一种尿素的分离提纯方法
【专利摘要】本发明公开了一种尿素的分离提纯方法，包括以下步骤：预处理操作；将焦炉煤气原料气输送至除油塔进行焦油脱除操作，当焦油含量脱除至23mg/m3以下时，将焦炉煤气送入焦炉气压缩机一段进行加压操作；将加压后的焦炉煤气进行预处理操作，当焦油含量脱除至5.5ppm以下，以及萘脱除至1mg/m3以下时，将焦炉煤气送入焦炉气压缩机二段进行加压操作；预处理解吸气输送至锅炉燃烧，或者经火炬燃烧后放空等；本发明可应用于尿素制备【技术领域】，应用本发明能够实现制备过程中的混合原料气气体的有效控制，从而保证最终产出尿素的纯度要求。
【专利说明】一种尿素的分离提纯方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及联产液化天然气和尿素的处理工艺，尤其涉及一种尿素的分离提纯方 法。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，大部分的化工企业开始进行研究焦炉煤气和转炉煤气联产液化天然 气和尿素的方法；相应的，在上述研究过程中，针对焦炉煤气、转炉煤气所含气体的研究分 析利用并没有一个很好的技术方案，进而不能保证直接生产出的尿素的纯度要求。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题是提供一种尿素的分离提纯方法，通过从制备过程中将焦 炉煤气和转炉煤气中有效地分离出氮气、氢气、氨、二氧化碳、甲烷，并将上述气体进行有效 控制，从而保证最终产出尿素的纯度要求。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种尿素的分离提纯方法，包括以下步骤：
[0005] 步骤a :预处理操作；
[0006] 将焦炉煤气原料气输送至除油塔进行焦油脱除操作，当焦油含量脱除至23mg/m3 以下时，将焦炉煤气送入焦炉气压缩机一段进行加压操作；
[0007] 将加压后的焦炉煤气进行预处理操作，当焦油含量脱除至5. 5ppm以下，以及萘脱 除至lmg/m3以下时，将焦炉煤气送入焦炉气压缩机二段进行加压操作；其中，预处理解吸气 输送至锅炉燃烧，或者经火炬燃烧后放空；
[0008] 步骤b:压缩操作；
[0009] 将经焦炉气压缩机二段压缩后的焦炉煤气送入焦炉气压缩机三段以及四段进行 加压操作，加压操作后的焦炉煤气进行变压吸附操作；
[0010] 步骤c :变压吸附操作；
[0011] 将压缩操作输出的焦炉煤气送入变压吸附一段进行第一次提氢操作，将变压吸附 一段输出的焦炉煤气输送至变压吸附二段进行第二次提氢操作，将变压吸附一段的解吸气 输送至脱硫塔进行粗脱硫操作；
[0012] 将变压吸附二段输出的焦炉煤气与液化天然气分离来的精馏尾气混合，并输送至 焦炉气压缩机五段进行加压操作；将变压吸附二段的解吸气返至变压吸附一段中循环利 用；其中，第二次提氢操作后的焦炉煤气中氢气体积含量> 99. 90% ;
[0013] 步骤d :粗脱硫、精脱硫操作；
[0014] 将转炉煤气原料气与变压吸附一段的解吸气输送至冷却塔进行混合冷却操作，当 粉尘除至5mg/m3以下时，将混合气体输送至脱硫塔进行脱除操作；当H2S脱除至23mg/m3 以下时，将混合气体输送至混合气压缩机中进行压缩操作；
[0015] 将混合气压缩来输出的混合气输送至加氢反应器，并将混合气中的有机硫转化为 硫化氢；将加氢反应器输出的混合气输送至精脱硫反应器，并将有机硫和无机硫的总硫含 量降至0. lppm以下；
[0016] 步骤e:变换、脱碳操作；
