CN110510636A - 一种工业氨水及高纯氨联产系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业氨水及高纯氨联产系统及工艺，属于工业用氨生产技术领域。该联产系统包括工业氨水及高纯氨生产系统、废氨处理系统和水循环系统；工业氨水及高纯氨生产系统包括液氨储罐和液氨吸收器，液氨储罐依次与氨气化器、再生加热器、纯化器、精馏塔和高纯氨成品罐相连通，液氨吸收器与氨水成品罐相连通，可以实现高纯氨和工业氨水的产能调控。废氨处理系统包括废氨总管，该废氨总管分别与液氨储罐、纯化器、精馏塔以及高纯氨成品罐连接，废氨总管与液氨吸收器相连通，可直接将废气总管中的废气用于生产工业氨水，保证再生后的氨气不会产生浪费。水循环系统包括高温水总管、低温水总管以及工业水软化装置，可实现热量的综合利用。

Description

一种工业氨水及高纯氨联产系统及工艺

技术领域

本发明涉及工业用氨生产技术领域，具体是一种工业氨水及高纯氨联产系统及工艺。

背景技术

工业氨水和高纯氨都是以液氨为原料的两种重要的下游产品，前者是近年来烟气脱硫脱硝的环保新兴产品，后者是电子工业中氮化膜的成膜气体，是化学气相沉积（CVD）重要的“氮”源，是电子领域十分重要的原材料，发展潜力巨大。现国内有多家高纯氨生产企业和工业氨水生产企业，基本上都是各做各的产品，有些高纯氨企业副产少量工业氨水。这种单一化的生产模式从技术上分析存在许多弊病：

1、能量不能综合利用：

在氨水生产过程中，将液氨溶于水时发生强烈的放热水解反应，会产生大量的反应热，此反应热若不及时除去，会严重影响后续工序的正常进行。为此，在整个工艺流程中，需要设置多道冷却工序，一般用水作为冷媒，通过循环冷却来实现。而高纯氨生产过程中，多处主要工艺需要提供热量，如液氨气化、变压吸附再生、精馏塔底加热等，现工艺一般用电或外供蒸汽来实现。这两种工艺分开生产，造成能量的极大浪费。

2、含氨废气的回收及利用成本高：

氨水及高纯氨生产工艺中均会有多处涉及到排放的含氨废气的环保处理，其回收装置各自为用，增加了回收利用成本。

3、产能调控困难，不能满足市场需求：

工业氨水和高纯氨这两种产品分开生产，无法随时满足市场需求。例如，目前西北地区电子信息、光伏等行业刚刚起步，高纯氨的需求量不稳定，而工业氨水市场容量正快速增长，在此情况下，根据市场灵活调控产能是当务之急。现分开单一化生产，难以应对市场变化。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提供一种可实现能量综合利用及产能调控，且含氨废气回收成本低的工业氨水及高纯氨联产系统。

本发明的另一目的是提供一种利用上述系统进行工业氨水及高纯氨联产的工艺。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种工业氨水及高纯氨联产系统，包括工业氨水及高纯氨生产系统、废氨处理系统和水循环系统；

其中，工业氨水及高纯氨生产系统包括液氨储罐和液氨吸收器，液氨储罐出口与氨气化器入口相连通，氨气化器出口与纯化器底部进气口相连通，氨气化器与纯化器之间还设有再生加热器，纯化器顶部出气口与精馏塔中部的精馏分离柱相连通，精馏塔底部的出气口与高纯氨成品罐相连通，液氨吸收器与氨水成品罐相连通；

废氨处理系统包括设于工业氨水及高纯氨生产系统顶部的废氨总管，该废氨总管入口分别与液氨储罐、纯化器、精馏塔以及高纯氨成品罐顶部的废气出口连接，废氨总管出口与液氨吸收器的内胆相连通，所述液氨吸收器顶部还通过尾气回收器与废氨总管相连通；

