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CN1141294C - 尿素生产中脱氢热能回收方法 - Google Patents

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CN1141294C CNB011284994A CN01128499A CN1141294C CN 1141294 C CN1141294 C CN 1141294C CN B011284994 A CNB011284994 A CN B011284994A CN 01128499 A CN01128499 A CN 01128499A CN 1141294 C CN1141294 C CN 1141294C
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CN
China
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孔渝华
程忠振
段长生
王先厚
李炜
王应席
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Huashuo Technology Co., Ltd.
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HUBEI RESEARCH INSTITUTE OF CHEMISTRY
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Abstract

一种尿素生产中脱氢热能回收方法，它是在CO2原料气脱氢反应器出口，增设热能回收换热器，用锅炉给水作冷却剂或用脱硫后脱氢前的CO2原料气作冷却剂，回收脱H2反应热和部分气体压缩热。用锅炉给水作冷却剂时，副产蒸汽0.4-0.5MPa(表)或150-180℃高温热水，脱H2气被冷却到100-120℃去尿素高压圈，或被冷却到160-180℃去离心压缩机段间冷却器；用脱硫后脱氢前的CO2原料气作冷却剂时，该原料气被加热后去脱氢反应器，脱氢气被冷却到60℃，再经中压CO2冷却器冷却到40-45℃，汽水分离后回压缩机3或4段增压后去尿素高压圈。年产52万吨尿素厂采用本法，每年可副产1万吨0.4-0.5MPa(表)蒸汽。

