專利名稱：一種氨合成新鮮氣的干燥凈化方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及合成氨氣體的凈化領域，特別涉及一種氨合成新鮮氣的干燥 凈化方法和裝置，通過該干燥凈化方法和凈化裝置，可以優(yōu)化用于通過壓縮 的合成氣升壓后直接送入催化反應器的合成氨流程。
背景技術：
目前合成氨回路的流程主要為塔前分氨流程和塔后分氨流程。塔后分氨 的基本流程是新鮮合成氣經過壓縮機的低壓缸壓縮升壓、干燥凈化后再送入 壓縮機高壓缸壓縮升壓，之后與循環(huán)氣混合、進一步升壓并在加熱后直接送
入氨合成塔， 一部分氫氣(H2)和氮氣(N2)在氨合成催化劑作用下反應生成 氨(NH3)，反應后的合成氣經回收熱量后，通過一系列冷卻后冷凝分氨，分 離出的液體即為產品氨；分離出的氣體即循環(huán)氣經過冷交換器回收冷量，一 部分作為馳放氣送出回路，其他氣體作為循環(huán)氣送至壓縮機與新鮮合成氣混合。
塔前分氨的基本流程是新鮮合成氣沒有經過干燥凈化，氣體中含有
150-200ppmvH20，經壓縮機升壓后與合成塔出口氣混合，全部氣體通過冷卻 后冷凝分氨，分離出的液體為產品氨，而合成氣中的水分和微量的C02夾帶 在產品氨中送出回路；分離出的氣體經冷交換器和熱交換器加熱后進入氨合 成塔， 一部分氫氣(H2)和氮氣(N2)在氨合成催化劑作用下反應生成氨(NH3)， 反應后的合成氣經回收熱量后， 一部分作為馳放氣送出回路，其他氣體作為 循環(huán)氣送至壓縮機與新鮮合成氣混合。
塔后分氨流程與塔前分氨流程相比有以下優(yōu)點
(1)塔后分氨流程合成回路的"冷""熱"位置更合理。新鮮合成氣與 循環(huán)氣一起從壓縮機出口排出，經熱交換熱器加熱后直接進入氨合成塔，這 部分合成氣沒有經過冷卻冷凍系統(tǒng)，冷量需求降低，節(jié)省冷卻水和冷凍氨消 耗。
(2)塔后分氨流程能耗低。新鮮合成氣與循環(huán)氣一起只經過熱交換器就進入合成塔，相同壓縮機排出壓力下，氨合成壓力高，有利于氨合 成反應，循環(huán)量低，回路總阻力降低，節(jié)省壓縮機循環(huán)段功耗。
(3)塔后分氨流程新鮮合成氣的加入位置合理，合成塔性能更優(yōu)。塔后分 氨流程中新鮮合成氣在循環(huán)氣入合成塔之前加入，使進入氨合成塔的合成氣 中氨含量降低，有利于氨的合成，循環(huán)量降低，回路總阻力降低，節(jié)省壓縮 機循環(huán)段功耗。合成氣從氨合成塔出來經回收熱量后直接送入冷卻冷凍系統(tǒng)， 氨濃度最高，冷凝效果較好，冷量需求減少。
而塔前分氨流程中新鮮氣在冷卻之前與合成塔出口氣體混合，使出塔合 成氣中氨濃度下降，消耗較大的冷卻冷凍負荷，且沒有得到較好的冷凝分氨 效果，導致入合成塔氣體中氨濃度較高，整體能耗高，合成塔性能差。
(4) 塔后分氨流程馳放氣位置合理。弛放氣在分氨回收冷量之后送出回 路，此處為回路惰性氣體含量最高，因此馳放氣少；而且氨含量較低，可以 省卻塔前分氨流程弛放氣的2臺高壓設備例如弛放氣氨冷器和弛放氣分離 器，回收氨的設備投資降低。而且塔前分氨流程中馳放氣位置在合成塔出口 熱交換器之后，該點氨濃度最高，惰性氣含量最低，弛放效率低，缺點明顯。
(5) 塔后分氨流程綜合能耗低。 傳統(tǒng)氨合成回路為塔前分氨流程。塔前分氨流程能耗高，熱量利用和換
熱網絡不先進，塔后分氨流程具有明顯節(jié)能優(yōu)勢，因此目前新建合成回路一 般都采用塔后分氨流程；因為節(jié)能和增產的目的，很多舊裝置也將塔前分氨 流程改進到塔后分氨流程。
由于合成氣中含有的水分和碳氧化合物是氨合成催化劑的毒物，這些毒 物持續(xù)流入將造成催化劑中毒，嚴重影響催化劑活性。 一般大中型氨合成裝 置對入塔氣中的氧含量要求是小于10ppmv (以氧原子計)。為適應塔后分氨 流程即新鮮合成氣與循環(huán)氣混合升壓后直接送入氨合成塔，需要將新鮮合成 氣中的水分和碳氧化合物脫除。
目前將新鮮合成氣中的水分和碳氧化合物脫除的方法有兩種， 一種是分 子篩凈化，另一種是液氨洗滌凈化。通過分子篩裝置可以脫去合成氣中的水 分，但若要同時脫去碳氧化物，則分子篩吸附劑的裝量要大大增加。分子篩 裝置的凈化程度能達到合成氣凈化的要求，進入氨合成塔氣體中氮含量低， 合成性能好。但是分子篩裝置的弊端是需要周期性的切換再生。為此需要用于控制再生和切換的程控閥，等級高，數(shù)量多，操作復雜；分子篩再生需要 消耗熱量(例如中壓蒸汽)和再生氣體；再生氣循環(huán)回壓縮機低壓缸造成壓 縮機運行不穩(wěn)定，功耗增加；切換再生必須要求吸附器一用一備，造成投資 大，占地面積大；程控閥為易損設備，如果損壞或者密封性能下降，需要停 車檢修影響生產，而分子篩切出檢修不可取，會造成毒物帶入回路，氨合成 催化劑中毒，活性下降。
由于分子篩裝置存在的缺點，人們開始尋求替代方法。通過加入液氨凈 化合成氣的概念在1989年的美國化學工程會議論文中開始被提出。之后國外 雜志有公開發(fā)表文章提出在壓縮機段間使用液氨凈化合成氣，這種方法成為 除分子篩裝置以外的可選合成氣凈化方法。
