專利名稱：一種用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法及裝置的制作方法
一種用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法及裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于合成氨工業(yè)領(lǐng)域，尤其涉及一種用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法及裝置。
背景技術(shù)：
合成氨工業(yè)是一項(xiàng)基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)，在化學(xué)工業(yè)中占有很重要的地位。合成氨廣泛應(yīng)用于化肥、各種銨鹽、硝酸、炸藥、塑料、合成纖維、油漆、感光材料等產(chǎn)品生產(chǎn)。目前全國合成氨年產(chǎn)量為5000多萬噸，約占全世界產(chǎn)量的三分之一。隨著全球人口達(dá)到70億人并呈較快增長的趨勢，人類對農(nóng)作物增產(chǎn)以及環(huán)境綠化面積擴(kuò)大的需求決定了對合成氨需求的增加。與此同時，合成氨工業(yè)為高能耗產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)原料為煤炭、天然氣、石油等不可再生資源，在資源日趨緊張、節(jié)能減排壓力驟漲的今天，如何降低合成氨原料消耗、降低能源消耗、 減少污染物排放、提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，已成為當(dāng)今合成氨工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的方向。
合成氨裝置出于生產(chǎn)需要，會有氣體放空的操作，這部分放空氣體稱為弛放氣，其中含有氫氣和氨氣。氫和氨分別是合成氨工業(yè)的反應(yīng)物和產(chǎn)品，圍繞弛放氣中氫、氨的回收和利用是合成氨廠節(jié)能減排增效的重要措施。此外，近年來隨著環(huán)保要求的堅(jiān)決貫徹落實(shí)， 合成氨廠還普遍面臨氨水及有毒害氣體排放的環(huán)保壓力，因此，回收氨并減少含氨廢水廢氣的排放不僅是出于增加收益的需要，更是合成氨廠須盡的社會責(zé)任。
合成氨廠可供回收的氫、氨主要有兩個來源 1)高壓合成弛放氣，通常稱為合成放空氣合成氨是以氫氣和氮?dú)鉃榉磻?yīng)物，在較高的壓力和溫度以及合成觸媒催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng)N2+3H2◎ 2NH3,受化學(xué)平衡的限制，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化，未反應(yīng)的隊(duì)和吐經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)與補(bǔ)充的新鮮氣混合后再進(jìn)入合成塔進(jìn)行氨合成反應(yīng)。由于進(jìn)入合成塔的氣體除了隊(duì)和吐以外，還有CHjPAr，這兩種氣體不參與反應(yīng)， 在循環(huán)過程中逐漸累積，不僅消耗循環(huán)壓縮功，還會使合成塔有效容積降低，因此出合成塔混合氣體需要定時或連續(xù)排放，以控制合成塔內(nèi)CH4和Ar的濃度。這部分排放的氣體稱為高壓馳放氣或合成放空氣，排放量約200Nm3/噸氨，其中H2體積分?jǐn)?shù)約為50-60%，NH3體積分?jǐn)?shù)約為5-10%，其余為N2、CH4和Ar。
2)低壓弛放氣，通常稱為液氨儲槽弛放氣合成氨廠液氨當(dāng)中溶解有H2、隊(duì)、CH4、Ar等氣體，減壓進(jìn)入液氨儲罐儲存，在高壓下溶解在液氨中的上述氣體減壓后會釋放出來，與氨蒸汽混合占據(jù)液氨儲槽氣相空間。這部分氣體需要定時排放，排放量約60Nm3/噸氨，稱為低壓弛放氣或液氨儲槽弛放氣，其中H2體積分?jǐn)?shù)約為25-35%(mol)，NH3體積分?jǐn)?shù)約為40-50%(mol)，其余為N2, CH4和Ar。
上述兩股氣源中均含較高體積分?jǐn)?shù)的吐和NH3,如果能回收，無疑會增加可觀的效益。受不同時期回收技術(shù)和回收成本的制約，傳統(tǒng)的合成氨廠吐和NH3的回收利用方法也經(jīng)歷了如下三個逐步發(fā)展的階段。
