專利名稱：等壓型甲醇和氨的聯合生產裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于化學工程生產設備裝置，尤其是甲醇和氨的聯合生產裝置，特別適用于含氫、氮、一氧化碳、二氧化碳原料氣合成甲醇和氨的場合。
在本發明作出以前，由含氫、氮、一氧化碳、二氧化碳原料氣聯合生產甲醇和氨的裝置有以下幾種，一是西德Gelsen-Buer的Veba-Chemie公司1969年建立的甲醇、氨和羰基合成氣的聯合生產裝置(見Nitrogen Vol 109，P36-40，1977)由重殘油部分氧化所得原料氣分離得一氧化碳和氫為主的羰基合成氣后部分去合成甲醇，從甲醇裝置出口的氣體與其余部分混合經壓縮機由50bar左右壓縮到230bar再去合成氨生產裝置。此法一方面因甲醇合成壓力比氨合成壓力低4倍多，故甲醇合成率和生產能力低，另一方面又把部分經甲醇洗后二氧化碳降低到2PPM，一氧化碳降到1.5%的原料氣與變換前含一氧化碳高達27.8%、二氧化碳3.2%的煤氣分別送入甲醇生產裝置去合成甲醇，出甲醇生產裝置的馳放氣中一氧化碳含量比離開變換系統去甲醇合成前原料氣的含量要高，故需再經液氮洗除去，然后再去氨合成裝置，沒有充分利用甲醇合成消耗一氧化碳作為脫除這種氨合成有害氣的手段。二是我國從1967年開始建立的甲醇和氨聯合生產裝置(簡稱聯醇裝置。見馮元琦主編 聯醇生產化學工業出版社 1989年)是從原料氣壓縮機五段出口(壓力11MPa左右)串入甲醇合成裝置，再與銅液塔串聯將醇后氣中的微量一氧化碳化碳除去，然后銅洗后氣體進壓縮機六段進口經壓縮到32MPa左右去氨合成裝置，這種聯醇裝置出于原來的氨生產裝置改造而成，因原來氨生產裝置選擇銅洗操作壓力為11MPa，故從壓縮機五段出口(壓力11MPa左右)去銅洗。聯合生產甲醇后，從甲醇合成裝置出來的氣體(下稱醇后氣)中的一氧化碳，二氧化碳必需經銅洗除去，故甲醇生產裝置必需在銅洗前，因此置于壓縮機五段出口和銅洗之間。因為聯醇裝置中通常約有30%左右原料氣在甲醇塔中合成甲醇造成進壓縮機六段進口氣減少，以致壓縮機五，六段容積不匹配而失去平衡。六段進口壓力常在10MPa以下甚至只有8MPa。由于甲醇合成反應速度與合成壓力的平方成正比，合成壓力低減少了甲醇產量，再加上銅洗壓力降低又影響銅洗吸收效率，導致銅洗后氣體(下稱精煉氣)不合格。為了提高甲醇合成壓力采用醇后氣蹩壓、壓縮機六段進口蹩壓、壓縮機六段出口回六段進口等操作方法，但醇后氣蹩壓使銅洗壓力降低影響銅洗正常操作，壓縮機六段進口蹩壓增加了壓縮機六段壓縮比，造成六段出口氣溫升高。用壓縮機六段出口氣補充到六段進口雖不影響系統生產操作，但由于壓縮機實際打氣量并未增加，而多消耗了六段壓縮動力，因此也只是彌補聯醇生產后壓縮機氣缸容積不匹配的權宜之計。
本發明的任務是根據甲醇、氨聯合生產的特點，克服現有技術的缺點，提供一種生產效率高、能耗省、成本低、結構簡單可靠的甲醇和氨的聯合生產裝置。
