CN107758619A - 氮氢氨混合气提纯装置 - Google Patents
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Abstract
一种氮氢氨混合气提纯装置，包括过滤系统、脱氧塔、分子筛吸附塔、氨分离系统和氮氢分离系统和PSA分子筛，过滤系统连接连接脱氧塔底部，脱氧塔顶部出气口连接分子筛吸附塔底部，分子筛吸附塔顶部出气口连接氨分离系统，氨分离系统将原料气脱氨后连接氮氢分离系统，氮氢分离系统将氮氢分离后连接PSA分子筛，通过PSA分子筛将粗氢提纯；本发明提供了一种氮氢氨混合气提纯装置，能够有效将三种成分进行分离提纯，实现了工业废气的回收利用，且避免了工业废气直接排放造成的污染。
Description
技术领域
本发明属于气体分离系统技术领域，特指一种氮氢氨混合气提纯装置。
背景技术
现有的工业废气中存在较多的氨、氢、氮等组分，还存在较多的钾、镓等微小颗粒杂质以及有害颗粒(如附图3所示)，如果将这些废气直接排放中大气中，则容易造成污染，且废气中氨、氢和氮都能提取利用，直接排放也造成了浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种氮氢氨混合气提纯装置，能够有效将三种成分进行分离提纯，实现了工业废气的回收利用，且避免了工业废气直接排放造成的污染。
本发明的目的是这样实现的：一种氮氢氨混合气提纯装置，包括过滤系统、脱氧塔、分子筛吸附塔、氨分离系统和氮氢分离系统和PSA分子筛，过滤系统连接连接脱氧塔底部，脱氧塔顶部出气口连接分子筛吸附塔底部，分子筛吸附塔顶部出气口连接氨分离系统，氨分离系统将原料气脱氨后连接氮氢分离系统，氮氢分离系统将氮氢分离后连接PSA分子筛，通过PSA分子筛将粗氢提纯；
所述氨分离系统包括换热器E1、换热器E2、换热器E3、气液分离罐、氨吸附塔，分子筛吸附塔出气端连接换热器E1，换热器E1连接气液分离罐中部，气液分离罐底部储存液氨，顶部为原料气出气口并连接两套并联的换热器E2/E3，连接这两套换热器E2/E3的管路上设有阀门，用于切换使用；换热器E2/E3出气管路汇合后连接用于储存冷凝后液氨的储罐，储罐的出气端管路重新连回换热器E1用于对原料气复热，出气端管路经过换热器E1复热后连接氨吸附塔；
所述氮氢分离系统包括换热器E4、精馏塔、换热器E5，氨吸附塔顶部的出气管路经过换热器E4换热后进入精馏塔底部的蒸发器K3作为热源，从蒸发器K3出来的管路依次经过换热器E4、换热器E5后进入精馏塔中部；精馏塔底部设有抽取液氮的节流管道，节流管道连接至精馏塔顶部的冷凝器K2以使得精馏塔内产生回流，实现氮氢分离；精馏塔的出气管道经过换热器E4复热后连接PSA分子筛。
进一步的，所述氨吸附塔并联设置两套。
进一步的，所述分子筛吸附塔并联设置两套。
进一步的，所述连接换热E2和换热器E3的进气管路上分别设有用于储存液氨的储罐。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
本氮氢氨混合气提纯装置是以氮氢氨混合气为原料，采用低温分离工艺制取粗氢气、高纯氮、液氨。粗氢经PSA分离杂质后得到高纯产品氢气。
其基本原理包括如下步骤：
1、原料去杂质
原料气经过过滤系统过滤，将微量钾、镓等微小颗粒杂质去除。
2、原料脱氧
去杂质后原料气在一定温度、压力下，原料气通过催化剂催化氧化，将氧脱除，生成部分水。
3、分子筛吸附