第一階段等壓回收階段。早期合成氨廠的做法是采用吸收的方法(等壓回收法) 制得氨水來回收弛放氣的氨。具體做法是將高壓弛放氣減壓后與低壓弛放氣合并進(jìn)入吸收塔(通常稱為等壓回收塔)，通常操作壓力在1. 5-2. 5 MPa,以水為吸收劑吸收氨，在塔底獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%(w)左右的氨水，塔頂氣體氨體積分?jǐn)?shù)約0.5-1%，送去燃燒。等壓回收獲得的氨水有三種利用方式直接銷售、生產(chǎn)碳酸氫銨、送尿素解析系統(tǒng)。這種回收方法僅僅是以附加值很低的氨水形式回收了氨，而氫氣并未回收，隨同CH4、&等送去燃燒，非?？上А２⑶胰紵龤庵泻猩倭康陌?，燃燒產(chǎn)生氮氧化物，污染環(huán)境。
第二階段高壓弛放氣氫氨回收階段。早期合成氨廠弛放氣氫回收采用深冷法或變壓吸附法回收氫氣，但投資大、能耗高、氫氣回收率低、操作復(fù)雜，技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性較差。 20世紀(jì)70年代末期，隨著膜分離技術(shù)在合成氨廠氫回收中的應(yīng)用，膜分離技術(shù)已逐漸替代了深冷法和變壓吸附法。合成氨廠從單純氨回收進(jìn)入到氫、氨回收雙管齊下的階段。通過膜分離，滲透氣中氫回收率和氫體積分?jǐn)?shù)均大于90%，回收氫氣返回合成系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)合成氨增產(chǎn)3-4%。膜分離尾氣主要組成是CH4、N2以及少量的H2和Ar，送去燃燒。
由于氨對膜材料有害，高壓弛放氣進(jìn)入膜分離器之前必須脫除氨。高壓弛放氣中的氨在膜分離裝置高壓氨吸收塔中吸收，氨體積分?jǐn)?shù)控制在0. 02%以下，操作壓力在 8-13MPa，低壓弛放氣仍在等壓回收塔內(nèi)吸收。氨仍是以氨水形式回收。
第三階段高低壓弛放氣膜分離氫氨回收階段。在上述第二階段，低壓弛放氣中的氫仍未得到回收，這主要受限于三個方面第一，膜分離需要以壓差為推動力，低壓弛放氣壓力低，推動力小，受既有膜滲透分離性能的限制，單根膜分離器回收的氫氣量少，為了提高氫回收率，只能通過增加膜分離器的數(shù)量，造成裝置投資大幅度增加，經(jīng)濟(jì)性差；第二，低壓氨吸收困難，難以保證入膜氨含量(<20ppm)的要求；第三，與合成放空氣相比，這部分氫氣相對較少，未引起充分重視。
但是，隨著一些工業(yè)應(yīng)用性能優(yōu)良的氫回收膜材料的問世，以及國產(chǎn)高性能低壓膜分離組件的成功應(yīng)用，膜分離器在0. 8-1. 5MPa的操作壓差下即可獲得較高的H2回收率， 同時，高效氨吸收塔的設(shè)計(jì)開發(fā)，使低壓弛放氣氨吸收能夠達(dá)到膜分離對氨含量的要求。上述技術(shù)進(jìn)步使膜分離用于低壓弛放氣氫回收變得經(jīng)濟(jì)適用，能為用戶創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效■、Λfrff. ο
低壓馳放氣的膜分離氫氨回收工藝過程與高壓弛放氣一樣，滲透氣中氫回收率和氫體積分?jǐn)?shù)均大于90%，回收氫氣返回合成系統(tǒng)，膜分離非滲透氣主要組成是CH4、N2以及少量的H2和Ar，送去燃燒。氨以氨水形式回收。
氫、氨回收經(jīng)歷上述三個發(fā)展階段，已將合成氨廠可供回收的氫氨都納入了回收范圍。但是，這三個階段有一個共同的問題一直沒有解決，即氨的高效回收利用和氨水排放問題。前面提到的氨水的三種利用方式，實(shí)際上面臨很大的問題，氨水直接銷售市場有限， 多數(shù)合成氨廠氨水沒有銷路，又達(dá)不到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，只能立足于自我消化吸收，用來生產(chǎn)碳銨或送尿素解析系統(tǒng)。對于合成氨廠來說，碳銨生產(chǎn)是不經(jīng)濟(jì)的，而尿素解析系統(tǒng)往往處理不了這么多的氨水，回收的氨水成了企業(yè)的負(fù)擔(dān)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種合成氨廠氫氨回收的方法和裝置，既能將所有合成氨廠排放的氫和氨納入高效回收范圍，又能使水資源循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)含氨氮廢水零排放，有毒害氣體零排放。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法，其特征在于依次經(jīng)過以下三個單元的處理1)高壓弛放氣膜分離氫回收單元處理；2)低壓弛放氣膜分離氫回收單元處理；3)氨水精餾單元處理。
單元1)所述高壓弛放氣膜分離氫回收單元和單元2)所述的低壓弛放氣膜分離氫回收單元均包括以下步驟1)弛放氣中氨的吸收處理；2)氣液分離處理；3)膜分離處理；4)氣體后處理；5)氨水后處理。