一種用于含氫、氮、一氧化碳、二氧化碳原料氣等壓型合成甲醇和氨的聯合生產裝置，包含有原料氣多級壓縮機1、油分離器2、甲醇合成塔3、水冷器4、甲醇分離器5、循環機6前后用管道L連接組成甲醇生產裝置，洗滌塔7、高壓泵8、洗滌液分離器9用管道L連接組成高壓洗滌裝置，氨合成塔10、換熱器11、氨分離器12、冷熱換熱器13、氨冷器14、循環機15、油分離器16前后用管道L連接組成合成氨生產裝置，主要是原料氣壓縮機1末段出口和甲醇合成裝置進口用管道連接，甲醇合成裝置出口和高壓洗滌裝置進口用管道連接，洗滌液分離器9出口和合成氨生產裝置進口用管道連接，且上述裝置中的設備和管道用同一壓力等級，設備和管道的公稱壓力在15MPa-32MPa，高壓泵排出壓力規格為15-32MPa，實際使用時甲醇合成壓力和氨合成壓力之差小于3MPa。為了在高壓下合成甲醇時免使觸媒過熱用向并流冷管型甲醇合成塔，增加冷管傳熱面，冷管總面積和觸媒床體積之比為20-80M2/M3。
下面結合附圖作具體說明。
附

圖1是一種用于高壓下甲醇和氨聯合生產裝置示意圖，圖中甲醇合成塔3、水冷器4、甲醇分離器5、循環機6、油分離器2用高壓管道L2-L8前后連接組成甲醇生產裝置，洗滌塔7氣體出口和洗滌液分離器9進口用管道L10連接，高壓泵8出口和洗滌塔7液體進口用高壓輸液管L11連接，圖中氨合成塔10、水冷器11、氨分離器12、用于換熱和第二氨分離的冷熱交換器13(以下簡稱冷交)、氨冷器14、循環機15、油分離器16用高壓管道L13-L22前后連接組成氨生產裝置，多級壓縮機1末級出口與油分離器2用管道L1連接，多級壓縮機1出口與油分離器2之間還有氣體水冷器和油分離器及到洗滌塔7的近路管道圖中未畫出，甲醇分離器5出口與洗滌塔7進口用管道L9連接，洗滌液分離器9出口用管道L12-13與循環機15進口連接組成整個等壓甲醇與氨聯合生產裝置，由氫、氮、一氧化碳、二氧化碳等組成的原料氣經壓縮機1壓縮從末段(級)出口壓力為15-32MPa，經水冷降溫和一次油分離器后經管道L1進入甲醇生產裝置，先與管L8來的循環氣混合在油分離器2中分離凈油后經管L2和L3分主付線二路進入甲醇合成塔3，在塔中15-32MPa壓力和210-330℃溫度下原料氣中的一氧化碳、二氧化碳和氫在甲醇觸媒催化作用下合成甲醇，甲醇塔出口氣經管L4到水冷器4降溫到30℃左右，氣體中絕大部分甲醇被冷凝，混合氣再經管L5在分離器5中分離甲醇液，經管L6出分離器的氣體一部分經管L7到循環機6經管L8返回與壓縮機1來的新鮮原料氣混合再一次合成甲醇，另一部分經管L9進洗滌塔7中由離高壓泵8出口壓力為15-32MPa的壓力下的洗滌液吸收除去一氧化碳、二氧化碳等對氨合成觸媒有害的氣體，出洗滌塔的精煉氣由管L10經洗滌液分離器9分離去液沫，然后經管L12進入氨合成裝置，精煉氣補入氨生產裝置的位置可以在循環機15前或后的不同地方，如附圖1為補入循環機前，即與經冷交13分離液氨的合成氨循環氣混合進循環機15補充壓力，然后循環氣經油分離器16分油后經管L15和L16分主付線兩路進入氨合成塔10，在塔中15-32MPa壓力和350-530℃溫度下循環氣中的氫、氮氣在氨觸媒作用下催化反應生成氨，反應后的合成氣經熱交換器冷卻，換熱器包括熱量回收器和水冷器11，經水冷器冷卻到30℃左右的合成氣在氨分離器12中分離出液氨再去冷交13，經冷交13上部換熱器與經氨冷器14已分氨的冷氣換熱冷卻、再經氨冷器14進一步冷卻至冷卻低于0℃，然后回到冷交下部進一步分離液氨，分氨后冷氣與進冷交熱氣換熱后出塔與洗滌液分離器9來的精煉氣混合再去循環機15開始再一次氨合成循環。
