CN102872845B - 一种利用合成氨余热进行分子筛再生方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用合成氨余热进行分子筛再生的方法，包括以下步骤：先将合成塔出口的高温热气通过管道导入再生加热器中；通过时间控制器打开加热阀与温度调节阀，将合成气通入再生加热器，进行热转换后形成高温合成气，再通往干燥器中进行分子筛加热再生。本发明还公开了一种实现上述方法的装置。本发明将合成塔出口的热量进行回收并作为分子筛再生的热源，更好地保证了分子筛的吸附、干燥性能，延长了触媒的使用寿命，提高合成氨的合成效率，并保证了合成氨设备的连续运行、减少了对废热处理能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种分子筛的再生技术与装置，尤其涉及一种利用合成氨余热进行分子筛再生的方法及其装置。
背景技术
分子筛是一种硅铝酸盐，是由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，使不同大小形状的分子分开，直到筛分分子的作用，因而称作分子筛。它主要用于各种气体、液体的深度干燥，气体、液体的分离和提纯，催化剂载体等。
在合成氨反应中，需合成塔内通入氢气、氮气等合成气通过触媒进行反应合成氨。由于铁系触媒遇氧（如CO、CO2和H20等）会发生氧化反应而降低其催化作用；所以合成气在进入合成塔进行反应之前要使用分子筛将能使触媒氧化的气体成份除去。分子筛的运行机理是低温吸附，高温再生，即在低温下选择性吸附合成气中的CO、CO2和H20，然后再利用300度以上的高温进行加热除去被吸附的物质达到分子筛闪蒸再生。
在以往传统工艺下，分子筛加热热源的热值远达不到设计要求，这就导致分子筛再生时，其吸附的CO、CO2和H20没有完全从分子筛中闪蒸出来。长此以往，势必造成分子筛的吸附性能和机械性能的衰减和老化，从而引发合成塔中的触媒出现暂时性中毒需要合成塔副线阀关死且要开循环阀来维持合成塔温度的现象。所以若不及时解决分子筛再生出口温度低的问题，就会反复出现上述状况，整个合成氨系统都会受到制约，且合成塔的触媒若反复的暂时性中毒，就会造成合成氨的合成效率下降、合成压力上升等严重的后果。
另外，由于合成氨反应是放热反应，合成塔出口的热量高，所以需要冷凝器进行处理后才能排放，不仅增加了设备与冷凝处理的能源，还造成了资源的浪费。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述不足，提供一种利用合成氨余热进行分子筛再生的方法，达到分子筛在合成氨反应中能同时进行筛分与再生的目的；本发明的另一个目的是提供一种实现该方法的再生装置。
为了达到上述目的，本发明提供一种利用合成氨余热进行分子筛再生的方法，所述的方法包括以下步骤：
（1）将合成塔出口的高温热气通过管道导入再生加热器中；
（2）当干燥器内分子筛吸附饱和时，通过时间控制器打开加热阀与温度调节阀，将合成氨反应的合成气通入再生加热器，进行热转换后形成高温合成气；
（3）将（2）形成的高温合成气通往干燥器中进行分子筛加热再生；
（4）分子筛再生结束后，时间控制器控制加热阀与温度调节阀关闭。
为了使分子筛更好地进行再生，达到合成氨反应中却除含氧气体的目的，上述方案的优选方案是，所述步骤（2）中，高温合成气的温度为250－550℃。
上述方案的优选方案是，所述步骤（3）中，分子筛的加热再生时间为2－4小时。
上述方案的优选方案是，所述高温合成气的温度为300－400℃。
本发明是将合成塔出口的热量进行回收利用，在不改变合成气气体组成的状态下，充分利用其放热反应产生的热量提供给再生加热器做为分子筛的再生热源。根据合成氨反应的特性来设定时间控制器的程序，即通过分子筛达到吸收饱和的时间与分子筛加热再生的时间来设定时间控制器。当分子筛达到吸收饱和时，时间控制器即时启动与之电连接的加热阀与温度调节阀，启动分子筛加热再生工序，合成气通过再生加热器时被加热升温，温度调节阀控制再生加热器内的热源温度稳定在合成氨反应所采用的分子筛再生时所需的温度与时间；然后形成高温合成气作为分子筛的再生气作用通往装有分子筛的干燥器中，将吸附在分子筛里的CO、CO2和H2O等解吸出来，提高分子筛的吸附性能，使之能重复运用。参与分子筛再生的合成气通过干燥器的吸附作用后仍回到合成塔中参与合成氨的反应，达到能量、组分的综合利用。本发明用于除去合成气中含氧气体的吸附干燥设备是采用两只放置有分子筛的干燥器并联，一只工作，另一只同时进行再生处理，相互交替工作和再生，保证了合成氨设备的连续运行。另一方面，由于合成氨反应是放热反应，合成塔出口的热量高，如果直接进行冷却排放需耗费大量的电能，所以本发明将合成塔出口的热气分为两个部分：一部分进入废热锅炉或软水预热器中进行换热降温，另外一部分作为再生加热器的热源来提供分子筛再生时所需的热量。最后这两部分气体再进入热交换器进一步的降温，使得最终进入冷却或冷凝设备的气体温度大幅降低，降低氨冷器及冰机的负荷，节约了能耗。