[0017] 将精脱硫反应器输出的混合气输送至中变炉、低变炉，并将低变炉输出的混合气 中一氧化碳体积含量降至0.3%以下；将低变炉输出的混合气输送至吸收塔进行脱碳操 作，并将二氧化碳从吸收塔的塔顶输出；
[0018] 步骤f :液化天然气分操作；
[0019] 将步骤e中脱碳操作后的混合气输送至甲烷化炉，并将一氧化碳和二氧化碳含量 降至9ppm以下，然后将混合气进行干燥操作；将干燥后的混合气输送至换热器进行吸收冷 量操作，进而送入由主换热器、气液分离器、精馏塔组成的液化冷箱完成液化分离操作；其 中，精馏塔底部输出的液化天然气中甲烷体积含量大于92%，并将该液化天然气作为产品 之一进行储存；
[0020] 步骤g :氨合成操作；
[0021] 将步骤c中变压吸附二段输出的氢气与步骤f中气液分离器分离出的作为精馏尾 气的氮氢气混合，并输送至焦炉气压缩机五段进行加压操作，然后将压缩后的气体与空压 机输送来的氮气混合成为氢氮混合气，上述氢氮混合气中的氢气与氮气的配比为3 : 1;
[0022] 将上述氢氮混合气输送至合成气压缩机一段、二段以及三段进行加压操作，然后 将氢氮混合气送入氨合成工段进行氨合成操作，经氨合成操作后获得的液氨的质量浓度为 99. 95%以上；将上述液氨中的一部分送入尿素工段用于合成尿素，将上述液氨中的剩一部 分作为产品之二进行储存；
[0023] 步骤h:尿素合成操作；
[0024] 将步骤e中由吸收塔的塔顶输出的再生气二氧化碳输送至二氧化碳压缩机进行 加压操作，进行加压操作后的二氧化碳与步骤g中输送来的用于合成尿素的液氨在尿素工 段中完成尿素合成操作；将上述合成尿素作为产品之三进行储存。
[0025] 本发明上述技术方案具有如下有益效果：
[0026] 本发明通过对焦炉煤气和转炉煤气中有效组分进行提纯分离，并将上述气体进行 有效控制应用到最终的尿素制备生产，从而保证最终产出尿素的纯度要求，提高了经济效 益，使资源的合理化、最大化地利用得到了充分的体现，具有重要的社会推广意义。
[0027] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利 要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本 申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
[0029] 图1为本发明实施例的流程示意图；
[0030] 图2为本发明实施例的应用示意图。
【具体实施方式】
[0031] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明 的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中 的特征可以相互任意组合。
[0032] 发明提供了一种尿素的分离提纯方法，如图1所示，可以包括以下步骤：
[0033] 步骤a:预处理操作；
[0034] 将焦炉煤气原料气输送至除油塔进行焦油脱除操作，当焦油含量脱除至23mg/m3 以下时，将焦炉煤气送入焦炉气压缩机一段进行加压操作；
[0035] 将加压后的焦炉煤气进行预处理操作，当焦油含量脱除至5. 5ppm以下，以及萘脱 除至lmg/m3以下时，将焦炉煤气送入焦炉气压缩机二段进行加压操作；其中，预处理解吸气 输送至锅炉燃烧，或者经火炬燃烧后放空；
[0036] 步骤b:压缩操作；
[0037] 将经焦炉气压缩机二段压缩后的焦炉煤气送入焦炉气压缩机三段以及四段进行 加压操作，加压操作后的焦炉煤气进行变压吸附操作；
[0038] 步骤c :变压吸附操作；
