[发明专利]尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法

说明书

本发明涉及尿素生产工艺，尤其涉及采用两段变压吸附尿素脱碳方法从制气过程以煤为原料的合成氨变换气中进行尿素脱碳的方法。

我们知道，在合成氨尿素生产工艺中，需要将变换气中的二氧化碳提纯到98.5％(V)以上，同时还需将变换气中的氢、氮气分离出来，氢、氮气中的二氧化碳一般要求小于0.2％(V)，因此，尿素脱碳实际上就是从变换气中提纯二氧化碳和分离氢、氮气。采用两段变压吸附技术从变换气中进行尿素脱碳的方法，国外已有公开的专利文献报道，如美国专利：U.S.Pat.Nos.4,171,207；4,790,858；5,133,785。在美国专利(U.S.Pat.Nos.4,171,207；4,790,858；5,133,785)中，采用了两段变压吸附装置，但是其变换气是以天然气为原料经转化获得，变换气中二氧化碳含量较低，只有20％(V)左右，用于尿素合成的二氧化碳量不足，二氧化碳回收率一般要求95～99％以上，再加上要求获得的产品为纯二氧化碳和纯氢气，所以，其后一段变压吸附装置采用一般的变压吸附制氢工艺，用氢冲洗再生吸附剂，氢气回收率低。若将上述专利用于制气过程以煤为原料的合成氨变换气中提纯二氧化碳并分离氢、氮气，则不仅氢、氮气回收率很低，而且电耗和投资也很高，增加了合成氨的成本，因此国外上述用于以天然气为原料的合成氨尿素脱碳专利技术并不适合国内以煤为原料的合成氨尿素脱碳。

在国内以煤为原料的合成氨尿素脱碳工艺中，几年前大都采用物理吸收法和化学吸收法，比较典型的有改良热钾碱法、改良MDEA法、碳丙法及NHD法等湿法脱碳工艺，这些方法具有操作和维修费用高、溶剂毒性大、工艺流程复杂及劳动强度大等缺点。由于国内以煤为原料的合成氨尿素生产脱碳要求的特殊性，一方面要求变换气中氢氮回收率高，另一方面，变换气中二氧化碳含量较高，约27～29％(V)左右，用于尿素合成的二氧化碳过量，产品二氧化碳回收率一般要求大于68～70％即可，所以最近两年，国内开发出了新的采用两段变压吸附技术从变换气中进行尿素脱碳的方法，如中国专利公开号：CN1235862A(公开日期：1999年11月24日)；CN1248482A(公开日期：2000年3月29日)，上述两项技术与湿法脱碳工艺相比，工艺流程简单、劳动强度小、维修费用低和消除了溶剂毒性，在低压吸附时综合运行费用比湿法脱碳低，但是，当吸附压力较高时，其投资和综合运行费用比碳丙法及NHD法脱碳高，总体比较没有优势。

在中国专利公开号：CN1235862A(公开日期：1999年11月24日)中，采用了两段变压吸附装置，同时获得的产品为纯二氧化碳和氢、氮气。从说明书中可看出，其发明目的是，在第一段变压吸附装置中，在产品二氧化碳置换之前，尽量让吸附塔内的二氧化碳浓度提高，以减少置换气量、节约能耗，为此，增加了预吸附FA和再吸附LA及均压结束后顺向放至至常压等步骤，产品二氧化碳置换压力为常压，吸附塔最高均压降次数为6次，吸附塔均压降结束后，吸附塔内前一部分气体顺放回收至原料气中再加压进入变压吸附装置，后一部分气体顺放放空至常压。若采用该专利公开将有一部分二氧化碳和其它气体循环加压，则一方面增加了变压吸附脱碳装置和压缩机负荷而增加了投资，另一方面又增加了变压吸附脱碳装置真空泵和压缩机的电耗，吸附压力越高，循环气量越多，变压吸附脱碳装置和压缩机增加的投资和电耗就越多。例如当吸附压力为2.0MPa时，采用6次均压降后吸附塔压力降到0.12～0.15MPa，其二氧化碳循环气量将占到原料变换气中二氧化碳总量的35～40％，与吸附压力为0.7MPa相比变压吸附脱碳装置投资增加45～50％左右(包括压缩机增加的投资)，变压吸附脱碳电耗增加(主要为压缩机增加电耗)50～60％。当吸附压力小于或等于0.8MPa(G)时，该方法可以节省投资和能耗，与湿法脱碳相比具有较大优势。但是，当吸附压力大于或等于0.8MPa(G)时，采用该方法投资和能耗却要增大，而且吸附压力越高，投资和能耗增大越多。