CN104964515A

CN104964515A - 合成氨尾气综合利用工艺及装置

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Publication number: CN104964515A
Application number: CN201510429067.1A
Authority: CN
Inventors: 薛鲁; 叶秋芳; 马昆; 孙宁; 王凯; 潘侃; 刘志洲
Original assignee: SUZHOU XINGLU AIR SEPARATION PLANT SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SUZHOU XINGLU AIR SEPARATION PLANT SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: CN104964515B

Abstract

本发明涉及一种合成氨尾气综合利用工艺，用于处理合成氨过程所排放的尾气，该工艺为：将净化后的尾气液化得到产品液氨和分离氨后的气体，分离氨后的气体经过脱氨脱碳后再精馏而分别得到产品氢气、产品液态甲烷和产品液氩。一种上述合成氨尾气综合利用工艺采用的装置，包括对尾气进行净化的净化系统、对净化后的尾气进行液化以得到产品液氨和分离氨后的气体的氨回收系统、对分离氨后的气体进行脱氨脱碳处理的再净化系统、对脱氨脱碳后的气体进行精馏的精馏系统。本发明的合成氨尾气综合利用工艺及装置能够充分利用合成氨尾气中的各种成分，做到资源的全面回收利用，且其消耗能量较低，能够长期稳定运行，提高了效率，减少了浪费。

Description

合成氨尾气综合利用工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种综合利用合成氨尾气的工艺以及装置。

背景技术

合成氨的生产过程中，会向外界排放诸多化工尾气，其中最主要的尾气是合成塔中的放空气与氨罐闪蒸气，这部分气体的主要组分为氨、氢气、甲烷、氮气和氩气。传统的合成氨尾气的回收利用包括两个部分：一是对尾气中氨的回收部分，二是对尾气中氢气的回收部分。

液氨储罐闪蒸气与合成氨系统排放的尾气混合，进入吸收塔，混合气中的氨被软水吸收生成浓度高的氨水，氨水送入氨蒸馏塔，利用高压蒸汽加热，氨水中的氨被蒸出，经干燥后作为产品；而塔底出来的稀氨水送至尿素装置。除氨后的尾气中氨含量较低，其再进入膜分离或变压吸附装置进行氢气的提纯；提纯后的氢气再次作为合成氨的原料气，未提纯的氢气以及全部甲烷和氩气等进入余热锅炉燃烧产生蒸汽供蒸氨使用。

该氨回收工艺所用的水洗蒸发法耗能较大，运行成本较大，工艺中分离的氨及氢气产品纯度不高，且合成氨尾气中的甲烷及氩气等并无合理利用，造成资源的极度浪费。因此，如何对合成氨装置尾气进行有效处理及综合利用，是企业实现清洁生产、节能降耗及提高经济效益的关键问题，也是企业治理三废、实现装置达标排放的首要目标之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效利用合成氨尾气、避免合成氨尾气中的组分浪费且能耗较低的合成氨尾气综合利用工艺及装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种合成氨尾气综合利用工艺，用于处理合成氨过程所排放的尾气，所述的工艺为：将净化后的所述的尾气液化得到产品液氨和分离氨后的气体，所述的分离氨后的气体经过脱氨脱碳后再精馏而分别得到产品氢气、产品液态甲烷和产品液氩。

上述工艺中，液化所述的尾气采用无动力氨回收方法，其所需冷量由所述的分离氨后的气体膨胀制冷获得。

所述的精馏所述的分离氨后的气体所需的冷量由氮气压缩循环制冷提供。

一种上述合成氨尾气综合利用工艺采用的装置，包括对所述的尾气进行净化的净化系统、对净化后的所述的尾气进行液化以得到所述的产品液氨和所述的分离氨后的气体的氨回收系统、对所述的分离氨后的气体进行脱氨脱碳处理的再净化系统、对脱氨脱碳后的气体进行精馏的精馏系统。

优选的，所述的氨回收系统采用无动力氨回收装置，所述的氨回收系统连接有为其提供所需冷量的气体膨胀制冷系统。

优选的，所述的无动力氨回收装置包括若干个由前向后依次相串联的氨回收换热器、设置于前方第一个所述的氨回收换热器之后的脱水精馏塔、设置于其余所述的氨回收换热器之后的气液分离器；所述的气体膨胀制冷系统包括尾气膨胀机组，最后方的一个所述的气液分离器的气体出口经所述的尾气膨胀机组后再由后向前依次通过各个所述的氨回收换热器。

