[其他]采用低温与非低温分离工艺相结合从合成氨装置氢贫化吹扫气中回收氩

说明书

用空分装置经济地生产氩是与生产等量的氮和/或氧相联系的。近年来，对氩需求量的增长速率较之氮或氧的相应增长率快得多，因此其他可供选择的氩的来源已引起人们十分关注，而合成氨装置中的吹扫气体则是其中一个来源。

在合成氨装置中，必须清除一小部分气流，以使惰性气体浓度保持在规定的水平以下。不希望有的高浓度惰性气体将降低反应物分压，并引起氨合成反应的平衡朝不利的方向移动。甲烷和氩是令人关切的惰性气体。压力约1900磅/英寸²（表压）的氨吹扫气的典型组成如下：60.5% H₂、20% N₂、4.5% Ar、13% CH₄和2%NH₃。

鉴于氨合成过程的能耗较大，从经济角度来看，回收吹扫气体中的氢，并使之再循环到氨合成回路中是有利的。目前，不外乎使用三种方法来达到这一目的，即隔膜分离、低温分离和压力交（替）变（化）吸附分离（Pressure    swing    adsorption    seperation）。事实上，隔膜分离器已非常普遍地用于氢的回收和再循环，美国及其他国家中的一些合成氨装置已安装了氢隔膜分离器设备。

从合成氨装置吹扫气体中回收氩的现有技术并未与上述氢隔膜分离器进行最佳的结合，而是采用了一种低温工艺，后者包括一个去除氨的预处理段和三个连续的分离塔。在这类常规设计中，前面两个塔用于脱除原料气中的氢和氮，最后一个塔用于分离氩和甲烷，以得到纯液氩产品和用作燃料的纯甲烷。

本发明的主要目的是提供一种从合成氨装置吹扫气体中回收氩的改进方法。本发明的另一个目的是提供一种将非低温分离步骤和低温分离步骤有效地结合，以从非渗透气流中膜后回收氩的方法。而本发明的再一个目的是提供一种PSA系统，以从离开合成氨装置的吹扫气中除去甲烷。

在本发明的以下描述中，所用的术语“压力交变吸附”或其缩略语“PSA”系涉及一种目前熟知的，并广泛使用的有关从气体混合物中分离某些组分的一种方法或装置。压力交变吸附系统大体上包括使原料气混合物通过一个或多个充填分子筛的吸附床，所述的分子筛对气体混合物中被较强地吸附的组分较之较弱吸附的组分有更高的选择性。在典型的双床压力交变吸附系统运行中，连接管道、阀门和（自动）定时器等均按下述方式配合和布置;即当第一个床进行吸附操作时，则第二个床正在进行再生。在通常循环中，有关每个床的相继步骤包括床增压、产品释放和排气。美国专利2，944，627、3，801，513和3，960，522中对基本的压力交变吸附系统进行了描述。

1983年11月5日公布的美国专利4，415，340和1982年7月20日公布的美国专利4，340，398等文献中已对基本的压力交变吸附系统的方法和装置的各种变更和改进进行了描述。

本发明不限于用任何特定的压力交变吸附系统的方法或装置设计。以下将详细列举一种具有较高氩产额的具体设计。

业已研制出一种新的改进方法，以用于从合成氨装置所产生的吹扫气流中回收氩。该法采用非低温工艺与低温工艺相结合的方式。其中非低温工艺包括压力交变吸附单元，后者既可去除大部分氮，又可对甲烷进行必要的去除。

合成氨装置的吹扫气流包括氢、氮、氩、甲烷和氨。这种吹扫气流通常需经受氨吸收处理，和用第一级隔膜分离其中的氢，并使氢再循环到合成氨装置中。按照本发明的第一个实施例，来自第一级隔膜分离器，并包含上述四种组分及氨吸收过程中残余水分的氢贫化的非渗透气流经受下述步骤的处理：

（1）在使用分子筛或活性碳的压力交变吸附系统内分离气流中甲烷、残余水分和大部分氮气。

（2）在第二级隔膜分离器中分离大部分氢。分离得到的氢气可用作第一步压力交变吸附系统再生用的吹扫气。

（3）通过低温蒸馏分离氮气和残留的氢气，以得到基本上纯粹的液氩产物。

本发明的第二个实施例包括下列步骤：

（1）使膜后吹扫气通过压力交变吸附系统，以分离去除原料气中全部甲烷和残留水分，以及大部分氮气。

（2）用蒸馏单元（或装置）的低温废气预冷压力交变吸附系统气体产物，并使之可选择地膨胀到所需的低压，然后让其通过低温蒸馏单元。在单级塔中，塔底产物为纯液氩，而馏出物或塔顶产物是氢氮混合物。馏出物经与压力交变吸附系统产物进行热交换后，可作为该吸附系统再生用的吹扫气。