[0039] 将压缩操作输出的焦炉煤气送入变压吸附一段进行第一次提氢操作，将变压吸附 一段输出的焦炉煤气输送至变压吸附二段进行第二次提氢操作，将变压吸附一段的解吸气 输送至脱硫塔进行粗脱硫操作；
[0040] 将变压吸附二段输出的焦炉煤气与液化天然气分离来的精馏尾气混合，并输送至 焦炉气压缩机五段进行加压操作；将变压吸附二段的解吸气返至变压吸附一段中循环利 用；其中，第二次提氢操作后的焦炉煤气中氢气体积含量> 99.90% ;
[0041] 步骤d :粗脱硫、精脱硫操作；
[0042] 将转炉煤气原料气与变压吸附一段的解吸气输送至冷却塔进行混合冷却操作，当 粉尘除至5mg/m3以下时，将混合气体输送至脱硫塔进行脱除操作；当H2S脱除至23mg/m3 以下时，将混合气体输送至混合气压缩机中进行压缩操作；
[0043] 将混合气压缩来输出的混合气输送至加氢反应器，并将混合气中的有机硫转化为 硫化氢；将加氢反应器输出的混合气输送至精脱硫反应器，并将有机硫和无机硫的总硫含 量降至0. lppm以下；
[0044] 步骤e:变换、脱碳操作；
[0045] 将精脱硫反应器输出的混合气输送至中变炉、低变炉，并将低变炉输出的混合气 中一氧化碳体积含量降至0.3%以下；将低变炉输出的混合气输送至吸收塔进行脱碳操 作，并将二氧化碳从吸收塔的塔顶输出；
[0046] 步骤f :液化天然气分操作；
[0047] 将步骤e中脱碳操作后的混合气输送至甲烷化炉，并将一氧化碳和二氧化碳含量 降至9ppm以下，然后将混合气进行干燥操作；将干燥后的混合气输送至换热器进行吸收冷 量操作，进而送入由主换热器、气液分离器、精馏塔组成的液化冷箱完成液化分离操作；其 中，精馏塔底部输出的液化天然气中甲烷体积含量大于92%，并将该液化天然气作为产品 之一进行储存；
[0048] 步骤g :氨合成操作；
[0049] 将步骤c中变压吸附二段输出的氢气与步骤f中气液分离器分离出的作为精馏尾 气的氮氢气混合，并输送至焦炉气压缩机五段进行加压操作，然后将压缩后的气体与空压 机输送来的氮气混合成为氢氮混合气，上述氢氮混合气中的氢气与氮气的配比为3 : 1;
[0050] 将上述氢氮混合气输送至合成气压缩机一段、二段以及三段进行加压操作，然后 将氢氮混合气送入氨合成工段进行氨合成操作，经氨合成操作后获得的液氨的质量浓度为 99. 95%以上；将上述液氨中的一部分送入尿素工段用于合成尿素，将上述液氨中的剩一部 分作为产品之二进行储存；
[0051] 步骤h:尿素合成操作；
[0052] 将步骤e中由吸收塔的塔顶输出的再生气二氧化碳输送至二氧化碳压缩机进行 加压操作，进行加压操作后的二氧化碳与步骤g中输送来的用于合成尿素的液氨在尿素工 段中完成尿素合成操作；将上述合成尿素作为产品之三进行储存
[0053] 优选地，本发明具体操作中，步骤e中的脱碳操作采用的脱碳工艺为：二氧化碳体 积含量大于98 %的湿法脱碳工艺。优选地，本发明具体操作中，步骤a中的预处理的焦炉煤 气原料气来自焦化厂，步骤d中的转炉煤气原料气来自冶金行业生产的废气。
[0054] 优选地，本发明具体操作中，步骤c中变压吸附一段出口气中的氢气体积含量在 95%以上；步骤c中变压吸附二段出口气中的氢气体积含量在99.9%以上。优选地，本发 明具体操作中，步骤g中空压机来的氮气体积含量为99. 99%以上；步骤h中进行加压操作 的二氧化碳体积含量在98%以上。
