[实用新型]回收合成氨驰放气中氢气和氨的装置

说明书

技术领域

本发明属于合成氨驰放气回收的技术领域，尤其涉及了一种从合成氨驰放气中回收氢气和氨的装置。

背景技术

在合成氨生产过程中，氢气和氮气是合成氨的原料。氮气一般是从空气中分离出来的，氢气一般通过天然气转化或者煤气化得到的，氢气和氮气在较高的压力和温度下以及催化剂作用下反应生产氨。受到化学平衡的限制，反应物不能完全转化，未反应的氮气和氢气经循环压缩机与补充的新鲜气混合后再进入合成塔进行氨合成反应。由于合成氨原料氮气和氢气都含有一定量的惰性组分氩气和甲烷，这些惰性组分在循环过程中不断累积，不仅消耗循环压缩功，还会使合成塔的有效容积降低，还会影响合成氨的正常反应，所以合成塔混合气体必须排放一部分气体，以控制合成塔内惰性组分氩气和甲烷的浓度，这部分排放气称为合成氨驰放气。排放气量约为～300Nm³/吨氨，该气体的典型组成为：H2 50～70%（V/V）,NH₃1～6%（V/V）,N₂18～25%（V/V）,其余的为甲烷和氩气。

目前大多采用膜分离技术来回收合成氨驰放气中氢气和氨。由于目前的膜材料对氨的耐受性非常差，所以高压驰放气进入膜分离器之前必须通过预处理脱除氨，其方法一般为采用高压水洗，在氨吸收塔中，将氨除去，控制气相中氨的体积含量0.02%以下，然后再进入膜分离器回收驰放气中的氢气，膜的渗透气为富集回收的氢气，返回到合成系统，膜的非渗透气主要为甲烷、氮气、氩气和少量的氢气，作为燃料使用。上述方法对氨吸收塔的操作要求非常严格，不能出现气相中氨浓度超标，更要绝对避免出现雾沫夹带以及液泛现象的发生，否则会造成下游分离膜不可恢复的损坏。在实际的应用过程中，由于氨吸收塔操作出现问题，造成分离膜损坏的例子非常多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺流程简单，能耗低，操作方便，运行安全,合成氨驰放气中氢气和氨的方法；另一目的在于提供一种用于实现所述的合成氨驰放气中氢气和氨的装置。

本发明采用能够长期耐受氨气相浓度小于6%（V/V）的耐氨膜处理合成氨驰放气，回收其中的氢气和大部分氨气，然后采用水洗和蒸氨的方法，回收膜分离后截留气中含有的氨，将其变为液氨产品。本发明所述的从合成氨驰放气中回收氢气和氨的装置，包括分离膜、氨吸收塔和蒸氨塔；其连接方式为，由过滤器、气气换热器、加热器和分离膜依次相连；所述分离膜的截留气出口端与氨吸收塔连接，再依次与换热器、蒸氨塔相连。

利用上文所述的装置从合成氨驰放气中回收氢气和氨，其方法的主要步骤包括预处理过程、膜分离过程和氨回收过程；

所述的预处理过程：合成氨驰放气首先经过过滤器除去固体颗粒及液滴，再经过气气换热器逐步升温后，通过加热器升温到45～90℃；其中，①所述的经过过滤器除去固体颗粒及液滴，有利于防止机械杂质进入分离膜，有利于保证膜的分离性能以及使用寿命；②连续经过气气换热器，不仅将氨驰放气的温度升高，还能回收分离膜渗透气与截留气的热量。③所述的预处理过程中的加热器，其热源可以是蒸汽、热油、电或其它高温介质；使用加热器提高气体进膜温度，保证了气体偏离其露点温度5～20℃以上，以防止有液体在膜上凝结，造成膜的损坏。

所述的膜分离过程：经预处理过程处理的气体，经过分离膜处理后，分离膜的渗透侧富集的气体经过预处理过程中的气气换热器降温后，通过合成压缩机回收；分离膜的截留侧富集的气体经过预处理过程中的气气换热器降温后，进入氢气和氨回收过程；其中，①该分离膜的材料特性是氢气和氨都优先透过，在分离膜的渗透侧富集，然后送到合成压缩机入口，返回到氨合成系统，实现85%以上的氢气和75%以上的氨气的回收。分离膜的截留侧为富集甲烷、氩气、氮气以及剩余氨气的气体。②经过膜分离过程以后，85%以上的氢气和75%以上的氨气得到回收利用，但分离膜的截留气中仍然含有一定量的氨，通常这些气体都作为燃料气使用。但由于氨的存在，会造成燃烧后的气体中NOx的含量超标，同时也造成了氨的损失。所以本发明采用氨吸收和蒸氨的办法将膜截留气中的氨以液氨的形式回收，从而实现合成氨驰放气中氨气近100%的回收。