CN105536433B - 从气体混合物分离氨的方法和设施 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从气体混合物分离氨的方法和设施，具体地，涉及一种通过使含氨气体混合物(1’)与水性液体混合来从气体混合物分离氨的方法，氨至少部分地被水性液体吸收，其中气体混合物和水性液体(14)被分开地引入到管束热交换器(16)的入口罩(15)中且在其中混合，以获得两相气‑液混合物，其中，气‑液混合物随后经过管束热交换器(16)的管，其中，通过在外壳侧上被引导的冷却介质来冷却气‑液混合物，来自热交换器(16)的气‑液混合物随后被传送到分离器(18)中，以分离气相和液相，其中，获得贫氨的气相(19)和富氨的液相(12’)，且气相(19)和液相(12’)每个被从分离器(18)排出以用于进一步使用。

Description

从气体混合物分离氨的方法和设施
技术领域
本发明涉及用于通过使含氨气体混合物与水性液体混合来从气体混合物中分离氨的方法和设施，氨至少部分被所述水性液体吸收。
背景技术
这样的方法和设备本身是已知的。其一种重要的用途在于，通过撒索尔-鲁奇(Sasol-Lurgi)方法，处理在煤固定床气化中得到的凝析气。其中，接连地处理焦油、油、苯酚，并且随后从凝析气接连地分离出酸性气体和氨。这些处理方法被描述于第2版的《气化(GASIFICATION)》中，克里斯托弗黑格曼/马耳他范德波哥(Christopher Higman/Maartenvan der Burgt)，海湾专业出版(Gulf Professional Publishing)，第5.1.1章和在《乌尔曼的工业化学百科全书(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry)》，第6版，卷15，第6章，第430页。
实际上，通常通过在吸收塔中吸收氨来执行氨的分离。含氨气体混合物从底部到顶部流动通过塔且被引导通过一个或多个、例如三个填料床。作为吸收剂的水以相对于含氨气体混合物的逆流从底部到顶部引导通过填料。在其中含氨气体混合物首先与水性吸收液体相接触的最下面的填料中，由于大量氨被在该接触中吸收且耗散相关大量的吸收热量，水吸收液被循环通过一个外部热交换器。通常对第二填充床执行该措施。
当水性吸收液体的吸收能力随温度升高而降低时，要求通过相应大量液体使由氨的吸收导致的温度上升保持为低。然而，这导致了在首先与气体混合物相接触的最下面的填充床的区域中，塔必须设计有很大的直径，以能够在填充床上均匀分布大量液体。待循环的该大量液体导致设备尺寸较大和相应的成本，这降低该方法的经济性。
本发明的目的在于提供一种改进的方法和由该方法操作的设施，其中在含氨气体混合物与吸收液体之间的接触在较小体积且因此价钱更低的设备中执行。
发明内容
通过本发明解决所述目的，其中，借助于通过使气体混合物与水性液体混合来从含氨气体混合物中分离氨的方法解决所述目的，氨至少部分地被所述水性液体吸收，其中，气体混合物和水性液体被分开地引导到管束热交换器的入口罩中且在其中被混合，以获得两相气-液混合物，其中，气-液混合物随后经过管束热交换器的管，其中，通过在外壳侧上被引导的冷却介质来冷却所述气-液混合物，来自热交换器的气-液混合物随后被传送到分离器中，以对气相和液相进行，其中，获得贫氨的气相和富氨的液相，且贫氨的气相和富氨的液相每个被从分离器排出以用于进一步使用。
根据本发明，来自全部气提塔的含氨气体混合物与水性液体的混合，氨的吸收以及吸收热的耗散在管束热交换器中执行。气体混合物和水性液体被分开地引入到管束热交换器的入口罩中并在其中混合以获得两相气-液混合物，其中，气-液混合物随后经过管速热交换器的管，其中，通过在外壳侧上被引导的冷却介质来冷却气-液混合物。由于含氨气体混合物和吸收液体共同地流动通过热交换器的管，部分吸收热在其产生期间直接耗散，液体的温度增加被降低，且因此液体的吸收能力增加。随后，气-液混合物被从热交换器传送到用于分离气相和液相的设备中。
本发明的优选方面
本发明的有利方面在于，借助于管束热交换器的入口罩中的至少一个喷嘴将水性液体引入到含氨气体混合物中。这是一种将液体均匀分布在气体中的简单方法。