水循环系统包括设于工业氨水及高纯氨生产系统底部的高温水总管、低温水总管以及工业水软化装置，所述高温水总管通过水管分别与氨气化器、再生加热器入水口、精馏塔的冷凝集液器、精馏塔供热汽化装置以及液氨吸收器相连通，低温水总管通过水管分别与氨气化器、再生加热器出水口、精馏塔供热汽化装置、精馏塔的冷凝集液器以及液氨吸收器相连通，液氨吸收器和高温水总管连通的水管、与液氨吸收器和低温水总管连通的水管之间设有循环水泵；所述工业水软化装置进口与工业水源连通，工业水软化装置出口与液氨吸收器顶部的软化水进口相连通。

作为本发明技术方案的改进，上述液氨储罐还与液氨吸收器的液氨进口相连通。

本发明利用上述系统联产工业氨水及高纯氨的工艺，包括以下步骤：

（1）打开液氨储罐，液氨原料经由氨气化器气化后一部分进入纯化器，与此同时，从氨气化器出口排出的另一部分氨气进入再生加热器，在与高温水换热后从纯化器底部进入进行吹扫，换热后的水进入低温水总管；

（2）纯化器中的氨气经脱油、干燥后进入精馏塔，吹扫气从纯化器顶部进入废氨总管；

（3）高温水总管中的水进入精馏塔供热汽化装置，换热后进入低温水总管；

低温水总管中的水进入精馏塔冷凝集液器，换热后进入高温水总管；精馏塔精馏分离柱中的氨气脱除低沸点杂质后从塔底排出得到高纯氨成品，精馏塔中废气从塔顶排出进入废氨总管；

（4）废氨总管中的废氨进入液氨吸收器内胆，工业水经由工业水软化装置从软化水进口进入液氨吸收器，低温水总管中的水进入液氨吸收器，由循环水泵循环换热后进入高温水总管，最终生成工业氨水进入氨水成品罐；液氨吸收器中的废气通过尾气回收器进入废氨总管；如需更多产出工业氨水，可从液氨储罐直接将液氨经由液氨进口引入液氨吸收器。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：

1、现有技术中高纯氨单独生产时变压吸附再生后的废气需直接排放，而本发明可直接将这部分废气用于生产工业氨水，因此，当再生操作时严格控制再生气的用量及再生时间，可以保证再生后的氨气不会产生浪费。

2、本发明系统通过设置废氨总管，可集中回收处理各工序排放的含氨废气，并用于工业氨水的生产。相比现有技术中的单一化生产，可减少设备投资，且方便操作。

3、本发明系统中设置的高温水及低温水总管，可实现热量的综合利用。

4、本发明系统可以很方便地处理高纯氨生产系统故障停车、质量不合格、涨库等非正常液氨排放，只需将排放口直接导入废氨总管，改产工业氨水，以避免突发情况紧急处理时带来的环境污染。

5、本发明便于灵活调控两种产品的产能，随时满足市场需求：通过系统中的调节阀，可以很方便的控制两种产品的产量，对目前西北地区高纯氨和工业氨水的市场需求是一种十分有效的控制手段。

附图说明

图1为本发明联产系统中各装置的连接关系示意图；

附图标记：1、液氨储罐；2、氨气化器；3、再生加热器；4、纯化器；5、精馏塔；6、尾气回收器；7、废氨总管；8、液氨吸收器；9、循环水泵；10、氨水成品罐；11、工业水软化装置；12、高纯氨成品罐；13、低温水总管；14、高温水总管；15、调节阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明工业氨水及高纯氨联产系统及联产工艺进行详细说明。

本发明中所述精馏塔由底部的供热汽化装置、中部的精馏分离柱和顶部的冷凝集液器三部分组成；液氨吸收器的结构参见专利CN208218419U，其包括吸收器外壳、中间层，吸收器外壳与中间层形成的夹层以及内胆，其中，内胆上端穿过吸收器外壳、夹层和中间层设有软化水进口，下端穿过中间层设有与夹层连通的出口，内胆内部设有入口与中间层底部连通的U型盘管，U型盘管第一弯折部至尾部上设有若干出气孔；中间层上端穿过吸收器外壳和夹层设有液氨进口；吸收器外壳上设有与夹层连通的氨水出口。此部分均为现有技术，图中未示出。

