專利名稱：尿素生產(chǎn)中脫氫熱能回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及尿素生產(chǎn)過程中脫氫反應(yīng)熱能回收方法。
背景技術(shù)：
為防止尿素生產(chǎn)用的不銹鋼及鈦襯里設(shè)備和管道的腐蝕，需要向尿素原料氣CO2或NH3中添加原料氣體積0.2-0.8％的O2，以空氣形態(tài)加入。由于原料CO2氣體中含有H2、CH4、CO、CH3OH等可燃組分，這些可燃?xì)怏w會(huì)在尿素生產(chǎn)的高壓或中壓尾氣中積累而引起爆炸，國內(nèi)外尿素生產(chǎn)廠發(fā)生過多次爆炸事故。目前為避免尾氣中H2等可燃?xì)怏w積累落在爆炸區(qū)，公認(rèn)的防止方法是使用脫氫催化劑使H2等可燃組分和O2發(fā)生燃燒反應(yīng)，將H2脫除至爆炸極限以下，從而大大提高生產(chǎn)過程的安全性。
當(dāng)前尿素生產(chǎn)脫H2流程，有代表性的是斯太米卡邦公司的高壓脫H2流程和中壓脫氫流程。在高壓脫氫流程中的脫H2反應(yīng)器位于CO2壓縮機(jī)末級出口，出口氣體壓力13-15MPa，溫度100-120℃，為了使脫H2反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度達(dá)到鉑催化劑的活化溫度，因而設(shè)置高壓CO2加熱器，需用蒸汽加熱，出脫H2反應(yīng)器的高溫CO2氣體又要在高壓CO2冷卻器中冷卻至100-120℃后送入尿素生產(chǎn)的CO2汽提塔，從而又要消耗冷卻水，因此每生產(chǎn)1噸尿素，脫H2單元要消耗中壓蒸汽20-40kg、冷卻水3-6m3。在中壓脫H2流程中，脫H2反應(yīng)器位于離心式CO2壓縮機(jī)的二段出口。二段出口的高溫CO2氣體直接進(jìn)入脫H2反應(yīng)器，出脫H2反應(yīng)器的高溫氣體送入壓縮機(jī)的二段氣體冷卻器。中壓脫H2流程僅有一臺(tái)脫H2反應(yīng)器，不消耗蒸汽，但在二段氣體冷卻器中需要消耗較多的冷卻水。
上述高壓脫H2流程和中壓脫H2流程的缺陷是脫H2反應(yīng)熱沒有得到有效利用而浪費(fèi)了。
脫H2過程有下列放熱反應(yīng)
當(dāng)CO2原料氣體組分的干基體積％為98.5CO2；1.0H2；0.1CO；100×10-6CH4；300×10-6CH3OH時(shí)，脫H2化學(xué)反應(yīng)熱為50650KJ/t尿素，可以副產(chǎn)19kg0.5MPa(表)飽和蒸汽，1個(gè)年產(chǎn)52萬噸尿素工廠，由此可以回收1萬多噸蒸汽，經(jīng)濟(jì)價(jià)值十分可觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有尿素生產(chǎn)脫H2流程的缺陷，提供一種尿素生產(chǎn)過程中脫H2熱能的回收方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的尿素生產(chǎn)中脫H2熱能的回收方法，是在CO2原料氣脫氫反應(yīng)器出口，增設(shè)熱能回收換熱器，用鍋爐給水作冷卻劑或用脫硫后脫氫前的CO2原料氣作冷卻劑，回收脫H2反應(yīng)熱和部分氣體壓縮熱。用鍋爐給水作冷卻劑時(shí)，副產(chǎn)0.4-0.5MPa(表)蒸汽或150-180℃高溫?zé)崴?，脫H2氣被冷卻到100-120℃去尿素高壓圈，或被冷卻到160-180℃去離心壓縮機(jī)段間冷卻器；用脫硫后脫氫前的CO2原料氣作冷卻劑時(shí)，該原料氣被加熱后去脫氫反應(yīng)器，脫氫氣被冷卻到60℃，再經(jīng)中壓CO2冷卻器冷卻到40-45℃，汽水分離后回壓縮機(jī)3或4段增壓后去尿素高壓圈。