單元3)所述的氨水精餾單元包括以下步驟1)氨水預(yù)熱處理；2)氨水精餾處理；3)氣氨冷凝處理；4)液氨后處理；5)釜液再沸處理；6)釜液循環(huán)處理。
所述的單元1)和單元2)中的步驟1)對弛放氣中氨的吸收處理是將高、低壓弛放氣分別通入高壓氨吸收塔、低壓氨吸收塔，同時注入吸收劑對馳放氣中的氨氣進(jìn)行吸收處理，高壓氨吸收塔吸收劑通過高壓柱塞水泵注入，低壓氨吸收塔收劑通過低壓離心泵注入或利用氨水精餾塔釜液壓力直接注入。
所述的單元1)和單元2)中的步驟4)氣體后處理是將經(jīng)過高、低壓膜分離器處理后的氣體，其中高壓膜滲透氣和低壓膜滲透氣，分別返回合成循環(huán)壓縮機(jī)不同壓縮級，高壓膜尾氣和低壓膜尾氣減壓后合并送往燃?xì)夤芫W(wǎng)或氣柜。
所述的單元1)和單元2)中的步驟5)氨水后處理是將高壓氨吸收塔塔底氨水減壓至1. 5 MPa -2. 5MPa，低壓氨吸收塔塔底氨水經(jīng)氨水離心泵增壓至1. 5 MPa -2. 5MPa，兩者合并后送往氨水精餾單元。
所述的單元3)中的步驟4)液氨后處理是將步驟3)氣氨冷凝處理產(chǎn)生的液氨引入液氨回流罐，并通過罐底液氨出口處液氨離心泵將液氨加壓后，一部分從精餾塔頂回流， 一部分作為液氨產(chǎn)品送往液氨儲槽，液氨回流罐內(nèi)少量不凝氣并入低壓弛放氣管線，進(jìn)入低壓氨吸收塔。
所述的單元3)中的步驟6)釜液循環(huán)處理是將精餾塔底釜液經(jīng)過預(yù)換熱器被氨水冷卻至110°C -160°c，再經(jīng)過水冷卻器，降溫至30-50°C，一部分直接送低壓氨吸收塔，一部分送脫鹽水槽，作為氨吸收塔吸收劑循環(huán)利用。7
一種用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的裝置，其特征在于由上至下依次包括高壓弛放氣膜分離氫回收單元、低壓弛放氣膜分離氫回收單元和氨水精餾單元；所述高壓弛放氣膜分離氫回收單元、低壓弛放氣膜分離氫回收單元和氨水精餾單元包括高壓氨吸收塔、高壓氣液分離器、高壓套管加熱器、高壓膜分離器、脫鹽水儲槽、高壓柱塞水泵、低壓氨吸收塔、低壓氣液分離器、低壓套管加熱器、低壓膜分離器、脫鹽水離心泵、氨水離心泵、精餾塔、再沸器、水冷卻器、預(yù)換熱器、塔頂冷凝器、液氨回流罐、液氨離心泵、備用儲槽、調(diào)節(jié)閥、在線檢測儀表；從裝置外引入的高壓弛放氣管接入所述高壓氨吸收塔填料下部，所述脫鹽水儲槽脫鹽水出口管線通過所述高壓柱塞水泵接入所述高壓氨吸收塔填料上部，所述高壓氨吸收塔頂部接管與高壓氣液分離器入口相連，所述的高壓氣液分離器頂部出口管與所述高壓套管加熱器相連，所述套管加熱器出口管與所述高壓膜分離器入口相連，所述高壓膜分離器的滲透氣管與裝置外合成循環(huán)壓縮機(jī)相連，所述的高壓膜分離器尾氣出口管與所述的低壓膜分離尾氣管合并后與裝置外燃?xì)夤芫W(wǎng)或氣柜相連；所述高壓氨吸收塔底部出口管與所述的低壓氨吸收塔底部出口管合并后與預(yù)換熱器管程接口相連；從裝置外引入的蒸汽管與所述的高壓套管加熱器套管相連，在所述的高壓氣液分離器內(nèi)裝填有除霧原件；從裝置外引入的低壓弛放氣管接入所述低壓氨吸收塔填料下部，所述脫鹽水儲槽脫鹽水出口管線通過所述低壓離心水泵接入所述低壓氨吸收塔填料上部，所述低壓氨吸收塔頂部接管與低壓氣液分離器入口相連，所述的低壓氣液分離器頂部出口管與所述低壓套管加熱器相連，所述低壓套管加熱器出口管與所述低壓膜分離器入口相連，所述低壓膜分離器的滲透氣管與裝置外合成循環(huán)壓縮機(jī)相連，所述的低壓膜分離器尾氣出口管與所述的高壓膜分離尾氣管合并后與裝置外燃?xì)夤芫W(wǎng)或氣柜相連；所述低壓氨吸收塔底部出口管與氨水離心泵入口相連，氨水離心泵出口管線與所述的高壓氨吸收塔底部出口管合并后分為兩支管線，其中，一支管線與預(yù)換熱器管程接口相連，另一支管線與裝置外氨水儲槽相連；從裝置外引入的蒸汽管與所述的低壓套管加熱器套管相連，在所述的低壓氣液分離器內(nèi)裝填有除霧原件；所述的預(yù)換熱器管程出口氨水管線與所述精餾塔氨水入口相連，所述精餾塔頂部出口管線與所述的塔頂冷凝器殼程入口相連，所述的塔頂冷凝器殼程出口管線與所述的液氨回流罐頂部入口相連，從裝置外引入的循環(huán)冷卻水管線與所述的塔頂冷凝器管程入口相連， 