CN116078120A - 一种能量综合利用的碳氨回收液化系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气体分离技术领域，特别涉及一种能量综合利用的碳氨回收液化系统及工艺，包括碳吸收塔、氨吸收塔、解吸塔、氨水配制塔、余热制冷系统和蒸发器，碳吸收塔的底端溶液出口经过溶液泵和碳氢换热器后连接氨吸收塔上端的溶液进口，碳吸收塔的顶端气体出口连接余热制冷系统；氨吸收塔的一侧设有中压再沸器，氨吸收塔的底端富氨溶液出口通过溶液透平机与碳氢换热器的富氨溶液进口相连。采用吸收解吸液化工艺，利用装置内低温余热分离二氧化碳和氨气，不同于常规粗氨气精制工艺，不使用压缩机，可实现氨气和二氧化碳的分离以及液化，能量综合利用率高，装置能耗低，操作维护简单，节省用电。

Description

一种能量综合利用的碳氨回收液化系统及工艺
技术领域
本发明属于气体分离领域，特别涉及一种能量综合利用的碳氨回收液化系统及工艺。
背景技术
在合成氨、尿素、三聚氰胺等生产过程中会产生大量含氨和二氧化碳的混合气体，基于经济性和环保性考虑，通常需要将该混合气体进行分离，运输及存储。
中国专利CN105289210A公开了一种碳氨分离工艺，该文献中介绍氨气精制过程采用至少两级压缩处理，冷凝及尾液分离操作，最终得到液氨；发明专利CN108148555 A公开了一种制冷吸收剂及余热驱动吸收式深度制冷方法，利用低温余热低温吸收氨气，高温高压解吸，冷凝后获得液氨，不需要精馏。但是其存在压缩能耗高，效率低等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种能量综合利用的碳氨回收液化系统及工艺，以解决压缩能耗高，效率低等问题。
通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明提供一种能量综合利用的碳氨回收液化系统，包括碳吸收塔、氨吸收塔、解吸塔、氨水配制塔、余热制冷系统和蒸发器；
所述碳吸收塔的侧端设有混合气体进口，所述碳吸收塔的底端溶液出口经过溶液泵和碳氢换热器后连接氨吸收塔上端的溶液进口，所述碳吸收塔的顶端气体出口连接余热制冷系统；
所述氨吸收塔的一侧设有中压再沸器，所述氨吸收塔的底端富氨溶液出口通过溶液透平机与碳氢换热器的富氨溶液进口相连，所述碳氢换热器的富氨溶液出口分为两路，一路经过吸收液冷却器连接碳吸收器的富氨溶液进口，另一路经过换热器连接解吸塔的富氨溶液进口；
所述解吸塔的一侧设有低压再沸器，所述解吸塔的底端吸收液出口分为两路，一路经过换热器和解吸液冷却器后连接至氨吸收塔的上段溶液进口，另一路连接至氨吸收塔的中段溶液进口；
所述余热制冷系统的热源进口连接中压再沸器的热源出口，所述余热制冷系统用于利用中压再沸器出来的热源将从碳吸收塔流入的氨气制备成液氨，所述余热制冷系统的液氨出口与蒸发器的液氨进口连接，所述蒸发器的气氨出口分为两路，一路返回至余热制冷系统中，另一路连接氨水配制塔的气氨进口；
所述氨水配制塔的侧端设有脱盐水进口，且所述氨水配制塔的底端氨水出口通过氨水泵连接碳氨换热器的富氨溶液进口。
作为上述技术方案的进一步改进，所述溶液透平机经过富氨流动做功回收的能量用于为溶液泵供电。
作为上述技术方案的进一步改进，所述余热制冷系统的液氨出口分为两路，一路连接蒸发器的液氨进口，另一路连接液氨储罐，所述蒸发器的气体出口连接液体二氧化碳储罐。
作为上述技术方案的进一步改进，所述余热制冷系统的空气出口连接洗气罐的气体进口，所述洗气罐的上端设有气体出口和脱盐水进口，所述洗气罐的底端连通氨水配制塔的顶端。
作为上述技术方案的进一步改进，所述中压再沸器的热源进口连接外部热网，中压再沸器的热源出口连接余热制冷系统的热源进口。
作为上述技术方案的进一步改进，所述氨吸收塔的顶端气体出口连接蒸发器的气体进口。
作为上述技术方案的进一步改进，所述解吸塔的顶端气体出口连接吸收液冷却器的气体进口。
本发明提供一种能量综合利用的碳氨回收液化工艺，应用上述能量综合利用的碳氨回收液化系统，包括以下步骤：
(1)氨气和二氧化碳混合气体从底部进入碳吸收塔进行吸收操作，碳吸收液从塔顶部进入，逆流吸收，吸收二氧化碳后的氨气从塔顶流出，进入余热制冷系统，利用中压再沸器出来的中压冷凝水余热为制冷系统提供热源；
