CN105126548A - 从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，包括吸收器和解析器；吸收器由三段构成，最上段是由填料或者泡罩塔盘构成的精洗段，中段是一个带有折流板型式的塔盘和换热管复合而成的特殊件，最下段是一个大于四程的冷却水的管箱，冷却水经管箱后通过冷却管对中段的吸收液进行间接冷却。氨解析器由两段构成，上段带有一个和解析器下段做成一体的冷凝回流器，下段则是由填料构成的具有汽提功能氨解析段。吸收器和解析器之间液体的循环靠泵来实现，当吸收器的压力大出解析器压力1.5Bar时，液体从吸收器流向解析器也可以通过自流来实现。在净化气体的同时，更加高效地获得高纯度的液氨产品，此装置最终可获得浓度大于95％(wt)的液氨。

Description

从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置

技术领域

本发明属于煤化工气化或煤热解等能够产生含氨气体场合，工艺过程中要求对气体进行净化处理并对其中的氨进行循环利用技术领域。

背景技术

通过煤的气化或热解，进而获得清洁燃料或者初级的化工合成气在我国国民经济中占有重要地位，有着广阔的应用前景，同时为达到节能减排的目标，对气体中的氨需要进行脱除和回收。

在煤化工或其他精细化工应用当中，产生的含氨气体或者会影响合成气的利用，或者不合理的排放会对环境造成污染，同时还造成氨资源的浪费，对这些气体中的氨进行脱除、回收再利用等可以起到一举多得的效果。单独脱除氨的工艺水消耗量大，得到的氨水利用价值小，当氨水进入废水系统时，由于氨-氮含量高，废水不能进行生化处理而加大了废水处理的难度。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，能够有效降净化回收利用煤化工原料气或化工厂、合成氨厂中的含氨放散气中氨的回收利用，操作简便。

本发明的技术方案是：一种从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，其特征在于包括吸收器和解析器，其中吸收器由三段构成，最上段是由填料或者泡罩塔盘构成的洗涤段，可将气体中的氨气浓度降到10ppm以下；中段是氨吸收段，包括一个带有折流板的塔盘和U型换热管复合而成的特殊件，通过降温的方式达到对氨气的高效吸收，一个气体进料缓冲和均匀分布部件，保证气体进入解析器时压降较小并与吸收液良好接触；最下段是一个大于四程的冷却水的管箱，冷却水经管箱后通过冷却管对中段的吸收液进行间接冷却；解析器由两段构成，解析器上段设有一个和解析器下段做成一体的冷凝回流器，解析器下段则是由填料构成的具有汽提功能的汽提段；吸收器和解析器之间液体的循环靠泵来实现，当吸收器的压力大出解析器压力1.5Bar时，液体从吸收器流向解析器，也可以通过自流来实现，在净化气体的同时，更加高效地获得高纯度的液氨产品，此装置最终可获得浓度大于95％的液氨。

其中氨吸收段设有U型换热管，在与换热管垂直方向设有隔板，管箱的上管板接在U型换热管上，U型换热管的壳径与吸收器的直径一致。

其中气体进料缓冲和均匀分布部件是气体分布器，吸收器的壳体和气体分布器是一个整体复合结构，该气体分布器为圆环形并且复合在吸收器的外壁上，气体分布器和吸收器的外壁有一定的间隙，气体从吸收器中段的下部通过气体分布器进入吸收器，气体中的氨在吸收前先经过气体分布器进行缓冲。

其中气体分布器具有内环和外环的环形结构，内环利用吸收器的圆形外壁，外环是一圈焊在外壁的金属筒，内环和外环一起形成一个封闭的环形通道，气体分布器气体进口是一个总接管，在气体进口A2的对应内侧均布有气体分布孔，排数不小于三排，孔之间的夹角大于15°，气体分布器可使气体均匀进入吸收器，还可以使液相不会倒流到气相管道里。

其中洗涤段上部有循环水入口S5，用系统自身的循环水或新鲜水对气体进行洗涤，洗涤段采用筛板、泡罩或者填料来强化吸收，在洗涤段的最上部设置有丝网除沫器以降低洗涤气中的水含量，减少系统洗涤循环水的损失。

其中氨吸收段的气体折流板有20％-45％的切缺率，U型换热管从折流板上穿过，折流板在U型换热管上呈90度排列，在每四个组成矩形的U型换热管中心位置的折流板上均布有直径6mm～9mm的圆形孔，折流板在吸收器内的分布间距范围为250mm～450mm。

其中在氨解析器的中部有一个吸收氨后的浓氨水的入口，位置在汽提段的上方，浓氨水从解析器的中部加入，通过接管进入解析器后，进入一个与其相连的盘式液体分布器，汽提段的下方有直接蒸汽和间接蒸汽的接入口。

