一種用含H₂、N₂多組分氣製備特定組成氫氮氣的方法

2023-09-19 20:25:40 1

專利名稱：一種用含H2、N2多組分氣製備特定組成氫氮氣的方法
技術領域：
本發明涉及一種用含H2、N2多組分氣製備特定組成氫氮氣的方法；特別地講本發明涉及一種用內熱式煤乾餾過程產富氮氣荒煤氣製取合成氨原料氣的方法；更特別地講本發明涉及一種用內熱式煤制蘭炭過程產富氮氣荒煤氣製取合成氨原料氣的方法。
背景技術：
眾所周知，中國鋼鐵集團鞍山熱能研究院於二十世紀八十年代初開始不斷研究開發的「以不粘煤或弱粘煤塊煤為原料在內熱式直立炭化爐煉製鐵合金專用蘭炭」技術 (以下簡稱中鋼造氣技術BT)，採用合適煤源(比如中國大同、神府地區的煤炭)，煉製蘭炭並副產荒煤氣和中低溫煤焦油，是一種蘭炭產品質量優良、產能高、煤焦油產率高、有效組分氣體產量大、工程造價較低、配套環保技術完善的成熟工業化技術，業已得到大量應用。該技術具有內熱式煤制蘭炭工藝的一般特徵以空氣為供氧體，燃燒室控溫組分(燃燒室燃燒過程存在的非可燃、非氧化劑組分)的主體為氮氣，炭化室控溫組分(炭化室氣固傳熱過程存在的非可燃、非氧化劑組分)的主體為氮氣，產生的荒煤氣是富氮氣的以 CO2-CH4-CO-N2 (通常為主體組分)-H2為代表組分的物系，典型荒煤氣體積組成見表1。以空氣為供氧體的煤制蘭炭過程產生的荒煤氣H2/N2分子比KA，隨煤種、乾餾溫度、乾餾時間等操作因素的變化而變化而且通常小於3. 0，KA係數一般為0. 3 1. 2之間、 通常為0. 5 1. 0，當然，少數情況下可能超出上述範圍。煤制蘭炭過程產生的荒煤氣(0)+ )/ 分子比KB，隨煤種、乾餾溫度、乾餾時間等操作因素的變化而變化而且小於3. 0，KB係數一般為0. 6 1. 6之間、通常為0. 8 1. 4， 當然，少數情況下可能超出上述範圍，本發明主要針對KB小於3的煤制蘭炭過程。煤制蘭炭過程產生的荒煤氣(C0+H2+烴類水蒸氣轉化H2) /N2分子比KC，隨煤種、乾餾溫度、乾餾時間等操作因素的變化而變化而且小於3. 0，KB係數一般為0. 9 2. 6之間、 通常為1. 2 2. 2，當然，少數情況下可能超出上述範圍，本發明主要針對KC小於3的煤制蘭炭過程，但是同樣適用於KC大於3的煤制蘭炭過程。表1以空氣為氧化劑的蘭炭過程荒煤氣體積組成
權利要求
1.一種用含H2、&多組分氣製備特定組成氫氮氣的方法，其特徵在於包含以下步驟①在分流步驟1000，含H2、N2多組分原料氣FlOO分流為流率為RlOl的第一路原料氣 FlOl和流率為R102的第二路原料氣F102，控制流率比R101/R102保證步驟④氫氮調合氣 P中H2/N2分子比達到預期值；②在步驟2000，基於第一路原料氣FlOl得到氫氮氣PHN；③在分離步驟3000，分離第二路原料氣F102得到氫氣PH和富氮氣PN，選擇氫氣PH或富氮氣PN用作調合氣PT進入步驟④；④在合流步驟4000，氫氮氣PHN和調合氣PT混合為氫氮調合氣P。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於①在步驟1000，原料氣FlOO為來自內熱式煤乾餾裝置的離環煤氣FO；②步驟2000採用變壓吸附分離法，變壓吸附過程操作壓力為0.5 2. 5MPa ；③步驟3000採用變壓吸附分離法，變壓吸附過程操作壓力為0.5 2. 5MPa。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於①在步驟1000，原料氣FlOO為來自內熱式煤乾餾裝置的離環煤氣FO的綜合處理氣 TF100,離環煤氣FO含有H2、N2、CH4、C0、C02、H2S、Ar、CmHn，離環煤氣FO在綜合處理單元1100 轉化為綜合處理氣TF100，綜合處理單元1100包含CO變換制氫步驟1104 ；②步驟2000採用變壓吸附分離法，變壓吸附過程操作壓力為0.8 1. 5MPa ；③步驟3000採用變壓吸附分離法，變壓吸附過程操作壓力為0.8 1. 5MPa ；選擇氫氣 PH用作調合氣PT進入步驟④；④在步驟4000，氫氮調合氣P的H2Z^2分子比大於原料氣FlOO的H2Z^2分子比。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於①在步驟1000，原料氣FlOO為來自內熱式煤制蘭炭裝置的離環煤氣FO的綜合處理氣 TF100,離環煤氣FO含有H2、N2、CH4, CO、CO2, H2S、Ar、CmHn, O2,在綜合處理單元1100離環煤氣FO轉化為綜合處理氣TF100，綜合處理單元1100包含以下步驟離環煤氣FO經過變壓吸附法脫炭五及其以上烴的脫重烴步驟1102成為脫重烴離環煤氣，脫重烴離環煤氣經過雜質催化加氫轉化步驟1103成為脫氧離環煤氣，脫氧離環煤氣經過耐硫變換步驟1104完成CO變換制氫反應得到變換氣且CO變換率大於85%，變換氣冷卻脫水後得到的脫水變換氣用作綜合處理氣TF100。