本发明的一种变型在于，在多阶段过程中执行氨的吸收，其中，根据本发明的以上方法实施第一阶段，且然后在第二阶段中，所获得的贫氨的气相进入到吸收塔中并从底部到顶部流动通过该塔，并且其中，淡水被引入到该塔中，淡水以相对于气相的逆流从顶部到底部流动通过吸收塔，并且其中，进一步贫氨的气体被从塔排出以用于进一步使用，并且其中，载有氨的水作为水性液体被从塔排出且通过引入到管束热交换器的入口罩中而在第一步骤中被使用。
通过该措施，以常规方式，即通过气相和液相在一个或多个填料床中的接触，将余留的氨含量从气相移除。连同气相和水性液体根据本发明在管束热交换器中的混合，能够在使用大体较小尺寸的设备的情况下实现氨的特别高的分离度。
本发明另一具体方面的特征在于，用于第二阶段的吸收塔配有两个独立、叠置的传质装置，例如填料床或规整填料，其中，所述水相被循环通过下填料并被循环过位于塔外侧的热交换器以用于冷却。当根据现有技术在第一步骤中在填料床上执行吸收时，该方面是特别有利的。
在进一步的方面中，本发明还涉及用于从含氨气体混合物分离氨的设施，包括如下设施部分：
(a)管束热交换器，所述管束热交换器带有用于含氨气体混合物和水性液体的进料管道以及用于两相气-液混合物的排放管道，该管束热交换器适于使气体混合物和水性液体混合以获得两相气-液混合物并将所述两相气-液混合物冷却，
(b)分离器，该分离器设置在所述设施部分(a)的下游，用于分离成富氨的液相和贫氨的气相，
(c)吸收塔，该吸收塔设置在设施部分的下游，该吸收塔包括用于淡水的进料管道、用于作为水性液体的载有氨的水的排放管道、用于贫氨的气体的排放管道和至少一个传质装置，其中，水性液体的第一部分借助于输送装置被传送过热交换器，在热交换器处被冷却，并且随后再次在传质装置上方加载到吸收塔，并且其中，水性液体的第二部分被再循环到设施部分(a)。
附图说明
还能够根据下面的具体实施方式的详细描述和附图来理解本发明的其它发展、优势和潜在应用。所有描述和/或示意所有特征单独地或结合地形成本发明，独立于其在权利要求书中或其背景文献中的包含。
在附图中：
图1示出了根据现有技术的从含有氨和惰性气体的气体混合物分离氨的方法，
图2示出了根据本发明的方法的示例性实施例。
具体实施方式
首先，将参照图1解释现有技术。含氨气体混合物1在吸收塔2的底部处被引入，并依次流动通过传质装置3，4和5，传质装置3，4和5在这里被设计为填料床。软化水6作为吸收剂被引入到塔2的顶部中，并以相对于上升的气体混合物的逆流依次流动通过填料床。对于下填充床3和中间填充床4，水借助于泵7和8被泵送经过。经由热交换器9和10，从水提取在氨的吸收期间生成的吸收热量。这样，实现通过水吸收更多的氨。在塔2的底部处，富氨水性液体12经由泵11排出以进一步使用。在塔2的顶部处，贫氨气体13被排出以进一步使用，贫氨气体13是主要含有氮的惰性气体。
由于部分负载吸收剂的大体积流量，所以特别是最底部的填料床3必须被设计成特别大。这导致吸收塔2的尺寸较大，特别是在塔的横截面这方面。这又导致成本投入的增加和吸收塔2在复杂设施内的安装的限制。此外，泵7和热交换器9必须被相对应地设计成较强。
作为根据本发明的方法的设计的一个示例，图2示出了含氨气体混合物1’和水性液体的流14如何被引入到管束热交换器16的入口罩15中。在其已经流动通过热交换器的管之后，其中来自气相的氨中的大部分已经被液相吸收且吸收热已经被耗散，所生成的两相气-液混合物作为流17’被引入到分离器18中以分离气相和液相。从此处，气相作为流19被引入到吸收塔2’的底部中并通过填料床4’和5’流动到塔2’的顶部。在塔2’的顶部处引入软化水6’，其作为吸收剂从气相带走余留的氨含量。基本上释放了氨的气相作为流13’在顶部处从塔2’离开以用于进一步处理。借助于泵装置8’，水被循环通过下填料床4’，其中吸收热经由热交换器10’耗散。流14从回路朝向热交换器16分支。所生成的富氨水性液体12’从分离器18排放，并借助于泵11’供应以用于进一步的使用。
工业应用
本发明代表了实际采用的方法的一种低成本代替方案，因此在商业上是可应用的。