如图1所示，本发明公开的一种工业氨水及高纯氨联产系统，包括工业氨水及高纯氨生产系统、废氨处理系统和水循环系统。

其中，工业氨水及高纯氨生产系统包括液氨储罐1和液氨吸收器8，液氨储罐1与液氨吸收器8的液氨进口相连通，液氨储罐1出口与氨气化器2入口相连通，氨气化器2出口与纯化器4底部进气口相连通，氨气化器2与纯化器4之间还设有再生加热器3，纯化器4顶部出气口与精馏塔5中部的精馏分离柱相连通，精馏塔5底部的出气口与高纯氨成品罐12相连通，液氨吸收器8与氨水成品罐10相连通。

废氨处理系统包括设于工业氨水及高纯氨生产系统顶部的废氨总管7，该废氨总管7入口分别与液氨储罐1、纯化器4、精馏塔5以及高纯氨成品罐12顶部的废气出口连接，废氨总管7出口与液氨吸收器8的内胆相连通，液氨吸收器8顶部还通过尾气回收器6与废氨总管7相连通。

水循环系统包括设于工业氨水及高纯氨生产系统底部的高温水总管14、低温水总管13以及工业水软化装置11，高温水总管14通过水管分别与氨气化器2、再生加热器3入水口、精馏塔5的冷凝集液器、精馏塔5的供热汽化装置以及液氨吸收器8相连通，低温水总管13通过水管分别与氨气化器2、再生加热器3出水口、精馏塔5的供热汽化装置、精馏塔5的冷凝集液器以及液氨吸收器8相连通，液氨吸收器8和高温水总管14连通的水管、与液氨吸收器8和低温水总管13连通的水管之间设有循环水泵9；工业水软化装置11进口与工业水源连通，工业水软化装置11出口与液氨吸收器8顶部的软化水进口相连通。

本发明水循环系统可通过天气的变化进行改进，如夏天气温高，可在低温水总管13加冷凝设施，冬季气温低，可在高温水总管14上加装电加热设备，以确保联产过程中的水循环工艺要求。

本发明纯化采用变压吸附原理，一台纯化器4中上、中、下分装三种吸附剂，实现水分(分上下两次吸附)及油分的逐级脱除。再生则直接用氨气化器2出口的经加热后的氨气，从底向上吹扫，吹扫后的含氨废气进入废气总管7用于生产氨水，不会造成氨的浪费及影响环保。

本发明精馏为氨冷凝脱气纯化过程，从精馏塔5塔釜加热上升的氨气与从塔顶喷淋下来的软水在精馏分离柱中进行逆流传质传热，上升的氨气部分冷凝，冷凝的液氨中的惰性气体含量降低，下降至塔釜；下降的液氨部分气化，气化的氨气中的惰性气含量增加，上升至塔顶。此时上升的氨气至塔顶时，已富含大量的惰性气体，从精馏塔5顶部排出进入废氨总管7，下降到塔釜的液氨则为高纯氨产品，进入高纯氨成品罐12。

本发明利用上述系统联产工业氨水及高纯氨的工艺具体包括以下步骤：

（1）打开液氨储罐1，液氨原料经由氨气化器2气化后一部分进入纯化器4，与此同时，从氨气化器2出口排出的另一部分氨气进入再生加热器3，在与高温水换热后从纯化器4底部进入进行吹扫，换热后的水进入低温水总管13；

（2）纯化器4中的氨气经脱油、干燥后进入精馏塔5中部的精馏分离柱，吹扫气从纯化器4顶部进入废氨总管7；

（3）高温水总管14中的水进入精馏塔5的供热汽化装置，换热后进入低温水总管13；低温水总管13中的水进入精馏塔5的冷凝集液器，换热后进入高温水总管14；精馏塔5精馏分离柱中的氨气脱除低沸点杂质后从塔底排出得到高纯氨成品，精馏塔5中废气从塔顶排出进入废氨总管7；

