CN113697772A - 一种合成氨驰放气中氢氨回收系统及其工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种合成氨驰放气中氢氨回收系统及其工艺方法，属于驰放气回收领域，其中回收系统包括高压放空富氢气回收装置、预冷换热器、深冷换热器、低温分离器、一级分离器、二级分离器；高压放空富氢气回收装置包括洗氨塔、游离水分离器、预热器和膜分离器，预冷换热器的进气端口还连通中压放空富氨气和闪蒸汽，预冷换热器的出口连接深冷换热器和一级分离器，深冷换热器的出口连接至低温分离器和二级分离器；低温分离器的液相出口连接至深冷换热器；工艺方法包括高压放空富氢气洗涤脱氨脱氢；中压放空富氨气脱氨；闪蒸汽脱氨；针对不同压力的驰放气，回收生产高纯氢气、液氨和燃料气，减少合成氨驰放气的排放，回收了氢、氨甲烷。

Description

一种合成氨驰放气中氢氨回收系统及其工艺方法
技术领域
本发明涉及一种驰放气回收技术，特别是涉及一种合成氨驰放气中氢氨回收系统及其工艺方法。
背景技术
在氨合成工艺中，为了避免氩气、甲烷等有害杂质对合成催化剂的影响，需要在不同工艺节点上连续排放大量不同压力的弛放气，如在冷交换热器后端设置高压放空富氢气，压力一般为15MPa，其中氢含量65％、甲烷含量10％、氮气含量19％、氩气含量2.4％、氨含量3.6％；在液氨闪蒸槽上设置中压放空，压力一般为5.0MPa，其中氢含量52％、甲烷含量15％、氮气含量17％、氩气含量3％、氨含量13％。同时，液氨储罐作为低温设备，不断挥发大量闪蒸气，其中氢含量32.8％、甲烷含量15.8％、氮气含量11.5％、氩气含量2.4％、氨含量37.5％。
现有的氨驰放气后通常会直接排放或燃烧，然而废气中含有的氢、氨、甲烷等物质直接排放或燃烧会生成空气污染物质，造成严重的环境污染，同时造成了能源的浪费。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种合成氨驰放气中氢氨回收系统及其工艺方法，针对不同压力的驰放气，回收生产高纯氢气、液氨和燃料气，减少合成氨驰放气的排放，回收了氢、氨甲烷等宝贵资源。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种合成氨驰放气中氢氨回收系统，其特征在于，所述合成氨驰放气中氢氨回收系统包括高压放空富氢气回收装置、预冷换热器、深冷换热器、低温分离器、一级分离器和二级分离器；
所述高压放空富氢气回收装置包括洗氨塔、游离水分离器、预热器和膜分离器，所述洗氨塔的进气口连通至高压放空富氢气；所述洗氨塔的气相出口依次连通游离水分离器、预热器和膜分离器，所述膜分离的非渗透气出口连通至所述预冷换热器；所述预冷换热器的进气端口还连通中压放空富氨气和闪蒸汽，所述预冷换热器的出口分别连接深冷换热器和一级分离器，所述深冷换热器的出口分别连接至低温分离器和二级分离器；所述低温分离器的液相出口连接至深冷换热器。
于本发明的一实施例中，所述合成氨驰放气中氢氨回收系统还包括低温透平膨胀机、高温透平膨胀机、一级冷却器和二级冷却器；所述低温透平膨胀机的膨胀端气相出口与所述二级分离器的气相出口合流后依次连接深冷换热器、预冷换热器和高温透平膨胀机的膨胀端进气口，所述高温透平膨胀机的膨胀端气相出口依次连通预冷换热器、高温透平膨胀机增压端、一级冷却器、低温透平膨胀机和二级冷却器。