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於①在步驟1000，綜合處理單元1100包含以下步驟離環煤氣FO預脫硫步驟1101採用溼法脫硫將煤氣中硫化氫體積濃度降低至150 300PRI1得到預脫硫離環煤氣；預脫硫離環煤氣的脫重烴步驟1102為使用活性炭吸附劑的變壓吸附過程；脫重烴離環煤氣雜質催化加氫轉化步驟1103採用低溫催化加氫脫氧過程且氧轉化率接近100%，脫氧離環煤氣變換步驟1104採用低溫耐硫變換過程完成CO變換制氫過程且CO變換率大於90 %，變換氣冷卻脫水後得到的脫水變換氣用作綜合處理氣TF100。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於①在步驟1000，綜合處理單元1100包含以下步驟離環煤氣FO預脫硫步驟1101採用 「PDS+栲膠脫硫方法」將煤氣中硫化氫體積濃度降低至150 300PRI1得到預脫硫離環煤氣；預脫硫離環煤氣脫重烴步驟1102為使用活性炭吸附劑的變壓吸附過程；脫重烴離環煤氣雜質催化加氫轉化步驟1103採用低溫催化脫氧過程使氧轉化率接近100%，脫氧離環煤氣變換步驟1104採用低溫耐硫變換過程完成CO變換制氫過程得到變換氣且CO變換率大於95%，變換氣羰基硫水解步驟1105採用中溫羰基硫水解方法完成羰基硫水解為硫化氫反應成為貧有機硫變換氣，貧有機硫變換氣冷卻脫水後得到脫水變換氣，脫水變換氣用作綜合處理氣TF100。
7.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於④氫氮調合氣P的H2/N2分子比為2. 00 5. 00。
8.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於④氫氮調合氣P的H2/N2分子比為2. 50 3. 50。
9.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於④氫氮調合氣P的H2/^分子比為2. 95 3. 00，氫氮調合氣P最終用作合成氨原料氣。
10.根據權利要求2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於①在步驟1000，將綜合處理氣TF100用作原料氣FlOO。
11.根據權利要求2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於①在步驟1000設置綜合處理氣預分離步驟1500，將綜合處理氣TF100通過脫硫化氫步驟得到的脫硫化氫氣用作原料氣F100。
12.根據權利要求2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於①在步驟1000設置綜合處理氣預分離步驟1500，將綜合處理氣TF100通過脫(X)2步驟得到的脫(X)2氣用作原料氣F100。
13.根據權利要求2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於①在步驟1000設置綜合處理氣預分離步驟1500，將綜合處理氣TF100通過脫硫化氫步驟得到脫硫化氫氣，將脫硫化氫氣通過脫(X)2步驟得到脫(X)2氣用作原料氣F100。
14.根據權利要求2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於①在步驟1000設置綜合處理氣預分離步驟1500，將綜合處理氣TF100通過脫非氫非氮組分步驟得到的氫氮氣用作原料氣F100。
15.根據權利要求2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於①在步驟1000設置綜合處理氣預分離步驟1500，將綜合處理氣TF100通過脫硫化氫步驟得到脫硫化氫氣，將脫硫化氫氣通過脫非氫非氮組分步驟得到的氫氮氣用作原料氣 F100。
16.根據權利要求2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於①在步驟1000設置綜合處理氣預分離步驟1500，將綜合處理氣TF100通過脫硫化氫步驟得到脫硫化氫氣，將脫硫化氫氣通過脫CO2步驟得到脫(X)2氣，將脫(X)2氣通過脫非氫非氮組分步驟得到的氫氮氣用作原料氣F100。
