[发明专利]一种氨氢回收装置及氨氢回收的方法

摘要

一种氨氢回收装置及氨氢回收的方法，在氨合成排出气降压前即与氨合成岗位等压的状态下冷却并分离氨合成排出气中氨，并且利用液氨的蒸发制冷与液体丙烷或乙烷的蒸发制冷及涡流管的降温效应制冷来冷却降压前的氨合成排出气。采用五台高压管壳式换热器、两台五通道板翅式换热器、三台分离器、一台液氨贮槽、一台丙烷或乙烷压缩机、一台丙烷或乙烷冷却器、一台氮气压缩机、一台氮气冷却器、一台增压膨胀机制冷端、一台增压膨胀机增压端、一只涡流管，一台涡流管热端冷却器，利用氮气循环膨胀辅助制冷，冻结氨气、液化甲烷、氮气、氩气进而回收氢气。采用本发明的技术方案，整体结构和技术流程简单，自动化程度高，稳定性好，效益高。

主权项

一种氨氢回收装置及氨氢回收的方法，其特征在于利用氮气循环膨胀制冷、乙烷或丙烷压缩后冷凝利用卡诺循环制冷、涡流管制冷与装置本身获得的液体甲烷、液氮、液氨、液氩的蒸发制冷及产品氢气返流复热回收的冷量制冷，并根据氨气、甲烷、氮气、氩气、氢气五种气体沸点及熔点的不同，在22±6 MPa压力状态下即在氨合成排出气不降压的情况下，利用换热器（13）、（12）、（11）、（10）、（8）五个高压管壳式换热器，其中换热器（13）与换热器（12）、（11）、（10）、（8）管程串联，换热器（12）、（11）、（10）、（8）管程并联，氨合成排出气先通过换热器（13）的管程，然后同时通过换热器（12）、（11）、（10）、（8）的管程，先把氨合成排出气从20℃左右开始降温，在出换热器（12）、（11）、（10）、（8）管程入分离器（18）时降温至65±10℃左右，使氨合成排出气中的氨气被液化，通过分离器（18）在不降压的情况下分离，分离器（18）排出的液氨通过节流阀（19）进入换热器（12）壳程，液氨压力利用解析气节流阀控制在1.8±0.6 MPa，节流阀（15）把换热器（12）管间的液氨液位控制在壳程解析气出口以下，解析溶解在液氨中的甲烷、氮气、氩气、氢气，同时给换热器（12）提供冷量，降低入换热器（12）的氨合成排出气的温度，然后液氨出换热器（12）壳程，利用节流阀（15）降压至0.2±0.15 MPa，进入换热器（13）的壳程，利用液氨的蒸发潜热给换热器（13）提供冷量，降低入换热器（13）的氨合成排出气温度；入换热器（11）管程的氨合成排出气利用丙烷或乙烷压缩机（22）压缩丙烷或乙烷然后进丙烷或乙烷冷却器（16）、冷凝后的丙烷或乙烷节流后入换热器（11）给入换热器（11）管程的氨合成排出气提供辅助冷量，利用出换热器（8）壳程的氨合成排出气的压力降，从22±6 MPa降压至6±1MPa,利用涡流管（17）冷端排出的低温气体进入换热器（10）的壳程给入换热器（10）的氨合成排出气提供冷量，分离器 （18）排出低温氨合成排出气入换热器（8）的壳程给入换热器（8）的氨合成排出气提供冷量，氨合成排出气22±6 MPa状态下通过冷却、分离，实现回收氨目的；通过涡流管降压降温后的氨合成排出气，压力为6±1MPa，冷气通过换热器（10）壳程为换热器（10）提供冷量后进入换热器（45）或（43）氨合成排出气冷却通道；通过涡流管降压升温后的氨合成排出气，压力为6±1MPa，热气通过涡流管热端冷却器冷却后进入换热器（45）或（43）氨合成排出气冷却通道；进入换热器（45）或换热器（43）的氨合成排出气降温至－180±2℃、使氨合成排出气中的剩余微量氨气被冻结、同时大部分甲烷、氮气、氩气被液化，通过分离器（61）或分离器（63）分离后，通过节流阀（60）或节流阀（62）进入换热器（45）或换热器（43）的废液汽化通道蒸发制冷，为换热器（45）或换热器（43）提供冷量从而降低氨合成排出气的温度；出分离器（61）或（63）