一种甲烷裂解制炭黑联产硝酸铵、三聚氰胺的装置的制作方法

1.本实用新型为一种甲烷裂解制炭黑联产硝酸铵、三聚氰胺的装置，属于化工生产技术领域。


背景技术：

2.炭黑(carbon black)，又名碳黑，一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，是含碳物质(煤、天然气、重油、燃料油等)在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。炭黑目前的生产工艺有炉法、喷雾法、灯烟法、槽法、滚筒法、混气法、热裂法、乙炔法和等离子体法。
3.硝酸铵(ammonium nitrate)，简称硝铵，一种铵盐，主要用作肥料及工业用和军用炸药，并可用于杀虫剂、冷冻剂、氧化氮吸收剂，制造笑气、烟火等。目前国内硝酸铵制造工艺为加压中和法，使用硝酸和氨在中压条件反应生成硝酸铵。
4.三聚氰胺(melanie)，俗称蜜胺。一种化工中间产物，常与甲醛缩合制作三聚氰胺甲醛树脂。根据原料路线不同,三聚氰胺生产方法有双氰胺法和尿素法。由于以尿素为原料的生产路线的各项技术经济指标远优于以双氰胺为原料的工艺路线,双氰胺法已逐步被淘汰。
5.现有技术中以尿素为原料生产三聚氰胺联产硝酸铵，尿素的原料氨由合成氨工段中甲烷重整制取的氢气和外界的氮气反应生成，此工艺技术虽已趋于成熟且产率高，但存在以下问题：1)甲烷水蒸气重整过程中，需部分甲烷作为燃料提供热源，消耗大量甲烷，并排放大量烟气和热量；2)硝酸单元会排放大量未参与反应的n2至大气并带走大量热能；3)中和单元未参与反应的co2会排放至大气，并带走大量热能的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种甲烷裂解制炭黑联产硝酸铵、三聚氰胺的装置。在该装置中，将甲烷裂解单元、合成氨单元、尿素单元、三聚氰胺单元和硝酸单元联合起来，得到了炭黑，且联产了硝酸铵、和三聚氰胺。采用甲烷裂解制氢为合成氨提供原料并生产高附加值炭，减少了原料甲烷的消耗、二氧化碳的产生和尾气排放的热能流失，且新增的高附加值炭具有不错的经济价值。
7.为了实现以上实用新型目的，本实用新型的具体技术方案为：
8.一种甲烷裂解制炭黑联产硝酸铵、三聚氰胺的装置，该装置包括甲烷裂解单元、合成氨单元、尿素单元、三聚氰胺单元、硝酸单元、中和单元、分离提纯单元一和分离提纯单元二。其中，所述甲烷裂解单元的氢气出口通过管道与合成氨单元连接，合成氨单元通过管道与尿素和硝酸单元连接，尿素单元通过管道与三聚氰胺单元连接，中和单元分别与三聚氰胺单元尾气出口和硝酸单元出口连接，中和单元尾气出口通过管道与分离提纯单元二连接，分离提纯单元二出口与尿素单元连接，硝酸单元的尾气出口与分离提纯单元一连接，分离提纯单元一的出口与合成氨单元连接。
9.作为本技术中一种较好的实施方式，所述甲烷裂解生产单元为等离子体裂解甲烷制h2和炭黑的单元(该单元为现有技术，不赘述具体结构)，即以甲烷为原料，通过等离子体使甲烷裂解产生h2，副产高附加值炭；等离子体裂解甲烷过程中不产生co2。
10.所述等离子体裂解甲烷技术包括高温等离子体技术和低温等离子体技术。
11.作为本技术中一种较好的实施方式，所述合成氨单元为现有技术中合成氨的生产单元，以甲烷裂解单元生产的h2和来自分离提纯单元一的n2为原料，在合成氨单元生产nh3。
12.作为本技术中一种较好的实施方式，在合成氨单元生产的nh3，通入硝酸单元和尿素单元。
13.作为本技术中一种较好的实施方式，所述硝酸单元为现有硝酸的生产单元，以合成氨单元生产的nh3和空气中的o2为原料，在硝酸单元生产hno3，过程中未反应的n2通过尾气出口送入分离提纯单元一。
14.作为本技术中一种较好的实施方式，所述分离提纯单元一为分离提纯硝酸单元尾气中的n2，提纯后的n2通入合成氨单元作为nh3的原料。
15.作为本技术中一种较好的实施方式，所述尿素单元为现有技术中ch4n2o的生产单元，以合成氨单元生产的nh3、外界和分离提纯单元二的co2为原料，在尿素单元生产ch4n2o。
16.作为本技术中一种较好的实施方式，所述三聚氰胺单元为现有技术中三聚氰胺的生产单元，以尿素单元生产的ch4n2o为原料，在三聚氰胺单元生产c3h6n6，尾气(co2、nh3)送入中和单元。
17.作为本技术中一种较好的实施方式，所述中和单元为现有技术中硝酸铵的生产单元，以硝酸单元生产的硝酸和三聚氰胺尾气中的nh3为原料生产nh4no3，尾气中未反应的co2通入分离提纯单元二。
18.作为本技术中一种较好的实施方式，所述分离提纯单元二为净化中和单元来的co2的装置，净化后的co2通入尿素单元作为ch4n2o的原料。
19.与现有技术相比，本实用新型的积极效果体现在：
20.(一)取消了甲烷重整装置，减少了传统合成氨装置的固定投资；取消了甲烷重整原料水的使用，更节约用水；
21.(二)增加了产品—炭黑的制备；
22.(三)现有工艺甲烷重整所需热源由甲烷燃烧提供，改良后热源由电力提供(绿电)，减少了甲烷的消耗；
23.(四)现有技术中，甲烷重整制氢过程会产生二氧化碳，改良后甲烷裂解制氢工序不再产生二氧化碳，减少了二氧化碳的排放和烟气排放时热量的损失；
24.(五)现有技术中，硝酸工段使用的工艺空气中未反应的n2会直接排放至大气，改良后n2作为nh3的原料送入合成氨单元，减少了n2的排放，也节约了生产成本；