于本发明的一实施例中，所述洗氨塔的下进口连通高压放空富氢气，洗氨塔的上进口设置脱盐水罐和增压水泵，洗氨塔的下出口设有节流阀，洗氨塔的上出口连通至所述游离水分离器。
于本发明的一实施例中，所述预冷换热器包括第一预冷通道、第三预冷通道和第四预冷通道；所述深冷换热器包括第一深冷通道、第三深冷通道、第四深冷通道和第五深冷通道；所述第一预冷通道的入口端连通所述膜分离器的非渗透气出口和中压放空富氨气，第一预冷通道的出口端依次连通第一深冷通道和低温分离器，低温分离器的液相出口和气相出口分别对应连接所述第三深冷通道和第四深冷通道。
进一步的，所述第四深冷通道的出口端连接至所述低温透平膨胀机的膨胀端，低温透平膨胀机的膨胀端气相出口依次连通第五深冷通道和第四预冷通道，所述第四预冷通道的出口端连通至所述高温透平膨胀机的膨胀端，高温透平膨胀机的膨胀端气相出口连接第三预冷通道的入口端，第三预冷通道的出口端连接至所述高温透平膨胀机的增压端。
进一步的，所述预冷换热器还包括第二预冷通道，所述深冷换热器还包括第二深冷通道；所述第二预冷通道的入口端连通闪蒸气，第二预冷通道的出口端连通一级分离器，所述一级分离器的气相出口连通第二深冷通道的入口端，第二深冷通道的出口端连接至所述二级分离器，二级分离器的液相出口连接所述第三深冷通道，二级分离器的气相出口与所述低温低温透平膨胀机的膨胀端气相出口合流后连接至所述第五深冷通道。
于本发明的一实施例中，所述合成氨驰放气中氢氨回收系统还包括液氨缓冲罐和液氨储罐，所述液氨缓冲罐通过液氨泵连通液氨储罐；所述液氨缓冲罐同时连接所述一级分离器的液相出口和所述第三深冷通道。
同时，本发明还提供了合成氨驰放气中氢氨回收工艺方法，包括上述合成氨驰放气中氢氨回收系统的技术特征，其特征在于：包括以下步骤：
S1：高压放空富氢气的洗涤脱氨脱氢；高压放空富氢气通入高压脱盐水进行脱氨处理，得到氨水产品和一级富氢气；一级富氢气依次进行游离水分离、加热处理和膜过滤，得到高纯氢气产品和非渗透气体；
S2：中压放空富氨气脱氨；中压放空富氨气依次进行冷却和低温分离处理后得到液氨产品和第一制冷气体；
S3：闪蒸汽脱氨；闪蒸汽依次进行冷凝处理和第一次分离处理得到液氮产品和中间气体产物，中间气体产物进行二次分离得到液氮产品和第二制冷气体。
于本发明的一实施例中，所述高压脱盐水为经10Mpa以上压力处理后的脱盐水。
于本发明的一实施例中，所述步骤S2中的第一制冷气体经过一次降温后与步骤S3中的第二制冷气体混合，然后依次进行第一次制冷、再降温、第二次制冷和增压冷却处理。
如上所述，本发明的合成氨驰放气中氢氨回收系统及其工艺方法，具有以下有益效果：
本发明对不同压力的驰放气进行了针对性处理，对高压放空富氢气进行脱氢和脱氨处理，对中压放空富氨气和液氨储罐蒸发的液氨闪蒸气进行脱氨回收处理，减少合成氨驰放气的排放，回收了氢、氨，同时对不同压力的驰放气中的甲烷等宝贵资源进行回收，更加环保。
附图说明
图1显示为本发明实施例中公开的合成氨驰放气中氢氨回收系统的系统流程示意图。
元件标号说明
1-洗氨塔；2-游离水分离器；3-预热器；4-膜分离器；5-脱盐水罐；6-增压水泵；7-预冷换热器；8-深冷换热器；9-一级分离器；10-液氨缓冲罐；11-低温分离器；12-二级分离器；13-高温透平膨胀机；14-低温透平膨胀机；15-一级冷却器；16-二级冷却器。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1，本发明提供一种合成氨驰放气中氢氨回收系统，其特征在于，合成氨驰放气中氢氨回收系统包括高压放空富氢气回收装置、预冷换热器7、深冷换热器8、低温分离器11、一级分离器9和二级分离器12；