17.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於②第一路原料氣FlOl經過變壓吸附步驟2100製得氫氮氣PHN；在甲烷化單元2200， 氫氮氣PHN完成甲烷化反應得到甲烷化轉化氣2200P，轉化氣2200P的CO體積濃度低於 20PPm、CO2體積濃度低於20PPm、CH4體積濃度低於2%、氬氣體積濃度低於2% ；④在合流步驟4000，轉化氣2200P和調合氣PT混合為氫氮調合氣P。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於②在甲烷化單元2200，轉化氣2200P的CO體積濃度與(X)2體積濃度之和低於lOPRii。
19.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於②在甲烷化單元2200，轉化氣2200P的CH4體積濃度低於1. 0 %、氬氣體積濃度低於 1. 0%。
20.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於④氫氮調合氣P的H2/^分子比為3. 00 3. 05 ；在甲烷化單元4200，氫氮調合氣P完成甲烷化反應得到甲烷化轉化氣4200P，轉化氣4200P的CO體積濃度低於15PPm、CO2體積濃度低於15PRI1、CH4體積濃度低於2%、氬氣體積濃度低於2%。
21.根據權利要求20所述的方法，其特徵在於④轉化氣4200P的CO體積濃度與(X)2體積濃度之和低於lOPRii。
22.根據權利要求21所述的方法，其特徵在於④轉化氣4200P的CH4體積濃度低於1.0%、氬氣體積濃度低於1. 0%。
23.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於⑤在深度淨化步驟5000，採用變壓吸附法，在變壓吸附劑床層吸附過程中，氫氮調合氣 P中的非氫氣、非氮氣組分如CH4、CO、CO2等被吸附劑吸附，H2, N2組分穿過吸附劑床層成為深度淨化氣5000P ；在變壓吸附劑床層解吸過程中，控制解吸步驟結束時的壓力，使被吸附的組分在逆向解吸步驟從入口端放出成為解吸氣5000DG;變壓吸附步驟使用2個或多個吸附塔，實現連續穩定操作。
24.根據權利要求23所述的方法，其特徵在於⑤解吸氣5000DG循環進入甲烷化步驟用作甲烷化原料氣與甲烷化催化劑接觸，解吸氣5000DG中的CO、CO2的大部分轉化為甲烷。
25.根據權利要求23所述的方法，其特徵在於⑤解吸氣5000DG循環進入步驟2000用作步驟2000原料氣。
26.根據權利要求23所述的方法，其特徵在於⑤解吸氣5000DG循環進入變壓吸附步驟3000用作步驟3000原料氣，解吸氣5000DG 中的H2的大部分進入氫氣PH中。
27.根據權利要求23所述的方法，其特徵在於⑤解吸氣5000DG循環進入步驟①的原料氣FlOO中。
28.根據權利要求23所述的方法，其特徵在於⑤解吸氣5000DG循環進入步驟①的原料氣FlOO的氣源氣中。
29.根據權利要求23所述的方法，其特徵在於⑤在深度淨化步驟5000，變壓吸附劑床層的吸附劑為活性炭、分子篩組合床，操作溫度為30 50°C，操作壓力為0. 8 5. OMPa ；深度淨化氣5000P的CO體積濃度與(X)2體積濃度之和低於20PPm、CH4體積濃度低於1. 5%、氬氣體積濃度低於2%。
30.根據權利要求四所述的方法，其特徵在於⑤在深度淨化步驟5000，變壓吸附劑床層的吸附劑為活性炭、分子篩組合床，操作溫度為35 45°C，操作壓力為0. 8 2. OMPa ；深度淨化氣5000P的CO體積濃度與(X)2體積濃度之和低於15PPm、CH4體積濃度低於1. 0%、氬氣體積濃度低於1. 5%。
31.根據權利要求四所述的方法，其特徵在於⑤在深度淨化步驟5000，變壓吸附劑床層的吸附劑為活性炭、分子篩組合床，操作溫度為37 43°C，操作壓力為0. 8 1. 5MPa ；深度淨化氣5000P的CO體積濃度與(X)2體積濃度之和低於IOPRik CH4體積濃度低於0. 7%、氬氣體積濃度低於1. 0%。
32.根據權利要求16所述的方法，其特徵在於③在步驟3000，第二路原料氣F102經過變壓吸附步驟3001製得氫氣PH和富氮氣PN， 選擇富氮氣PN用作調合氣PT進入步驟④；④在步驟4000，氫氣PH和調合氣PT經過混合步驟4001混合為氫氮調合氣P，氫氮調合氣P的H2/N2分子比小於原料氣FlOO的H2/N2分子比。