其中解析器顶部的冷凝回流器和汽提段是一体化结构，冷却水走冷凝回流器的壳程，冷凝液走管程，冷凝液靠自流再回流到解析器的汽提段上方。

其中在吸收器中段的液相出液口S3和上部的气相取样口A3间设有气相平衡管，在平衡管上不设阀门。

其中吸收器和解析器之间设置了氨水加热器，该氨水加热器采用低压蒸汽加热，加热方式采用直接或间接加热。

本发明吸收器和解析器之间液体的循环靠泵来实现，当吸收器的压力大出解析器压力1.5Bar时，液体从吸收器流向解析器也可以通过自流来实现。在净化气体的同时，更加高效地获得高纯度的液氨产品，此装置最终可获得浓度大于95％(wt)的液氨。

本发明联合装置能够对整个设备的热量进行回收利用，在降低了循环吸收液温度的同时，也加热了吸收器中将要解析的浓氨水，提高了整个装置的能量利用水平，能够满足严格的环保要求，减少氨排放。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明的吸收器结构示意图。

图3是管箱内隔板放置形式示意图。

图4是气体分布器剖视图。

图5是折流板的孔径示意图。

附图标号为：吸收器1、解析器2、管箱3、气体分布器4、换热管5、折流板6、洗涤段7、丝网除沫器8、平衡管9、清水冷却器10、氨水泵11、清水泵12、氨水加热器13、汽体段14、解析器上段15、冷凝回流器16、安全泄压阀17、冷凝器18、液氨产品泵19、再分布器20、蒸汽加热器21、旁路支管22、回流管线23、循环液进料口24、填料压板25、梁型支撑26、隔板27、圆形孔28。

S1-管箱出口、S2-气体出口、S3-氨水出口、S4-循环水入口、S5-气相取样口、S6A/B-液位计口、A1-管箱入口、A2-原料气入口、A3–平衡口、A4-放空口、A5-取样口、D1/D2-排净口、P1A/B-压力计口

具体实施方式

氨气体在水中有较好的溶解度，其溶解于水是一个较强的放热过程，放热会使吸收液的温度升高，降低氨在水中的溶解能力，要提高气体的净化度并加大氨的回收率必须采用一定的措施。

本发明的吸收器1就能很好地解决了此问题。吸收器1共设三段，每段都是为原料气的净化作用而设的，充分保证净化后气体的氨含量小于10ppm。

吸收器1最下段设置一个封头，是多管程U型换热管的管箱3，冷却水的进出口位于管箱的同一侧，冷却水的管程数为六，U型换热管5的壳径与吸收器1的直径一致，在与U型换热管垂直方向设有隔板27，如图3所示。

吸收器的中段主要有气体分布器4、气体折流板6、U型管5和气体平衡管9。气体分布器4具有内环和外环的环形结构，内环利用吸收器的圆形外壁，外环是一圈焊在外壁的金属筒，内环和外环一起形成一个封闭的环形通道便是气体分布器4，气体分布器气体进口是一个总接管，出口是在内环上分布的一些小孔，气体分布器4可使气体均匀进入吸收器1，还可以使液相不会倒流到气相管道里，如图5所示。

气体进入吸收器1后，就开始用水进行逐级吸收。气体在上升的过程中，会被带有圆形孔28和切缺率的折流板6进行导流，折流板6在保证气体流动均匀性的同时，也保证了氨水在吸收器中浓度的梯级分布。如图4所示，折流板6通过切缺率、板上的圆形孔2和折流板的间距使得气体在吸收器1中有合理的流速，这种板式吸收设备和换热器设备的集成体大大强化了吸收过程，在吸收器中，管程介质是冷却水，壳程介质是氨水和工艺气体。

在吸收器中部完成吸收后会上升进入吸收器的洗涤段7，根据吸收气量的大小来确定洗涤水的用量。在确定了洗涤段的液气比之后，洗涤段7可以选用填料压板25、泡罩塔盘或者多流道筛板塔盘、梁型支撑26等塔内件来确保良好的洗涤效果。如图2所示。

本发明在使用时，处理的含氨气体压力从常压到20Bar均可，当压力大于3Bar时，吸收器中的氨水进入解析器解析时可以自流过去，只有在低压时用泵进行循环。

根据下游对吸收氨后的气体的含水量的要求，吸收器的顶部需要设高效的丝网除沫器8。

解析器2和吸收器1是两个相互独立的设备，具有不同的功能。解析器的作用是把吸收氨后的氨水进行解析，在回收高浓度氨的同时，也实现了水的循环使用。解析器为了能在开停车和正常操作时平稳，在它的底部采用直接和间接两种加热方式，这两种方式可以很快切换。氨水在解析器中的进料采用塔中进料的方式，这种方式可以大大提高氨的回收率，也利于再吸收循环水中有较低的氨含量，在解析器的顶部设置了冷凝回流器16，回流方式是自流，节约了能量的同时也提高了回收氨的纯度。

