尿素合成净化气在一体化氨-尿素工艺和相关装置中的使用

摘要

一种氨-尿素装置，其中，在尿素工段中生成的净化气流(3)被用作燃烧烟气(4)中的氮氧化物的选择性催化还原的氨源，该燃烧烟气(4)由氨工段排出；还公开了用于氨-尿素装置的改造的相关工艺和方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一体化氨-尿素工艺和相关装置。

背景技术

尿素通过使氨和二氧化碳反应来合成。尿素装置的氨进料和二氧化碳进料 可以在氨装置中产生，因此，尿素/氨装置的一体化是已知的做法。此外，氨装 置是热发生器，而尿素装置是热消耗器，这是一体化的另一动机。通常，通过 氨装置产生的热量不能满足整个氨-尿素装置的需要，这意味着，附加的热输入 是必要的。这种附加的热输入通常由在辅助燃烧器中燃烧燃料来产生。

氨-尿素装置包括氨工段和尿素工段。在氨工段中，氨在合适的高压下并在 催化剂的存在下由氢气和氮气来合成；氢气通常来自诸如天然气的烃源的重整， 氮气通常来自空气，例如来自进入二段转化炉作为氧化剂的空气。该烃源的重 整发生在氨工段的前端，其包括用于补充气的净化的CO₂-脱除单元；从所述单 元提取的二氧化碳可以供应至尿素工段。

尿素装置通常包括高压合成工段、在中压和/或低压下的回收工段和精制工 段。用于生产尿素的各种工艺和相关装置的讨论可以在文献中找到，例如 Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，Wiley-VCH Verlag。

所有已知的尿素工艺还产生净化气流。这种净化气流用以去除惰性物质(例 如氮、氢和氧)，并且避免它们在尿素装置中积累。所述净化气流包含一定量的 气态氨，并且如果本身被排放到大气中则引起环境问题。

现有技术已经提出了将尿素净化气流回收作为一体化氨工艺的原料。例如， 已经提出了在氨工段中将高压尿素合成净化流与自热转化炉的氧化剂进料结 合。

然而，另一个环境问题是由燃烧氨-尿素装置(通常为氨工段)排放的燃烧 烟道气引起的。所述烟道气可以包括来自氨工段的前端的一段转化炉的烟气， 以及可能来自用于尿素装置产生额外热量(蒸汽)的锅炉的烟气。所述烟气包 含污染物，该污染物尤其包括氮氧化物(NOx)，并且它们的净化产生额外的费 用。使用尿素净化气流作为氨工段的燃料提供了氨的循环，但是不能提供氮氧 化物的问题的解决方案。实际上，当使用净化气流作为燃料时，会增加氮氧化 物。

发明内容

本文提出了将包含NH₃的尿素合成净化气流用作氮氧化物(NOx)的选择 性催化还原的氨源，该氮氧化物(NOx)包含在由氨工段产生的燃烧烟气中。

因此，本发明提供了一种工艺，其中，在氨-尿素一体化装置的氨工段中通 过使氢气和氮气反应合成氨，所述氢气由烃源的重整来产生；所述氨的至少一 部分用于在所述装置的尿素工段中合成尿素，并且包含一些氨的净化气流在所 述尿素工段中生成，该工艺的特征在于，将所述净化气流用作在所述氨-尿素装 置中产生的燃烧烟气中所含有的氮氧化物的选择性催化还原的氨源。

因此，本发明的一个方面为包括氨工段和尿素工段的氨-尿素装置，其中， 在氨工段中由氢气和氮气来合成氨，所述氢气由烃源的重整来获得，所述氨的 至少一部分被传递到用于合成尿素的尿素工段，其特征在于包括选择性催化还 原单元，该选择性催化还原单元用于去除在装置中产生的燃烧烟气中的氮氧化 物，其特征还在于包括将在尿素工段中产生的净化气流供应至所述单元而布置 的管路，用以将该净化气流用作所述单元的氨源。

本发明的另一个方面为现有的氨-尿素一体化装置的改造，其中，安装用于 去除在装置中产生的燃烧烟气中的氮氧化物的选择性催化还原单元，来自装置 的尿素工段的净化气流被引导至所述单元，或者在进入所述单元之前与燃烧烟 气混合。

氮氧化物的选择性催化还原(SCR)是已知的工艺，并不需要进行详细描述。 基本上，随着气体穿过催化剂室与氨混合，则发生NOx还原反应。该反应将氨 和氮氧化物(主要为NO和NO₂)转化成N₂和水蒸汽。

燃烧烟气可由氨工段排出，尤其由前端的一段转化炉和/或二段转化炉以及 被供应有天然气或其它燃料的附加的锅炉中排出。来自尿素工段的所有的净化 气或其一部分，可以被用在SCR工艺中。根据不同的实施方式，如果需要，可 以提供用于SCR工艺的另一种氨源。

本发明的优点为在内部重新利用由尿素工段产生的净化气流，并且同时减 少在氨工段中产生的烟道气中的氮氧化物污染物。本发明的显著的优点为避免 将氨以及氮氧化物排放到大气中。

附图说明

图1示出了本发明的实施方式的方框图。

具体实施方式

一体化氨-尿素装置包括氨工段AM和尿素工段UR。

氨工段AM接收合适的烃源(例如天然气)、或包含甲烷的原料、或其它来 源(例如石脑油)的进料1。所述氨工段AM包括用于将进料1和空气转化成合 适的补充气的前端，以及合成回路。前端可以包括根据现有技术的一段转化炉、 二段转化炉、CO转换的转化器、CO₂脱除单元和甲烷转化器。氨装置的典型的 前端例如在EP 2022754中描述。

在工段AM中产生的氨2被传递到尿素工段UR中，其中尿素U被合成。 根据不同的实施方式，在工段AM中产生的所有的或一部分的氨，可以被传递 到尿素工段UR。尿素工段UR可以实现用于任何已知的合成尿素的工艺，例如 包括CO₂汽提工艺、自汽提工艺或另外的工艺。有利地，尿素工段UR还被供 应有二氧化碳，该二氧化碳来自氨工段AM的前端中的补充气的净化。

将包含一些氨的净化气流3从尿素工段UR中排放。这种净化气流3或其至 少一部分，被引导至选择性催化还原单元SCR，该选择性催化还原单元SCR用 于处理来自氨工段AM的燃烧烟气4。在本实施例中，在烟气进入单元SCR之 前，将净化气流3与烟气4混合。在其它实施方式中，气流3可以被供应至单 元SCR。所述净化气流3提供用于还原烟气4中的氮氧化物的氨；排放到大气 中净化后的烟道气5主要包含N₂和H₂O以及具有减少的或甚至可忽略不计的含 量的氮氧化物。在任何合适的时刻，可以提供用于单元SCR的氨的另一个来源。