为了实现上述再生方法，本发明采用的装置，包括合成塔，与合成塔出口连接的预热器、热交换器，以及对合成气进行吸附的干燥器，所述合成气输入管道分成两条管路通往干燥器，一条管路通过路阀与干燥器连接，另一条管路通过设有加热阀控制的再生加热器与干燥器连接；所述再生加热器与热交换器的连接管道上设有温度调节阀；所述合成塔出口通过管道与再生加热器连接；所述路阀、温度调节阀、加热阀的输入端分别与时间控制器的输出端进行电连接。
为了方便温度调节阀的检修，所述再生加热器与合成塔出口之间的管道上设有截止阀，所述温度调节阀与热交换器之间的管道上也设有截止阀。
所述再生加热器与温度调节阀之间的管道上设有导淋阀，导淋阀可作为泄压口和置换口，方便温度调节阀的置换。
采用上述装置后，由于将合成塔的出口与再生加热器进行管道连接，使得合成氨反应中产生的大量热量进入了再生加热器，避免了热量的浪费与冷却这些热能的设备与电能；本发明通过时间控制器来控制路阀、加热阀与温度调节阀的开、关，当其中一只干燥器中分子筛吸附饱和时，时间控制器及时关闭路阀，并打开加热阀与温度调节阀，使合成气先进入再生加热器进行加热，升温达到分子筛再生的温度时进入干燥器中对分子筛进行加热再生，同时另一个干燥器对合成气进行吸附处理，供合成氨反应。分子筛的加热再生保证分子筛的吸附、干燥性能，并去除掉合成气中含氧气体与水分，保证了合成氨反应中触媒的性能，提高合成氨的合成效率。当分子筛再生结束后，时间控制器关闭加热阀与温度调节阀，同时打开路阀，使合成气直接通往干燥器中进行吸附处理，处理后的合成气通过压缩机提高压力后进入合成塔中进行合成氨反应。
截止阀更好地控制了合成气的流量、方便温度调节阀的检修；导淋阀可以作为泄压口和置换口，方便置换。
本发明的有益效果有：
1、本发明对合成氨反应中各类工况都有适用性，即使在氨合成装置负荷较低的情况，由合成塔出口的提供的热量仍然可以作为分子筛再生热源的要求。
2、本发明中采用两只干燥器并联，一只干燥器中分子筛正常工作，对合成气中有害气体进行吸附处理；另一只干燥器中分子筛同时进行加热再生处理；两只干燥器相互交替工作和再生，保证了合成氨设备的连续运行。
3、本发明中合成气参与分子筛再生后仍回到合成塔中参与合成氨的反应，达到能量、组分的综合利用，并减少了分子筛再生处理的设备与成本。
4、本发明对合成塔出口的热量进行回收利用，并减少对废热的降温处理能耗。
5、降低了合成气中的水分，避免合成气带水致使压缩机转子受损；并降低了合成气中的CO、CO2等有害气体成分，保护合成塔中触媒不受含氧化合物的危害，延长了触媒的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是实现本发明的装置示意图。
图中：1－压缩机，2－热交换器，3－合成塔，4－冷凝器，5－预热器，6－再生加热器，7－时间控制器，8、8’－截止阀，9－温度调节阀，10－干燥器，11－加热阀，12－路阀，13－导淋阀。
具体实施方式
实施例一：
一种利用合成氨余热进行分子筛再生的方法包括以下步骤：
（1）将合成塔出口的高温热气通过管道导入再生加热器中；
（2）当干燥器内分子筛吸附饱和时，通过时间控制器打开加热阀与温度调节阀，将合成氨反应的合成气通入再生加热器，进行热转换后形成温度为300℃的高温合成气；
（3）将（2）形成的高温合成气通往干燥器中进行分子筛加热再生4小时；
（4）分子筛再生结束后，时间控制器控制加热阀与温度调节阀关闭。
本发明是将合成塔出口的热量进行回收利用做为分子筛的再生热源。先根据合成氨反应的特性来设定时间控制器的程序，即通过分子筛达到吸收饱和的时间与分子筛加热再生的时间来设定时间控制器；当分子筛达到吸收饱和时，时间控制器即时启动与之电连接的加热阀与温度调节阀，启动分子筛加热再生工序，合成气通过再生加热器时被加热升温，温度调节阀控制热源温度稳定在300－400℃，并持续保持此温度3小时，此高温合成气作为分子筛的再生气作用通往需要再生处理的干燥器中，将吸附在分子筛里的CO、CO2和H2O等解吸出来，提高分子筛的吸附性能，使之能重复运用。合成气通过另一个干燥器的吸附处理后直接通入合成塔中参与合成氨反应，避免了合成气的损失，达到能量、组分的综合利用。
本发明中分子筛去除掉合成气中CO、CO2等有害气体成分与水分，进一步保证了合成氨反应触媒的性能，延长了触媒的使用寿命，提高合成氨的合成效率。本发明通过对合成塔出口的热量进行回收利用作为分子筛再生的热源，更好地保证了分子筛的吸附、干燥性能，一只干燥器中分子筛正常工作，对合成气中有害气体进行吸附处理，另一只干燥器中分子筛同时进行加热再生处理；两只干燥器相互交替工作和再生，保证了合成氨设备的连续运行。并同时减少了合成氨反应系统对废热的降温处理能耗。