在吸收器1和解析器2之间设置了氨水加热器13，加热器的热介质为解析完的高温水，需要在此设备中从105°降温到70°左右，冷介质为吸收氨后的浓氨水。

吸收氨后的净化气体可以送往下游做为工艺气进一步使用，或者作为不含氨的放散气达标排放，从气体中回收的氨可以作为商品出售。

实施例：如图1、图2所示：

一种新型的可以连续处理含氨气体的节能装置，具有吸收器1和解析器2及一些辅助设备。从外界来的含氨气体(浓度0.1％vol～15％vol，压力从常压～20bar)经过管道和阀门引入到气体分布器4中，气体从气体分布器4经过缓冲后均匀进入吸收器1的中段。

在接入含氨气体前，首先要通过管箱3将冷却水引入到系统中并循环起来，冷却水的进水温度不高于32°，冷却水的回水温度不高于40°。

在接入含氨气体前，还要保证吸收器1的中部吸收段有一定的液位，在从液位计口S6A、S6B接入的液位计上指示了这个液位并要求能观察到，刚开车时液位要大于60％。

要处理的气体从气体分布器4进入吸收器1后，为了能使气体和水充分逆向接触，保证在吸收发生的同时，也移走吸收热，气体在上升时会经过折流板6，折流板6的作用是一方面保证氨水浓度均匀提升，并最终可以达到吸收的最大值，另一方面也强化了吸收液通过U型换热管5与冷却水的换热。

吸收器的液位要始终高于U型换热管5的顶部。在含氨气体离开吸收器的吸收段后，气体中会有超过95％的氨被水所吸收，气体中剩余的少量氨则通过吸收器1的洗涤段7进行进一步的洗涤。当处理的气体量较小时，洗涤段7采用泡罩塔盘的结构，当气量较大而液量较小时，洗涤段7采用多流道的筛板塔盘结构，当气量介于两者之间时，则采用填料的结构。经过洗涤后的合格气体经过丝网除沫器8后送出本装置。

在接入含氨气体之前，由于装置本身无循环水，需要从吸收器1的S4口引入新鲜水或者脱盐水给系统建立液位。

吸收器有P1A和P1B两个接口用于测量被处理的气体通过吸收器后的压差，根据压差可以判断吸收器是否处于稳定操作状态，在塔盘处是否发生了液泛，吸收器的A5接口用于测量吸收了氨后氨水的浓度。

在吸收器1迅速达到吸收稳定后，可以开启氨水泵11，在氨水泵11的入口处有一个平衡管9，其作用是保证泵的吸入口维持一定的压力，防止泵的汽蚀，在平衡管9上不能设有阀门。氨水泵11将吸收了氨的氨水通过氨水加热器13换热后被加热到80°以上通过清水泵12进入解析器2的中部，通过液体再分布器20使浓氨水在解析器2的下段均匀分布。氨水与逆流上升的蒸汽接触，水中的氨会被蒸汽解析出来。

为了维持一定的蒸汽流量，保证氨水中氨的彻底解析，在解析器的底部有一个蒸汽加热器21，加热器的加热介质为2bar以上的低压蒸汽，蒸汽也可以通过旁路支管22直接加入解析器中，这种情况在开车时使用。

解析氨后的水中的含氨量低于10ppm，由于解析后的水温度较高，需要通过氨水加热器回收其中的热量；解析水是在系统中循环使用的，较高的温度不利于氨吸收过程的进行，在再次进入吸收器1时要用清水冷却器10冷却到40°。

解析器上段15是氨水的精馏段，上升的氨气的浓度在精馏段得到进一步的提升，提高了浓度的气体进入解析器的冷凝回流器16时，氨的浓度会在95％(wt)以上，冷凝回流器16的回流量可以通过调节冷却上水CWS的流量来实现。

为了防止解析器2底部蒸汽加热器21因误操作造成的蒸汽过度输入，在解析器顶部的出口管线上设有安全泄压阀17。出解析器的气体成分主要是氨，此气体在解析器2外的产品冷凝器18中进行彻底的冷凝，少量的不凝气体可以在冷凝器顶部管线排放至安全处，产品冷凝器18底部排出的则是从气体中回收的液氨产品，通过液氨产品泵19送往界外。当液氨产品的氨浓度达不到要求时，可以通过二次回流管线23将产品回流到解析器中，直到浓度达到要求时再采出。