在專利PCT W001/66465中介紹了一種液氨凈化合成氣的方法，即在壓 縮機一段或者二段出口經水冷器冷卻和氨冷器冷卻后的合成氣進入板式塔或 者泡罩塔，通過液氨和合成氣逆向流動洗滌來凈化氣體。但此專利存在缺點 板式塔或者泡罩塔阻力降大，壓縮功耗增加；設備投資大；經過洗滌的合成 氣中含有比較多的氣化氨，這部分氣化氨進入合成回路和合成塔循環(huán)，降低 合成塔性能，增加循環(huán)氣量，進而增加氨合成的消耗。
該專利中提到合成氣進入氨洗設備之前都需要設置氨冷器冷卻氣體，而 凈化氣直接進入壓縮機第二段，冷量沒有回收。雖然壓縮機二段效率有所提 高，但由于冷量使用量增加，壓縮機的功耗和冷凍系統(tǒng)投資增加，總的來說 是不合算的；而且必須設置氨冷器。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題之一在于提供一種氨合成新鮮氣的干燥凈 化方法，該凈化方法適用于塔后分氨流程合成氣的深度凈化，具有低投資低 能耗的優(yōu)點，并改進和完善整體流程配置和凈化所使用的設備，提高了混合 效果、降低阻力降、降低凈化合成氣中氣氨含量，以達到凈化最優(yōu)效果、低 投資、低能耗的目的。
本發(fā)明所要解決的技術問題之二在于提供上述凈化方法所使用的裝置。 作為本發(fā)明第一方面的一種氨合成新鮮氣的干燥凈化方法，其特征是， 從壓縮機出來的壓力為5.0MPa 25.0Mpa合成氣送入一冷卻步驟冷卻至3(T4(TC，冷卻后的合成氣同少量液氨送入冷量回收步驟冷卻至1(TC -30 °C，再送入一組合式凈化器進行凈化，其中在組合式凈化器凈化過程中，合 成氣由組合式凈化器頂部進入，與由組合式凈化器中部進入的液氨形成逆流， 經充分氣液混合后，合成氣中含有的H20和C02被液氨吸收脫除，凈化后的合 成氣由組合式凈化器的上部出，返回至冷量回收步驟復熱，復熱后的合成氣 送入壓縮機升壓后送入合成回路。
在上述干燥凈化方法中，所述冷量回收步驟可以直接分離出氨濃度為 5 30機％的氨水溶液，送入氨水提濃裝置得到液氨產品。
所述冷卻步驟可以分離出冷凝水，也可以不分離出冷凝水。
如果在冷卻步驟中不分離冷凝水，則將所述冷量回收步驟分為兩級冷量 回收步驟，其中第一級冷量回收步驟分離出冷凝水，并將合成氣冷卻至4-10 'C后送入第二級冷量回收步驟同少量液氨送入冷量回收步驟冷卻至10°C -30°C，再送入一組合式凈化器進行凈化。或者在冷量回收步驟前增加一氨冷 卻步驟，通過氨冷卻步驟分離出冷凝水，并將合成氣冷卻至4-l(TC后送入第 二級冷量回收步驟同少量液氨送入冷量回收步驟冷卻至10°C -30'C，再送 入一組合式凈化器進行凈化。
在所述組合式凈化器內，所述凈化后的合成氣除沫后由組合式凈化器的 上部送出。
作為本發(fā)明第二方面的一種氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，設置于壓縮 機段間，其包括一水冷卻器、至少一個冷量回收器和一個組合式凈化器，所 述壓縮機至少具有兩個缸，其中壓縮機第一缸的進口接合成氣，壓縮機的第 一缸的出口接水冷卻器的氣體入口，水冷卻器的氣體出口接冷量回收器的第 一氣體入口，冷量回收器的第一氣體出口接組合式凈化器的氣體入口，組合 式凈化器的氣體出口接冷量回收器的第二氣體入口，冷量回收器的第二氣體 出口接壓縮機第二缸的進口，壓縮機第二缸的出口接氨合成回路；所述水冷 卻器上還具有冷卻水進、出口；所述冷量回收器的第一氣體入口接氨合成回 路中的氨分離器的產品氨出口以向冷量回收器的第一氣體入口輸入少量的液 氨；所述組合式凈化器內還具有液氨噴嘴和一液氨出口，所述液氨噴嘴接氨 合成回路中的氨分離器的產品氨出口，該液氨噴嘴噴出的液氨與/人組合式凈 化器的氣體入口進入的合成氣形成逆流，組合式凈化器的液氨出口接氨合成回路中的氨分離器的產品氨出口 。
在所述干燥凈化裝置中，所述冷量回收器為一個，其上具有一氨水出口， 以排放分離的氨水溶液，所述氨水出口接一氨水提濃裝置，并在所述水冷卻 器上設置一冷凝水出口，以排放分離的冷凝水。
在所述干燥凈化裝置中，所述冷量回收器為二個，其中第一冷量回收器 的第一氣體入口接水冷卻器的氣體出口 ，第一冷量回收器的第一氣體出口接 第二冷量回收器的第一氣體入口，第二冷量回收器的第一氣體出口接組合式 凈化器的氣體入口，所述第二冷量回收器的第一氣體入口接氨合成回路中的 氨分離器的產品氨出口以向第二冷量回收器的第一氣體入口輸入少量的液 氨，在所述第一冷量回收器上設置一冷凝水出口，以排放分離的冷凝水。
在所述干燥凈化裝置中，所述冷量回收器為一個，并在冷量回收器與水 冷卻器之間設置一氨冷器，所述氨冷器具有氣體進、出口和液氨進出口以及 冷凝水出口，所述氨冷器的氣體進口接水冷卻器的氣體出口，氨冷器的氣體 出口接冷量回收器的第一氣體入口 ，冷量回收器的第一氣體出口接壓縮機第 二缸的進口，所述氨冷器的冷凝水出口排放冷凝水。
