一种以煤、焦炉气作原料分级合成甲醇和氨的方法

摘要

一种以煤、油、天然气、焦炉气等作原料分级合成甲醇和氨的方法和设备，经净化的原料气先经低压甲醇合成消耗部分的原料气生产甲醇，剩余气体压缩到高压进行甲醇合成，高压甲醇弛放气经甲烷化等方法除去CO、CO2等氨合成有害气体后去氨合成。本法具有投资省、能耗低、甲醇催化剂空时产率高、经济效益好的优点。

权利要求

1.一种以煤、焦炉气作原料分级合成甲醇和氨的方法，其特征是制得的含 H2、CO、CO2、N2、CH4组成的经净化除去对甲醇合成有害物的原料气，先 经低压甲醇合成消耗部分的原料气生产甲醇，经生产甲醇后剩余的低压甲醇合 成弛放气压缩到高压进行甲醇合成，高压甲醇弛放气经甲烷化方法除去氨合成 有害气CO、CO2后去氨合成；其中低压合成甲醇的压力为4～9MPa；高压合 成甲醇的压力为10～32MPa。

2.根据权利要求1的分级合成甲醇和氨的方法，其特征是低压甲醇合成所 产甲醇与高压甲醇产量比例大于2。

3.根据权利要求1的分级合成甲醇和氨的方法，其特征是进低压甲醇合成 原料气中CO＞10％。

说明书

技术领域

本发明属于化工生产装置和设备，尤其是甲醇和氨的联合生产装置，特别 适用于含氢、氮、一氧化碳、二氧化碳原料气合成甲醇和氨的场合。

背景技术

在本发明作出以前，由含氢、氮、一氧化碳、二氧化碳原料气联合生产甲 醇和氨的装置有以下几种：一是我国从1967年开始建立的甲醇和氨的联合生 产装置(简称联醇装置，见冯元琦主编《联醇生产》化学工业出版社1989年) 是从原料气压缩机五段出口(压力11MPa左右)串入甲醇合成装置，再与铜 液塔串联将醇后气中的微量一氧化碳化碳除去，然后铜洗后气体进压缩机六段 进口经压缩到32MPa左右去氨合成装置，这种联醇装置出于原来的氨生产装 置改造而成，亦即称中压联醇。二是后来湖南安淳公司将出联醇后的铜洗改用 甲烷化法来取代，即中压甲醇甲烷化，这种方法主要用于合成氨原料气的净化。 三是由楼寿林等于1992年发明的等压型甲醇和氨的联合生产装置(中国发明 专利ZL93105920.8)或称等高压甲醇甲烷化，该项发明已于浙江江山、山西丰 喜临猗等厂成功投运。但上述各种联醇法虽各有其技术经济优点，但都是以生 产合成氨为主，生产甲醇为副，虽然有的厂实际甲醇产量接近合成氨的产量， 但在甲醇产量大于氨的情况下甲醇合成在中高压下进行则投资大，且增加了压 缩机电耗。
本发明是在甲醇产量增大情况下提供一个工艺合理、能耗省、成本低的甲 醇联产合成氨的方法和生产设备。
发明的内容
本发明是一种以煤、油、天然气或焦炉气作原料分级合成甲醇和氨的方法， 主要是制得的含H2、CO、CO2、N2、CH4组成的经净化除去对甲醇合成有害 物的原料气，先经低压甲醇合成消耗部分的原料气生产甲醇，经生产甲醇后剩 余的低压甲醇合成弛放气压缩到高压进行甲醇合成；高压甲醇弛放气经甲烷化 等方法除去CO、CO2对氨合成有害气体后去氨合成。
在分级合成甲醇和氨的方法中，低压合成甲醇的压力为4～9MPa。
在分级合成甲醇和氨的方法中，高压合成甲醇的压力为10～32MPa。
在分级合成甲醇和氨的方法中，低压合成甲醇所产甲醇与高压甲醇产量比 例大于2。
在分级合成甲醇和氨的方法中，进低压甲醇的原料气中CO＞10％。