33.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於②在步驟2000，使用的吸附劑有活性氧化鋁、矽膠、活性炭、分子篩；③在步驟3000，使用的吸附劑有活性氧化鋁、矽膠、活性炭、分子篩。
34.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於②在步驟2000，使用的吸附劑有矽膠、活性炭、分子篩；③在步驟3000，使用的吸附劑有矽膠、活性炭、分子篩。
35.根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於②在步驟2000，使用的吸附劑有活性炭、分子篩；③在步驟3000，使用的吸附劑有活性炭、分子篩。
36.根據權利要求2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於①在步驟1000設置綜合處理氣預分離步驟1500，分離綜合處理氣TF100得到主要由H2 和N2組成的原料氣FlOOJA (X)2富甲烷氣、富(X)2氣。
37.根據權利要求36所述的方法，其特徵在於①脫CO2富甲烷氣進入步驟1800完成烴類水蒸氣轉化制氫過程得到制氫轉化氣，制氫轉化氣去步驟1900採用變壓吸附法提取純氫氣APH，用作調合氣PT。
38.根據權利要求36所述的方法，其特徵在於①脫CO2富甲烷氣進入步驟1800完成烴類水蒸氣轉化制氫過程得到制氫轉化氣，制氫轉化氣去步驟1900採用變壓吸附法提取純氫氮氣APHN，用作調合氣PT。
39.根據權利要求36所述的方法，其特徵在於①脫CO2富甲烷氣進入步驟1800完成烴類水蒸氣轉化制氫過程得到制氫轉化氣，制氫轉化氣混入第一路原料氣FlOl中。
40.根據權利要求36所述的方法，其特徵在於①脫C02富甲烷氣進入步驟1800完成烴類水蒸氣轉化制氫過程得到制氫轉化氣，制氫轉化氣混入第二路原料氣F102中。
41.根據權利要求36所述的方法，其特徵在於①脫CO2富甲烷氣進入步驟1800完成烴類水蒸氣轉化制氫過程得到制氫轉化氣，制氫轉化氣混入原料氣FlOO中。
42.根據權利要求36所述的方法，其特徵在於①脫CO2富甲烷氣進入步驟1800完成烴類水蒸氣轉化制氫過程得到制氫轉化氣，制氫轉化氣混入原料氣FlOO的氣源氣中。
43.根據權利要求36所述的方法，其特徵在於①脫(X)2富甲烷氣用作制液化甲烷氣原料氣。
44.根據權利要求36所述的方法，其特徵在於①處理富(X)2氣得到高純度富(X)2氣PC02，PC02最終用作制碳銨原料氣。
45.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於①處理富(X)2氣得到高純度富(X)2氣PC02，PC02最終用作制尿素原料氣。
46.根據權利要求2或3或4或5或6所述的方法，其特徵在於①在步驟1000設置綜合處理氣預分離步驟1500，分離綜合處理氣TF100得到主要由H2 和N2組成的原料氣FlOOJA CO2脫N2富甲烷氣、富(X)2氣，脫(X)2脫N2富甲烷氣用作制合成天然氣原料氣。
47.根據權利要求20所述的方法，其特徵在於⑤在深度淨化步驟5000，採用變壓吸附法，在變壓吸附劑床層吸附過程中，甲烷化轉化氣4200P中的非氫氣、非氮氣組分如CH4、C0、(X)2等被吸附劑吸附，H2、N2組分穿過吸附劑床層成為深度淨化氣5000P ；在變壓吸附劑床層解吸過程中，控制解吸步驟結束時的壓力，使被吸附的組分在逆向解吸步驟從入口端放出成為解吸氣5000DG;變壓吸附步驟使用2個或多個吸附塔，實現連續穩定操作。
全文摘要
一種用含H2、N2多組分氣製備特定組成氫氮氣的方法在分流步驟1000原料氣F100分流為第一路原料氣和第二路原料氣並控制流量比值；在步驟2000基於第一路原料氣製備氫氮氣PHN；在變壓吸附分離步驟3000用第二路原料氣製備氫氣PH和富氮氣PN並選擇PH或PN用作調合氣PT；在合流步驟4000調合氣PT和PHN混合為特定H2/N2分子比的氫氮調合氣P。內熱式煤乾餾過程產離環煤氣經過綜合處理步驟完成脫硫、脫重烴、脫氧、CO變換造氫等步驟後所得綜合處理氣用作原料氣F100，應用本發明可以同時得到合成氨原料氣(氫氮調合氣P)和富二氧化碳氣體，形成聯產合成氨(或碳銨或尿素)的內熱式煤乾餾工藝。
文檔編號C01B3/02GK102431967SQ20111022162
公開日2012年5月2日 申請日期2011年7月18日 優先權日2011年7月18日
發明者何巨堂 申請人:何巨堂