内酯。
下面2张附图通过一个实施例详细地说明本发明的工艺流程。
图1为整个流程的方框图，图2为压力涤气塔和再生塔的流程图。
从图1的框图中可以看出，含烃(如天然气或石脑油)的气体经管线1送入水蒸汽重整器2中。在重整器2内，天然汽或石脑油与水蒸汽(由管线3导入)发生催化反应，主要生成H2+CO。甲烷只是部分发生反应。然后，经过重整的气体进入次级重整器4。在次级重整器内，气体中残留的甲烷(来自蒸汽重整器)与空气发生反应，空气则由管线5导入。所需的空气量很大，只有这样，在合成氨之前，能得到所要的3H2+N2混合气体。用这部分空气和洗提塔6内经过洗提的CO2一起送到次级重整器，接着CO2离开该次级重整器，没有发生反应。
然后，来自次级重整器的气体被送到转换器7，CO与水蒸汽(水蒸汽经管线8导入)，在转换器内发生反应，生成H2和CO2其反应式如下
转化气体中残留的CO含量约为0.3%。
在继该转换器之后的CO2涤气塔9中，用物理活性溶剂除去转化得到的CO2，使CO2的残留量仅为100PPm，该溶剂从洗提塔6沿着管线10流入该涤气塔。溶有CO2的溶剂经过管线11到可调多级膨胀器12进行脱气，然后经管线13送入二氧化碳压缩机14。部分已再生溶剂被送入洗提塔6，在有空气存在的情况下进行洗提，空气经管线15加入。经过再生的溶剂接着沿着管线10返回到压力涤气塔9。洗提后的残留CO2和空气一道经管线5送入次级重整器4。
从压力涤气塔9出来的气体(基本不含CO2)，被送入甲烷化反应器16，在反应器16中，CO以及残留的CO2和H2发生催化反应生成了甲烷和水。这些气体经过气体压缩机17压缩后，在合成塔18内进行氨的合成反应，该反应按下列反应式进行最后，氨和经管线19来的压缩CO2送入尿素合成塔20，使NH3和CO2转化成为尿素，生成的尿素由管线21导出。
压力涤气塔和后来的溶有CO2的溶剂的再生的流程如图2所示。从转化器7沿着管线22流出的气体在涤气塔23内用再生的溶剂进行洗涤，该溶剂经管线24送到塔的上部。经过涤气步骤，CO2的残留量约为100PPm。可得到的纯度与溶剂的量，温度以及塔板数目或填料深度等因素有关。
除CO2外，气体原料的其他组分按各自的溶解度也溶于溶剂中，同时部分水也得到洗涤。
从涤气塔23的顶部排出的气体经管线25送入甲烷化反应器。
溶有CO2的溶剂从涤气塔26的底部流出，先在阀门27和在分离器28中使其膨胀至中等压力，释放出的气体最好为H2和N2，该气体通过循环压缩机30流经管线29回到气体原料中。这时，循环压缩机有两个任务一是提高H2的产率，二是提高用于合成尿素的CO2的浓度。
然后，管线31内的溶剂在阀门32、33和在分离器34、35中逐步膨胀。每一步释放出的CO2经管线36、37，用CO2的压缩机38，压缩到合成尿素所需的压力，并经过管线39将CO2加到尿素合成塔中。膨胀级数和压缩级数要相互合理调节。
当溶剂压力膨胀到1.3bar后，将仍溶有CO2的溶剂经管线40送入洗提塔41，用压缩机43使空气沿着管线42压到该洗提塔内，对该溶剂进行处理。加入的空气量应是在次级重整器之后满足甲烷转化，以及满足合成混合气体的条件。用这一数量的空气，把溶于溶剂中的CO2洗提出来，在洗提塔41的顶部沿着管线44把CO2导出。
从洗提塔底部出来的溶剂经管线45，用泵加压到涤气塔46的压力。用冷凝器47消除气体原料和泵所带的热量。
实例对气体原料中的CO2进行洗涤并回收。
以日产合成氨1000吨为例工艺涤气前把气体原料压缩到65bar的压力。
气体原料6781.5kmol/h压力65bar成分H261.3mol%N220.05mol%Co+Ar+cH40.84mol%CO217.81mol%气体产品5548.5Kmol/h压力 63.5bar成分H274.65mol%N224.34mol%
Co+Ar+CH40.01mol%CO2100PPmCO2的产品 1233.0kmol/h压力 1.3或3或9bar成分H21.1mol%N21.0mol%CO+CH40.2mol%CO297.7mol%作洗提气体用的空气1718Kmol/h循环到次级重整器的空气1916Kmol/h未经压缩的压力 1.3bar成分空气 89.5mol%CO210.5mol%溶剂的量聚乙二醇醚800m3/h
权利要求
1.氨和尿素的联合生产方法，将含烃气体与水蒸汽在继有次级重整器的蒸汽重整器中发生反应，反应后，混合气体中生成的CO经变换转化成CO2，然后将主要由氢气，氮气和二氧化碳组成的氨合成气原料送到压力涤气塔，用物理活性溶剂除去酸性杂质，特别是CO2，然后把溶有CO2的溶剂的压力降至一级中等压力，以除去共吸收的惰性气体，再将压力降至二级中等压力，以除去大量吸收的CO2，这些CO2可用于尿素的合成。最后使压力降至末级再生压力以除去残留的CO2。然后，将该溶剂重新送回到该压力涤气塔，本方法的特征是在再生末级压力下，用空气作洗提气体来处理该溶剂，并且洗提气体和洗提后残留的CO2一起被送入该次级重整器。
2.按权项1的方法，其特征为根据洗提CO2所需的空气量(包括次级重整器所需的空气量)选择再生末级压力。
3.按权项1或2的方法，其特征为在涤气之前压缩气体原料。
专利摘要
本发明介绍了氨和尿素的联合生产方法，该方法中采用物理活性溶剂进行洗涤以除去酸性杂质，尤其是CO
文档编号C01C1/04GK85100810SQ85100810
公开日1987年1月10日 申请日期1985年4月1日
发明者兰克, 施拉德 申请人:林德公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan