合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種從合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的裝置，其包括多通道板翅式換熱器、低溫氣液分離器、氣氣換熱器、加熱器和分離膜等主要裝置，采用節(jié)流加膨脹制冷技術首先分離合成氨馳放氣中大部分的氨，然后采用能夠長期耐受氨氣相濃度小于6%（V/V）的耐氨膜回收其中的氫氣和氨，既從本質上保證了膜分離過程的安全、穩(wěn)定運行，又利用了合成氨馳放氣本身的操作壓力，通過節(jié)流膨脹制冷得到低溫氣體，作為冷源將馳放氣中的氨冷凝分離出來，沒有額外的動力消耗。得到的氨產(chǎn)品是純度大于99%的氣氨，而不是稀氨水，有利于氨的回收利用?？傮w上保證了90%以上氫氣和90%以上氨的回收。
【專利說明】合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于合成氨馳放氣回收的【技術領域】，尤其涉及了一種從合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的裝置。
【背景技術】
[0002]在合成氨生產(chǎn)過程中，氫氣和氮氣是合成氨的原料。氮氣一般是從空氣中分離出來的，氫氣一般通過天然氣轉化或者煤氣化得到的，氫氣和氮氣在較高的壓力和溫度下以及催化劑作用下反應生產(chǎn)氨。受到化學平衡的限制，反應物不能完全轉化，未反應的氮氣和氫氣經(jīng)循環(huán)壓縮機與補充的新鮮氣混合后再進入合成塔進行氨合成反應。由于合成氨原料氮氣和氫氣都含有一定量的惰性組分氬氣和甲烷，這些惰性組分在循環(huán)過程中不斷累積，不僅消耗循環(huán)壓縮功，還會使合成塔的有效容積降低，還會影響合成氨的正常反應，所以合成塔混合氣體必須排放一部分氣體，以控制合成塔內惰性組分氬氣和甲烷的濃度，這部分排放氣稱為合成氨馳放氣。排放氣量約為?300Nm3/噸氨，該氣體的典型組成為:H250?70% (V/V)，NH3I ?8% (V/V)，N218 ?25% (V/V)，其余的為甲烷和氬氣。
[0003]目前大多采用膜分離技術來回收合成氨馳放氣中氫氣和氨。由于目前的膜材料對氨的耐受性非常差，所以高壓馳放氣進入膜分離器之前必須通過預處理脫除氨，其方法一般為采用等壓水洗在氨吸收塔中，將氨除去，控制氣相中氨的體積含量0.02%以下，然后再進入膜分離器回收馳放氣中的氫氣，膜的滲透氣為富集回收的氫氣，返回到合成系統(tǒng)，膜的非滲透氣主要為甲烷、氮氣、氬氣和少量的氫氣，作為燃料使用。上述方法對氨吸收塔的操作要求非常嚴格，不能出現(xiàn)氣相中氨濃度超標，更要絕對避免出現(xiàn)霧沫夾帶以及液泛現(xiàn)象的發(fā)生，否則會造成下游分離膜不可恢復的損壞。在實際的應用過程中，由于氨吸收塔操作出現(xiàn)問題，造成分離膜損壞的例子非常多。同時水洗過程中產(chǎn)生的稀氨水，還需要進一步的蒸汽加熱提純才能到液氨產(chǎn)品，操作過程復雜，能量消耗高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝流程簡單，能耗低，操作方便，運行安全，合成氨馳放氣中氫氣和氨的方法；另一目的在于提供一種用于實現(xiàn)所述的合成氨馳放氣中氫氣和氨的裝置。本發(fā)明采用節(jié)流加膨脹制冷技術首先分離合成氨馳放氣中大部分的氨，然后采用能夠長期耐受氨氣相濃度小于6% (V/V)的耐氨膜回收其中的氫氣和氨。
[0005]2.所述的合成氨馳放氣中氫氣和氨的裝置包括多通道板翅式換熱器、低溫氣液分離器、氣氣換熱器、加熱器和分離膜，其中:
[0006]3.所述的多通道板翅式換熱器和低溫氣液分離器相連；低溫氣液分離器液氨出口與節(jié)流閥I連接，并通過多通道板翅式換熱器與氣氨回收口相連；
[0007]4.低溫氣液分離器分氨尾氣出口通過連接多通道板翅式換熱器，再依次與氣氣換熱器、加熱器和分離膜相連；
[0008]5.分離膜的滲透側出口通過氣氣換熱器，最終與合成壓縮機相連；分離膜的截留側出口依次與水冷卻器、節(jié)流閥II相連；再通過多通道板翅式換熱器，依次與膨脹機、燃料氣系統(tǒng)相連。
[0009]6.本發(fā)明所述的從合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的裝置，其工藝流程主要包括節(jié)流膨脹制冷過程和膜分離過程，其中:
[0010]所述的節(jié)流膨脹制冷過程:合成氨馳放氣首先進入到多通道板翅式換熱器中逐級冷卻后，進入低溫氣液分離器進行氣液分離；經(jīng)低溫氣液分離器分離出的液氨經(jīng)節(jié)流閥I減壓后，返回到多通道板翅式換熱器后蒸發(fā)為氣氨回收；經(jīng)低溫氣液分離器頂部分離出的分氨尾氣返回到多通道板翅式換熱器回收冷量后，再進入膜分離過程；其中，由低溫氣液分離器頂部出來的分離液氨后的尾氣，叫做分氨尾氣。