所述的塔頂冷凝器管程出口管線與裝置外循環(huán)冷卻水回水管線相連；所述液氨回流罐底部出口管線與所述的液氨離心泵入口相連，所述的液氨離心泵出口管線分為兩支管線，所述的液氨離心泵出口管線中的一支為液氨管線與裝置外液氨儲槽相連，所述的液氨離心泵出口管線中的另一支為回流管線與所述精餾塔頂部回流接口相連，所述的液氨回流罐頂部不凝氣出口管線與低壓弛放氣管線合并后與低壓氨吸收塔進(jìn)氣口相連；所述精餾塔底部釜液設(shè)兩個出口，所述精餾塔底部釜液的一個出口管線與再沸器底部接口相連，再沸器頂部出口與精餾塔側(cè)口相連，從裝置外引入的蒸汽管線與再沸器蒸汽接口相連，再沸器底部冷凝水接口管線與裝置外冷凝水回收管線相連，所述精餾塔底部釜液另一個出口管線與所述預(yù)換熱器殼程入口相連，所述預(yù)換熱器殼程出口管線與所述水冷卻器殼程入口相連，所述水冷卻器殼程出口管線分為三支管線，所述水冷卻器殼程出口一支管線與脫鹽水儲槽入口相連，所述水冷卻器殼程出口第二支管線與所述的低壓氨吸收塔入水接口相連，所述水冷卻器殼程出口第三支管線與所述的備用儲槽入水口相連，從裝置外引入的循環(huán)冷卻水管線與所述的水冷卻器管程入口相連，所述的水冷卻器管程出口管線與裝置外循環(huán)冷卻水回水管線相連；在所述高壓弛放氣管、高壓膜滲透氣管、高壓膜尾氣管、高壓氨吸收塔底部氨水管、高壓套管加熱器蒸汽管、低壓弛放氣管、低壓膜滲透氣管、低壓膜尾氣管、低壓氨吸收塔底部氨水管、低壓套管加熱器蒸汽管、精餾塔液氨回流管、液氨輸送管、再沸器蒸汽管、液氨回流罐不凝氣排放管上均安裝有自動調(diào)節(jié)閥和在線檢測儀表。
通過在線檢測儀表及調(diào)節(jié)閥對壓力、液位、溫度、流量進(jìn)行控制；對壓力、液位、溫度、水泵進(jìn)水量、精餾塔釜液氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)自動檢測顯示并設(shè)超限報警聯(lián)鎖；對入膜氨含量定期分析監(jiān)測，對滲透氣、尾氣、液氨回流、再沸器加熱蒸汽流量在線監(jiān)測，可保證裝置穩(wěn)定運(yùn)行出現(xiàn)對裝置安全造成威脅的情況時，裝置可實(shí)現(xiàn)自動停車并進(jìn)入封閉保護(hù)狀態(tài)，保證裝置不被損壞。裝置還可實(shí)現(xiàn)高壓弛放氣膜分離氫回收、低壓弛放氣膜分離氫回收、氨水精餾三個單元同時運(yùn)行或部分運(yùn)行，操作靈活。
該用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法及裝置具有以下有益效果(1)本發(fā)明的方法與膜分離方法、精餾方法、等壓回收方法相比，本發(fā)明采用膜分離-精餾集成技術(shù)方法，將合成氨廠高壓弛放氣、低壓弛放氣中的氫和氨均納入回收范圍， 氫回收率高于90%，回收氫氣體積分?jǐn)?shù)高于90%，氨以液氨形式回收，回收率達(dá)到100%，回收液氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于99. 6%，克服了以往回收方法只能回收氫氣或只能回收氨的缺點(diǎn)。
(2)本發(fā)明中的脫鹽水循環(huán)利用，既節(jié)省資源，又實(shí)現(xiàn)了含氨廢水零排放，解決了合成氨廠氨水排放的環(huán)保問題。
(3)本發(fā)明弛放氣氨吸收處理過程氨脫除率高，膜分離尾氣作為燃?xì)馊紵龝r，燃燒產(chǎn)物中基本沒有環(huán)境危害較大的氮氧化物(NOx)，解決了合成氨廠有害廢氣排放問題。
(4)本發(fā)明裝置既可作為一個整體裝置運(yùn)行，也可實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)各單元分別投入運(yùn)行，操作靈活方便。
(5)本發(fā)明通過完善的自控系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測控制裝置各項(xiàng)工藝參數(shù)，確保膜分離-精餾集成裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行。


圖1 本發(fā)明用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法所使用的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明1一高壓氨吸收塔；2—高壓氣液分離器；3—高壓套管加熱器；4一高壓膜分離器；5— 脫鹽水儲槽；6—高壓柱塞水泵；7—低壓氨吸收塔；8—低壓氣液分離器；9一低壓套管加熱器；10—低壓膜分離器；11 一脫鹽水離心泵；12—氨水離心泵；13—精餾塔；14一再沸器； 15—水冷卻器；16—預(yù)換熱器；17—塔頂冷凝器；18—液氨回流罐；19一液氨離心泵；20— 備用儲槽；21—調(diào)節(jié)閥；22—在線檢測儀表。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明如圖1所示，本發(fā)明公開了一種用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的裝置，包括高壓氨吸收塔1、高壓氣液分離器2、高壓套管加熱器3、高壓膜分離器4、脫鹽水儲槽5、高壓柱塞水泵6、低壓氨吸收塔7、低壓氣液分離器8、低壓套管加熱器9、低壓膜分離器10、脫鹽水離心泵11、氨水離心泵12、精餾塔13、再沸器14、水冷卻器15、預(yù)換熱器16、塔頂冷凝器17、液氨回流罐18、液氨離心泵19、備用儲槽20、調(diào)節(jié)閥21、在線檢測儀表22 ο