附图标记列表
1，1’ 含氨气体混合物
2，2’ 吸收塔
3 传质装置
4，4’ 传质装置
5，5’ 传质装置
6，6’ 淡水或软化水
7 泵
8，8’ 泵
9 热交换器
10，10’ 热交换器
11，11’ 泵
12，12’ 富氨水性液体
13，13’ 贫氨惰性气体
14 水性液体
15 入口罩
16 管束热交换器
17’ 气-液混合物
18 分离器
19 气相

Claims (6)

1.一种用于通过使含氨气体混合物(1’)与水性液体混合来从所述气体混合物分离氨的方法，氨至少部分地被所述水性液体吸收，其特征在于，所述气体混合物和所述水性液体(14)被分开地引入到管束热交换器(16)的入口罩(15)中并且在所述管束热交换器(16)中混合，以获得两相气-液混合物(17’)，其中，所述两相气-液混合物随后经过所述管束热交换器(16)的管，其中，通过在外壳侧上被引导的冷却介质来冷却所述两相气-液混合物，来自所述管束热交换器(16)的所述两相气-液混合物随后被传送到分离器(18)中，用于分离气相和液相，其中，获得贫氨的气相(19)和富氨的液相(12’)，并且所述贫氨的气相(19)和所述富氨的液相(12’)每个均从所述分离器(18)排出以用于进一步使用，其中，所述贫氨的气相(19)进入到吸收塔(2’)的底部，并且载有氨的水作为所述水性液体(14)从所述吸收塔(2’)排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于在所述管束热交换器的入口罩中的至少一个喷嘴，将所述水性液体引入到含氨气体混合物中。
3.一种用于通过使含氨气体混合物与水性液体混合来从所述气体混合物分离氨的方法，氨至少部分地被所述水性液体吸收，其特征在于，所述方法以两个步骤执行，其中，根据权利要求1或2实施第一步骤，然后，使在所述第一步骤中获得的贫氨的气相(19)进入到吸收塔(2’)中，并从底部到顶部流动通过所述吸收塔(2’)，其中，淡水(6’)被引入到所述吸收塔中，所述淡水(6’)以相对于所述气相的逆流从顶部到底部流动通过所述吸收塔(2’)，并且其中，进一步贫氨的气体(13’)从所述吸收塔(2’)排出以用于进一步使用，并且其中，载有氨的水作为水性液体(14)从所述吸收塔(2’)排出，并且被用于所述第一步骤中，这是因为它被引入到所述管束热交换器(16)的入口罩(15)中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述吸收塔(2’)配备有两个独立的、叠置的传质装置，其中，所述水性液体(14)被循环通过所述传质装置(4’)并且为了冷却而被引导通过位于所述吸收塔的外侧的热交换器(10’)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述传质装置是规整填料。
6.一种通过根据权利要求1或3所述的方法从含氨气体混合物分离氨的设施，包括如下设施部分：
(a)管束热交换器(16)，所述管束热交换器(16)带有用于含氨气体混合物(1’)和水性液体(14)的进料管道以及用于两相气-液混合物(17’)的排放管道，所述管束热交换器(16)适合于使所述气体混合物(1’)和所述水性液体(14)混合以获得两相气-液混合物(17’)并用于将所述两相气-液混合物(17’)冷却，
(b)分离器(18)，所述分离器(18)设置在设施部分(a)的下游，用于分离成富氨的液相(12’)和贫氨的气相(19)，
(c)吸收塔(2’)，所述吸收塔(2’)设置在设施部分(b)的下游，所述吸收塔(2’)包括用于淡水(6’)的进料管道、用于作为水性液体(14)的载有氨的水的排放管道、用于贫氨的气体(13’)的排放管道和至少一个传质装置(4’)，其中，所述水性液体(14)的第一部分借助于输送装置(8’)被传送通过热交换器(10’)，在所述热交换器(10’)处被冷却，并且随后再次在所述传质装置(4’)上方加载到所述吸收塔(2’)，并且其中，所述水性液体(14)的第二部分被再循环到所述设施部分(a)。
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