高压放空富氢气回收装置包括洗氨塔1、游离水分离器2、预热器3和膜分离器4，洗氨塔1的进气口连通至高压放空富氢气；洗氨塔1的气相出口依次连通游离水分离器2、预热器3和膜分离器4，膜分离的非渗透气出口连通至预冷换热器7；预冷换热器7的进气端口还连通中压放空富氨气和闪蒸汽，预冷换热器7的出口分别连接深冷换热器8和一级分离器9，深冷换热器8的出口分别连接至低温分离器11和二级分离器12；低温分离器11的液相出口连接至深冷换热器8。
膜分离器4下端为渗透气出口，上端为非渗透气出口；渗透气为氢气产品，非渗透气为富甲烷气；预冷换热器7为四股流通道换热器，第一二股流通道为上进口、下出口，第三四股流通道为下进口、上出口；深冷换热器8为五股流通道换热器，第一二股流通道为上进口、下出口，第三四五股流通道为下进口、上出口。
进一步的，合成氨驰放气中氢氨回收系统还包括低温透平膨胀机14、高温透平膨胀机13、一级冷却器15和二级冷却器16；低温透平膨胀机14的膨胀端气相出口与二级分离器12的气相出口合流后依次连接深冷换热器8、预冷换热器7和高温透平膨胀机13的膨胀端进气口，高温透平膨胀机13的膨胀端气相出口依次连通预冷换热器7、高温透平膨胀机13增压端、一级冷却器15、低温透平膨胀机14和二级冷却器16。
进一步的，洗氨塔1的下进口连通高压放空富氢气，洗氨塔1的上进口设置脱盐水罐5和增压水泵6，洗氨塔1的下出口设有节流阀，洗氨塔1的上出口连通至游离水分离器2。
进一步的，预冷换热器7包括第一预冷通道、第三预冷通道和第四预冷通道；深冷换热器8包括第一深冷通道、第三深冷通道、第四深冷通道和第五深冷通道；第一预冷通道的入口端连通膜分离器4的非渗透气出口和中压放空富氨气，第一预冷通道的出口端依次连通第一深冷通道和低温分离器11，低温分离器11的液相出口和气相出口分别对应连接第三深冷通道和第四深冷通道。
进一步的，第四深冷通道的出口端连接至低温透平膨胀机14的膨胀端，低温透平膨胀机14的膨胀端气相出口依次连通第五深冷通道和第四预冷通道，第四预冷通道的出口端连通至高温透平膨胀机13的膨胀端，高温透平膨胀机13的膨胀端气相出口连接第三预冷通道的入口端，第三预冷通道的出口端连接至高温透平膨胀机13的增压端。
进一步的，预冷换热器7还包括第二预冷通道，深冷换热器8还包括第二深冷通道；第二预冷通道的入口端连通闪蒸气，第二预冷通道的出口端连通一级分离器9，一级分离器9的气相出口连通第二深冷通道的入口端，第二深冷通道的出口端连接至二级分离器12，二级分离器12的液相出口连接第三深冷通道，二级分离器12的气相出口与低温低温透平膨胀机14的膨胀端气相出口合流后连接至第五深冷通道。
进一步的，合成氨驰放气中氢氨回收系统还包括液氨缓冲罐和液氨储罐，液氨缓冲罐通过液氨泵连通液氨储罐；液氨缓冲罐同时连接一级分离器9的液相出口和第三深冷通道。
使用时，低温分离器11分离的气体经过深冷换热器8复温后进入低温增压透平膨胀机膨胀端膨胀制冷，膨胀后的气体与二级分离器12分离出的气体混合后进入深冷换热器8、预冷换热器7，为中压驰放气和闪蒸气的冷凝提供冷量；复温后的气体进入高温透平膨胀机13膨胀端膨胀制冷，然后进入预冷换热器7，为中压驰放气和闪蒸气的预冷提供冷量，复温后的气体依次经过高温透平膨胀机13增压端、一级冷却器15、低温透平膨胀机14增压端、二级冷却器16，经过增压冷却后的驰放气富含甲烷，作为燃料气使用。