的低温产品氢气入换热器（45）或（43）的产品氢气复热通道为换热器（45）或换热器（43）提供冷量从而降低氨合成排出气的温度；冷量不足部分利用氮气循环膨胀制冷通过换热器（45）或换热器（43）的氮气冷却通道为换热器（45）或（43）提供辅助冷量从而降低氨合成排出气的温度；氮气膨胀前首先在换热器（45）或换热器（43）的氮气预冷通道预冷；氮气经过氮气压缩机升压、冷却后进入增压膨胀机增压端增压，然后进入换热器（45）或换热器（43）的氮气预冷通道预冷，然后进入增压膨胀机制冷端，出增压膨胀机制冷端进换热器（45）或（43）的氮气冷却通道；为氮气冷却器、涡流管热端冷却器、丙烷或乙烷冷却器提供冷量的为循环水，当循环水冷量不足或温度过高时，在串联使用液氨蒸发为氮气冷却器、涡流管热端冷却器、丙烷或乙烷冷却器提供冷量；熔解换热器（45）或（43）被冻结的氨冰利用节流阀（36）前（控制节流阀（36）的阀前压力高于阀后压力）的废气（即利用换热器（45）或（43）的废液汽化通道汽化复热后的甲烷、氮气、氩气的混合气体，其具体位置是在程控阀（39）或（41）与节流阀（36）连接的管道上）提供热量；熔解氨冰的溶解气排至节流阀（36）后面管道（37）；氨冰被溶解变成液氨后利用换热器（45）或换热器（43）与液氨贮槽（59）的位差分别通过管道及程控阀（55）或（56）排至液氨贮槽，当液氨贮槽达到设定液位时，节流阀（58）打开将液氨排至换热器（12）的壳程进口，当液氨贮槽超压时，液氨贮槽的稳压阀开启往其它工段卸压，压力正常时稳压阀关闭；当换热器（45）或换热器（43）被冻结或阻力增大时， PLC电脑发出预先设置好的指令利用节流阀及程控阀有规律的开关实现换热器（45）与换热器（43）的切换及熔冰工作；其具体切换【先从换热器（45）切换到换热器（43）】方法是程控阀（52）、（57）打开为换热器（43）及分离器（63）升压（即均压）、升压结束后程控阀（28）打开为换热器（43）及分离器（63）预冷，预冷结束后程控阀（28）、（39）、（34）、（47）、（44）关闭，同时程控阀（53）、（49）、（41）、（32）、（42）打开；一段时间后（具体时间间隔以装置具体情况设定），程控阀（52）、（53）、（24）关闭，同时程控阀（25）打开；当分离器（63）液位达到设定液位时节流阀（62）开始工作，换热器（43）与分离器（63）进入使用阶段；这时换热器（45）与分离器（61）处于熔解氨冰等待阶段；熔解氨冰前，程控阀（54）关闭，同时程控阀（55）打开，接着程控阀（65）、（38）、（35）与节流阀（60）打开，利用出装置节流阀（36）前的废气为换热器（45）、分离器（61）提供热量，熔解氨冰，溶解气通过程控阀（65）排至废气，一段时间后（具体时间间隔以装置具体情况设定）程控阀（55）关闭，同时程控阀（30）与程控阀（54）打开继续溶解氨冰；熔解氨冰结束，程控阀（38）、（35）、（30）、（54）、（65）与节流阀（60）关闭；熔解氨冰后再次循环使用换热器（45）与分离器（61）的实施步骤如下：程控阀（52）、（54）打开为换热器（45）、分离器（61）升压（即均压），升压后程控阀（29）打开，为换热器（45）及分离器（61）预冷；预冷结束后程控阀（29）、（41）、（49）、（32）、（42）关闭、同时程控阀（39）、（34）、（47）、（53）、（44）打开；一段时间后（具体时间间隔以装置具体情况设定）程控阀（52）、（53）、（25）关闭，同时程控阀（24）打开；当分离器（61）液位达到设定液位时节流阀（60）开始工作，这时换热器（45）与分离器（61）重新被循环使用；然后进入换热器（43）与分离器（63）的熔解氨冰、升压、预冷及工作阶段；然后进入下一个循环。