[0055] 优选地，本发明具体操作中，预处理操作中的原料气焦炉煤气压力为 0. 006±0. 0002MPa，温度为40±0. 2 °C ;变压吸附操作中的变压吸附一段出口气压力为 2. 35±0. 002MPa，温度为40±0. 2°C ;变压吸附一段解吸气压力为0. 01±0. 002MPa，温度为 40±0. 2°C ;变压吸附二段解吸气压力为0. 1±0. 02MPa，温度为40±0. 2°C ;粗脱硫操作中 的原料气转炉煤气压力为〇. 〇l±〇. 〇〇2MPa，温度为40±0. 2°C ;变换、脱碳操作中的变换气 压力为2. 5±0. 02MPa，温度为175±0. 2°C ;中变炉操作温度为300-420°C，低变炉操作温度 为195-220°C;液化天然气分操作中的液化天然气分离操作压力2. 35±0. 002MPa，操作温度 为40±0. 2°C ;氨合成操作中的合成气压缩后的氢氮混合气压力为3. 5±0. 02MPa，温度为 40±0.2°C ;尿素合成操作中的进行加压操作后的二氧化碳压力为15.2±0.02MPa，温度为 175±0. 2°C。
[0056] 优选地，本发明具体操作中，液化天然气中甲烷回收率> 96%。
[0057] 进一步的，本发明还提供了该方法具体应用的实施例，其具体流程如图2所示，包 括如下系列操作：
[0058] 预处理：原料气之一焦炉煤气经除油塔将焦油含量脱除至23mg/m3以下，进入焦 炉气压缩机一段加压后，进入预处理进一步脱除焦油至5. 5ppm以下，同时将萘脱除至lmg/ m3以下后，进入焦炉气压缩机二段加压；预处理解吸气送入锅炉燃烧或者经火炬燃烧后放 空；
[0059] 焦炉煤气压缩：预处理来的焦炉煤气进入焦炉气压缩机二段加压，再进入焦炉气 压缩机三段、四段加压后，送入变压吸附；变压吸附来的氢气与液化天然气分离来的精馏尾 气混合，进入焦炉煤气压缩，在焦炉气压缩机五段加压；
[0060] 变压吸附：焦炉煤气压缩来的焦炉煤气进入变压吸附一段提氢，出口气进入变压 吸附二段进一步提氢，得到体积含量> 99. 90%的氢气，送至焦炉煤气压缩加压；变压吸附 一段解吸气进入粗脱硫；变压吸附二段解吸气返至变压吸附一段循环利用；
[0061] 粗脱硫：原料气之二转炉煤气与变压吸附一段解吸气在冷却塔混合冷却，同时将 粉尘除至5mg/m 3以下后，进入脱硫塔脱除H2S至23mg/m3以下，进入混合气压缩；
[0062] 混合气压缩：粗脱硫来的混合气进入混合气压缩机加压后，进入精脱硫；
[0063] 精脱硫：混合气压缩来的混合气进入加氢反应器，将混合气中的有机硫转化为硫 化氢，然后进入精脱硫反应器，将有机硫和无机硫的总硫含量降至< 〇. lppm ;
[0064] 变换：精脱硫来的混合气进入中变炉、低变炉，控制低变炉出来的变换气中一氧化 碳体积含量< 〇. 3 % ;
[0065] 脱碳：变换来的变换气进入吸收塔吸收二氧化碳，然后进入再生塔将二氧化碳从 塔顶再生出来，再生塔顶出来的再生气送入二氧化碳压缩加压；经脱碳后的混合气进入甲 烧化；
[0066] 甲烷化：脱碳来的混合气进入甲烷化炉，将一氧化碳和二氧化碳含量降至 < lOppm后，得到的混合气进行干燥后，送入液化天然气分离；
[0067] 液化天然气分离：甲烷化来的混合气在液化分离装置中进行分离操作；首先将混 合气送入换热器吸收冷量后，接着送入由主换热器、气液分离器、精馏塔组成的液化冷箱完 成液化分离操作；精馏塔底部输出甲烷体积含量> 92%的液化天然气，作为产品之一直接 进行储存；气液分离器分离出的氮氢气作为精馏尾气送入焦炉煤气压缩；
[0068] 二氧化碳压缩：脱碳来的再生气进入二氧化碳压缩机，加压，送至尿素；
[0069] 合成气压缩：变压吸附来的氢气与液化天然气分离来的精馏尾气在焦炉气压缩机 五段加压后，与空压机来的氮气汇合作为氢氮混合气，控制氢气与氮气的配比为3 : 1，氢 氮混合气送入合成气压缩机一段、二段、三段加压后，送入氨合成；