在所述干燥凈化裝置中，所述水冷卻器為臥式水冷卻器或立式水冷卻 器。所述臥式水冷卻器為列管式換熱器，管內走合成氣，管外走冷卻水?；?者所述臥式水冷卻器為板式或板殼式換熱器。所述立式水冷卻器為列管式換 熱器，管內走合成氣，管外走冷卻水。
在所述干燥凈化裝置中，所述冷量回收器為臥式冷量回收器或立式冷量 回收器。所述臥式冷量回收器為列管式換熱器，管內走合成氣和液氨氣液兩 相混合物，管外走凈化后的合成氣。或者所述臥式冷量回收器為板式或板殼 式換熱器。所述立式冷量回收器為列管式換熱器，管內走合成氣和液氨氣液 兩相混合物，管外走凈化后的合成氣?；蛘咚隽⑹嚼淞炕厥掌鳛榘迨交虬?殼式換熱器。
在所述干燥凈化裝置中，所述組合式凈化器包括一個罐體和從罐體上部 插入罐體內的氣體進口管以及設置在罐體內頂部的除沬器，氣體進口管的入 口構成所述的組合式凈化器的氣體入口 ，所述液氨噴嘴設置于氣體進口管的 中部，該液氨噴嘴通過一液氨進口管接至罐體外并接氨合成回垮中的氨分離 器的產品氨出口，在所述氣體進口管的下部設置有一氣液混合器，所述組合式凈化器的氣體出口設置在罐體的上部，組合式凈化器的液氨出口設置在罐 體的底部。所述液氨噴嘴的數(shù)量為一個或者一個以上，且每一個噴嘴均可以 單獨更換。該組合式凈化器的工作原理是當一定量的高壓液氨從合成回路 的高壓氨分離器抽出，通過液氨進口管及噴嘴噴射進入氣體進口管中部，液 氨與進入氣體進口管內的合成氣互為逆流，在氣體進口管上部形成泡沬區(qū)， 氣液充分接觸形成氣液混合物，氣液混合物順流而下通過氣體進口管下部的 氣液混合器后進入罐體內部，氣液進一步混合接觸然后分離，合成氣中含有
的H20和C02被液氨吸收脫除，液氨液體從罐體底部的液氨出口排除與合成回
路中的液氨產品合并送出，氣體經過除沫器除去泡沫后由罐體上部的氣體出 口返回到冷量回收器中回收冷量，凈化復熱后的合成氣送入壓縮機升壓后進 入合成回路。
采用上述技術方案后，合成氣凈化度達到H20《0. lppmv， C02檢測不出， 滿足氨合成催化劑對毒物的凈化要求。合成回路產品液氨的品質達到國家標 準優(yōu)等品級別。
本發(fā)明適用于塔后分氨流程的合成氣凈化流程，具有低投資、低能耗的 優(yōu)點。通過改進流程配置后達到凈化最優(yōu)效果和低投資低能耗的目的。具有 有益效果如下
一、 與分子篩干燥裝置相比，本發(fā)明裝置具有以下優(yōu)點
(1) 本發(fā)明裝置投資較低。分子篩干燥裝置為切換流程，因此需要2
臺分子篩干燥器一用一備，外加再生加熱器以及過濾器、程控閥、調節(jié)閥等， 如果采用進口程控閥，費用更高。而本發(fā)明裝置為連續(xù)操作無需再生，設備 投資少，操作簡單。除此之外，由于程控閥屬于易損設備，需要維護，正常 操作一旦發(fā)生泄漏，需要停車檢修，影響生產。本發(fā)明裝置全部采用靜設備 操作，無動設備易損設備，可靠性高。
(2) 操作費用較低。本發(fā)明裝置為連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作，無需再生無消耗。分 子篩干燥裝置再生需要消耗蒸汽和再生氣，吸附劑需定期更換，閥門需檢修。
(3) 合成氣壓縮機功耗低。本發(fā)明裝置設備少、阻力降低、冷量使用合 理、合成氣壓縮機功耗低。而分子篩干燥流程再生氣返回到前系統(tǒng)，對合成 氣壓縮機穩(wěn)定運行有影響，同時又使壓縮機功耗增加。
二、 采用本發(fā)明的組合式凈化器還具有如下優(yōu)點
10(1) 凈化效率高。組合式凈化器的凈化效率遠高于噴淋塔、填料塔和文 丘里等傳統(tǒng)的洗滌設備。
(2) 能耗低。其阻力損失僅為文丘里洗滌器的一半。
(3) 操作穩(wěn)定可靠，噴嘴不易堵塞。
(4) 配置靈活，適應負荷變化大。
(5) 投資低。噴嘴、洗滌器、高效混合器巧妙和汽液分離器結合，以內 件形式完成凈化功能，結構簡單，材料容易解決，節(jié)省投資和占地。


圖1為本發(fā)明實施例1的流程結構示意圖。 圖2為本發(fā)明實施例2的流程結構示意圖。 圖3為本發(fā)明實施例3的流程結構示意圖。 圖4為本發(fā)明一種水冷卻器的結構示意圖。 圖5為本發(fā)明另一種水冷卻器的結構示意圖。 圖6為本發(fā)明再一種水冷卻器的結構示意圖。 圖7為本發(fā)明一種冷量回收器的結構示意圖。 圖8為本發(fā)明另一種冷量回收器的結構示意圖。 圖9為本發(fā)明再一種冷量回收器的結構示意圖。 圖10為本發(fā)明組合式凈化器的結構示意圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了 解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。 實施例1
參見圖l， 一種氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，設置于壓縮機段21、 22 間，壓縮機一般為二缸或多缸，壓縮機段21、 22間可以是壓縮機的一缸和二 缸之間，或者是二缸和三缸之間。壓縮的每一缸都有進口和出口，為了更清 楚地描述本發(fā)明，本具體實施方式
將段21稱為壓縮機的第一缸，段22稱為 壓縮機的第二缸，壓縮機第一缸的進口 21a接合成氣1，壓縮機的第一缸的 出口 21b接水冷卻器23的氣體入口 23a，水冷卻器23的氣體出口 23b接冷
ii一氣體出口 24b接組 合式凈化器25的氣體入口 25a，冷卻水23c從水冷卻器23上的冷卻水進口 23d進，出口23e出。在水冷卻器23上還設置有冷凝水出口4，以排放分離 的冷凝水。
組合式凈化器25的氣體出口 25b接冷量回收器24的第二氣體入口 24c， 冷量回收器24的第二氣體出口 24d接壓縮機第二缸的進口 22a，在冷量回收 器24上還設置有一氨水出口 9，以排放分離的氨水溶液，氨水出口 9接一氨 水提濃裝置26。
壓縮機第二缸的出口 22b接氨合成回路中的熱交換器32，同時壓縮機第 二缸的進口 22a還接氮合成回路中的冷交換器34，冷量回收器24的第一氣 體入口 24a和組合式凈化器25的液氨噴嘴25c接氨合成回路中的氨分離器 36的產品氨出口 36a。組合式凈化器25的液氨出口 25d接氨合成回路中的氨 分離器的產品氨出口。
合成回路為典型塔后分氨流程，下面結合圖1來詳細說明本發(fā)明的工藝 流程
新鮮合成氣l由壓縮機段21，即壓縮機第一缸的進口21a進，從壓縮機 第一缸的出口21b排出，形成壓力約為6.2 MPa的合成氣2，合成氣2由水 冷卻器23的氣體進口 23a進，氣體出口 23b出，經過水冷卻器23冷卻至30~40 t并由冷凝水出口 4分離冷凝水。由氣體出口 23b出來的合成氣3與會同由 合成回路中的氨分離器36的產品氨出口 36a送過來的少量液氨6(注入液氨 的目的主要是防止冷量回收器24中的水結冰) 一起由冷量回收器24的第一 氣體進口 24a送入冷量回收器24。在冷量回收器24中，合成氣3與由組合 式凈化器25的氣體出口 25b送過來并由冷量回收器24的第二氣體進口 24c 進入的凈化后的合成氣10在冷量回收器24內換熱，被進一步冷卻至約10 -30°C，并在冷量回收器24內分離出重量百分比濃度為5 30wtyQ氨水，該氨 水由氨水出口 9排出送入氨水提濃裝置26得到液氨產品。由冷量回收器24 的第一氣體出口 24b出來的合成氣8從組合式凈化器25的氣體入口 25a進入 組合式凈化器25內，由合成回路中的氨分離器36的產品氨出口 36a送過來 的液氨7由組合式凈化器25的液氨噴嘴25c噴入組合式凈化器25與合成氣 8在組合式凈化器25內逆流(具體凈化過程將在后面描述)，進行凈化，合成氣中含有的H20和C02被液氨吸收除去。緊接著氣液混合物在組合式凈化器 25的內空間實現(xiàn)分離，分離液體后的凈化后的合成氣10由組合式凈化器25 的氣體出口 25b排出，經過冷量回收器24回收冷量后，形成溫度約在10 3(TC的新鮮合成氣13由壓縮機段22，即壓縮機第二缸的進口 22a會同氨合 成回路中的冷交換器34送過來的一部分循環(huán)氣24a —起進入壓縮機第二缸進 行壓縮升壓。凈化后的新鮮合成氣13凈化度達到H20《0. lppmv， C02檢測不 出，完全能夠達到氨合成催化劑對毒物含量的要求。組合式凈化器25中分離 出來的液氨ll由液氨出口25d排出，與氨合成回路中的產品氨19合并，產 品液氨的品質能達到國家標準優(yōu)等品級別。
經壓縮機第二缸壓縮升壓后的合成氣14在熱交換器32加熱后，直接進 入氨合成塔30， 一部分氫氣(H2)和氮氣(N2)在氨合成催化劑作用下反應 生成氨(NH3)，反應后的合成氣16經回收熱量器31 (設備可以為多臺)和熱 交換器32回收熱量后，通過水冷器33、冷交換器34、氨冷器35冷卻后(水 冷器33，冷交換器34，氨冷器35可以是一臺或者多臺)被送入氨分離器36 內進行冷凝分氨，分離出的液體即為產品氨18，產品氨18分出產品氨19送 出氨合成回路，另外分出的產品氨5再分成產品氨6和7分別送入冷量揮手 器24和組合式凈化器25;分離出的氣體即循環(huán)氣17經過冷交換器34回收 冷量后， 一部分作為馳放氣20送出回路，其他氣體作為循環(huán)氣20a送至壓縮 機第二缸與新鮮合成氣13混合。
實施例2
參見圖2， 一種氨合成新鮮氣的千燥凈化裝置，設置于壓縮機段21、 22 間，壓縮機一般為二缸或多缸，壓縮機段21、 22間可以是壓縮機的一缸和二 缸之間，或者是二缸和三缸之間。壓縮的每一缸都有進口和出口，為了更清 楚地描述本發(fā)明，本具體實施方式
將段21稱為壓縮機的第一缸，段22稱為 壓縮機的第二缸，壓縮機第一缸的進口 21a接合成氣1，壓縮機的第一缸的 出口 21b接水冷卻器23的氣體入口 23a，水冷卻器23的氣體出口 23b接第 一冷量回收器24'的第一氣體入口24' a，第一冷量回收器24'的第一氣體 出口24' b接第二冷量回收器24"的第一氣體入口24" a,第二冷量回收 器24"的第一氣體出口24" a接組合式凈化器25的氣體入口25a，冷卻水 23c從水冷卻器23上的冷卻水進口 23d進，出口 23e出。