实施例二：
利用合成氨余热进行分子筛再生的步骤同实施例一，区别仅在于高温合成气的温度为400℃，分子筛加热再生的时间为2小时。
实施例三：
图1所示的是本发明的装置，包括合成塔3，与合成塔3出口连接的预热器5、热交换器2，以及对合成气进行吸附的干燥器10；所述合成气输入管道分成两条管路通往干燥器10进行吸附处理后，再经压缩机1、热交换器2进入合成塔3进行合成氨反应，其中一条管路通过路阀12与干燥器10连接，另一条管路通过设有加热阀11控制的再生加热器6与干燥器10连接；所述再生加热器6与热交换器2的连接管道上设有温度调节阀9；所述合成塔3出口通过管道与再生加热器6连接；所述路阀12、温度调节阀9、加热阀11的输入端分别与时间控制器7的输出端进行电连接。所述预热器5、再生加热器6的余热通过热交换器2热交换后进入冷凝器4进一步降温处理后排放。
所述再生加热器6与合成塔3出口之间的管道上设有截止阀8，所述温度调节阀9与热交换器2之间的管道上也设有截止阀8’。所述再生加热器6与温度调节阀9之间的管道上设有导淋阀13，导淋阀可作为泄压口和置换口，方便温度调节阀的置换。
本装置中，分子筛正常时，合成气直接进入干燥器进行吸附处理，然后经压缩机、热交换器进入合成塔进行合成氨反应。由于分子筛去除掉合成气中CO、CO2等有害气体成分与水分，保证了合成氨反应中触媒的性能，延长了触媒的使用寿命，并提高合成氨的合成效率。
当干燥器中部分分子筛吸附饱和时，需要对分子筛进行及时的再生处理以达到提高分子筛的吸附性能和机械性能，避免合成氨反应中触媒的中毒现象，也避免了热量的浪费与需冷却这些热能的设备与电能。本装置将合成塔的出口与再生加热器进行管道连接，使得合成氨反应中产生的大量热量进入再生加热器中作为分子筛再生的热源。本装置通过时间控制器来控制路阀、加热阀与温度调节阀的开、关，当其中一只干燥器中分子筛吸附饱和时，时间控制器及时关闭路阀，并打开加热阀与温度调节阀，使合成气先进入再生加热器进行加热，升温达到分子筛再生的温度时再进入干燥器中对分子筛进行加热再生，同时另一个干燥器对合成气进行吸附处理，供合成氨反应。当分子筛再生结束后，时间控制器关闭加热阀与温度调节阀，同时打开路阀，使合成气直接通往干燥器中进行吸附处理，处理后的合成气通过压缩机提高压力后进入合成塔中进行合成氨反应。其中截止阀更好地控制了合成气的流量、方便温度调节阀的检修；导淋阀可以作为泄压口和置换口，方便置换。
以上实施例并非仅限于本发明的保护范围，所有基于本发明的基本思想而进行修改或变动的都属于本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种利用合成氨余热进行分子筛再生的方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
（1）将合成塔出口的高温热气通过管道导入再生加热器中；
（2）当干燥器内分子筛吸附饱和时，通过时间控制器打开加热阀与温度调节阀，将合成氨反应的合成气通入再生加热器，进行热转换后形成高温合成气；
（3）将（2）形成的高温合成气通往干燥器中进行分子筛加热再生；
（4）分子筛再生结束后，时间控制器控制加热阀与温度调节阀关闭；
实现上述方法的装置包括合成塔，与合成塔出口连接的预热器、热交换器，以及对合成气进行吸附的干燥器，所述合成气输入管道分成两条管路通往干燥器，一条管路通过路阀与干燥器连接，另一条管路通过设有加热阀控制的再生加热器与干燥器连接；所述再生加热器与热交换器的连接管道上设有温度调节阀；所述合成塔出口通过管道与再生加热器连接；所述路阀、温度调节阀、加热阀的输入端分别与时间控制器的输出端进行电连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用合成氨余热进行分子筛再生的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，高温合成气的温度为250－550℃。
3.根据权利要求1所述的一种利用合成氨余热进行分子筛再生的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，分子筛的加热再生时间为2－4小时。
4.根据权利要求2所述的一种利用合成氨余热进行分子筛再生的方法，其特征在于：所述高温合成气的温度为300－400℃。
5.根据权利要求1所述的一种利用合成氨余热进行分子筛再生的方法，其特征在于：所述再生加热器与合成塔出口之间的管道上设有截止阀，所述温度调节阀与热交换器之间的管道上也设有截止阀。
6.根据权利要求1所述的一种利用合成氨余热进行分子筛再生的方法，其特征在于：所述再生加热器与温度调节阀之间的管道上设有导淋阀。
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