整个系统用于吸收的水是循环使用的，不需要外部补充水量。

吸收器设计了冷却水的装置进行吸收，把冷却方式应用到吸收过程中，大大促进了吸收器中吸收过程的进行；吸收产生的热量和冷却水移走热量同时进行，冷却水在U型换热管5内流动，通过管箱3的设计保证冷却水的流道数大于四，有效提高冷却水的流速，强化过程换热。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，其特征在于包括吸收器(1)和解析器(2)，其中吸收器(1)由三段构成，最上段是由填料或者泡罩塔盘构成的洗涤段(7)，可将气体中的氨气浓度降到10ppm以下；中段是氨吸收段，包括一个带有折流板(6)的塔盘和U型换热管(5)复合而成的特殊件，通过降温的方式达到对氨气的高效吸收，一个气体进料缓冲和均匀分布部件，保证气体进入解析器时压降较小并与吸收液良好接触；最下段是一个大于四程的冷却水的管箱(3)，冷却水经管箱后通过冷却管对中段的吸收液进行间接冷却；解析器(2)由两段构成，解析器上段(15)设有一个和解析器下段做成一体的冷凝回流器(16)，解析器下段则是由填料构成的具有汽提功能的汽提段(14)；吸收器(1)和解析器(2)之间液体的循环靠泵来实现，当吸收器的压力大出解析器压力1.5Bar时，液体从吸收器(1)流向解析器(2)，也可以通过自流来实现，在净化气体的同时，更加高效地获得高纯度的液氨产品，此装置最终可获得浓度大于95％的液氨。

2.如权利要求1所述的从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，其特征是：氨吸收段设有U型换热管(5)，在与换热管垂直方向设有隔板(27)，管箱(3)的上管板接在U型换热管(5)上，U型换热管(5)的壳径与吸收器(1)的直径一致。

3.根据权利要求1所述的从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，其特征在于：气体进料缓冲和均匀分布部件是气体分布器(4)，吸收器(1)的壳体和气体分布器(4)是一个整体复合结构，该气体分布器(4)为圆环形并且复合在吸收器的外壁上，气体分布器(4)和吸收器(1)的外壁有一定的间隙，气体从吸收器中段的下部通过气体分布器(4)进入吸收器(1)，气体中的氨在吸收前先经过气体分布器(4)进行缓冲。

4.根据权利要求3所述的从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，其特征在于：气体分布器(4)具有内环和外环的环形结构，内环利用吸收器的圆形外壁，外环是一圈焊在外壁的金属筒，内环和外环一起形成一个封闭的环形通道，气体分布器(4)气体进口是一个总接管，在气体进口A2的对应内侧均布有气体分布孔，排数不小于三排，孔之间的夹角大于15°，气体分布器(4)可使气体均匀进入吸收器(1)，还可以使液相不会倒流到气相管道里。

5.根据权利要求1所述的从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，其特征在于：洗涤段(7)上部有循环水入口S5，用系统自身的循环水或新鲜水对气体进行洗涤，洗涤段(7)采用筛板、泡罩或者填料来强化吸收，在洗涤段(7)的最上部设置有丝网除沫器(8)以降低洗涤气中的水含量，减少系统洗涤循环水的损失。

6.根据权利要求1所述的从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，其特征在于：氨吸收段的气体折流板(6)有20％-45％的切缺率，U型换热管(5)从折流板上穿过，折流板(6)在U型换热管上呈90度排列，在每四个组成矩形的U型换热管(5)中心位置的折流板上均布有直径6mm～9mm的圆形孔(28)，折流板(6)在吸收器内的分布间距范围为250mm～450mm。

7.根据权利要求1所述的从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，其特征在于：在氨解析器的中部有一个吸收氨后的浓氨水的入口，位置在汽提段(14)的上方，浓氨水从解析器(2)的中部加入，通过接管进入解析器后，进入一个与其相连的盘式液体分布器(20)，汽提段的下方有直接蒸汽和间接蒸汽的接入口。

8.根据权利要求1所述的从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，其特征在于：解析器顶部的冷凝回流器(16)和汽提段(14)是一体化结构，冷却水走冷凝回流器(16)的壳程，冷凝液走管程，冷凝液靠自流再回流到解析器的汽提段上方。

9.根据权利要求1所述的从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，其特征在于：在吸收器(1)中段的液相出液口S3和上部的气相取样口A3间设有气相平衡管(9)，在平衡管(9)上不设阀门。

10.根据权利要求1所述的从低浓度含氨气体中回收氨并净化气体的联合装置，其特征在于吸收器(1)和解析器(2)之间设置了氨水加热器(13)，该氨水加热器(13)采用低压蒸汽加热，加热方式采用直接或间接加热。