我國中小型氨廠多以煤為制氣原料，采用銅洗除微量一氧化碳和二氧化碳，附圖1中的洗滌塔7為銅液洗滌塔，中型氨廠還有堿洗塔，在本發明中，壓力可在15-32MPa間選擇，如壓縮機末段出口為30MPa，甲醇合成壓力通常也接近30MPa，經合成甲醇和銅洗后，精煉氣壓力雖有所降低，但經氨合成循環機壓力又提高到30MPa左右，對于大型氨廠以重油制原料氣裝置，采用甲醇洗滌和液氮洗滌塔裝置，故在等壓型甲醇和氨聯合生產裝置中，甲醇洗滌塔和液氮洗滌塔壓力也由原來的5-7MPa左右提高到氨生產裝置壓力15-23MPa，如Kellog型為15MPa，Topsoe型為23MPa，上述各裝置中甲醇合成壓力和氨合成壓力之差一般不超過3MPa。
采用本發明，由于甲醇合成壓力比現有聯醇裝置的11MPa左右提高了1倍多，故甲醇的平衡濃度和合成反應速度也大幅度提高，結果一氧化碳合成甲醇的轉化率提高，生產能力增加一倍，轉化率的提高既有效地減少原料氣的消耗，也使去洗滌塔7的一氧化碳、二氧化碳減少，減輕負荷，避免操作惡化。目前我國還沒有11-12MPa中壓甲醇合成設備標準系列，聯醇中的甲醇生產設備大都是采用氨合成的32MPa標準系列設備降壓到10-12MPa下使用，這不僅沒有發揮應有的效率，而且造成壓縮機各段容積不匹配，循環機電動機功率太大，使生產中電耗增加，因此采用等壓型甲醇和氨聯合生產裝置不僅可以通用甲醇合成和氨合成設備，避免上述不利影響，而且同一套大小甲醇合成裝置生產能力可以提高一倍，其中循環機能力可提高1.5倍多。另外由于甲醇合成壓力提高，經水冷后氣體中甲醇平衡濃度減少50%多，使醇后氣中甲醇含量減少，既減少了甲醇的損失，又避免帶到洗滌塔9后影響吸收操作。由于洗滌時壓力提高一倍多，因此醇后氣中一氧化碳、二氧化碳吸收效率增加，故可減少吸收洗滌設備費用，抵償由于吸收設備操作壓力等級提高而增加的洗滌設備費用。對于我國絕大多數中型和小型氨廠附圖1中洗滌塔7為銅液洗滌塔，9為銅液分離器，操作壓力由原來11MPa左右提高到氨合成壓力相同等級30MPa，過去氨廠按進塔氣中一氧化碳含量3-4%而選擇銅洗壓力為11MPa左右，保持一氧化碳分壓在0.4-0.5MPa為經濟壓力，而在聯醇裝置中進入銅洗塔的一氧化碳降低到1-2%左右、故銅洗壓力為30MPa時，符合上述一氧化碳分壓的經濟壓力。
實施例1現有φ600系列甲醇合成裝置按附圖1中設備2至6組成，其中甲醇合成塔外筒內徑0.6M，空程高9.0M，使用向并流冷管型甲醇塔內件，內裝C207銅基甲醇觸媒1.295M3，冷管面積31M2，原來由原料氣壓縮機1五段出口與油分離器2進口連接，原料氣在甲醇塔3中于11MPa下合成甲醇，醇后氣去銅洗塔7經銅泵8送來的銅液洗去一氧化碳、二氧化碳后經銅液分離器9再進壓縮機1的六段壓縮到30MPa左右再去氨合成裝置。氨合成裝置由設備10到16組成。當甲醇塔進塔氣中CO＝5%，CO2＝1%，H2S＝0.5PPM時，按目前中壓聯醇裝置在11MPa的合成甲醇壓力下，觸媒使用至第70天時的具體數據見表1中工況1。現本發明按圖1中原料氣由壓縮機1末段即六段出口經油分離器2與甲醇合成裝置連接，原料氣壓縮到30MPa進入甲醇合成塔3中合成甲醇，在上述同樣進塔氣成份和觸媒使用至第70天時具體數據見表1中工況2-5，工況2與工況1比，在同樣其它條件下，因壓力提高，甲醇產量和CO轉化率提高一倍多。