（4）废氨总管7中的废氨进入液氨吸收器8内胆，工业水经由工业水软化装置11从软化水进口进入液氨吸收器8，低温水总管13中的水进入液氨吸收器8，由循环水泵9循环换热后进入高温水总管14，最终生成工业氨水进入氨水成品罐10；液氨吸收器8中的废气通过尾气回收器6进入废氨总管7；如需更多产出工业氨水，可从液氨储罐1直接将液氨经由液氨进口引入液氨吸收器8。

本发明可以灵活调控两种产品的产能，随时满足市场需求：通过系统中调节阀15的启闭，可以很方便的控制两种产品的产量，对目前西北地区高纯氨和工业氨水的市场需求是一种十分有效的控制手段。

Claims (3)

1.一种工业氨水及高纯氨联产系统，其特征在于，该联产系统包括工业氨水及高纯氨生产系统、废氨处理系统和水循环系统；

所述工业氨水及高纯氨生产系统包括液氨储罐和液氨吸收器，液氨储罐出口与氨气化器入口相连通，氨气化器出口与纯化器底部进气口相连通，氨气化器与纯化器之间还设有再生加热器，纯化器顶部出气口与精馏塔中部的精馏分离柱相连通，精馏塔底部的出气口与高纯氨成品罐相连通，液氨吸收器与氨水成品罐相连通；

所述废氨处理系统包括设于工业氨水及高纯氨生产系统顶部的废氨总管，该废氨总管入口分别与液氨储罐、纯化器、精馏塔以及高纯氨成品罐顶部的废气出口连接，废氨总管出口与液氨吸收器的内胆相连通，所述液氨吸收器顶部还通过尾气回收器与废氨总管相连通；

所述水循环系统包括设于工业氨水及高纯氨生产系统底部的高温水总管、低温水总管以及工业水软化装置，所述高温水总管通过水管分别与氨气化器、再生加热器入水口、精馏塔的冷凝集液器、精馏塔供热汽化装置以及液氨吸收器相连通，低温水总管通过水管分别与氨气化器、再生加热器出水口、精馏塔供热汽化装置、精馏塔的冷凝集液器以及液氨吸收器相连通，液氨吸收器和高温水总管连通的水管、与液氨吸收器和低温水总管连通的水管之间设有循环水泵；所述工业水软化装置进口与工业水源连通，工业水软化装置出口与液氨吸收器顶部的软化水进口相连通。

2.如权利要求1所述的一种工业氨水及高纯氨联产系统，其特征在于：所述液氨储罐还与液氨吸收器的液氨进口相连通。

3.一种利用如权利要求1或2所述的系统联产工业氨水及高纯氨的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

（1）打开液氨储罐，液氨原料经由氨气化器气化后一部分进入纯化器，与此同时，从氨气化器出口排出的另一部分氨气进入再生加热器，在与高温水换热后从纯化器底部进入进行吹扫，换热后的水进入低温水总管；

（2）纯化器中的氨气经脱油、干燥后进入精馏塔，吹扫气从纯化器顶部进入废氨总管；

（3）高温水总管中的水进入精馏塔供热汽化装置，换热后进入低温水总管；低温水总管中的水进入精馏塔冷凝集液器，换热后进入高温水总管；精馏塔精馏分离柱中的氨气脱除低沸点杂质后从塔底排出得到高纯氨成品，精馏塔中废气从塔顶排出进入废氨总管；

（4）废氨总管中的废氨进入液氨吸收器内胆，工业水经由工业水软化装置从软化水进口进入液氨吸收器，低温水总管中的水进入液氨吸收器，由循环水泵循环换热后进入高温水总管，最终生成工业氨水进入氨水成品罐；液氨吸收器中的废气通过尾气回收器进入废氨总管；如需更多产出工业氨水，可从液氨储罐直接将液氨经由液氨进口引入液氨吸收器。