(2)碳吸收塔底部吸收液经溶液泵升压后进入氨吸收塔，采用中压再沸器加热吸收液分解出氨气和二氧化碳，分解的气体在氨吸收塔向上与氨气吸收液逆流吸收，吸收氨气后的高压二氧化碳从塔顶流出，经过蒸发器冷凝后输送或者储存；
(3)氨吸收塔底部富氨吸收液经过溶液透平机进入碳氨换热器，碳氨换热器出口的富氨吸收液分两路，一路返回碳吸收塔循环吸收二氧化碳，另一路经换热器预热后进入解吸塔，经低压再沸器蒸汽加热解吸出氨气、二氧化碳及水蒸气从塔顶进入吸收液冷却器前管线混合冷却，解吸塔底吸收液进去氨吸收塔吸收氨气；
(4)余热制冷系统吸收氨气，经过高压解吸、冷凝后获得液氨，液氨经过蒸发器蒸发冷却液化二氧化碳，蒸发器出来的氨气一部分返回余热制冷系统，一部分用于进入氨水配制塔制备氨水，制备的氨水返回碳吸收塔循环吸收二氧化碳。
本发明的有益效果在于：采用吸收解吸液化工艺，利用装置内低温余热分离二氧化碳和氨气，不同于常规粗氨气精制工艺，不使用压缩机，可实现氨气和二氧化碳的分离以及液化，能量综合利用率高，装置能耗低，操作维护简单，节省用电。
附图说明
图1是本发明中的能量综合利用的碳氨回收液化系统的流程图。
图示：1、碳吸收塔；2、吸收液吸收液冷却器；3、溶液泵；4、碳氨换热器；5、氨吸收塔；6、溶液透平机；7、解吸塔；8、换热器；9、解吸液冷却器；10、中压再沸器；11、低压再沸器；12、氨水泵；13、氨水配制塔；14、洗气罐；15、蒸发器；16、余热制冷系统。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请做出一些非本质的改进和调整。
实施例1
如图1所示，本实施例一种能量综合利用的碳氨回收液化系统，包括碳吸收塔1、氨吸收塔5、解吸塔7、氨水配制塔13、余热制冷系统16和蒸发器15；
碳吸收塔1的侧端靠近底端位置处设有混合气体进口，碳吸收塔1的底端溶液出口与溶液泵3的进口相连，所述溶液泵3的出口通过碳氢换热器连接氨吸收塔5上端的溶液进口，碳吸收塔1的顶端气体出口连接余热制冷系统16；
氨吸收塔5的一侧设有中压再沸器10，氨吸收塔5的底端富氨溶液出口通过溶液透平机6与碳氢换热器的富氨溶液进口相连，碳氢换热器的富氨溶液出口分为两路，一路经过吸收液冷却器2连接碳吸收器的富氨溶液进口，另一路经过换热器连接解吸塔7的富氨溶液进口，氨吸收塔5的顶端气体出口连接蒸发器15的气体进口；
解吸塔7的一侧设有低压再沸器11，解吸塔7的底端吸收液出口分为两路，一路经过换热器和解吸液冷却器9后连接至氨吸收塔5的上段溶液进口，另一路连接至氨吸收塔5的中段溶液进口，解吸塔7的顶端气体出口连接吸收液冷却器2的气体进口；
余热制冷系统16的热源进口连接中压再沸器10的热源出口，余热制冷系统16用于利用中压再沸器10出来的热源将从碳吸收塔1流入的氨气制备成液氨，余热制冷系统16的液氨出口一路与蒸发器15的液氨进口连接，另一路连接液氨储罐，蒸发器15的气氨出口分为两路，一路返回至余热制冷系统16中，另一路连接氨水配制塔13的气氨进口；
余热制冷系统16的空气出口(余热制冷系统16包括发生器、吸收器、冷凝器等换热器件，空气出口表示各换热器件的空气排出口)连接洗气罐的气体进口，洗气罐14的上端设有气体出口和脱盐水进口，洗气罐14的底端连通氨水配制塔13的顶端，氨水配制塔13的侧端设有脱盐水进口，且氨水配制塔13的底端氨水出口连接碳氨换热器4的富氨溶液进口。
一种能量综合利用的碳氨回收液化工艺，包括以下步骤：
(1)氨气和二氧化碳混合气体从底部进入碳吸收塔1进行吸收操作，碳吸收液从塔顶部进入，逆流吸收，吸收二氧化碳后的氨气从塔顶流出，进入余热制冷系统16，余热制冷系统16利用中压再沸器10出来的中压冷凝水余热为制冷系统提供热源；
(2)碳吸收塔1底部吸收液经溶液泵3升压后进入氨吸收塔5，采用中压再沸器10蒸汽加热溶液分解出氨气和二氧化碳，分解的气体在氨吸收塔5向上与氨气吸收液逆流吸收，吸收氨气后的高压二氧化碳从塔顶流出，经过蒸发器15冷凝后输送或者储存；
(3)氨吸收塔5底部富氨吸收液经过溶液透平机6回收动能，溶液透平机6回收的能量用于溶液泵3提供电能，溶液透平机6出口的富氨溶液进入碳氨换热器4，碳氨换热器4出口的富氨吸收液分两路，一路返回碳吸收塔1循环吸收二氧化碳，另一路经换热器预热后进入解吸塔7，经低压再沸器11低压蒸汽加热解吸出氨气、二氧化碳及水蒸气从塔顶进入吸收液冷却器2前管线混合冷却，解吸塔7底吸收液进去氨吸收塔5吸收氨气；
