对合成氨弛放气与贮罐气进行氢回收的方法及装置

摘要

本发明公开了一种对合成氨弛放气与贮罐气进行氢回收的方法及装置，它先对弛放气与贮罐气进行洗氨处理，洗氨后的弛放气送精密过滤器除水雾、预热器调温后进入氢膜分离器，弛放气中的氢气在氢膜分离器的渗透侧利用余压返回合成压缩机，氢膜分离器渗余侧气体减压后与洗氨后的低压贮罐气混合，混合贮罐气送入分子筛吸附器和粉尘过滤器除去残留的氨和水后送入冷箱系统，出冷箱系统的气体作为氢气产品和燃料气。本发明利用弛放气自身高压采用膜分离法回收其中的氢气，膜渗透侧氢气利用余压返回合成压缩机，解决了以往弛放气和贮罐气单独回收氢气而造成的设备复杂、制作维护成本高，氢气等有用气体回收率低的缺点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种对合成氨弛放气与贮罐气回收的方法及装置，特别涉及一种对合成氨弛放气与贮罐气进行氢回收的方法。

背景技术

合成氨是国民经济的支柱产业，产量居各种化工产品首位。同时也是能源消耗大户，世界上大约有10％的能源用于合成氨。随着能源、环境双重危机的日益加剧，合成氨装置的节能减排势在必行。合成氨的尾气主要包括弛放气(从氨合成塔抽取的部分循环气)和贮罐气(液氨贮罐中减压闪蒸出的气体)。合成氨尾气的主要成分为氨、氢氮原料以及甲烷、氩气等惰性组分，从其中提取氢气等有用组分是合成氨装置节能降耗和提高企业经济效益的重要措施。

目前回收合成氨尾气中氢气的主要方法有深冷法、膜分离法和变压吸附法等，三种方法各有利弊：深冷工艺采用弛放气本身的压力进行膨胀制冷降温，使其他组分液化以达到将氢分离的目的。氢气浓度和收率均可达到90％，处理量大，但投资大，能耗高；变压吸附法对于原料要求较低，回收的氢气浓度可达99％，设备简单、能耗低的优点，但存在氢回收率低(约60％)、吸附剂易粉化的不足之处；膜分离法的明显优点是无转动设备，利用合成氨弛放气的高压，实施有功降压，产品氢可利用余压送回合成系统，因此无需动力消耗。氢气浓度、回收率均在90％以上，但膜分离对原料气的要求较高。

在合成氨尾气的氢回收中，上述方法的单独或组合使用仍存在一些不足。具体体现在：由于弛放气和贮罐气的压力相差较大，目前，合成氨厂或者只回收弛放气中的氢，贮罐气回收氨后仅作燃料使用，因而大大降低其利用价值；或者将弛放气与贮罐气分开进行氢回收，这样大幅度增加了设备投资，同时这些方法从合成氨尾气中回收氢气的总回收率还相对较低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种设备投资少、氢气总回收率高的对合成氨弛放气与贮罐气进行氢回收的方法及装置，可以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案：它先对弛放气与贮罐气分别进行洗氨处理，洗氨后的弛放气送精密过滤器除水雾、预热器调温后进入氢膜分离器，弛放气中的氢气在氢膜分离器的渗透侧利用余压返回合成压缩机，氢膜分离器渗余侧气体减压后与洗氨后的低压贮罐气混合，混合贮罐气送入分子筛吸附器和粉尘过滤器除去残留的氨和水后送入冷箱系统，出冷箱系统的气体作为氢气产品和燃料气。

弛放气与贮罐气分别采用弛放气洗氨塔与贮罐气洗氨塔进行洗氨。

进氢膜分离器的温度由预热器调节为40～60℃。

冷箱系统的温度为零下180～190℃，这样可使混合贮罐气中的大部分甲烷、氩气、氮气和一部分氢气被液化，冷箱中产生气液两相，未液化的氢气经氢分离器分离。

分子筛吸附器的数量为两个，两个分子筛吸附器交替使用，气体中残留的氨和水被一个分子筛吸附器吸附时，另一个分子筛吸附器加热再生。

冷箱系统依靠气体节流产生冷量，且在冷箱系统上设有板翅式换热器，混合贮罐气在板翅式换热器中与节流后的低温产物换热。

氢分离器出口的气、液两相分别经减压产生冷量，与进入冷箱系统的混合气进行逆向换热后，气相作为氢气产品，液相作为燃料气离开冷箱。

对合成氨弛放气与贮罐气进行氢回收的装置包括弛放气管和贮罐气管，弛放气管与贮罐气管分别与弛放气洗氨塔和贮罐气洗氨塔进行连接，在弛放气洗氨塔和贮罐气洗氨塔的上端分别通过管道与不同的汽液分离器连接，在与弛放气洗氨塔连接的汽液分离器上通过管道连接有精密过滤器，精密过滤器通过管道与预热器连接，预热器与氢膜分离器连接，在氢膜分离器上设有渗透侧管和渗余侧管，渗透侧管与合成气压缩机连接，渗余侧管连接在贮罐气洗氨塔连接的汽液分离器与分子筛连接的管道上，分子筛通过管道与粉尘过滤器连接，粉尘过滤器与冷箱系统连接，在冷箱系统内设有板翅式换热器，冷箱系统通过管道与氢分离器连接。