13組合式凈化器25的氣體出口 25b接第一冷量回收器24'和第二冷量回收器24"的第二氣體入口24' c和24" c，第一冷量回收器24'和第二冷量回收器24"的第二氣體出口24' d、 24'' d接壓縮機第二缸的進口22a，在第一冷量回收器24'上還設置有一冷凝水排放口9'，以排放分離的冷凝水。壓縮機第二缸的出口 22b接氨合成回路中的熱交換器32，同時壓縮機第二缸的進口 22a還接氨合成回路中的冷交換器34，冷量回收器24的第一氣體入口 24a和組合式凈化器25的液氨噴嘴25c接氨合成回路中的氨分離器36的產品氨出口 36a。組合式凈化器25的液氨出口 25d接氨合成回路中的氨分離器的產品氨出口。
合成回路為典型塔后分氨流程，下面結合圖l來詳細說明本發(fā)明的工藝流程
新鮮合成氣l由壓縮機段21，即壓縮機第一缸的進口21a進，從壓縮機第一缸的出口21b排出，形成壓力約為6.2 MPa的合成氣2，合成氣2由水冷卻器23的氣體進口 23a進，氣體出口 23b出，經過水冷卻器23初步冷卻。由氣體出口 23b出來的合成氣3由第一冷量回收器24'的第一氣體進口 24'a送入冷量回收器24'在冷量回收器24'中，合成氣3與由組合式凈化器25的氣體出口25b送過來并由第一冷量回收器24'的第二氣體進口24' c進入的凈化后的合成氣10在第一冷量回收器24'內換熱，被冷卻到4 1(TC左右(此溫度高于水冰點)，第一冷量回收器24'分離出水分，冷凝水由第一冷量回收器24'的冷凝水排放口9'排出。
由第一冷量回收器24'的第一氣體進口24' b出來的合成氣與會同由合成回路中的氨分離器36的產品氨出口 36a送過來的少量液氨6 (注入液氨的目的主要是防止冷量回收器24中的水結冰) 一起由第二冷量回收器24"的第一氣體進口24" a送入冷量回收器24"。在冷量回收器24〃中，合成氣與由組合式凈化器25的氣體出口 25b送過來并由第二冷量回收器24''的第二氣體進口 24'' c進入的凈化后的合成氣10在第二冷量回收器24''內換熱，被進一步冷卻至約10 -30°C。由第二冷量回收器24"的第一氣體出口24'' b出來的合成氣8從組合式凈化器25的氣體入口 25a進入組合式凈化器25內，由合成回路中的氨分離器36的產品氨出口 36a送過來的液氨7由組合式凈化器25的液氨噴嘴25c噴入組合式凈化器25與合成氣8在組合式
14凈化器25內逆流(具體凈化過程將在后面描述)，進行凈化，合成氣中含有的H20和C02被液氨吸收除去。緊接著氣液混合物在組合式凈化器25的內空間實現(xiàn)分離，分離液體后的凈化后的合成氣10由組合式凈化器25的氣體出口25b排出，經過第一冷量回收器24'和第二冷量回收器24"回收冷量后，形成溫度約在10 3(TC的新鮮合成氣13'和13''由壓縮機段22，即壓縮機第二缸的進口 22a會同氨合成回路中的冷交換器34送過來的一部分循環(huán)氣24a —起進入壓縮機第二缸進行壓縮升壓。凈化后的新鮮合成氣13凈化度達到貼《0. lppmv， C02檢測不出，完全能夠達到氨合成催化劑對毒物含量的要求。組合式凈化器25中分離出來的液氨11由液氨出口25d排出，與氨合成回路中的產品氨19合并，產品液氨的品質能達到國家標準優(yōu)等品級別。
經壓縮機第二缸壓縮升壓后的合成氣14在熱交換器32加熱后，直接進入氨合成塔30， 一部分氫氣(H2)和氮氣(N2)在氨合成催化劑作用下反應生成氨(NH3)，反應后的合成氣16經回收熱量器31 (設備可以為多臺)和熱交換器32回收熱量后，通過水冷器33、冷交換器34、氨冷器35冷卻后(水冷器33，冷交換器34，氨冷器35可以是一臺或者多臺)被送入氨分離器36內進行冷凝分氨，分離出的液體即為產品氨18,產品氨18分出產品氨19送出氨合成回路，另外分出的產品氨5再分成產品氨6和7分別送入第二冷量揮手器24''和組合式凈化器25;分離出的氣體即循環(huán)氣17經過冷交換器34回收冷量后， 一部分作為馳放氣20送出回路，其他氣體作為循環(huán)氣20a送至壓縮機第二缸與新鮮合成氣13混合。
實施例3
參見圖3， 一種氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，設置于壓縮機段21、 22間，壓縮機一般為二缸或多缸，壓縮機段21、 22間可以是壓縮機的一缸和二缸之間，或者是二缸和三缸之間。壓縮的每一缸都有進口和出口，為了更清楚地描述本發(fā)明，本具體實施方式
將段21稱為壓縮機的第一缸，段22稱為壓縮機的第二缸，壓縮機第一缸的進口 21a接合成氣1，壓縮機的第一缸的出口 21b接水冷卻器23的氣體入口 23a，水冷卻器23的氣體出口 23b接氨冷器27的氣體入口 27a,氨冷器27的氣體出口 27a接冷量回收器24的第一氣體入口 24a,冷量回收器24的第一氣體出口 24b接組合式凈化器25的氣體入口 25a，冷卻水23c從水冷卻器23上的冷卻水進口 23d進，出口 23e出。組合式凈化器25的氣體出口 25b接冷量回收器24的第二氣體入口 24c，冷量回收器24的第二氣體出口 24d接壓縮機第二缸的進口 22a。