從裝置外引入的高壓弛放氣管接入所述高壓氨吸收塔1填料下部，所述脫鹽水儲槽5脫鹽水出口管線通過所述高壓柱塞水泵6接入所述高壓氨吸收塔1填料上部，所述高壓氨吸收塔1頂部接管與高壓氣液分離器2入口相連，所述的高壓氣液分離器2頂部出口管與所述高壓套管加熱器3相連，所述套管加熱器3出口管與所述高壓膜分離器4入口相連，所述高壓膜分離器4的滲透氣管與裝置外合成循環(huán)壓縮機(jī)相連，所述的高壓膜分離器4 尾氣出口管與所述的低壓膜分離尾氣管合并后與裝置外燃?xì)夤芫W(wǎng)或氣柜相連；所述高壓氨吸收塔1底部出口管與所述的低壓氨吸收塔7底部出口管合并后與預(yù)換熱器16管程接口相連；從裝置外引入的蒸汽管與所述的高壓套管加熱器3套管相連，在所述的高壓氣液分離器2內(nèi)裝填有除霧原件。
從裝置外引入的低壓弛放氣管接入所述低壓氨吸收塔7填料下部，所述脫鹽水儲槽5脫鹽水出口管線通過所述低壓離心水泵11接入所述低壓氨吸收塔7填料上部，所述低壓氨吸收塔7頂部接管與低壓氣液分離器8入口相連，所述的低壓氣液分離器8頂部出口管與所述低壓套管加熱器9相連，所述低壓套管加熱器9出口管與所述低壓膜分離器10入口相連，所述低壓膜分離器10的滲透氣管與裝置外合成循環(huán)壓縮機(jī)相連，所述的低壓膜分離器10尾氣出口管與所述的高壓膜分離尾氣管合并后與裝置外燃?xì)夤芫W(wǎng)或氣柜相連；所述低壓氨吸收塔7底部出口管與氨水離心泵12入口相連，氨水離心泵12出口管線與所述的高壓氨吸收塔1底部出口管合并后分為兩支管線，其中，一支管線與預(yù)換熱器16管程接口相連，另一支管線與裝置外氨水儲槽相連；從裝置外引入的蒸汽管與所述的低壓套管加熱器9套管相連，在所述的低壓氣液分離器8內(nèi)裝填有除霧原件。
所述的預(yù)換熱器16管程出口氨水管線與訴述精餾塔13氨水入口相連，所述精餾塔13頂部出口管線與所述的塔頂冷凝器17殼程入口相連，所述的塔頂冷凝器17殼程出口管線與所述的液氨回流罐18頂部入口相連，從裝置外引入的循環(huán)冷卻水管線與所述的塔頂冷凝器17管程入口相連，所述的塔頂冷凝器17管程出口管線與裝置外循環(huán)冷卻水回水管線相連；所述液氨回流罐18底部出口管線與所述的液氨離心泵19入口相連，所述的液氨離心泵19出口管線分為兩支管線，液氨離心泵19出口管線中的一支為液氨管線與裝置外液氨儲槽相連，液氨離心泵19出口管線中的另一支為回流管線與所述精餾塔13頂部回流接口相連，所述的液氨回流罐18頂部不凝氣出口管線與低壓弛放氣管線合并后與低壓氨吸收塔7進(jìn)氣口相連；所述精餾塔13底部釜液設(shè)兩個出口，精餾塔13底部釜液一個出口管線與再沸器14底部接口相連，再沸器14頂部出口與精餾塔13側(cè)口相連，從裝置外引入的蒸汽管線與再沸器14蒸汽接口相連，再沸器14底部冷凝水接口管線與裝置外冷凝水回收管線相連，所述精餾塔13底部釜液另一個出口管線與所述預(yù)換熱器16殼程入口相連，所述預(yù)換熱器16殼程出口管線與所述水冷卻器15殼程入口相連，所述水冷卻器15殼程出口管線分為三支管線，水冷卻器15殼程出口管線一支管線與脫鹽水儲槽5入口相連，水冷卻器 15殼程出口管線第二支管線與所述的低壓氨吸收塔7入水接口相連，水冷卻器15殼程出口管線第三支管線與所述的備用儲槽20入水口相連，從裝置外引入的循環(huán)冷卻水管線與所述的水冷卻器15管程入口相連，所述的水冷卻器15管程出口管線與裝置外循環(huán)冷卻水回水管線相連。
在所述高壓弛放氣管、高壓膜滲透氣管、高壓膜尾氣管、高壓氨吸收塔底部氨水管、高壓套管加熱器蒸汽管、低壓弛放氣管、低壓膜滲透氣管、低壓膜尾氣管、低壓氨吸收塔底部氨水管、低壓套管加熱器蒸汽管、精餾塔液氨回流管、液氨輸送管、再沸器蒸汽管、液氨回流罐不凝氣排放管上均安裝有自動調(diào)節(jié)閥和在線檢測儀表。
通過在線檢測儀表及調(diào)節(jié)閥對壓力、液位、溫度、流量進(jìn)行控制；對壓力、液位、溫度、水泵進(jìn)水量、精餾塔釜液氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)自動檢測顯示并設(shè)超限報警聯(lián)鎖；對入膜氨含量定期分析監(jiān)測，對滲透氣、尾氣、液氨回流、再沸器加熱蒸汽流量在線監(jiān)測。