附图说明

下面结合附图进一步说明本发明。附图中：
图1是以焦炉气或天然气或油作原料进行分级合成甲醇和氨的方法。
图2是以煤为原料进行分级合成甲醇和氨的方法。
图3是以煤为原料常压制气小合成氨厂改造为分级合成甲醇和氨的方法。
较好实施方式
图1是以焦炉气或天然气或油为原料实施本发明的流程框图，焦炉气含有 约28％左右的CH4和CmHn，4～8％的N2，其余为H2、CO、CO2等，压力为 4～9MPa，温度900℃左右，在转化炉中用蒸汽和氧气或富氧空气进行催化或 非催化转化，将CH4等转化为H2、CO等原料气。对于催化转化焦炉气，需先 脱硫等，对非催化转化则可在转化后再行精脱硫等净化除去对甲醇催化剂有害 物。用油作原料纯氧气化制得的原料气也需精脱硫等净化除去对甲醇催化剂有 害物。用天然气为原料时，天然气压缩后先精脱硫，进行蒸汽转化，天然气转 化可采用一段转化炉或一段转化和二段自热转化，可用纯氧也可用富氧，然后 进入低压甲醇合成回路消耗大部分原料气合成甲醇，剩余的甲醇弛放气压缩到 10～32MPa，先后经高压甲醇合成消耗CO、CO2和H2生成甲醇，使CO+CO2 ＜0.6％，再进入高压甲烷化得到CO+CO2＜20ppm的原料气，必要时还可补 加纯氮气使之成为含H2和N2比为3左右的精炼气去合成氨。在本法中可根据 醇氨比的需要采用纯氧转化或富氧转化，采用富氧转化时则转化气中氮气增 加，用于降低醇氨比、提高氨产量。
图2是以煤为原料采用本发明的流程框图，煤为原料先在煤气化炉中制合 成气，煤气化炉可采用德士古水煤浆气化，或Shell干法粉煤气化炉等加压气 化，或常压固定床气化炉等气化炉，气化剂除水蒸汽外，还根据不同气化炉和 制甲醇和氨合成产量需用纯氧或富氧空气或空气制气，制得的合成气需经净 化、CO变换和脱CO2、精脱硫等除去对甲醇合成有害物，对常压制气的还需 经压缩，然后经低压甲醇合成回路消耗部分原料气合成甲醇，剩余的甲醇弛放 气压缩到10～32MPa，先后经高压甲醇合成消耗CO、CO2和H2生成甲醇， 使CO+CO2＜0.6％，再进入高压甲烷化得到CO+CO2＜20ppm的含H2和N2 比为3左右的精炼气去合成氨。在本法中可根据醇氨比的需要采用纯氧转化或 富氧转化，采用富氧转化时则转化气中氮氧增加，用于降低醇氨比、提高氨产 量。
图3是用常压固定床煤气化炉的中小型合成氨老厂采用本发明分级合成甲 醇和氨的方块流程示意图。老装置采用水蒸气、空气常压固定床煤气化制得粗 煤气，改造为本法采用新增加装置设备为常压煤气化炉，粗煤气与老煤气炉煤 气汇合经粗煤气净化脱硫，然后分出一部分气体由老多段压缩机压缩(I)， 另一部分经新增多级低压压缩机低压缸压缩(I)到0.8MPa左右，汇合老压 缩机气体一同经CO变换、脱CO2，再分出一部分气体经新增低压压缩机压缩 (II)到5～6MPa，再与经老压缩机压缩(II)到5～6MPa后的气体汇合， 再经低压甲醇合成消耗部分原料气生成甲醇，剩余的甲醇弛放气经压缩(III) 到10～32MPa，先后经高压甲醇合成消耗CO、CO2和H2生成甲醇，使CO+CO2 ＜0.6％，再进入高压甲烷化得到CO+CO2＜20ppm的含H2和N2比为3左右 的精炼气去合成氨。在本法中可根据醇氨比的需要采用纯氧转化或富氧转化， 采用富氧转化时则转化气中氮氧增加，用于降低醇氨比、提高氨产量。
本发明大部分原料气在低压下合成甲醇，大幅度降低压缩合成气电耗，大 幅提高催化剂生产强度，甲醇合成采用低压设备降低投资，高压甲醇合成只产 少量甲醇作为联合甲烷化用于气体净化，对生产同样产量甲醇装置投资比现有 中压甲醇甲烷化节省1/3多。
实施例
原年产3万吨的小合成氨厂采用本发明上述图3流程，增加煤气炉和低压 压缩机，采用常压空气水蒸汽制气得到粗煤气(1)，经粗煤气净化、粗脱硫， 分别经新老压缩机压缩(I)到0.8MPa，经CO变换和脱CO2得原料气(2) 经压缩(II)到5.5MPa去低压甲醇合成，采用JW低压均温型甲醇合成塔， 合成塔直径2米装25m3NC307低压甲醇催化剂合成得甲醇9万吨/年，低压甲 醇弛放气(3)再压缩(III)到30MPa去高压甲醇合成得1万吨/年甲醇，再经 甲烷化得精炼气(4)去氨合成得3万吨/年氨。计算数据见附表：

在阅读了本发明的详细描述以后，在不偏离本发明的精神和范围的情况下 本领域的普通技术人员能容易地对本发明进行各种变化和改进。本发明包括在 所附权利要求范围内的各种变化和改进，另外也可将前述低压甲醇合成后的弛 放气采用CO低变脱碳甲烷化达到CO+CO2＜20ppm后去氨合成的方法。