[发明专利]一种二氧化碳原料气的脱氢方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳原料气的脱氢方法。

背景技术

目前，采用CO₂汽提生产工艺生产尿素时，在CO₂压缩机一段或二段入口加入一定量的空气，其主要目的是：一、利用空气中的氧气在催化剂的作用下将原料气中的氢气脱除，保证高压洗涤器放空气的可爆组分保持在可爆范围之外，确保系统安全性；二、尿素生产是一种高温、高压、高腐蚀性的反应，为保证尿素生产设备的长周期运行，利用空气中的氧在高压设备内壁钝化出一层致密的氧化膜，防止高压设备腐蚀。

但是，存在以下缺陷：CO₂原料气纯度一般为98％，原料气中氢含量较高，尿素生产中为保证系统安全，防止高压系统尾气中含有过多的氢气，加入空气来进行脱氢处理，空气中79％的氮气不参与反应，随原料CO₂进入高压系统，占用合成塔有效体积，降低合成转化率。空气中的氮气等惰性气体不参与反应，必须通过高压洗涤器放空阀排放，过多会增加系统放空量。由于高压洗涤器放空阀的泄放量是有一定限度的，放空量过大就严重影响了系统负荷的提升，吸收、解吸、水解负荷加重，消耗增加，环保控制难度加大。

发明内容

针对上述现有状况，为解决尿素装置高压系统的放空量居高不下的问题，本发明提供了一种二氧化碳原料气的脱氢方法，本发明提出在脱氢反应器中加入纯氧来进行脱氢，加入空气来进行防腐，以减少脱氢后产生大量的氮气等惰性气体的问题，减少高压系统的放空量，提高转化率，增加系统负荷，同时又能保证一定的氮气存量，确保系统安全。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种二氧化碳原料气的脱氢方法，包括以下步骤：

1)将氧气浓度为21～34％(体积)的富氧空气加入到原料二氧化碳气中，使原料二氧化碳气中的氧含量达到1.25～1.4％(体积)，保证经过脱氢后的氧含量达到0.65～0.8％(体积)，以满足尿素制备高压系统设备的防腐要求；所述富氧空气可以通过纯氧与空气经严格计量混合来制备；

2)向压缩机中加入富氧空气的二氧化碳原料气，经压缩后进行精脱硫，脱硫后总硫含量不高于0.2ppm；脱硫后的气体经过换热和加热至150～200℃，然后进入脱氢反应器，使氧气与二氧化碳气体中的可燃组分发生反应，脱除原料气中的氢气、甲烷、一氧化碳等可燃组分，脱氢后二氧化碳气体中含氢及其它可燃气体量＜50PPm；

3)脱氢后气体经换热和冷却器至36℃±4℃后，进入CO₂汽液分离器，进行气水分离，排净液滴后进入压缩机下一段或直接外供，用于尿素的合成。

本发明的步骤1)中可直接加入含氧量一定的富氧空气，或一定量的纯氧与相应比例的空气混合，加入到压缩机一段或二段入口，以避免因氧气在压缩机多油环境燃烧的不安全因素。

所述采用纯氧与空气混合制备富氧空气时，可以在富氧空气混合器中进行。

所述富氧空气混合器包括一罐体，罐体上设有空气进口、氧气进口、富氧空气出口、排放口，如图2A、图2B所示，在相应位置设有测压计和温度计。富氧空气可以在此混合器内制备，制备后从富氧空气出口进入压缩机，进而加入到二氧化碳原料气中。

上述富氧空气混合的流程和安全控制，可以采取脱硫、脱氢后氧含量及氢含量在线分析监控进行对照操作，同时氧气流量计使用二选二或三选二严格计量控制流量等措施保证安全操作。

为保证整套系统异常情况下的安全性，可以新增跳车安全联锁，即当任意一台压缩机或空压机因断电或其他故障情况跳车时，氧气入口电磁阀XSV-01联锁关闭，避免氧气进入直接进入压缩机，与油污等接触从而发生事故。

本发明在脱氢反应器中加入氧来进行脱氢，加入空气来进行防腐，以减少脱氢后产生大量的氮气等惰性气体的问题，减少高压系统的放空量，提高转化率，提高系统负荷，增加尿素产能，减轻吸收、解吸、水解负荷，降低氨和蒸汽等消耗，有利于环保控制。

附图说明

图1为高压洗涤器出气爆炸极限图；

图2A为富氧空气混合器的设备简图；

图2B为图2A的俯视图；

其中，N1：空气进口；N2：氧气进口；N3：富氧空气出口；N4：排放口。

图3为本发明的工艺流程图；

其中，FT-01、FT-02均表示氧气计量流量计，FT-03、FT-05表示空气计量流量计，FT-04表示富氧空气计量流量计；XSV-01、XSV02、XSV-03均代表电磁阀；FCV-01表示氧气流量调节阀。

具体实施方式