优选的，所述的精馏系统包括依次相连接的用于获得所述的产品氢气的氢气精馏塔、用于获得所述的产品液态甲烷的甲烷精馏塔、用于获得所述的产品液氩的氩气精馏塔；所述的再净化系统经过多个依次串联的精馏换热器后与所述的精馏系统相连接；所述的甲烷精馏塔的塔顶设置有甲烷精馏塔冷凝器，所述的氩气精馏塔的塔顶设置有氩气精馏塔冷凝器；所述的甲烷精馏塔冷凝器和所述的氩气精馏塔冷凝器连接有提供冷量的氮气压缩循环制冷系统。

优选的，所述的氮气压缩循环制冷系统与空分系统相连接，其包括循环氮气压缩机、氮气膨胀机组，所述的空分系统输出的氮气经过所述的循环氮气压缩机和所述的氮气膨胀机组的膨胀端后再分别经过所述的甲烷精馏塔冷凝器和所述的氩气精馏塔冷凝器而提供冷量。

优选的，由所述的氮气膨胀机组的膨胀端输出的所述的氮气经过一个或多个所述的精馏换热器后再分别送至所述的甲烷精馏塔冷凝器和所述的氩气精馏塔冷凝器。

优选的，所述的净化系统为除油净化系统，所述的再净化系统为脱氨脱碳吸附器。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的合成氨尾气综合利用工艺及装置能够充分利用合成氨尾气中的各种成分，做到资源的全面回收利用，且其消耗能量较低，能够长期稳定运行，提高了效率，减少了浪费。

附图说明

附图1为本发明的合成氨尾气综合利用工艺采用的装置的原理框图。

附图2为本发明的合成氨尾气综合利用工艺采用的装置的结构示意图。

以上附图中：1、净化系统；1-1、合成氨尾气进气口；2、氨回收系统；2-1、氨回收换热器；2-2、脱水精馏塔；2-3、气液分离器；2-4、尾气膨胀机组；2-5、富氨液；2-6、废氨液；3、再净化系统；3-1、再生气进口；4、精馏系统；4-1、第一精馏换热器；4-2、第二精馏换热器；4-3、第三精馏换热器；4-4、氢气精馏塔；4-5、甲烷精馏塔；4-6、氩气精馏塔；4-7、甲烷精馏塔冷凝器；4-8、氩气精馏塔冷凝器；4-9、循环氮气压缩机；4-10、氮气膨胀机组；4-11、氢气出口；4-12、液态甲烷出口；4-13、液氩出口；4-14、再生气；4-15、氮气；4-16、废气排出口；5-1、氨罐闪蒸气；5-2、合成氨塔放空气；5-3、液氨储罐；5-4、LNG储罐；5-5、液氩储罐；5-6、空分系统。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：一种用于处理合成氨过程所排放的尾气的合成氨尾气综合利用工艺采用的装置，如附图1和附图2所示，其包括净化系统1、氨回收系统2、再净化系统3和精馏系统4。由于合成氨尾气可能来源于氨罐闪蒸气5-1和合成氨塔放空气5-2，因此，可以设置两套净化系统1，分别对应于上述两种气体。

净化系统1用于对尾气进行净化，本实施例中采用除油净化系统1，尾气通过该除油净化系统1后，可以去除其中的有害杂质。净化系统1具有合成氨尾气进气口1-1和吹扫气进气口，其为脱油脱碳吸附器。

氨回收系统2用于从净化后的尾气中回收氨成分，其采用液化方式由净化后的尾气中得到产品液氨和分离氨后的气体。该氨回收系统2采用无动力氨回收装置，其连接有为其提供所需冷量的气体膨胀制冷系统。具体的，无动力氨回收装置包括若干个由前向后依次相串联的氨回收换热器、设置于前方第一个氨回收换热器之后的脱水精馏塔2-2、设置于其余氨回收换热器之后的气液分离器2-3。气体膨胀制冷系统包括尾气膨胀机组2-4，最后方的一个气液分离器2-3的气体出口经尾气膨胀机组2-4后再由后向前依次通过各个氨回收换热器。本实施例中，采用3个氨回收换热器2-1以及一个脱水精馏塔2-2和两个气液分离器2-3。净化后的尾气依次送入第一个氨回收换热器2-1、脱水精馏塔2-2、第二个氨回收换热器2-1、第一个气液分离器2-3、第三个氨回收换热器2-1、第二个气液分离器2-3中，从而由第二个气液分离器2-3的液体出口得到富氨液2-5（产品液氨），送入液氨储罐5-3中，而由其气体出口得到分离氨后的气体，脱水精馏塔2-2的塔底得到废氨液2-6。该分离氨后的气体再经过尾气膨胀机组2-4膨胀制冷后向各个氨回收换热器2-1提供冷量。该无动力氨回收装置利用高压的合成氨尾气的动力能进行膨胀制冷，可以充分利用该部分能量，达到制取低温冷量的目的，来满足补充低温液体产品带走的冷量和系统冷损所消耗的冷量。为了避免装置出现“冰堵”问题，将第一个气液分离器2-3的液体出口连接至脱水精馏塔2-2的洗脱液进口，从而使第一个气液分离器2-3得到的液氨成为脱水精馏塔2-2的洗脱液，用以洗脱尾气中的少量水，从而避免水结成冰而造成的“冰堵”。