[0070] 氨合成：合成气压缩来的氢氮混合气进入氨合成完成氨的合成，得到质量浓度> 99. 95%的液氨，液氨的一部分送入尿素合成尿素，液氨多余的部分作为产品之二直接储 存；
[0071] 尿素：氨合成来的液氨与二氧化碳压缩来的二氧化碳在尿素完成尿素合成，得到 广品之二尿素。
[0072] 脱碳采用再生气中二氧化碳体积含量> 98%的湿法脱碳工艺。
[0073] 预处理的原料气之一焦炉煤气来自焦化厂，粗脱硫的原料气之二转炉煤气来自冶 金行业生产的废气。
[0074] 预处理中的原料气之一焦炉煤气中各组分体积含量如下：氢气为55-65%，甲烧 为 20-25 %，一氧化碳 5-8 %，二氧化碳 1-5 %，氧气 0-0· 5 %，氮气 2-10 %，（；Ηη1· 5-2 % ;焦 油 200mg/m3,萘 50mg/m3 ;
[0075] 粗脱硫中的原料气之二转炉煤气中各组分体积含量如下：氢气为2-10%，甲烷 0-1 %-氧化碳 35-40 %，二氧化碳 22-28 %，氧气 0-0· 5 %，氮气 25-35 %，(；Ηη1· 5-2 %。
[0076] 变压吸附中的变压吸附一段出口气中各组分体积含量如下：氢气> 95%，甲烷 < 2%，一氧化碳< 1%，二氧化碳< 0. 1%，氧气< 0. 1%，氮气< 2%，(；Ηη < 0. 1% ;
[0077] 变压吸附中的变压吸附一段解吸气中各组分体积含量如下：氢气为3-8%，甲烷 为 50-55%，一氧化碳12-18%，二氧化碳2-6%，氧气0-1%，氮气15-20%，（；凡2-5%，43 为 lg/m3;
[0078] 变压吸附中的变压吸附二段来的氢气中各组分体积含量如下：氢气为99. 9%以 上，其他气体为0. 1 %以下；
[0079] 合成气压缩中的氢氮混合气中各组分体积含量如下：氢气为80-90 %，甲烷 0-0· 5%，氮气 12-30% ;
[0080] 合成气压缩中的空压机来的氮气含量为99. 99%以上；
[0081] 自合成气压缩送入氨合成的氢氮气中各组分体积含量如下：氢气为70-80%，甲 烷为 0-0· 5%，氮气 20-30% ;
[0082] 变压吸附中的变压吸附二段解吸气中各组分体积含量如下：氢气为10-15%，甲 烷为 42-50%，一氧化碳 5-10%，二氧化碳<0· 5%，氧气 1-2%，氮气 30-35%，（；Ηη0-1 % ;
[0083] 粗脱硫中的混合气中各组分体积含量如下：氢气为3-8%，甲烷为38-45%，一氧 化碳 18-25 %，二氧化碳 8-15 %，氧气 1-2 %，氮气 20-25 %，QA3-5 % ;
[0084] 变换中的变换气中各组分体积含量如下：氢气为16-22%，甲烷为30-40%，一氧 化碳 〇-〇· 3 %，二氧化碳 22-30 %，氮气 15-20 %，（；Ηη2-5 % ;
[0085] 脱碳中的混合气中各组分体积含量如下：氢气22-28%，甲烷42-50%，一氧化碳 0-1 %，二氧化碳 0-1 %，氮气 20-28 %，QA0-5 % ;
[0086] 二氧化碳压缩来的二氧化碳含量为98 %以上；
[0087] 甲烷化来的混合气中各组分体积含量如下：氢气20-28%，甲烷42-50%，氮气 20-28% ；
[0088] 液化天然气分离中的精馏尾气中各组分体积含量如下：氢气为45-50%，甲烷为 0-1 %,氮气 50-55%。
[0089] 优选地，原料气焦炉煤气流量为10万m3/h，原料气转炉煤气流量为1. 3万m3/h， 本发明方法在实施过程中，各种气体各组分含量为：
[0090] 表1气体各组分含量表
[0091]
【权利要求】
