氨合成循环气中甲烷气体放空节能装置

摘要

本发明公开了一种氨合成循环气中甲烷气体放空节能装置，属于合成法制氨领域，用以解决现有技术生产氨气的过程中80％以上的有效的氮氢气随放空气体一起损失掉，导致资源能源浪费，单位产品成本升高的问题。本发明所述的氨合成循环气中甲烷气体放空节能装置，包括氨合成塔、入塔管线和出塔管线，以及设置在出塔管线上的合成气体冷却器，出塔管线上设有与合成气体冷却器并行的管线Ⅰ，管线Ⅰ上设有氨冷却回收器，管线Ⅰ上氨冷却回收器后设有取样阀Ⅰ和放空阀。本发明所述的装置，能够显著的降低放空气中有效气体的损失率，更加经济。

说明书

技术领域

本发明属于合成法制氨领域，具体地说，涉及一种氨合成甲烷气体放空节能装置。

背景技术

由氮氢气合成为氨的生产过程中，氨合成系统循环气中甲烷等气体含量的控制，是合成 氨生产中有效氮氢气利用率高低的关键因素之一，是氮氢气制备合成氨的资源能源节约利用 技术的重要手段之一，是降低生产成本的重要措施之一。

生产中，氨合成系统循环气中甲烷含量主要来源于原料气制备过程带入，以及微量 CO+CO₂在本系统生成积累，虽然甲烷本身对生产无害，但实现经济运行，氨合成循环气中 甲烷含量要控制在一定指标之内，含量过高，氮氢气资源利用率就相对高，但过高就会造成 整个生产系统动力消耗上升，成本增加；含量低则动力消耗下降，但宝贵的氮氢气资源浪费 严重，同样会导致成本升高。如何做到既不浪费氮氢气资源，又不增加动力消耗，氨合成循 环气中甲烷含量的控制对最终产品成本起着举足轻重的作用。

对氨合成循环气中甲烷含量的控制，常规的方法是补充新鲜氮氢气体进入氨合成系统后 与分离完氨的循环气体混合后设置甲烷气体放空，入塔循环气放空气中甲烷含量18-20％，有 80％以上的气体为有效的氮氢气随放空气体一起损失掉，导致资源能源浪费，单位产品成本 升高，企业市场竞争力低下。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种能在保持氨合成工序入塔循环气体甲烷含量不变的前 提下，提高放空气中甲烷气体比例、减少甲烷放空气带走的有效氮氢气体含量的氨合成循环 气中甲烷气体放空节能装置，其能够提高有效气体利用率，增加单位时间产量，降低生产成 本。

本发明所述的氨合成循环气中甲烷气体放空节能装置，包括氨合成塔、入塔管线和出塔 管线，以及设置在出塔管线上的合成气体冷却器，出塔管线上设有与合成气体冷却器并行的 管线Ⅰ，管线Ⅰ上设有氨冷却回收器、取样阀Ⅰ和放空阀。

本发明设置的与合成气体冷却器并行的管线Ⅰ，以及管线Ⅰ上设置的氨冷却回收器、放 空阀，其将放空阀设置在氨冷却回收器之后，能够将放空气中未冷却的氨冷却回收，进而放 空气中甲烷的含量提高，甲烷含量能够提高10％，放空气中甲烷含量的提高，能够有效的避 免氮氢气因甲烷放空造成的损失，能够提高氮氢气资源利用率，降低成本，同时该效果的取 得并未改变入塔循环气的成分。

进一步的，与管线Ⅰ并行的出塔管线上设有气液分离器，所述气液分离器设置在合成气 体冷却器后。

进一步的，所述合成气体冷却器和气液分离器之间的管线上连接有管线Ⅱ，管线Ⅱ上设 有补气阀门。

进一步的，出塔管线上氨合成塔和合成气体冷却器之间设有塔后预热回收器和换热器， 气液分离器后通过管线依次连接循环机、油水分离器、换热器和氨合成塔。

进一步的，换热器设置在塔后预热回收器之后，油水分离器和换热器之间的管线上设有 换热器入口阀门和取样阀Ⅱ,取样阀Ⅱ靠近油水分离器设置，换热器入口阀门靠近换热器设 置。

进一步的，氨合成塔顶部入塔管线上设有入塔主阀，氨合成塔底部入塔管线上设有入塔 副阀。入塔主阀进入的气体，进入氨合成塔的桶体与内件之间的环隙冷却塔壁，使塔温不高 于工作温度，例如120℃，其与塔底的入塔副阀进入的气体混合后，进入塔内在催化剂的作 用下产生氨，反应后的气体由塔底部出来。