所述的熱能回收換熱器用臥式U型管換熱器，用常溫-98℃的鍋爐給水作冷卻劑，副產(chǎn)0.4-0.5MPa(表)蒸汽。
所述的熱能回收換熱器用臥式列管換熱器，用常溫-98℃的鍋爐給水作冷卻劑，生產(chǎn)150-180℃高溫水。
本發(fā)明的方法可有效的回收脫氫反應(yīng)熱，而且回收了壓縮機(jī)段間引入與返回CO2氣體溫差熱量(溫度40-60℃)。


圖1是本發(fā)明方法的高壓脫H2熱能回收工藝流程圖。
圖2是本發(fā)明方法的中壓脫H2熱能回收副產(chǎn)蒸汽工藝流程圖。
圖3是本發(fā)明方法的中壓脫H2熱能回收副產(chǎn)高溫?zé)崴墓に嚵鞒虉D。
圖4是本發(fā)明方法的中壓脫H2熱能回收節(jié)能型工藝流程圖。
圖中標(biāo)號(hào)1-1多級壓縮機(jī)，1-2離心壓縮機(jī)，2輔助加熱器，3脫H2反應(yīng)器，4熱能回收換熱器，4-1臥式U型換熱器，4-2臥式列管式換熱器，5開工加熱器，6段間冷卻分離器，7除油脫硫槽，8中壓CO2冷卻器，9氣水分離器，10鍋爐給水，11副產(chǎn)的蒸汽，12副產(chǎn)的熱水，13蒸汽，14冷凝液。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的方法。
實(shí)施例1設(shè)計(jì)如圖1所示尿素生產(chǎn)高壓脫H2熱能回收工藝流程。CO2原料氣加入防腐和脫H2用空氣(下面簡稱CO2氣體)進(jìn)入多級壓縮機(jī)1-1，經(jīng)多級壓縮后從末級出來的壓力14-18MPa，溫度110-140℃的CO2氣體，進(jìn)入輔助加熱器2，用蒸汽13加熱CO2氣體，使其達(dá)到鉑鈀脫H2催化劑的初始反應(yīng)溫度，入脫H2反應(yīng)器3脫H2，脫H2后CO2氣體溫度升高，在熱能回收換熱器4用常溫-98℃鍋爐給水10作冷卻劑，使CO2氣體溫度降到100-120℃送至尿素生產(chǎn)裝置的高壓圈。鍋爐給水10通過換熱器4加熱成0.4-0.5MPa(表)蒸汽11送出，或者加熱成160-180℃高溫?zé)崴?2送出給用戶。
實(shí)施例2設(shè)計(jì)如圖2所示尿素生產(chǎn)中壓脫H2熱能回收工藝流程。CO2氣體從離心式壓縮機(jī)1-2的2或3段引出，壓力為2-3.2MPa，溫度100-210℃的CO2氣體，進(jìn)入輔助加熱器2，使其溫度升至脫H2反應(yīng)的初始溫度，入脫H2反應(yīng)器3，出脫H2反應(yīng)器3的高溫氣體，在熱能回收臥式U型換熱器4-1中與常溫-98℃的鍋爐給水10換熱，產(chǎn)出0.4-0.5MPa(表)蒸汽11送至用戶，出熱能回收換熱器4-1的CO2氣體溫度降至160-180℃，返回進(jìn)入離心壓縮機(jī)1-2的2或3段段間的冷卻器。
當(dāng)離心壓縮機(jī)1-2段間出口CO2氣體溫度高于180℃時(shí)，則可不用輔助加熱器2。