壓縮機第二缸的出口 22b接氨合成回路中的熱交換器32，同時壓縮機第二缸的進口 22a還接氨合成回路中的冷交換器34，冷量回收器24的第一氣體入口 24a和組合式凈化器25的液氨噴嘴25c接氨合成回路中的氨分離器36的產品氨出口 36a。組合式凈化器25的液氨出口 25d接氨合成回路中的氨分離器的產品氨出口。
合成回路為典型塔后分氨流程，下面結合圖1來詳細說明本發(fā)明的工藝流程
新鮮合成氣l由壓縮機段21，即壓縮機第一缸的進口21a進，從壓縮機第一缸的出口21b排出，形成壓力約為6.2 MPa的合成氣2，合成氣2由水冷卻器23的氣體入口23a進，氣體出口23b出，經過水冷卻器23初步冷卻后。由氣體出口 23b出來的合成氣3由氨冷器27的氣體入口 27a進入氨冷器27冷卻到4 1(TC左右(此溫度高于水冰點)并分離出水分，冷凝水由氨冷器27的冷凝水出口 27c排出。被冷凝成4 10。C左右的合成氣與會同由合成回路中的氨分離器36的產品氨出口 36a送過來的少量液氨6 (注入液氨的目的主要是防止冷量回收器24中的水結冰) 一起由冷量回收器24的第一氣體進口 24a送入冷量回收器24。在冷量回收器24中，合成氣3與由組合式凈化器25的氣體出口 25b送過來并由冷量回收器24的第二氣體進口 24c進入的凈化后的合成氣10在冷量回收器24內換熱，被進一步冷卻至約10 -30°C，并在冷量回收器24內分離出重量百分比濃度為5 30wty。氨水，該氨水由氨水出口 9排出送入氨水提濃裝置26得到液氨產品。由冷量回收器24的第一氣體出口 24b出來的合成氣8從組合式凈化器25的氣體入口 25a進入組合式凈化器25內，由合成回路中的氨分離器36的產品氨出口 36a送過來的液氨7由組合式凈化器25的液氨噴嘴25c噴入組合式凈化器25與合成氣8在組合式凈化器25內逆流(具體凈化過程將在后面描述)，進行凈化，合成氣中含有的H20和C02被液氨吸收除去。緊接著氣液混合物在組合式凈化器25的內空間實現(xiàn)分離，分離液體后的凈化后的合成氣10由組合式凈化器25的氣體出口25b排出，經過冷量回收器24回收冷量后，形成溫度約在10 3(TC的新鮮合成氣13由壓縮機段22，即壓縮機第二缸的進口 22a會同氨合
16成回路中的冷交換器34送過來的一部分循環(huán)氣24a—起進入壓縮機第二缸進行壓縮升壓。凈化后的新鮮合成氣13凈化度達到H20《0. lppmv, C02檢測不出，完全能夠達到氨合成催化劑對毒物含量的要求。組合式凈化器25中分離出來的液氨ll由液氨出口 25d排出，與氨合成回路中的產品氨19合并，產品液氨的品質能達到國家標準優(yōu)等品級別。
經壓縮機第二缸壓縮升壓后的合成氣14在熱交換器32加熱后，直接進入氨合成塔30， 一部分氫氣(H2)和氮氣(N2)在氨合成催化劑作用下反應生成氨(MU，反應后的合成氣16經回收熱量器31 (設備可以為多臺)和熱交換器32回收熱量后，通過水冷器33、冷交換器34、氨冷器35冷卻后(水冷器33，冷交換器34，氨冷器35可以是一臺或者多臺)被送入氨分離器36內進行冷凝分氨，分離出的液體即為產品氨18，產品氨18分出產品氨19送出氨合成回路，另外分出的產品氨5再分成產品氨6和7分別送入冷量揮手器24和組合式凈化器25;分離出的氣體即循環(huán)氣17經過冷交換器34回收冷量后， 一部分作為馳放氣20送出回路，其他氣體作為循環(huán)氣20a送至壓縮機第二缸與新鮮合成氣13混合。
上述實施例使用的水冷卻器23可以為如圖4所示的臥式結構，該圖所示的臥式結構的水冷卻器23采用列管式換熱器。上述實施例使用的水冷卻器23還可以為如圖5所示的所示的臥式結構，該圖所示的臥式結構的水冷卻器23采用板式或板殼式換熱器。上述實施例使用的水冷卻器23還可以為如圖6所示的立式結構，該圖所示的立式結構的水冷卻器23采用列管式換熱器。
上述實施例使用的冷量回收器24可以為如圖7所示的臥式結構，該圖所示的臥式結構的冷量回收器24采用列管式換熱器。上述實施例使用的冷量回收器24還可以為如圖8所示的所示的臥式結構，該圖所示的臥式結構的冷量回收器24采用板式或板殼式換熱器。上述實施例使用的冷量回收器24還可以為如圖9所示的立式結構，該圖所示的立式結構的冷量回收器24采用列管式換熱器。
參見圖10，組合式凈化器25包括一個罐體25e和從罐體25e上部插入罐體25e內的氣體進口管25f以及設置在罐體25e內頂部的除,器25g，氣體進口管25f的入口構成組合式凈化器25的氣體入口 ，液氨噴嘴25c設置于氣體進口管25f的中部，該液氨噴嘴25c通過一液氨進口管25h接至罐體25e外并接氨合成回路中的氨分離器的產品氨出口 ，在氣體進口管25f的下部設置有一氣液混合器25i，組合式凈化器25的氣體出口 25b設置在罐體25e的上部，組合式凈化器25的液氨出口 25d設置在罐體25e的底部。液氨噴嘴的數(shù)量為一個以上，且每一個噴嘴均可以單獨更換。