實(shí)施例1高、低壓弛放氣分別通入高壓氨吸收塔1、低壓氨吸收塔7，同時通過高壓柱塞泵6和低壓離心水泵11分別向高壓氨吸收塔1和低壓氨吸收塔7泵入吸收劑對馳放氣中的氨氣進(jìn)行吸收處理，裝置初始運(yùn)行時，吸收劑為裝置外送入的脫鹽水，穩(wěn)定運(yùn)行后吸收劑為精餾塔 13釜液。高壓弛放氣經(jīng)過吸收處理后的氨含量低于200ppm，低壓弛放氣經(jīng)過吸收處理后的氨含量低于20ppm。除氨后的高、低壓弛放氣分別通入高壓氣液分離器2、低壓氣液分離器8 進(jìn)行氣液分離除去浹帶的霧狀液滴。經(jīng)過氣液分離后的高、低壓弛放氣分別通過高壓套管式加熱器3、低壓套管式加熱器9加熱，弛放氣走套管式加熱器芯管，蒸汽走套管，高、低壓弛放氣分別被加熱至50°C，此時弛放氣中的水含量遠(yuǎn)離飽和點(diǎn)，可防止弛放氣進(jìn)入高壓膜分離器4和低壓膜分離器10后產(chǎn)生水霧，影響分離性能，加熱后的高、低壓弛放氣再分別進(jìn)入高壓膜分離器4、低壓膜分離器10進(jìn)行處理，高壓膜分離器4、低壓膜分離器10內(nèi)中空纖維膜分別能承受llMPa、2.5 Mb壓差。高、低壓弛放氣中的氫氣分別在高壓膜分離器4、低壓膜分離器10內(nèi)以壓差為推動力滲透過膜，其中透過膜的氫氣分別形成高壓膜滲透氣和低壓膜滲透氣，分別返回裝置外合成循環(huán)壓縮機(jī)不同壓縮級，未透過膜的氣體形成高壓膜尾氣和低壓膜尾氣，減壓后合并送往燃?xì)夤芫W(wǎng)或氣柜。水在氨吸收塔1或7內(nèi)吸收氨后變?yōu)榘彼邏喊蔽账?塔底氨水減壓至2. 5MPa，低壓氨吸收塔7塔底氨水經(jīng)氨水離心泵 12增壓至2. 5MPa，兩者合并后送往預(yù)換熱器16，在預(yù)換熱器16中被精餾塔釜液預(yù)加熱，氨水溫度約60°C，精餾塔釜液溫度約220°C，經(jīng)過預(yù)換熱器16后，氨水被加熱到約110°C，精餾塔釜液被冷卻到約150°C。被加熱后的氨水經(jīng)過精餾塔13精餾處理，精餾塔13為高效填料塔，在精餾段，氨水汽化后氣相中氣氨逐級提濃，在塔頂?shù)玫劫|(zhì)量分?jǐn)?shù)高于99. 6%的氣氨。精餾塔頂氣體經(jīng)過塔頂冷凝器17，以循環(huán)冷卻水冷卻至40°C以下，使氨氣液化為液氨， 液氨引入液氨回流罐18，通過罐底液氨出口處液氨離心泵19將液氨加壓后，一部分從精餾塔頂回流，一部分作為液氨產(chǎn)品送往裝置外液氨儲槽。液氨回流罐18內(nèi)少量不凝氣并入低壓弛放氣管線，隨低壓弛放氣進(jìn)入低壓氨吸收塔7。在精餾塔13提餾段，氨水中的氨濃度逐漸降低，在塔底釜液得到氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過200ppm的水。精餾塔底釜液進(jìn)入再沸器14，通過蒸汽將釜液加熱至沸點(diǎn)沸騰，使釜液汽化后返回精餾塔13內(nèi)。精餾塔底釜液經(jīng)過預(yù)換熱器16被進(jìn)精餾塔13的氨水冷卻至約145°C，再經(jīng)過水冷卻器15，降溫至約40°C，一部分直接送低壓氨吸收塔7，一部分送脫鹽水儲槽5，為氨吸收塔1或7提供吸收用水，循環(huán)利用。
通過在線檢測儀表22及調(diào)節(jié)閥21對壓力、液位、溫度、流量進(jìn)行控制；對壓力、液位、溫度、水泵進(jìn)水量、精餾塔釜液氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)自動檢測顯示并設(shè)超限報警聯(lián)鎖；對入膜氨含量定期分析監(jiān)測，對滲透氣、尾氣、液氨回流、再沸器14加熱蒸汽流量在線監(jiān)測，根據(jù)檢測值由調(diào)節(jié)閥21自動調(diào)節(jié)至設(shè)定值，以保證裝置穩(wěn)定運(yùn)行。通過設(shè)定的自動控制方案，裝置可實(shí)現(xiàn)高壓弛放氣膜分離氫回收、低壓弛放氣膜分離氫回收、氨水精餾三個單元同時運(yùn)行或部分運(yùn)行，操作靈活。
若有檢測值超出設(shè)定范圍上下限，出現(xiàn)對裝置安全造成威脅的情況時，裝置可實(shí)現(xiàn)自動停車，停車后各調(diào)節(jié)閥自動關(guān)閉，裝置與外界封閉，可確保裝置使用安全。
經(jīng)檢測，本實(shí)施例的氫氣回收率達(dá)到90. 7%，氨回收率達(dá)到100%，回收氫氣體積分?jǐn)?shù)分別達(dá)到91. 33%、91. 88%，回收液氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99. 9%，具體數(shù)據(jù)見表1 (各工藝點(diǎn)字母序號同圖1)。
權(quán)利要求