出脱氧塔原料气分子筛吸附塔进杂质吸附，将原料气中的水份、CO2、甲烷脱去。
4、氨分离
出分子筛吸附塔原料气通过换热器E1换热，原料气出换热器-75℃，大部分氨液化成液氨，作为产品液氨，在气液分离罐底部贮存；
出气液分离罐原料气(氨含量＜6000ppm)进入换热器E2、E3换热(换热器2套，切换使用)，将原料气中6000ppm的氨再液化，出换热器E2、E3原料气中的氨含量＜1000ppm，通过换热器E1复热后，进入氨吸附塔吸附，出氨吸附塔原料气氨含量＜1ppm，C2H4、C2H6小于0.1ppm。
5、氮氢分离
出氨吸附塔原料气经换热器E4换热，进入精馏塔蒸发器K3作为热源，与精馏塔底部液氮换热并使其沸腾，原料气再通过换热器E4、E5换热从精馏塔中部进入，与此同时精馏塔底部的氮氢蒸发成上升蒸汽，而原料气被冷凝成液氮，并节流至0.05MPa返回上塔。液氮并经过节流进入精馏塔冷凝器K2作为冷源，使精馏塔塔顶部产生回流液，以保证塔内的精馏，使氮氢分离，从而在精馏塔塔底部得到纯液氮，在精馏塔塔顶得到粗氢。液氮为氮氢分离的冷源；
6、变压吸附装置提纯氢气
出精馏塔塔顶粗氢纯度达到84％，通过换热器E4复热后采用PSA分离杂质后得到高纯产品氢气。
附图说明
图1是本发明的原理简图；
图2是本发明的系统原理图；
图3是本发明原料气的各组份含量。
附图标记：E1、换热器；E2、换热器；E3、换热器；E4、换热器；E5、换热器；K2、冷凝器；K3、蒸发器；1、节流管道；2、精馏塔的出气管道。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1-3：
一种氮氢氨混合气提纯装置，包括过滤系统、脱氧塔、分子筛吸附塔、氨分离系统和氮氢分离系统和PSA分子筛，过滤系统(可采用活性炭或滤布结构)连接连接脱氧塔底部，脱氧塔顶部出气口连接分子筛吸附塔底部，分子筛吸附塔顶部出气口连接氨分离系统，氨分离系统将原料气脱氨后连接氮氢分离系统，氮氢分离系统将氮氢分离后连接PSA分子筛，通过PSA分子筛将粗氢提纯；
所述氨分离系统包括换热器E1、换热器E2、换热器E3、气液分离罐、氨吸附塔，分子筛吸附塔出气端连接换热器E1，换热器E1连接气液分离罐中部，气液分离罐底部储存液氨，顶部为原料气出气口并连接两套并联的换热器E2/E3，连接这两套换热器E2/E3的管路上设有阀门，用于切换使用；换热器E2/E3出气管路汇合后连接用于储存冷凝后液氨的储罐，储罐的出气端管路重新连回换热器E1用于对原料气复热，出气端管路经过换热器E1复热后连接氨吸附塔；
所述氮氢分离系统包括换热器E4、精馏塔、换热器E5，氨吸附塔顶部的出气管路经过换热器E4换热后进入精馏塔底部的蒸发器K3作为热源，从蒸发器K3出来的管路依次经过换热器E4、换热器E5后进入精馏塔中部；精馏塔底部设有抽取液氮的节流管道1，节流管道1连接至精馏塔顶部的冷凝器K2以使得精馏塔内产生回流，实现氮氢分离；精馏塔的出气管道2经过换热器E4复热后连接PSA分子筛。需要说明的是，图1中的若干处E1以及E4都是同一个换热器E1以及E4，其分开标注是为了该原理简图的线条能够更加明晰。
进一步的，所述氨吸附塔并联设置两套。
进一步的，所述分子筛吸附塔并联设置两套。
进一步的，所述连接换热E2和换热器E3的进气管路上分别设有用于储存液氨的储罐。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
本氮氢氨混合气提纯装置是以氮氢氨混合气为原料，采用低温分离工艺制取粗氢气、高纯氮、液氨。粗氢经PSA分离杂质后得到高纯产品氢气。