本实施例中各装置参数说明如下：
高压放空富氢气压力为14MP-15MPa，洗氨塔1、水分离器、预热器3、膜分离器4的压力控制在12-14MP，预热温度控制在50-60℃；洗氨塔1顶部气体中氨含量控制在10ppm；中压放空富氨气压力为4.5-5.0MPa，液氨闪蒸气压力为1.5-1.6MPa，预冷换热器7低温出口温度控制在-8℃，深冷换热器8低温出口温度控制在-60℃；低温透平膨胀机14膨胀端的出口处气体压力为0.6—1.0MPa；高温透平膨胀机13膨胀端的出口处气体压力为0.2—0.3Mpa；液氨泵的出口处压力为2.6MPa。
同时，本发明还提供了合成氨驰放气中氢氨回收工艺方法，包括上述合成氨驰放气中氢氨回收系统的技术特征，其特征在于：包括以下步骤：
S1：高压放空富氢气的洗涤脱氨脱氢；高压放空富氢气通入高压脱盐水进行脱氨处理，得到氨水产品和一级富氢气；一级富氢气依次进行游离水分离、加热处理和膜过滤，得到高纯氢气产品和非渗透气体；
S2：中压放空富氨气脱氨；中压放空富氨气依次进行冷却和低温分离处理后得到液氨产品和第一制冷气体；
S3：闪蒸汽脱氨；闪蒸汽依次进行冷凝处理和第一次分离处理得到液氮产品和中间气体产物，中间气体产物进行二次分离得到液氮产品和第二制冷气体。
进一步的，高压脱盐水为经10Mpa以上压力处理后的脱盐水。
进一步的，步骤S2中的第一制冷气体经过一次降温后与步骤S3中的第二制冷气体混合，然后依次进行第一次制冷、再降温、第二次制冷和增压冷却处理。
综上所述，本发明对不同压力的驰放气进行了针对性处理，对高压放空富氢气进行脱氢和脱氨处理，对中压放空富氨气和液氨储罐蒸发的液氨闪蒸气进行脱氨回收处理，减少合成氨驰放气的排放，回收了氢、氨，同时对不同压力的驰放气中的甲烷等宝贵资源进行回收，更加环保。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种合成氨驰放气中氢氨回收系统，其特征在于，所述合成氨驰放气中氢氨回收系统包括高压放空富氢气回收装置、预冷换热器(7)、深冷换热器(8)、低温分离器(11)、一级分离器(9)和二级分离器(12)；
所述高压放空富氢气回收装置包括洗氨塔(1)、游离水分离器(2)、预热器(3)和膜分离器(4)，所述洗氨塔(1)的进气口连通至高压放空富氢气；所述洗氨塔(1)的气相出口依次连通游离水分离器(2)、预热器(3)和膜分离器(4)，所述膜分离的非渗透气出口连通至所述预冷换热器(7)；所述预冷换热器(7)的进气端口还连通中压放空富氨气和闪蒸汽，所述预冷换热器(7)的出口分别连接深冷换热器(8)和一级分离器(9)，所述深冷换热器(8)的出口分别连接至低温分离器(11)和二级分离器(12)；所述低温分离器(11)的液相出口连接至深冷换热器(8)。
2.根据权利要求1所述的合成氨驰放气中氢氨回收系统，其特征在于：所述合成氨驰放气中氢氨回收系统还包括低温透平膨胀机(14)、高温透平膨胀机(13)、一级冷却器(15)和二级冷却器(16)；所述低温透平膨胀机(14)的膨胀端气相出口与所述二级分离器(12)的气相出口合流后依次连接深冷换热器(8)、预冷换热器(7)和高温透平膨胀机(13)的膨胀端进气口，所述高温透平膨胀机(13)的膨胀端气相出口依次连通预冷换热器(7)、高温透平膨胀机(13)增压端、一级冷却器(15)、低温透平膨胀机(14)和二级冷却器(16)。