該組合式凈化器的工作原理是當一定量的高壓液氨從合成回路的高壓氨分離器抽出，通過液氨進口管25h及液氨噴嘴25c噴射進入氣體進口管25f中部，液氨與進入氣體進口管25f內的合成氣互為逆流，在氣體進口管25f上部形成泡沬區(qū)，氣液充分接觸形成氣液混合物，氣液混合物順流而下通過氣體進口管25f下部的氣液混合器25j后進入罐體25e內部，氣液進一步混合接觸然后分離，合成氣中含有的H20和C02被液氨吸收脫除，液氨液體從罐體25e底部的液氨出口 25d排除與合成回路中的液氨產品合并送出，氣體經過除沫器25g除去泡沫后由罐體25e上部的氣體出口 25b返回到冷量回收器中回收冷量，凈化復熱后的合成氣送入壓縮機升壓后進入合成回路。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種氨合成新鮮氣的干燥凈化方法，其特征是，從壓縮機出來的壓力為5.0MPa～25.0Mpa合成氣送入一冷卻步驟冷卻至30~40℃，冷卻后的合成氣同少量液氨送入冷量回收步驟冷卻至10℃～-30℃，再送入一組合式凈化器進行凈化，其中在組合式凈化器凈化過程中，合成氣由組合式凈化器頂部進入，與由組合式凈化器中部進入的液氨形成逆流，經充分氣液混合后，合成氣中含有的H2O和CO2被液氨吸收脫除，凈化后的合成氣由組合式凈化器的上部出，返回至冷量回收步驟復熱，復熱后的合成氣送入壓縮機升壓后送入合成回路。
2. 如權利要求1所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化方法，其特征是所述 冷量回收步驟可以直接分離出氨濃度為5 30wt。/。的氨水溶液，送入氨水提濃 裝置得到液氨產品。
3. 如權利要求1所述的氨合成新鮮氣的千燥凈化方法，其特征是所述 冷卻步驟分離出冷凝水。
4. 如權利要求1所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化方法，其特征是所述 冷卻步驟不分離出冷凝水。
5. 如權利要求4所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化方法，其特征是所述 冷量回收步驟分為兩級冷量回收步驟，其中第一級冷量回收步驟分離出冷凝 水，并將合成氣冷卻至4-l(TC后送入第二級冷量回收步驟同少量液氨送入冷 量回收步驟冷卻至10°C -30°C，再送入一組合式凈化器進行凈化。
6. 如權利要求4所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化方法，其特征是在冷 量回收步驟前增加一氨冷卻步驟，通過氨冷卻步驟分離出冷凝水，并將合成 氣冷卻至4-l(TC后送入第二級冷量回收步驟同少量液氨送入冷量回收步驟冷卻至icrc -3(rc，再送入一組合式凈化器進行凈化。
7. 如權利要求1所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化方法，其特征是在所 述組合式凈化器內，所述凈化后的合成氣除沫后由組合式凈化器的上部送出。
8. —種氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于，設置于壓縮機段 間，包括一水冷卻器、至少一個冷量回收器和一個組合式凈化器，所述壓縮 機至少具有兩個缸，其中壓縮機第一缸的進口接合成氣，壓縮機的第一缸的出口接水冷卻器的氣體入口 ，水冷卻器的氣體出口接冷量回收器的第一氣體 入口，冷量回收器的第一氣體出口接組合式凈化器的氣體入口，組合式凈化 器的氣體出口接冷量回收器的第二氣體入口 ，冷量回收器的第二氣體出口接壓縮機第二缸的進口，壓縮機第二缸的出口接氨合成回路；所述水冷卻器上 還具有冷卻水進、出口；所述冷量回收器的第一氣體入口接氨合成回路中的 氨分離器的產品氨出口以向冷量回收器的第一氣體入口輸入少量的液氨；所 述組合式凈化器內還具有液氨噴嘴和一液氨出口 ，所述液氨噴嘴接氨合成回 路中的氨分離器的產品氨出口，該液氨噴嘴噴出的液氨與從組合式凈化器的 氣體入口進入的合成氣形成逆流，組合式凈化器的液氨出口接氨合成回路中 的氨分離器的產品氨出口。
9. 如權利要求8所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述冷量回收器為一個，其上具有一氨水出口，以排放分離的氨水溶液，所 述氨水出口接一氨水提濃裝置，并在所述水冷卻器上設置一冷凝水出口，以 排放分離的冷凝水。
10. 如權利要求8所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述冷量回收器為二個，其中第一冷量回收器的第一氣體入口接水冷卻器的 氣體出口 ，第一冷量回收器的第一氣體出口接第二冷量回收器的第一氣體入 口，第二冷量回收器的第一氣體出口接組合式凈化器的氣體入口，所述第二 冷量回收器的第一氣體入口接氨合成回路中的氨分離器的產品氨出口以向第 二冷量回收器的第一氣體入口輸入少量的液氨，在所述第一冷量回收器上設 置一冷凝水出口 ，以排放分離的冷凝水。