再净化系统3用于对分离氨后的气体进行脱氨脱碳处理，因此其采用脱氨脱碳吸附器，该脱氨脱碳吸附器的进气口连接出氨回收换热器2-1的分离氨后的气体。其还具有再生气进口3-1。通过氨回收系统2后排出的分离氨后的气体仍含有很少量的氨，由于氨熔点较高，会在后续低温精馏系统4的精馏换热器中冻结堵塞换热器，所以在进入低温精馏系统4之前先进入到脱氨脱碳吸附器将分离氨后的气体中的二氧化碳和少量的氨脱除。再净化系统3得到废氨水，再进行污水处理。

再净化系统3经过多个依次串联的精馏换热器后与精馏系统4相连接，本实施例中采用依次串联的第一精馏换热器4-1、第二精馏换热器4-2和第三精馏换热器4-3。精馏系统4用于对脱氨脱碳后的气体进行精馏，从而分别得到产品氢气、产品液态甲烷和产品液氩。该精馏系统4包括依次相连接的用于获得产品氢气的氢气精馏塔4-4、用于获得产品液态甲烷的甲烷精馏塔4-5、用于获得产品液氩的氩气精馏塔4-6。甲烷精馏塔4-5的塔顶设置有甲烷精馏塔冷凝器4-7，氩气精馏塔4-6的塔顶设置有氩气精馏塔冷凝器4-8。甲烷精馏塔冷凝器4-7和氩气精馏塔冷凝器4-8连接有提供冷量的氮气压缩循环制冷系统。氮气压缩循环制冷系统与空分系统5-6相连接，其包括循环氮气压缩机4-9、氮气膨胀机组4-10，空分系统5-6输出的氮气4-15经过循环氮气压缩机4-9和氮气膨胀机组4-10的膨胀端后再经过一个或多个精馏换热器后，分别送至甲烷精馏塔冷凝器4-7和氩气精馏塔冷凝器4-8，从而提供冷量。

上述装置采用的合成氨尾气综合利用工艺为：将净化后的尾气液化得到产品液氨和分离氨后的气体，分离氨后的气体经过脱氨脱碳后再精馏而分别得到产品氢气、产品液态甲烷和产品液氩。

具体的，合成氨尾气进入净化系统1去除杂质，之后进入到氨回收系统2，该氨回收系统2采用无动力氨回收方法，利用合成塔排出的尾气动力能，通过氨回收换热器2-1、脱水精馏塔2-2及气液分离器2-3，分别将尾气脱水、液化并分离出产品液氨，液化所用的冷量来高压的分离氨后的气体的膨胀制冷。通过氨回收系统2后尾气中还留有很少量的氨，由于氨熔点较高，会在后续低温精馏系统4的精馏换热器中冻结堵塞换热器，所以在进入低温精馏系统4之前先进入到再净化系统3将尾气中的二氧化碳和少量的氨脱除。分离氨后的气体经再净化后进入到低温精馏系统4，该精馏系统4设置了精馏换热器、多个精馏塔、膨胀机等，尾气在该精馏系统4再次冷却降温，通过氢气精馏塔4-4、将沸点很低的氢气分离出来，该氢气纯度高于90%，并由氢气出口4-11送出系统作为合成氨原料气。之后的尾气中主要成分为甲烷、氮和氩，其再进入到甲烷精馏塔4-5提取液态甲烷经液态甲烷出口4-12送至LNG储罐5-4，之后进入到氩气精馏塔4-6提取高纯液氩经液氩出口4-13送入液氩储罐5-5。精馏分离氨后的气体所需的冷量由氮气压缩循环制冷提供，氮气4-15经循环氮气压缩机4-9压缩后进氮气膨胀机组4-10，膨胀端前抽出一部分进入第三精馏换热器4-3后分别送入甲烷精馏塔冷凝器4-7、氩气精馏塔冷凝器4-8提供冷量，后由废气排出口4-16排出。经过精馏的最后尾气仅剩下少量氮气，其引入到脱氨脱碳吸附器被用作吸附剂再生所用的再生气4-14。至此，化工尾气中主要成分的氨、甲烷、氢气和氩都得到了有效的提取，而对于价值低的氮气也用作了吸附剂再生用的再生气4-14，实现了合成氨尾气的全面回收和利用。