1.一種用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法，其特征在于依次經(jīng)過以下三個單元的處理1)高壓弛放氣膜分離氫回收單元處理；2)低壓弛放氣膜分離氫回收單元處理；3)氨水精餾單元處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法，其特征在于單元1)所述高壓弛放氣膜分離氫回收單元和單元2)所述的低壓弛放氣膜分離氫回收單元均包括以下步驟1)弛放氣中氨的吸收處理；2)氣液分離處理；3)膜分離處理；4)氣體后處理；5)氨水后處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法，其特征在于單元3)所述的氨水精餾單元包括以下步驟1)氨水預(yù)熱處理；2)氨水精餾處理；3)氣氨冷凝處理；4)液氨后處理；5)釜液再沸處理；6)釜液循環(huán)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法，其特征在于所述的單元1)和單元2)中的步驟1)對弛放氣中氨的吸收處理是將高、低壓弛放氣分別通入高壓氨吸收塔、低壓氨吸收塔，同時注入吸收劑對馳放氣中的氨氣進(jìn)行吸收處理，高壓氨吸收塔吸收劑通過高壓柱塞水泵注入，低壓氨吸收塔收劑通過低壓離心泵注入或利用氨水精餾塔釜液壓力直接注入。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法，其特征在于所述的單元1)和單元2)中的步驟4)氣體后處理是將經(jīng)過高、低壓膜分離器處理后的氣體，其中高壓膜滲透氣和低壓膜滲透氣，分別返回合成循環(huán)壓縮機(jī)不同壓縮級，高壓膜尾氣和低壓膜尾氣減壓后合并送往燃?xì)夤芫W(wǎng)或氣柜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法，其特征在于所述的單元1)和單元2)中的步驟5)氨水后處理是將高壓氨吸收塔塔底氨水減壓至1.5 MPa -2. 5MPa，低壓氨吸收塔塔底氨水經(jīng)氨水離心泵增壓至1.5 MPa -2. 5MPa，兩者合并后送往氨水精餾單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法，其特征在于所述的單元3)中的步驟4)液氨后處理是將步驟3)氣氨冷凝處理產(chǎn)生的液氨引入液氨回流罐，并通過罐底液氨出口處液氨離心泵將液氨加壓后，一部分從精餾塔頂回流，一部分作為液氨產(chǎn)品送往液氨儲槽，液氨回流罐內(nèi)少量不凝氣并入低壓弛放氣管線，進(jìn)入低壓氨吸收塔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法，其特征在于所述的單元3)中的步驟6)釜液循環(huán)處理是將精餾塔底釜液經(jīng)過預(yù)換熱器被氨水冷卻至110°C -160°C，再經(jīng)過水冷卻器，降溫至30-50°C，一部分直接送低壓氨吸收塔，一部分送脫鹽水槽，作為氨吸收塔吸收劑循環(huán)利用。
9.一種用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的裝置，其特征在于 由上至下依次包括高壓弛放氣膜分離氫回收單元、低壓弛放氣膜分離氫回收單元和氨水精餾單元；所述高壓弛放氣膜分離氫回收單元、低壓弛放氣膜分離氫回收單元和氨水精餾單元包括高壓氨吸收塔(1)、高壓氣液分離器(2)、高壓套管加熱器(3)、高壓膜分離器(4)、脫鹽水儲槽(5)、高壓柱塞水泵(6)、低壓氨吸收塔(7)、低壓氣液分離器(8)、低壓套管加熱器(9)、 低壓膜分離器(10)、脫鹽水離心泵(11)、氨水離心泵(12)、精餾塔(13)、再沸器(14)、水冷卻器(15)、預(yù)換熱器(16)、塔頂冷凝器(17)、液氨回流罐(18)、液氨離心泵(19)、備用儲槽 (20)、調(diào)節(jié)閥(21)、在線檢測儀表(22)；從裝置外引入的高壓弛放氣管接入所述高壓氨吸收塔(1)填料下部，所述脫鹽水儲槽 (5 )脫鹽水出口管線通過所述高壓柱塞水泵(6 )接入所述高壓氨吸收塔(1)填料上部，所述高壓氨吸收塔(1)頂部接管與高壓氣液分離器(2)入口相連，所述的高壓氣液分離器(2)頂部出口管與所述高壓套管加熱器(3)相連，所述套管加熱器(3)出口管與所述高壓膜分離器(4)入口相連，所述高壓膜分離器(4)的滲透氣管與裝置外合成循環(huán)壓縮機(jī)相連，所述的高壓膜分離器(4)尾氣出口管與所述的低壓膜分離尾氣管合并后與裝置外燃?xì)夤芫W(wǎng)或氣柜相連；所述高壓氨吸收塔(1)底部出口管與所述的低壓氨吸收塔(7)底部出口管合并后與預(yù)換熱器(16)管程接口相連；從裝置外引入的蒸汽管與所述的高壓套管加熱器(3)套管相連，在所述的高壓氣液分離器(2)內(nèi)裝填有除霧原件；從裝置外引入的低壓弛放氣管接入所述低壓氨吸收塔(7)填料下部，所述脫鹽水儲槽 (5)脫鹽水出口管線通過所述低壓離心水泵(11)接入所述低壓氨吸收塔(7)填料上部，所述低壓氨吸收塔(7)頂部接管與低壓氣液分離器(8)入口相連，所述的低壓氣液分離器(8) 