其基本原理包括如下步骤：
1、原料去杂质
原料气经过过滤系统过滤，将微量钾、镓等微小颗粒杂质去除。
2、原料脱氧
去杂质后原料气在一定温度、压力下，原料气通过催化剂催化氧化，将氧脱除，生成部分水。
3、分子筛吸附
出脱氧塔原料气分子筛吸附塔进杂质吸附，将原料气中的水份、CO2、甲烷脱去。
4、氨分离
出分子筛吸附塔原料气通过换热器E1换热，原料气出换热器-75℃，大部分氨液化成液氨，作为产品液氨，在气液分离罐底部贮存；
出气液分离罐原料气(氨含量＜6000ppm)进入换热器E2、E3换热(换热器2套，切换使用)，将原料气中6000ppm的氨再液化，出换热器E2、E3原料气中的氨含量＜1000ppm，通过换热器E1复热后，进入氨吸附塔吸附，出氨吸附塔原料气氨含量＜1ppm，C2H4、C2H6小于0.1ppm。
5、氮氢分离
出氨吸附塔原料气经换热器E4换热，进入精馏塔蒸发器K3作为热源，与精馏塔底部液氮换热并使其沸腾，原料气再通过换热器E4、E5换热从精馏塔中部进入，与此同时精馏塔底部的氮氢蒸发成上升蒸汽，而原料气被冷凝成液氮，并节流至0.05MPa返回上塔。液氮并经过节流进入精馏塔冷凝器K2作为冷源，使精馏塔塔顶部产生回流液，以保证塔内的精馏，使氮氢分离，从而在精馏塔塔底部得到纯液氮，在精馏塔塔顶得到粗氢。液氮为氮氢分离的冷源；
6、变压吸附装置提纯氢气
出精馏塔塔顶粗氢纯度达到84％，通过换热器E4复热后采用PSA分离杂质后得到高纯产品氢气。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种氮氢氨混合气提纯装置，其特征在于：包括过滤系统、脱氧塔、分子筛吸附塔、氨分离系统和氮氢分离系统和PSA分子筛，过滤系统连接连接脱氧塔底部，脱氧塔顶部出气口连接分子筛吸附塔底部，分子筛吸附塔顶部出气口连接氨分离系统，氨分离系统将原料气脱氨后连接氮氢分离系统，氮氢分离系统将氮氢分离后连接PSA分子筛，通过PSA分子筛将粗氢提纯；
所述氨分离系统包括换热器E1、换热器E2、换热器E3、气液分离罐、氨吸附塔，分子筛吸附塔出气端连接换热器E1，换热器E1连接气液分离罐中部，气液分离罐底部储存液氨，顶部为原料气出气口并连接两套并联的换热器E2/E3，连接这两套换热器E2/E3的管路上设有阀门，用于切换使用；换热器E2/E3出气管路汇合后连接用于储存冷凝后液氨的储罐，储罐的出气端管路重新连回换热器E1用于对原料气复热，出气端管路经过换热器E1复热后连接氨吸附塔；
所述氮氢分离系统包括换热器E4、精馏塔、换热器E5，氨吸附塔顶部的出气管路经过换热器E4换热后进入精馏塔底部的蒸发器K3作为热源，从蒸发器K3出来的管路依次经过换热器E4、换热器E5后进入精馏塔中部；精馏塔底部设有抽取液氮的节流管道(1)，节流管道(1)连接至精馏塔顶部的冷凝器K2以使得精馏塔内产生回流，实现氮氢分离；精馏塔的出气管道(2)经过换热器E4复热后连接PSA分子筛。
2.根据权利要求1所述的氮氢氨混合气提纯装置，其特征在于：所述氨吸附塔并联设置两套。
3.根据权利要求1所述的氮氢氨混合气提纯装置，其特征在于：所述分子筛吸附塔并联设置两套。
4.根据权利要求1所述的氮氢氨混合气提纯装置，其特征在于：所述连接换热E2和换热器E3的进气管路上分别设有用于储存液氨的储罐。
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