1. 一种尿素的分离提纯方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤a :预处理操作；将焦炉煤气原料气输送至除油塔进行焦油脱除操作，当焦油含量 脱除至23mg/m3以下时，将焦炉煤气送入焦炉气压缩机一段进行加压操作；将加压后的焦炉 煤气进行预处理操作，当焦油含量脱除至5. 5ppm以下，以及萘脱除至lmg/m3以下时，将焦 炉煤气送入焦炉气压缩机二段进行加压操作；其中，预处理解吸气输送至锅炉燃烧，或者经 火炬燃烧后放空； 步骤b :压缩操作；将经焦炉气压缩机二段压缩后的焦炉煤气送入焦炉气压缩机三段 以及四段进行加压操作，加压操作后的焦炉煤气进行变压吸附操作； 步骤c :变压吸附操作；将压缩操作输出的焦炉煤气送入变压吸附一段进行第一次提 氢操作，将变压吸附一段输出的焦炉煤气输送至变压吸附二段进行第二次提氢操作，将变 压吸附一段的解吸气输送至脱硫塔进行粗脱硫操作；将变压吸附二段输出的焦炉煤气与液 化天然气分离来的精馏尾气混合，并输送至焦炉气压缩机五段进行加压操作；将变压吸附 二段的解吸气返至变压吸附一段中循环利用；其中，第二次提氢操作后的焦炉煤气中氢气 体积含量> 99. 90% ; 步骤d :粗脱硫、精脱硫操作；将转炉煤气原料气与变压吸附一段的解吸气输送至冷 却塔进行混合冷却操作，当粉尘除至5mg/m3以下时，将混合气体输送至脱硫塔进行脱除操 作；当H2S脱除至23mg/m3以下时，将混合气体输送至混合气压缩机中进行压缩操作；将混 合气压缩来输出的混合气输送至加氢反应器，并将混合气中的有机硫转化为硫化氢；将加 氢反应器输出的混合气输送至精脱硫反应器，并将有机硫和无机硫的总硫含量降至〇. lppm 以下； 步骤e :变换、脱碳操作；将精脱硫反应器输出的混合气输送至中变炉、低变炉，并将低 变炉输出的混合气中一氧化碳体积含量降至〇. 3%以下；将低变炉输出的混合气输送至吸 收塔进行脱碳操作，并将二氧化碳从吸收塔的塔顶输出； 步骤f :液化天然气分操作；将步骤e中脱碳操作后的混合气输送至甲烷化炉，并将一 氧化碳和二氧化碳含量降至9ppm以下，然后将混合气进行干燥操作；将干燥后的混合气输 送至换热器进行吸收冷量操作，进而送入由主换热器、气液分离器、精馏塔组成的液化冷箱 完成液化分离操作；其中，精馏塔底部输出的液化天然气中甲烷体积含量大于92%，并将 该液化天然气作为产品之一进行储存； 步骤g :氨合成操作；将步骤c中变压吸附二段输出的氢气与步骤f中气液分离器分离 出的作为精馏尾气的氮氢气混合，并输送至焦炉气压缩机五段进行加压操作，然后将压缩 后的气体与空压机输送来的氮气混合成为氢氮混合气，上述氢氮混合气中的氢气与氮气的 配比为3 : 1;将上述氢氮混合气输送至合成气压缩机一段、二段以及三段进行加压操作， 然后将氢氮混合气送入氨合成工段进行氨合成操作，经氨合成操作后获得的液氨的质量浓 度为99. 95%以上；将上述液氨中的一部分送入尿素工段用于合成尿素，将上述液氨中的 剩一部分作为产品之二进行储存； 步骤h :尿素合成操作；将步骤e中由吸收塔的塔顶输出的再生气二氧化碳输送至二氧 化碳压缩机进行加压操作，进行加压操作后的二氧化碳与步骤g中输送来的用于合成尿素 的液氨在尿素工段中完成尿素合成操作；将上述合成尿素作为产品之三进行储存。
【文档编号】C10L3/10GK104151202SQ201410418049
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月23日 优先权日:2014年8月23日
【发明者】陈盼江, 冯发光, 陈军 申请人:贵州宜化化工有限责任公司