[发明专利]一种合成气生产尿素流程中含氢尾气循环利用工艺

说明书

[技术领域]

本发明涉及合成氨与CO₂制备尿素技术，尿素合成圈含氢尾气利用领域，具体的说是一种合成气生产尿素流程中含氢尾气循环利用工艺。

[背景技术]

尿素是比较高效的一种氮肥，它含氮量好，速效性好，持效期长，而且性情温和，不容易出现烧苗等不良反应。目前大型化肥厂合成气净化均采用脱硫脱碳和液氮洗技术，净化后的合成气在氨合成工段合成氨后与脱硫脱碳分离出的二氧化碳进入尿素合成工段，尿素合成采用二氧化碳气提工艺在高温、高压下合成尿素。

由氨与二氧化碳合成尿素的反应机理为，氨先与二氧化碳反应形成氨基甲酸铵，生成的氨基甲酸铵脱水得到尿素。

氨和二氧化碳转化为尿素通常发生在12～40MPa压力和160～250℃温度下进行，反应后产物主要由尿素、水，氨基甲酸铵和游离氨组成的混合溶液，尾气则包括水蒸气、氢气和氨气等组分。合成反应在尿素合成圈中进行，通过确保反应混合物在合成区中的停留时间足够长，即可实现氨基甲酸铵在合成区中转化为尿素和水。

对于合成气生产尿素流程中含氢尾气的处理现有工艺见附图1，合成气5经过脱硫脱碳工段1中的吸收塔17吸收酸性气体(如CO₂)后的合成气6再经过液氮洗工段2最终净化配氮后的合成气7进入氨合成工段3的合成气压缩机21压缩后送入氨合成塔22合成氨，然后经热回收后进中压闪蒸罐23、低压闪蒸罐25释放出未反应的氢气和氮气等，出氨合成工段的低压液氨13通过高压氨泵15加压后的高压液氨12送入尿素合成工段4；脱硫脱碳工段1的中压闪蒸塔18的中压闪蒸气9和液氮洗闪蒸槽20的闪蒸循环气10通过循环气压缩机14压缩后与合成气5混合后返回脱硫脱碳工段1。脱硫脱碳工段1的二氧化碳产品塔19产出的二氧化碳产品8通过二氧化碳压缩机24压缩并脱硫后送入尿素高压合成圈16。二氧化碳和液氨在尿素合成工段4在高温、高压下合成尿素，尿素合成工段产生的尾气经洗涤后11排入大气。

这种技术在合成氨阶段，设置了闪蒸罐，闪蒸分离出未反应的H₂、N₂，但是在分离过程中，由于闪蒸时压力瞬间减小，潜在的能量被消耗，部分氨也会随氢气带出，这部分氨只能进行焚烧处理，并且，闪蒸罐的大幅度压降导致这部分能量被白白的浪费，需要在后阶段中用泵设备提高压力。另外，最后的尾气直接进行净化和排放，浪费了尾气中依然存在的H₂和N₂。这两个问题使合成尿素的成本和需要的能量大大增加，而且生产效率不高。

[发明内容]

本发明的目的是解决现有技术中能耗高，尾气无法循环利用的缺陷，提供一种不需要中低压闪蒸罐和高压液氨泵、能有效利用尾气的合成尿素的工艺。

合成气主体为CO₂、H₂，合成气依次经过脱硫脱碳工段吸收CO₂，液氮洗工段配氮后进入氨合成工段，CO₂吸收液经过闪蒸、解吸得到CO₂成品进入尿素合成工段，液氮洗工段液相进行闪蒸回收溶解氢气，氨合成工段反应后得到H₂、N₂和NH₃的混合气，混合气经过多级换热后冷却为含H₂、N₂的液氨，并通过中、低压闪蒸分离未反应的氢气、氮气，液氨由高压液氨泵打至尿素合成工段，CO₂吸收液闪蒸后的闪蒸气和液氮洗工段液相闪蒸气与最初的合成气混合，二氧化碳和液氨在尿素高压合成圈合成尿素，尿素高压合成圈产生的含H₂尾气排入大气，而本发明的其特征在于

a.所述的CO₂吸收液闪蒸气和液氮洗工段液相闪蒸气由，与最初的合成气混合，替换为，直接与脱硫脱碳工段解吸得到的CO₂产品混合后一同进入尿素工段，

b.所述的含H₂、N₂的液氨，经过中低压闪蒸分离未反应的氢气、氮气，液氨由高压液氨泵送至尿素合成工段，替换为，含H₂、N₂液氨不经中低压闪蒸而在高压下直接进入尿素合成段与所述的CO₂进行尿素合成反应，

c.将所述的尾气与所述的合成气混合一同通入脱硫脱碳工段，和/或，与经过脱硫脱碳的合成气一同进入液氮洗工段。

所述的液氮洗工段配氮，其对于合成气的配氮摩尔比为3∶1。