表1中工況2-4在同一壓力30MPa和進觸媒媒層溫度260℃下，隨著入塔氣量由20000到40000NM3/h增加，甲醇產量和觸媒生產強度增加，軸向溫差降低，但CO轉化率降低。工況5與工況3比較，因進床層溫度降低故軸向溫差減小。工況2、6、7相比較，因觸媒使用時間由70天分別延長到210天和420天甲醇產量和CO轉化率降低，軸向溫差高1倍和0.6倍。可見本等壓型甲醇和氨聯合生產裝置效益十分顯著。
采用本發明，由于甲醇合成壓力提高，甲醇塔內觸媒層放出反應熱增加，如上例中軸向溫差加大，為了防止觸媒過熱，減小軸向溫差，除用上例所述的降低進床層溫度的操作來調節外還可采用加強傳熱，例如增加冷管面積的辦法來達到。
本實施例中氨生產裝置和操作工況及效果屬已知技術，不再具體說明。
上述等壓型甲醇和氨的聯合生產裝置也稱高壓聯醇裝置。
權利要求
1.一種用于含氫、氮、一氧化碳、二氧化碳原料氣等壓型合成甲醇和氨的聯合生產裝置，包含有原料氣多級壓縮機(1)，油分離器(2)、甲醇合成塔(3)、水冷器(4)、甲醇分離器(5)、循環機(6)前后用管道L連接組成甲醇生產裝置，洗滌塔(7)、高壓泵(8)、洗滌液分離器(9)用管道L連接組成高壓洗滌裝置，氨合成塔(10)、換熱器(11)、氨分離器(12)、冷熱換熱器(13)、氨冷器(14)、循環機(15)、油分離器(16)前后用管道L連接組成合成氨生產裝置，其特征是原料氣壓縮機(1)末段出口和甲醇合成裝置進口用管道連接，甲醇合成裝置出口和高壓洗滌裝置進口用管道連接，洗滌液分離器(9)出口和合成氨生產裝置進口用管道連接，且上述裝置中的設備和管道用同一壓力等級。
2.如權利要求1所述的甲醇和氨的聯合生產裝置，其特征是甲醇合成和氨合成的操作壓力差小于3MPa。
3.如權利要求1所述的甲醇和氨的聯合生產裝置，其特征是洗滌液分離器(9)出口和循環機(15)進口用管道連接。
4.如權利要求1所述的甲醇和氨的聯合生產裝置，其特征是裝置中的設備和管道的公稱壓力為15-32MPa。
5.如權利要求1所述的甲醇和氨的聯合生產裝置，其特征是高壓泵排出壓力規格為15-32MPa。
6.如權利要求1所述的甲醇的氨的聯合生產裝置，其特征是甲醇合成塔(3)是向并流冷管型甲醇合成塔，冷管總面積和觸媒床體積之比為20-80M2/M3。
全文摘要
一種等壓型甲醇和氨的聯合生產裝置，例如高壓聯醇裝置，由多級原料氣壓縮機末段出口與甲醇生產裝置連通，甲醇生產裝置與原料氣洗滌精制裝置、氨生產裝置依次用高壓管連通組成。原料氣合成甲醇、醇后氣洗滌精制和氨的合成在相同壓力等級下進行，克服現有的中壓聯醇裝置中壓縮機五、六段容積不匹配，甲醇生產裝置設備效率低、能耗高的缺點，使甲醇生產和氨生產裝置的設備可互相通用，甲醇生產效率提高一倍多。
文檔編號C07C31/04GK1078456SQ9210361
公開日1993年11月17日 申請日期1992年5月15日 優先權日1992年5月15日
發明者樓壽林, 盧慕書 申請人:樓壽林, 盧慕書