(4)余热制冷系统16吸收来自碳吸收塔1氨气，经过高压解吸、冷凝后获得液氨，液氨经过蒸发器15蒸发冷却液化二氧化碳，蒸发器15出来的氨气一部分返回余热制冷系统16，一部分用于进入氨水配制塔13制备氨水，制备的氨水返回碳吸收塔1循环吸收二氧化碳。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种能量综合利用的碳氨回收液化系统，其特征在于，包括碳吸收塔、氨吸收塔、解吸塔、氨水配制塔、余热制冷系统和蒸发器；
所述碳吸收塔的侧端设有混合气体进口，所述碳吸收塔的底端溶液出口经过溶液泵和碳氢换热器后连接氨吸收塔上端的溶液进口，所述碳吸收塔的顶端气体出口连接余热制冷系统；
所述氨吸收塔的一侧设有中压再沸器，所述氨吸收塔的底端富氨溶液出口通过溶液透平机与碳氢换热器的富氨溶液进口相连，所述碳氢换热器的富氨溶液出口分为两路，一路经过吸收液冷却器连接碳吸收器的富氨溶液进口，另一路经过换热器连接解吸塔的富氨溶液进口；
所述解吸塔的一侧设有低压再沸器，所述解吸塔的底端吸收液出口分为两路，一路经过换热器和解吸液冷却器后连接至氨吸收塔的上段溶液进口，另一路连接至氨吸收塔的中段溶液进口；
所述余热制冷系统的热源进口连接中压再沸器的热源出口，所述余热制冷系统用于利用中压再沸器出来的热源将从碳吸收塔流入的氨气制备成液氨，所述余热制冷系统的液氨出口与蒸发器的液氨进口连接，所述蒸发器的气氨出口分为两路，一路返回至余热制冷系统中，另一路连接氨水配制塔的气氨进口；
所述氨水配制塔的侧端设有脱盐水进口，且所述氨水配制塔的底端氨水出口通过氨水泵连接碳氨换热器的富氨溶液进口。
2.根据权利要求1所述的能量综合利用的碳氨回收液化系统，其特征在于，所述溶液透平机经过富氨流动做功回收的能量用于为溶液泵供电。
3.根据权利要求1所述的能量综合利用的碳氨回收液化系统，其特征在于，所述余热制冷系统的液氨出口分为两路，一路连接蒸发器的液氨进口，另一路连接液氨储罐，所述蒸发器的气体出口连接液体二氧化碳储罐。
4.根据权利要求1所述的能量综合利用的碳氨回收液化系统，其特征在于，所述余热制冷系统的空气出口连接洗气罐的气体进口，所述洗气罐的上端设有气体出口和脱盐水进口，所述洗气罐的底端连通氨水配制塔的顶端。
5.根据权利要求1所述的能量综合利用的碳氨回收液化系统，其特征在于，所述中压再沸器的热源进口连接外部热网，中压再沸器的热源出口连接余热制冷系统的热源进口。
6.根据权利要求1所述的能量综合利用的碳氨回收液化系统，其特征在于，所述氨吸收塔的顶端气体出口连接蒸发器的气体进口。
7.根据权利要求1所述的能量综合利用的碳氨回收液化系统，其特征在于，所述解吸塔的顶端气体出口连接吸收液冷却器的气体进口。
8.一种能量综合利用的碳氨回收液化工艺，应用权利要求1-7任一所述的能量综合利用的碳氨回收液化系统，其特征在于，包括以下步骤：
(1)氨气和二氧化碳混合气体从底部进入碳吸收塔进行吸收操作，碳吸收液从塔顶部进入，逆流吸收，吸收二氧化碳后的氨气从塔顶流出，进入余热制冷系统，利用中压再沸器出来的中压冷凝水余热为制冷系统提供热源；
(2)碳吸收塔底部吸收液经溶液泵升压后进入氨吸收塔，采用中压再沸器加热吸收液分解出氨气和二氧化碳，分解的气体在氨吸收塔向上与氨气吸收液逆流吸收，吸收氨气后的高压二氧化碳从塔顶流出，经过蒸发器冷凝后输送或者储存；
(3)氨吸收塔底部富氨吸收液经过溶液透平机进入碳氨换热器，碳氨换热器出口的富氨吸收液分两路，一路返回碳吸收塔循环吸收二氧化碳，另一路经换热器预热后进入解吸塔，经低压再沸器蒸汽加热解吸出氨气、二氧化碳及水蒸气从塔顶进入吸收液冷却器前管线混合冷却，解吸塔底吸收液进去氨吸收塔吸收氨气；
(4)余热制冷系统吸收氨气，经过高压解吸、冷凝后获得液氨，液氨经过蒸发器蒸发冷却液化二氧化碳，蒸发器出来的氨气一部分返回余热制冷系统，一部分用于进入氨水配制塔制备氨水，制备的氨水返回碳吸收塔循环吸收二氧化碳。
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