3.根据权利要求1所述的合成氨驰放气中氢氨回收系统，其特征在于：所述洗氨塔(1)的下进口连通高压放空富氢气，洗氨塔(1)的上进口设置脱盐水罐(5)和增压水泵(6)，洗氨塔(1)的下出口设有节流阀，洗氨塔(1)的上出口连通至所述游离水分离器(2)。
4.根据权利要求2所述的合成氨驰放气中氢氨回收系统，其特征在于：所述预冷换热器(7)包括第一预冷通道、第三预冷通道和第四预冷通道；所述深冷换热器(8)包括第一深冷通道、第三深冷通道、第四深冷通道和第五深冷通道；所述第一预冷通道的入口端连通所述膜分离器(4)的非渗透气出口和中压放空富氨气，第一预冷通道的出口端依次连通第一深冷通道和低温分离器(11)，低温分离器(11)的液相出口和气相出口分别对应连接所述第三深冷通道和第四深冷通道。
5.根据权利要求4所述的合成氨驰放气中氢氨回收系统，其特征在于：所述第四深冷通道的出口端连接至所述低温透平膨胀机(14)的膨胀端，低温透平膨胀机(14)的膨胀端气相出口依次连通第五深冷通道和第四预冷通道，所述第四预冷通道的出口端连通至所述高温透平膨胀机(13)的膨胀端，高温透平膨胀机(13)的膨胀端气相出口连接第三预冷通道的入口端，第三预冷通道的出口端连接至所述高温透平膨胀机(13)的增压端。
6.根据权利要求5所述的合成氨驰放气中氢氨回收系统，其特征在于：所述预冷换热器(7)还包括第二预冷通道，所述深冷换热器(8)还包括第二深冷通道；所述第二预冷通道的入口端连通闪蒸气，第二预冷通道的出口端连通一级分离器(9)，所述一级分离器(9)的气相出口连通第二深冷通道的入口端，第二深冷通道的出口端连接至所述二级分离器(12)，二级分离器(12)的液相出口连接所述第三深冷通道，二级分离器(12)的气相出口与所述低温低温透平膨胀机(14)的膨胀端气相出口合流后连接至所述第五深冷通道。
7.根据权利要求4所述的合成氨驰放气中氢氨回收系统，其特征在于：所述合成氨驰放气中氢氨回收系统还包括液氨缓冲罐(10)和液氨储罐，所述液氨缓冲罐(10)通过液氨泵连通液氨储罐；所述液氨缓冲罐(10)同时连接所述一级分离器(9)的液相出口和所述第三深冷通道。
8.一种合成氨驰放气中氢氨回收工艺方法，采用如权利要求1-7中任意一条所述的合成氨驰放气中氢氨回收系统，其特征在于：包括以下步骤：
S1：高压放空富氢气的洗涤脱氨脱氢；高压放空富氢气通入高压脱盐水进行脱氨处理，得到氨水产品和一级富氢气；一级富氢气依次进行游离水分离、加热处理和膜过滤，得到高纯氢气产品和非渗透气体；
S2：中压放空富氨气脱氨；中压放空富氨气依次进行冷却和低温分离处理后得到液氨产品和第一制冷气体；
S3：闪蒸汽脱氨；闪蒸汽依次进行冷凝处理和第一次分离处理得到液氮产品和中间气体产物，中间气体产物进行二次分离得到液氮产品和第二制冷气体。
9.根据权利要求8所述的合成氨驰放气中氢氨回收工艺方法，其特征在于：所述高压脱盐水为经10Mpa以上压力处理后的脱盐水。
10.根据权利要求8所述的合成氨驰放气中氢氨回收工艺方法，其特征在于：所述步骤S2中的第一制冷气体经过一次降温后与步骤S3中的第二制冷气体混合，然后依次进行第一次制冷、再降温、第二次制冷和增压冷却处理。
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