上述装置和工艺考虑了化工尾气中的各组分气体的价值高低及提取难易程度，分别对尾气中利用价值高的组分进行提取、提纯并部分液化，并利用先进的工艺流程和自主研发的设备做到非常低的能耗指标。

上述装置和工艺充分利用合成氨尾气的压力能及各种废气成分，做到资源的全面利用。具有以下特点：

1、采用无动力氨回收技术，充分利用合成氨尾气的压力能，设置了膨胀机，主要目的是制取低温冷量，为氨液化过程提供足够的冷量；

2、无动力氨回收过程中的脱水工艺能彻底洗脱合成氨尾气中的水分，克服了装置长期运行过程中的“冰堵”现象，从而保证了装置的长期稳定运行，减少了浪费，提高了效率；

3、采用多级精馏方式，全面回收废气中除NH₃以外的其他有用成分，如氢气、甲烷、氩气、氮气，做到了资源的充分利用；

4、合成氨尾气回收会分离出大量废氮气，一般化工厂直接将废氮气排放到大气中，本发明将该股氮气引入到脱氨脱碳系统被用作吸附剂再生所用的再生气，做到了变废为宝的功效，节约了成本。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种合成氨尾气综合利用工艺，用于处理合成氨过程所排放的尾气，其特征在于：所述的工艺为：将净化后的所述的尾气液化得到产品液氨和分离氨后的气体，所述的分离氨后的气体经过脱氨脱碳后再精馏而分别得到产品氢气、产品液态甲烷和产品液氩。

2.根据权利要求1所述的合成氨尾气综合利用工艺，其特征在于：液化所述的尾气采用无动力氨回收方法，其所需冷量由所述的分离氨后的气体膨胀制冷获得。

3.根据权利要求1或2所述的合成氨尾气综合利用工艺，其特征在于：所述的精馏所述的分离氨后的气体所需的冷量由氮气压缩循环制冷提供。

4.一种如权利要求1所述的合成氨尾气综合利用工艺采用的装置，其特征在于：其包括对所述的尾气进行净化的净化系统、对净化后的所述的尾气进行液化以得到所述的产品液氨和所述的分离氨后的气体的氨回收系统、对所述的分离氨后的气体进行脱氨脱碳处理的再净化系统、对脱氨脱碳后的气体进行精馏的精馏系统。

5.根据权利要求4所述的合成氨尾气综合利用工艺采用的装置，其特征在于：所述的氨回收系统采用无动力氨回收装置，所述的氨回收系统连接有为其提供所需冷量的气体膨胀制冷系统。

6.根据权利要求5所述的合成氨尾气综合利用工艺采用的装置，其特征在于：所述的无动力氨回收装置包括若干个由前向后依次相串联的氨回收换热器、设置于前方第一个所述的氨回收换热器之后的脱水精馏塔、设置于其余所述的氨回收换热器之后的气液分离器；所述的气体膨胀制冷系统包括尾气膨胀机组，最后方的一个所述的气液分离器的气体出口经所述的尾气膨胀机组后再由后向前依次通过各个所述的氨回收换热器。

7.根据权利要求4或5或6所述的合成氨尾气综合利用工艺采用的装置，其特征在于：所述的精馏系统包括依次相连接的用于获得所述的产品氢气的氢气精馏塔、用于获得所述的产品液态甲烷的甲烷精馏塔、用于获得所述的产品液氩的氩气精馏塔；所述的再净化系统经过多个依次串联的精馏换热器后与所述的精馏系统相连接；所述的甲烷精馏塔的塔顶设置有甲烷精馏塔冷凝器，所述的氩气精馏塔的塔顶设置有氩气精馏塔冷凝器；所述的甲烷精馏塔冷凝器和所述的氩气精馏塔冷凝器连接有提供冷量的氮气压缩循环制冷系统。

8.根据权利要求7所述的合成氨尾气综合利用工艺采用的装置，其特征在于：所述的氮气压缩循环制冷系统与空分系统相连接，其包括循环氮气压缩机、氮气膨胀机组，所述的空分系统输出的氮气经过所述的循环氮气压缩机和所述的氮气膨胀机组的膨胀端后再分别经过所述的甲烷精馏塔冷凝器和所述的氩气精馏塔冷凝器而提供冷量。

9.根据权利要求8所述的合成氨尾气综合利用工艺采用的装置，其特征在于：由所述的氮气膨胀机组的膨胀端输出的所述的氮气经过一个或多个所述的精馏换热器后再分别送至所述的甲烷精馏塔冷凝器和所述的氩气精馏塔冷凝器。

10.根据权利要求4所述的合成氨尾气综合利用工艺采用的装置，其特征在于：所述的净化系统为除油净化系统，所述的再净化系统为脱氨脱碳吸附器。