頂部出口管與所述低壓套管加熱器(9)相連，所述低壓套管加熱器(9)出口管與所述低壓膜分離器(10)入口相連，所述低壓膜分離器(10)的滲透氣管與裝置外合成循環(huán)壓縮機(jī)相連，所述的低壓膜分離器(10)尾氣出口管與所述的高壓膜分離尾氣管合并后與裝置外燃?xì)夤芫W(wǎng)或氣柜相連；所述低壓氨吸收塔(7)底部出口管與氨水離心泵(12)入口相連，氨水離心泵(12)出口管線與所述的高壓氨吸收塔(1)底部出口管合并后分為兩支管線，其中，一支管線與預(yù)換熱器(16)管程接口相連，另一支管線與裝置外氨水儲槽相連；從裝置外引入的蒸汽管與所述的低壓套管加熱器(9)套管相連，在所述的低壓氣液分離器(8)內(nèi)裝填有除霧原件；所述的預(yù)換熱器(16)管程出口氨水管線與所述精餾塔(13)氨水入口相連，所述精餾塔(13)頂部出口管線與所述的塔頂冷凝器(17)殼程入口相連，所述的塔頂冷凝器(17)殼程出口管線與所述的液氨回流罐(18)頂部入口相連，從裝置外引入的循環(huán)冷卻水管線與所述的塔頂冷凝器(17)管程入口相連，所述的塔頂冷凝器(17)管程出口管線與裝置外循環(huán)冷卻水回水管線相連；所述液氨回流罐(18)底部出口管線與所述的液氨離心泵(19)入口相連，所述的液氨離心泵(19)出口管線分為兩支管線，所述的液氨離心泵(19)出口管線中的一支為液氨管線與裝置外液氨儲槽相連，所述的液氨離心泵(19)出口管線中的另一支為回流管線與所述精餾塔(13)頂部回流接口相連，所述的液氨回流罐(18)頂部不凝氣出口管線與低壓弛放氣管線合并后與低壓氨吸收塔(7 )進(jìn)氣口相連；所述精餾塔(13 )底部釜液設(shè)兩個出口，所述精餾塔(13)底部釜液的一個出口管線與再沸器(14)底部接口相連，再沸器(14)頂部出口與精餾塔(1 側(cè)口相連，從裝置外引入的蒸汽管線與再沸器(14)蒸汽接口相連，再沸器(14)底部冷凝水接口管線與裝置外冷凝水回收管線相連，所述精餾塔 (13)底部釜液另一個出口管線與所述預(yù)換熱器(16)殼程入口相連，所述預(yù)換熱器(16)殼程出口管線與所述水冷卻器(1 殼程入口相連，所述水冷卻器(1 殼程出口管線分為三支管線，所述水冷卻器(1 殼程出口一支管線與脫鹽水儲槽( 入口相連，所述水冷卻器 (15)殼程出口第二支管線與所述的低壓氨吸收塔(7)入水接口相連，所述水冷卻器(15)殼程出口第三支管線與所述的備用儲槽(20)入水口相連，從裝置外引入的循環(huán)冷卻水管線與所述的水冷卻器(15)管程入口相連，所述的水冷卻器(15)管程出口管線與裝置外循環(huán)冷卻水回水管線相連；在所述高壓弛放氣管、高壓膜滲透氣管、高壓膜尾氣管、高壓氨吸收塔底部氨水管、高壓套管加熱器蒸汽管、低壓弛放氣管、低壓膜滲透氣管、低壓膜尾氣管、低壓氨吸收塔底部氨水管、低壓套管加熱器蒸汽管、精餾塔液氨回流管、液氨輸送管、再沸器蒸汽管、液氨回流罐不凝氣排放管上均安裝有自動調(diào)節(jié)閥(21)和在線檢測儀表(22 )。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的裝置，其特征在于通過所述在線檢測儀表(22)及調(diào)節(jié)閥(21)對壓力、液位、溫度、流量進(jìn)行控制；對壓力、液位、溫度、水泵進(jìn)水量、精餾塔釜液氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)自動檢測顯示并設(shè)超限報警聯(lián)鎖；對入膜氨含量定期分析監(jiān)測，對滲透氣、尾氣、液氨回流、再沸器加熱蒸汽流量在線監(jiān)測。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用膜分離-精餾集成技術(shù)從合成氨弛放氣中回收氫和氨的方法及其生產(chǎn)裝置，其方法依次經(jīng)過以下三個單元的處理1)高壓弛放氣膜分離氫回收單元處理；2)低壓弛放氣膜分離氫回收單元處理；3)氨水精餾單元處理。單元1)和單元2)回收氫氣并產(chǎn)生氨水，單元3)從氨水中回收液氨，并將精餾釜液作為氨吸收用水循環(huán)利用。本發(fā)明為合成氨行業(yè)提供了一種氫氨回收整體解決方案，與傳統(tǒng)單純用等壓回收方法、膜分離方法或氨水精餾方法回收氫或氨相比，本發(fā)明克服了回收范圍覆蓋不全問題和有害廢液廢氣排放問題，在回收氫氨的同時，將含氨廢水排放降為零，有毒害氣體排放降為零，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益最大化的目標(biāo)。
文檔編號C01B3/56GK102530990SQ201110433750
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者尹中升, 徐徜徉, 李屹, 楊文皓, 鄧麥村, 鄺怡超, 黃震宇 申請人:天邦膜技術(shù)國家工程研究中心有限責(zé)任公司