實(shí)施例3設(shè)計(jì)如圖3所示尿素生產(chǎn)中壓脫H2熱能回收副產(chǎn)高溫?zé)崴に嚵鞒獭O2氣體從離心式壓縮機(jī)1-2的2或3段引出，其壓力為2-3.2MPa(絕)，溫度100-210℃的CO2氣體在輔助加熱器2加熱升至脫H2反應(yīng)初始溫度后進(jìn)脫H2反應(yīng)器3脫H2，脫H2氣體在熱能回收臥式列管換熱器4-2中被常溫-98℃與鍋爐給水10冷卻至100-120℃后，返回離心壓縮機(jī)1-2的2或3段段間冷卻器，鍋爐給水10在換熱器中吸熱溫升至150-170℃高溫?zé)崴?2后送至用戶。
當(dāng)離心壓縮機(jī)1-2出口CO2氣體溫度高于180℃時(shí)，則可不用輔助加熱器2。
該實(shí)施例流程不僅回收了脫H2反應(yīng)熱，而且回收了壓縮機(jī)段間引出與返回壓縮機(jī)的CO2氣體的溫差熱量，其溫差40-60℃，熱量大于脫H2反應(yīng)熱，十分有價(jià)值。
實(shí)施例4設(shè)計(jì)如圖4所示尿素生產(chǎn)中壓節(jié)能型脫H2工藝流程。出往復(fù)式壓縮1-1二段或三段的CO2氣體，經(jīng)段間冷卻分離器6分離排出冷凝水和油，再經(jīng)除油脫硫槽7進(jìn)一步除油和脫硫，以保護(hù)脫H2催化劑，此時(shí)的CO2氣體溫度低于40℃，在熱能回收熱交換器4中作冷卻劑與出脫H2反應(yīng)器3的高溫脫H2氣換熱，而溫升至脫H2催化劑的初始反應(yīng)溫度入脫H2反應(yīng)器3，脫H2后的CO2氣體經(jīng)熱能回收換熱器4溫度降到60℃，再經(jīng)中壓CO2冷卻器8用冷卻水冷卻到40-45℃，再經(jīng)氣水分離器9分離出水后返回至壓縮機(jī)的三段或四段。本流程中的開工加熱器5用于開車生產(chǎn)情況，在正常生產(chǎn)情況下用脫H2后的CO2氣體加熱進(jìn)脫H2反應(yīng)器的CO2原料氣，不消耗蒸汽。
權(quán)利要求
1.一種尿素生產(chǎn)中脫氫熱能回收方法，其特征是在CO2原料氣脫氫反應(yīng)器(3)出口，增設(shè)熱能回收換熱器(4)，用鍋爐給水作冷卻劑或用脫硫后脫氫前的CO2原料氣作冷卻劑，回收脫H2反應(yīng)熱和部分氣體壓縮熱，用鍋爐給水(10)作冷卻劑時(shí)，副產(chǎn)0.4-0.5MPa(表)蒸汽(11)或150-180℃高溫?zé)崴?12)，脫H2氣被冷卻到100-120℃去尿素高壓圈，或被冷卻到160-180℃去離心壓縮機(jī)段間冷卻器(6)；用脫硫后脫氫前的CO2原料氣作冷卻劑時(shí)，該原料氣被加熱后去脫氫反應(yīng)器(3)，脫氫氣被冷卻到60℃，再經(jīng)中壓CO2冷卻器(8)冷卻到40-45℃，在氣水分離器(9)分離后回壓縮機(jī)(1-1)的3或4段增壓后去尿素高壓圈。
2.如權(quán)利要求1所述的脫氫熱能回收方法，其特征是熱能回收換熱器用臥式U型管換熱器(4-1)，用常溫-98℃的鍋爐給水(10)作冷卻劑，副產(chǎn)0.4-0.5MPa(表)蒸汽(11)。
3.如權(quán)利要求1所述的脫氫熱能回收方法，其特征是采用臥式列管換熱器(4-2)，用常溫-98℃的鍋爐給水(10)作冷卻劑，生產(chǎn)150-180℃高溫水(12)。
全文摘要
一種尿素生產(chǎn)中脫氫熱能回收方法,它是在CO
文檔編號(hào)C07C273/04GK1344710SQ01128499
公開日2002年4月17日 申請日期2001年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月27日
發(fā)明者孔渝華, 程忠振, 段長生, 王先厚, 李煒, 王應(yīng)席 申請人:湖北省化學(xué)研究所