Description

尿素生产中脱氢热能回收方法
技术领域
本发明涉及尿素生产过程中脱氢反应热能回收方法。
背景技术
为防止尿素生产用的不锈钢及钛衬里设备和管道的腐蚀，需要向尿素原料气CO2或NH3中添加原料气体积0.2-0.8％的O2，以空气形态加入。由于原料CO2气体中含有H2、CH4、CO、CH3OH等可燃组分，这些可燃气体会在尿素生产的高压或中压尾气中积累而引起爆炸，国内外尿素生产厂发生过多次爆炸事故。目前为避免尾气中H2等可燃气体积累落在爆炸区，公认的防止方法是使用脱氢催化剂使H2等可燃组分和O2发生燃烧反应，将H2脱除至爆炸极限以下，从而大大提高生产过程的安全性。
当前尿素生产脱H2流程，有代表性的是斯太米卡邦公司的高压脱H2流程和中压脱氢流程。在高压脱氢流程中的脱H2反应器位于CO2压缩机末级出口，出口气体压力13-15MPa，温度100-120℃，为了使脱H2反应器进口气体温度达到铂催化剂的活化温度，因而设置高压CO2加热器，需用蒸汽加热，出脱H2反应器的高温CO2气体又要在高压CO2冷却器中冷却至100-120℃后送入尿素生产的CO2汽提塔，从而又要消耗冷却水，因此每生产1吨尿素，脱H2单元要消耗中压蒸汽20-40kg、冷却水3-6m3。在中压脱H2流程中，脱H2反应器位于离心式CO2压缩机的二段出口。二段出口的高温CO2气体直接进入脱H2反应器，出脱H2反应器的高温气体送入压缩机的二段气体冷却器。中压脱H2流程仅有一台脱H2反应器，不消耗蒸汽，但在二段气体冷却器中需要消耗较多的冷却水。
上述高压脱H2流程和中压脱H2流程的缺陷是脱H2反应热没有得到有效利用而浪费了。
脱H2过程有下列放热反应：
当CO2原料气体组分的干基体积％为98.5CO2；1.0H2；0.1CO；100×10-6CH4；300×10-6CH3OH时，脱H2化学反应热为50650KJ/t尿素，可以副产19kg0.5MPa(表)饱和蒸汽，1个年产52万吨尿素工厂，由此可以回收1万多吨蒸汽，经济价值十分可观。
发明内容
本发明的目的是克服现有尿素生产脱H2流程的缺陷，提供一种尿素生产过程中脱H2热能的回收方法。
实现本发明目的的尿素生产中脱H2热能的回收方法，是在CO2原料气脱氢反应器出口，增设热能回收换热器，用锅炉给水作冷却剂或用脱硫后脱氢前的CO2原料气作冷却剂，回收脱H2反应热和部分气体压缩热。用锅炉给水作冷却剂时，副产蒸汽0.4-0.5MPa(表)或150-180℃高温热水，脱H2气被冷却到100-120℃去尿素高压圈，或被冷却到160-180℃去离心压缩机段间冷却器；用脱硫后脱氢前的CO2原料气作冷却剂时，该原料气被加热后去脱氢反应器，脱氢气被冷却到60℃，再经中压CO2冷却器冷却到40-45℃，汽水分离后回压缩机3或4段增压后去尿素高压圈。
所述的热能回收换热器用卧式U型管换热器，用常温-98℃的锅炉给水作冷却剂，副产蒸汽0.4-0.5MPa(表)。
所述的热能回收换热器用卧式列管换热器，用常温-98℃的锅炉给水作冷却剂，生产150-180℃高温水。
本发明的方法可有效的回收脱氢反应热，而且回收了压缩机段间引入与返回CO2气体温差热量(温度40-60℃)。
附图说明
图1是本发明方法的高压脱H2热能回收工艺流程图。
图2是本发明方法的中压脱H2热能回收副产蒸汽工艺流程图。
图3是本发明方法的中压脱H2热能回收副产高温热水的工艺流程图。
图4是本发明方法的中压脱H2热能回收节能型工艺流程图。
图中标号1-1多级压缩机，1-2离心压缩机，2辅助加热器，3脱H2反应器，4热能回收换热器，4-1卧式U型换热器，4-2卧式列管式换热器，5开工加热器，6段间冷却分离器，7除油脱硫槽，8中压CO2冷却器，9气水分离器，10锅炉给水，11副产的蒸汽，12副产的热水，13蒸汽，14冷凝液。
具体实施方式
下面结合附图实例进一步说明本发明的方法。
实施例1
设计如图1所示尿素生产高压脱H2热能回收工艺流程。CO2原料气加入防腐和脱H2用空气(下面简称CO2气体)进入多级压缩机1-1，经多级压缩后从末级出来的压力14-18MPa，温度110-140℃的CO2气体，进入辅助加热器2，用蒸汽13加热CO2气体，使其达到铂钯脱H2催化剂的初始反应温度，入脱H2反应器3脱H2，脱H2后CO2气体温度升高，在热能回收换热器4用常温-98℃锅炉给水10作冷却剂，使CO2气体温度降到100-120℃送至尿素生产装置的高压圈。锅炉给水10通过换热器4加热成0.4-0.5MPa(表)蒸汽11送出，或者加热成160-180℃高温热水12送出给用户。
实施例2
设计如图2所示尿素生产中压脱H2热能回收工艺流程。CO2气体从离心式压缩机1-2的2或3段引出，压力为2-3.2MPa，温度100-210℃的CO2气体，进入辅助加热器2，使其温度升至脱H2反应的初始温度，入脱H2反应器3，出脱H2反应器3的高温气体，在热能回收卧式U型换热器4-1中与常温-98℃的锅炉给水10换热，产出0.4-0.5MPa(表)蒸汽11送至用户，出热能回收换热器4-1的CO2气体温度降至160-180℃，返回进入离心压缩机1-2的2或3段段间的冷却器。
当离心压缩机1-2段间出口CO2气体温度高于180℃时，则可不用辅助加热器2。
实施例3
设计如图3所示尿素生产中压脱H2热能回收副产高温热水工艺流程。CO2气体从离心式压缩机1-2的2或3段引出，其压力为2-3.2MPa(绝)，温度100-210℃的CO2气体在辅助加热器2加热升至脱H2反应初始温度后进脱H2反应器3脱H2，脱H2气体在热能回收卧式列管换热器4-2中被常温-98℃与锅炉给水10冷却至100-120℃后，返回离心压缩机1-2的2或3段段间冷却器，锅炉给水10在换热器中吸热温升至150-170℃高温热水12后送至用户。
当离心压缩机1-2出口CO2气体温度高于180℃时，则可不用辅助加热器2。
该实施例流程不仅回收了脱H2反应热，而且回收了压缩机段间引出与返回压缩机的CO2气体的温差热量，其温差40-60℃，热量大于脱H2反应热，十分有价值。
实施例4
设计如图4所示尿素生产中压节能型脱H2工艺流程。出往复式压缩1-1二段或三段的CO2气体，经段间冷却分离器6分离排出冷凝水和油，再经除油脱硫槽7进一步除油和脱硫，以保护脱H2催化剂，此时的CO2气体温度低于40℃，在热能回收热交换器4中作冷却剂与出脱H2反应器3的高温脱H2气换热，而温升至脱H2催化剂的初始反应温度入脱H2反应器3，脱H2后的CO2气体经热能回收换热器4温度降到60℃，再经中压CO2冷却器8用冷却水冷却到40-45℃，再经气水分离器9分离出水后返回至压缩机的三段或四段。本流程中的开工加热器5用于开车生产情况，在正常生产情况下用脱H2后的CO2气体加热进脱H2反应器的CO2原料气，不消耗蒸汽。

Claims (3)

1、一种尿素生产中脱氢热能回收方法，其特征是在CO2原料气脱氢反应器(3)出口，增设热能回收换热器(4)，用锅炉给水作冷却剂或用脱硫后脱氢前的CO2原料气作冷却剂，回收脱H2反应热和部分气体压缩热，用锅炉给水(10)作冷却剂时，副产蒸汽(11)0.4-0.5MPa(表)或150-180℃高温热水(12)，脱H2气被冷却到100-120℃去尿素高压圈，或被冷却到160-180℃去离心压缩机段间冷却器(6)；用脱硫后脱氢前的CO2原料气作冷却剂时，该原料气被加热后去脱氢反应器(3)，脱氢气被冷却到60℃，再经中压CO2冷却器(8)冷却到40-45℃，在气水分离器(9)分离后回压缩机(1-1)的3或4段增压后去尿素高压圈。
2、如权利要求1所述的脱氢热能回收方法，其特征是热能回收换热器用卧式U型管换热器(4-1)，用常温-98℃的锅炉给水(10)作冷却剂，副产蒸汽(11)0.4-0.5MPa(表)。
3、如权利要求1所述的脱氢热能回收方法，其特征是采用卧式列管换热器(4-2)，用常温-98℃的锅炉给水(10)作冷却剂，生产150-180℃高温水(12)。
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