[0011]所述的膜分離過程:經(jīng)節(jié)流膨脹制冷過程處理的氣體，經(jīng)過氣氣換熱器升溫，通過加熱器將氣體加熱至45?90°C后，再經(jīng)過分離膜處理，分離膜的滲透側富集的氣體經(jīng)過氣氣換熱器降溫后，通過合成壓縮機回收；分離膜的截留側富集的氣體經(jīng)過設置于其下游的水冷卻器降至常溫后，經(jīng)過節(jié)流閥II將氣體的壓力和溫度降低；再進入到膨脹機制冷，將該低溫氣體返回到多通道板翅式換熱器回收冷量后，經(jīng)燃料氣系統(tǒng)回收。其中，①所述的加熱器，其熱源可以是蒸汽、熱油、電或其它高溫介質；使用加熱器提高氣體進膜溫度，保證了氣體偏離其露點溫度10?30°C以上，以防止有液體在膜上凝結，造成膜的損壞。同時進膜氣體溫度升高，可以增加膜的滲透通量，減少膜系統(tǒng)的投資。②分氨尾氣返回到多通道板翅式換熱器，經(jīng)過復熱回收冷量。然后分氨尾氣再經(jīng)過氣氣換熱器，與膜分離過程的高溫滲透氣換熱，提高分氨尾氣的溫度，最后通過加熱器，將氣體的溫度進一步升高，從而保證進入膜分離器的溫度在45?90°C。
[0012]針對上述技術方案，在優(yōu)選的情況下，所述的分離膜材料為聚芳酰胺。常規(guī)的膜材料，如聚酰亞胺、聚砜都不能耐受高的氨氣濃度，所以本發(fā)明中采用聚芳酰胺材料的分離膜，該材料可以在氨氣相濃度小于6%(V/V)的條件下，長期使用。該膜材料的特性是氫氣和氨都優(yōu)先滲透通過膜，在膜的滲透側富集，然后送到合成壓縮機入口，返回到氨合成系統(tǒng)。膜過程可以實現(xiàn)分氨尾氣中90%以上的氫氣和80%以上的氨氣的回收。分離膜的截留側為富集甲烷、氬氣、氮氣的膜分離尾氣。
[0013]7.針對上述技術方案，在優(yōu)選的情況下，所述的節(jié)流閥II為降壓閥，經(jīng)過節(jié)流閥II將氣體的壓力降到1.0?4.0MPa0所述的膨脹機，其能將氣體的溫度降到-20?_70°C。
[0014]針對上述技術方案，在優(yōu)選的情況下，所述的節(jié)流膨脹制冷過程中，合成氨馳放氣進入到多通道板翅式換熱器中逐級冷卻至溫度為-15?-50°C。
[0015]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點:
[0016]1.利用合成氨馳放氣本身的操作壓力，通過節(jié)流膨脹制冷得到低溫氣體，作為冷源將馳放氣中的氨冷凝分離出來，沒有額外的動力消耗。
[0017]2.將傳統(tǒng)的等壓水洗法氨回收相比，得到氨產(chǎn)品為純度大于99%的氣氨，而不是稀氨水，有利于氨的回收利用。
[0018]3.采用能夠長期耐受氨氣相濃度小于6% (V/V)的耐氨膜，從本質上保證了膜分離過程的安全、穩(wěn)定運行。
[0019]4.可以保證90%以上氫氣和90%以上氨的回收。【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖；
[0021]其中，1.多通道板翅式換熱器；2.低溫氣液分離器；3.節(jié)流閥I ;4.氣氣換熱器；5.加熱器；6.膜分離器；7.水冷卻器；8.節(jié)流閥II ；9.膨脹機。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。文中所述的壓力為表壓。
[0023]實施例1
[0024]在圖1所示的回收合成氨馳放氣中氫氣和氨的方法的工藝流程示意圖中，由合成系統(tǒng)排放的合成氨馳放氣，其排放壓力為14MPa，溫度為_4°C，氣量為20000Nm3/hr，組成如下:
[0025]
【權利要求】
1.一種從合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的裝置，其特征在于:包括多通道板翅式換熱器、低溫氣液分離器、氣氣換熱器、加熱器和分離膜，其中: 所述的多通道板翅式換熱器和低溫氣液分離器相連；低溫氣液分離器液氨出口與節(jié)流閥I連接，并通過多通道板翅式換熱器與氣氨回收口相連； 低溫氣液分離器分氨尾氣出口通過連接多通道板翅式換熱器，再依次與氣氣換熱器、加熱器和分離膜相連； 分離膜的滲透側出口通過氣氣換熱器，最終與合成壓縮機相連；分離膜的截留側出口依次與水冷卻器、節(jié)流閥II相連；再通過多通道板翅式換熱器，依次與膨脹機、燃料氣系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的從合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的裝置，其特征在于:所述的分離膜材料為聚芳酰胺。
3.根據(jù)權利要求1所述的從合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的裝置，其特征在于:所述的節(jié)流閥II為降壓閥。
【文檔編號】C01C1/12GK203593618SQ201320844607
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權日:2013年12月18日
【發(fā)明者】馬艷勛, 李泰朧, 楊中維, 杜國棟, 栗廣勇, 李恕廣 申請人:大連歐科膜技術工程有限公司, 楊中維