在渗透侧管上连接有减压阀。

在氢分离器的气液出口管上分别连接有减压阀，氢分离器的气液出口管连接在冷箱系统上。

与现有技术比较，本发明先对弛放气与贮罐气进行洗氨处理，洗氨后的弛放气送精密过滤器除水雾、预热器调温后进入氢膜分离器，弛放气中的氢气在氢膜分离器的渗透侧用余压返回合成压缩机，氢膜分离器渗余侧气体减压后与洗氨后的低压贮罐气混合，混合贮罐气送入分子筛吸附器和粉尘过滤器除去残留的氨和水后送入冷箱系统，出冷箱系统的气体作为氢气产品和燃料气。这样就可利用弛放气自身高压采用膜分离法回收其中的氢气，膜渗透侧氢气利用余压返回合成压缩机，渗余气减压后与洗氨后的贮罐气混合，送入冷箱提纯其中的氢气，解决了以往弛放气和贮罐气单独回收氢气而造成的设备复杂、制作维护成本高，氢气等有用气体回收率低的缺点。特别适合自身具有深冷分离单元的合成氨厂。弛放气与贮罐气分别采用弛放气洗氨塔与贮罐气洗氨塔进行洗氨，这样气体与由塔顶喷淋下来的软水进行逆向接触，绝大部分氨可被水洗掉；进氢膜分离器的温度由预热器调节为40～60℃，这样可以保证氢膜分离器的正常运行。

同时申请人对本发明进行了大量测试，现随意抽出两组测试数据来计算本发明氢气的回收率：

例一、生产中的弛放气与贮罐气数据如下：

以洗氨后气体中氨含量不大于100PPM计算，弛放气、贮罐气洗氨塔塔底氨水浓度分别约为31％和24％。

氢膜分离器气体数据如下：

冷箱系统气体数据如下：

经检测本发明的氢气总回收率可达到99.5％。

例二：生产中的弛放气与贮罐气数据如下：

以洗氨后气体中氨含量不大于100PPM计算，弛放气、贮罐气洗氨塔塔底氨水浓度分别为22％和14％左右。

氢膜分离器气体数据：

冷箱系统气体数据：

经检测本发明氢气总回收率可达到98.89％。

从以上两组测试数据可明显看出，本发明的氢气总回收率远高于现有的回收合成氨尾气中氢气的回收率，对节能降耗和提高企业经济效益可产生重大影响，具有很好的实用和推广价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，采用弛放气洗氨塔1与贮罐气洗氨塔6分别对弛放气与贮罐气进行洗氨处理，脱除其中的氨，弛放气和贮罐气与由塔顶喷淋下来的软水进行逆向接触，绝大部分氨被水洗掉，洗氨塔底部的产物是浓度约20-30％的氨水溶液；塔顶脱氨气经汽液分离器2脱除夹带的液态水，所得气体中氨含量＜200PPM。洗氨后的弛放气中氢含量约为60％；洗氨后的弛放气经精密过滤器3除去水雾，预热器4调节温度至40-60℃后进入氢膜分离器5。合成氨的合成压力一般在13-30MPa左右，若进入氢膜分离器5回收氢气，通常需减压至12MPa左右。弛放气中的氢分子在聚合物膜材料中优先透过，在渗透侧获得氢气；氮气、甲烷和氩气等则大部分截留在氢膜分离器5高压的渗余侧，渗透气利用余压可以直接沿渗透侧管返回合成气压缩机作为原料；渗余气通过渗余侧管经减压阀后与洗氨后的贮罐气压力相等，并通过渗余侧管与洗氨后的低压贮罐气混合，经过分子筛7和粉尘过滤器8除去残留的氨和水后送入冷箱系统9，冷箱系统9内的冷量由节流产生，出冷箱系统9的气体分别作为氢气产品和燃料气。分子筛吸附器7为交替使用的两个分子筛吸附器，气体中残留的氨和水被一个分子筛吸附器7吸附时，另一个分子筛吸附器7加热再生，解吸出的氨和水送往弛放气系统。在冷箱系统9中设有板翅式换热器，进入冷箱系统9的混合贮罐气在板翅式换热器中与节流后的低温产物换热，温度降至约零下180～190℃，使其中大部分甲烷、氩气、氮气和一部分氢气液化，并经氢分离器10分离。氢分离器10出口的气、液两相分别经减压产生冷量，在板翅式换热器中分别与进入冷箱系统9的混合贮罐混气进行逆向换热后，气相作为氢气产品、液相作为燃料气离开冷箱系统9。