25.(六)现有技术中，中和单元会排放未反应的二氧化碳，改良后中和单元将未反应二氧化碳重新利用，减少了二氧化碳排放；
26.(七)现有工艺中，中和单元二氧化碳的排放会带走部分余热，改良后将大幅减少中和单元二氧化碳余热排放损失，减少能耗；
27.(八)改良后甲烷制氢工序不再产生二氧化碳，导致尿素单元二氧化碳原料量不足，需从外界获取二氧化碳，实现碳负排放。
附图说明
28.图1为本实用新型所述的甲烷裂解制炭黑联产硝酸铵、三聚氰胺的装置的结构示意图。
29.其中：1——甲烷裂解单元、2——合成氨单元、3——尿素单元、4——三聚氰胺单元、5——硝酸单元、6——中和单元、7——分离提纯单元一、8——分离提纯单元二。
具体实施方式
30.以下通过具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.需要说明的是，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.实施例1：
33.一种甲烷裂解制炭黑联产硝酸铵、三聚氰胺的装置，该装置包括甲烷裂解单元、合成氨单元、尿素单元、三聚氰胺单元、硝酸单元、中和单元、分离提纯单元一和分离提纯单元二。其中，所述甲烷裂解单元的氢气出口通过管道与合成氨单元连接，合成氨单元通过管道与尿素和硝酸单元连接，尿素单元通过管道与三聚氰胺单元连接，中和单元分别与三聚氰胺单元尾气出口和硝酸单元出口连接，中和单元尾气出口通过管道与分离提纯单元二连接，分离提纯单元二出口与尿素单元连接，硝酸单元的尾气出口与分离提纯单元一连接，分离提纯单元一的出口与合成氨单元连接。
34.所述甲烷裂解生产单元为等离子体裂解甲烷制h2和炭黑的单元(该单元为现有技术，不赘述具体结构)，即以甲烷为原料，通过等离子体使甲烷裂解产生h2，副产高附加值炭；等离子体裂解甲烷过程中不产生co2。所述等离子体裂解甲烷技术包括高温等离子体技术和低温等离子体技术。比如可以采用cn201921155408.0中记载的一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的工艺系统。
35.所述合成氨单元为现有技术中合成氨的生产单元(该单元为现有技术，不赘述具体结构)，以甲烷裂解单元生产的h2和来自分离提纯单元一的n2为原料，在合成氨单元生产nh3。在合成氨单元生产的nh3，通入硝酸单元和尿素单元。
36.所述硝酸单元为现有硝酸的生产单元(该单元为现有技术，不赘述具体结构)，以合成氨单元生产的nh3和空气中的o2为原料，在硝酸单元生产hno3，过程中未反应的n2通过尾气出口送入分离提纯单元一。
37.所述分离提纯单元一(该单元为现有技术，不赘述具体结构，为简单的提纯装置)为分离提纯硝酸单元尾气中的n2，提纯后的n2通入合成氨单元作为nh3的原料。
38.所述尿素单元为现有技术中ch4n2o的生产单元(该单元为现有技术，不赘述具体结构)，以合成氨单元生产的nh3、外界和分离提纯单元二的co2为原料，在尿素单元生产ch4n2o。
39.所述三聚氰胺单元为现有技术中三聚氰胺的生产单元，以尿素单元生产的ch4n2o
为原料，在三聚氰胺单元生产c3h6n6，尾气(co2、nh3)送入中和单元(该单元为现有技术，不赘述具体结构)。
40.所述中和单元为现有技术中硝酸铵的生产单元(该单元为现有技术，不赘述具体结构)，以硝酸单元生产的硝酸和三聚氰胺尾气中的nh3为原料生产nh4no3，尾气中未反应的co2通入分离提纯单元二。
41.作为本技术中一种较好的实施方式，所述分离提纯单元二为净化中和单元来的co2的装置，净化后的co2通入尿素单元作为ch4n2o的原料。
42.利用甲烷裂解制炭黑联产硝酸铵、三聚氰胺的装置联产炭黑、硝酸铵和三聚氰胺的工艺，具体工艺流程为：
43.(1)以甲烷为原料，在甲烷裂解单元制取h2和炭黑；所述甲烷裂解单元采用等离子体技术裂解甲烷制h2，该步骤得到产品炭黑；
44.(2)以工序(1)中的h2和工序(9)的n2为原料，在合成氨单元生产nh3；
45.(3)将工序(2)中的nh3通入工序(4)和工序(5)；
46.(4)以工序(2)中的nh3、外界的空气和h2o为原料，在硝酸单元生产hno3；
47.(5)以工序(2)中的nh3、工序(8)和外界的co2为原料，在尿素单元生产ch4n2o；
48.(6)以工序(5)中的ch4n2o为原料，在三聚氰胺单元生产c3h6n6，副产co2、nh3；
49.(7)以工序(6)中副产的co2、nh3和工序(4)的硝酸为原料，在中和单元生产nh4no3，副产co2；
50.(8)将工序(7)中副产的co2通入分离提纯单元二，提纯后获得co2送入工序(5)作为ch4n2o的原料；
51.(9)以工序(4)的尾气为原料，在分离提纯单元一提纯n2，送入工序(2)。
52.前述本实用新型基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本实用新型可采用并要求保护的实施例。本实用新型方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
53.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。