11. 如權利要求8所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述冷量回收器為一個，并在冷量回收器與水冷卻器之間設置一氨冷器，所 述氨冷器具有氣體進、出口和液氨進出口以及冷凝水出口，所述氨冷器的氣 體進口接水冷卻器的氣體出口 ，氨冷器的氣體出口接冷量回收器的第一氣體 入口，冷量回收器的第一氣體出口接壓縮機第二缸的進口，所述氨冷器的冷 凝水出口排放冷凝水。
12. 如權利要求8所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述水冷卻器為臥式水冷卻器?；蛄⑹剿鋮s器。
13. 如權利要求12所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于，所述臥式水冷卻器為列管式換熱器，管內走合成氣，管外走冷卻水。
14. 如權利要求8所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述臥式水冷卻器為板式或板殼式換熱器。
15. 如權利要求8所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述水冷卻器為立式水冷卻器。
16. 如權利要求15所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述立式水冷卻器為列管式換熱器，管內走合成氣，管外走冷卻水。
17. 如權利要求8所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述冷量回收器為臥式冷量回收器。
18. 如權利要求17所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于, 所述臥式冷量回收器為列管式換熱器，管內走合成氣和液氨氣液兩相混合物， 管外走凈化后的合成氣。
19. 如權利要求17所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述臥式冷量回收器為板式或板殼式換熱器。
20. 如權利要求8所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述冷量回收器為立式冷量回收器。
21. 如權利要求20所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述立式冷量回收器為列管式換熱器，管內走合成氣和液氨氣液兩相混合物， 管外走凈化后的合成氣。
22. 如權利要求20所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于，所 述立式冷量回收器為板式或板殼式換熱器。
23. 如權利要求8所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于，所 述組合式凈化器包括一個罐體和從罐體上部插入罐體內的氣體進口管以及設 置在罐體內頂部的除沬器，氣體進口管的入口構成所述的組合式凈化器的氣 體入口，所述液氨噴嘴設置于氣體進口管的中部，該液氨噴嘴通過一液氨進 口管接至罐體外并接氨合成回路中的氨分離器的產品氨出口，在所述氣體進 口管的下部設置有一氣液混合器，所述組合式凈化器的氣體出口設置在罐體 的上部，組合式凈化器的液氨出口設置在罐體的底部。
24.如權利要求23所述的氨合成新鮮氣的干燥凈化裝置，其特征在于， 所述液氨噴嘴的數(shù)量為一個或者一個以上，且每一個噴嘴均可以單獨更換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氨合成新鮮氣的干燥凈化方法，其從壓縮機出來的合成氣送入一冷卻步驟冷卻至30～40℃，冷卻后的合成氣同少量液氨送入冷量回收步驟冷卻至10℃～-30℃，再送入一組合式凈化器進行凈化，其中在組合式凈化器凈化過程中，合成氣由組合式凈化器頂部進入，與由組合式凈化器中部進入的液氨形成逆流，經充分氣液混合后，合成氣中含有的H₂O和CO₂被液氨吸收脫除，凈化后的合成氣由組合式凈化器的上部出，返回至冷量回收步驟復熱，復熱后的合成氣送入壓縮機升壓后送入合成回路。合成氣凈化度達到H₂O≤0.1ppmv，CO₂檢測不出，滿足氨合成催化劑對毒物的凈化要求。合成回路產品液氨的品質達到國家標準優(yōu)等品級別。本發(fā)明還公開了實現(xiàn)上述干燥凈化方法的裝置。
文檔編號C01C1/00GK101659420SQ20091005605
公開日2010年3月3日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權日2009年8月7日
發(fā)明者張仲敏, 支紅利, 楊震東, 陸歡慶, 晏 陳 申請人:上海國際化建工程咨詢公司