从氨合成塔塔底出来的合成气首先经预热回收器冷却降温，后经换热器进一步降温，从 换热器出来的气体在合成气体冷却器被第一次分氨，被冷凝后的气体与通过管线Ⅱ补入的气 体一同进入气液分离器中进行二次冷凝分氨，二次分氨后的气体进入循环机，出循环机的循 环气经油水分离器分离油水后进入换热器中升温，然后通入到氨合成塔中进行氨合成。而与 合成气体冷却器及气液分离器并行的管线Ⅰ上设置的氨冷却回收器，兼有分离器的作用，在 氨冷回收后放空，甲烷含量升高，所以放空量减少，氢、氮气损失少，同时夹带的氨少。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的装置，单位时间内甲烷放空气体 流量小，有效氮氢利用率高，本发明所述的装置资源利用率高，经济效果好，假如入塔气体 甲烷含量为20％，改进前(即在补充新鲜氮氢气体进入氨合成系统后与分离完氨的循环气体 混合后设置甲烷气体放空)放空气中甲烷含量20％，改进后放空气中甲烷含量能够提高到 25-28％，氨平均26％计算，改进前10万吨规模，甲烷放空量为2250m³/h，改进后放空气中 甲烷含量19-20％左右，放空总量能够减少到1731mm³/h，每小时节约氮氢气体519m³/h，可 增产液氨197kg/h，日增产4.7吨，按市场价格2200元/吨，每天节约价值1.04万元，以10 万吨规模计算，年生产330天，可节约氮氢气体增产合成氨1551吨，价值343万元。

附图说明

图1为本发明所述装置结构示意图；

其中，1-补气阀门；2-气液分离器；3-循环机；4-油水分离器；5-放空阀；6-换热器；7- 氨合成塔；8-塔后预热回收器；9-合成气体冷却器；10-换热器入口阀门；11-入塔副阀；12- 入塔主阀；13-氨冷却回收器；14-取样阀Ⅰ；15-取样阀Ⅱ；16-管线Ⅰ；17-管线Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步解释。

如图1所示，一种氨合成循环气中甲烷气体放空节能装置，包括氨合成塔7、入塔管线、 出塔管线，以及顺次设置在出塔管线上的塔后预热回收器8、换热器6、合成气体冷却器9和 气液分离器2，气液分离器2通过管线顺次连接循环机3、油水分离器4、换热器6和氨合成 塔7，由出塔管线携带的混合气与经油水分离器分离后的气体在换热器6中进行热量交换。 出塔管线上设有与合成气体冷却器9和气液分离器2并行的管线Ⅰ16，管线Ⅰ16上设有氨冷 却回收器13、取样阀Ⅰ14和放空阀5。合成气体冷却器9和气液分离器2中间的管线上连接 管线Ⅱ17，管线Ⅱ17设有补气阀门1，油水分离器4和换热器6之间的管线上设有取样阀Ⅱ 15和换热器入口阀门10，取样阀Ⅱ15靠近油水分离器4设置，换热器入口阀门10靠近换热 器6设置，取样阀Ⅱ15用于检测从油水分离器4出来的、进入氨合成塔7的入塔气体。

本发明中所述的前、后位置关系，均以放空节能装置中混合气的流动方向作为参考，混 合气先流经的设备在后流经的设备前面。

下面结合一个具体的生产过程来解释本发明所述装置：

新鲜补充气体，经补气阀门1与合成气体冷却器9出口气体混合后，进入气液分离器2 进行气液分离，气体进入循环机3加压至18.0MPa，通过油水分离器4分离掉气体中夹带的 油水，后经换热器入口阀门10进入换热器6，在换热器内6与氨合成塔7出口气体进行换热， 将入塔气体温度提高到100度，一路经入塔主阀12进入氨合成塔7筒体与内件之间环隙冷却 塔壁，使塔温不高于120度，其在氨合成塔7底部与从入塔副阀11进入的气体汇合，后进入 塔内在催化剂的作用下生产氨；反应后的气体由氨合成塔7的塔底出来，反应后300～330℃ 的气体进入塔后预热回收器8副产1～1.3MPa的蒸汽，205～215℃气体从塔后预热回收器8 出口出来后进入换热器6，在换热器6内气温降至38℃左右，然后进入合成气体冷却器9进 一步冷凝，冷凝的液氨在合成气体冷却器9的下部分离段被一次分离，一次分氨后的气体温 度降至-10℃左右与补充气汇合进入气液分离器2进行二次分氨，二次分氨后的气体进入循环 机3后进入下一个循环。在与合成气体冷却器9、气液分离器2并行的管线Ⅰ16上，经氨冷 却回收器13后，由放空阀5放空，同时通过取样阀Ⅰ14可以检测放空气中气体含量，管线 Ⅰ16气量小，氨冷却回收器13兼有分离器的作用。放空后的甲烷气体进入提氢装置，氢回 用，甲烷进入燃烧炉进行燃烧副产蒸汽，尾气达标排施。

放空阀5如此设置，较在换热器6后、合成气体冷却器9之前放空，能够减少放空气中 夹带的氨，每生产1吨氨能够减少氨损失16kg。