CN202199241U - 合成氨驰放气的回收设备及包含其的铜氨液再生系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及合成氨驰放气的回收设备及包含其的铜氨液再生系统，其中，合成氨驰放气的回收设备包含依次相连的以下设备：驰放气调压装置、驰放气与铜氨液混合装置和铜氨液解析分离装置。包含该合成氨驰放气的回收设备的铜氨液再生系统，将传统的铜氨液再生系统与合成氨驰放气的回收设备相结合。本实用新型改变了浓氨水精馏需要蒸汽和动力的缺陷，同时减少了无动力氨回收所必须的设备投资；解决了合成驰放气中气氨转化液氨的诸多负面不利因素，不仅达到了提高液氨产量、提高企业效益的目的；还使废气得到了净化，同时减少了能耗和损失，生产工艺流程简便，易操作，达到了清洁生产的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及合成氨驰放气的回收设备及包含其的铜氨液再生系统，主要应用于合成氨生产工艺等领域。
背景技术
传统的合成氨生产工艺发展了多年，包括原料气制备阶段，原料气净化阶段，合成反应阶段，氨分离阶段等。而氨分离阶段通过冷却将氨气转化为液氨，在此过程中产生的经氨分离，送氨储槽后不能液化的气体叫驰放气，其主要含有CH4，H2，N2，Ar等成分。根据氨分压原理，放出此部分气体时，不可避免地有气氨带出，直接送三气锅炉燃烧损耗大，浪费原料，且因气体中的NH3含量高，直接送三气锅炉燃烧极不安全。
直至今日，合成氨驰放气的利用一直是一个难以有效解决的问题，目前，大部分驰放气中的气氨用于转化为液氨，进而制备尿素。
现有技术中通常采用氨水精馏的方式将气氨转化为液氨，其消耗蒸汽和动力。无动力氨回收方法是新兴的气氨转化为液氨的方式，但因其设备投资较大，维护费用高。上述方法都存在着缺陷。
醋酸铜氨液(以下简称铜氨液)其由醋酸、铜、氨气和水配制而成，主要成分是醋酸二氨合铜(I)[Cu(NH3)2Ac]，醋酸四氨合铜(II)[Cu(NH3)4Ac2]，醋酸铵(NH3Ac)和未反应的游离氨，铜在两种配合物中分别以低价铜离子(Cu+)和高价铜离子(Cu2+)两种形态存在，两者的浓度之比(Cu+/Cu2+)称为铜比，高价铜离子无吸收一氧化碳的能力，因此铜氨液铜比的高低可以反应铜氨液吸收一氧化碳的能力。一般来说，铜比在5～7为合适的比例。
铜氨液作为合成氨原料气体精炼过程中吸收H2S、CO2、CO、O2等少量杂质气体的液体，可通过减压加热放出所吸收的气体，并经过铜氨液再生系统再生，而由于在加热过程中会有氨损失，因此需要在其中补充气氨后才能循环利用。其中，补充的气氨由来自氨分离阶段的经过冷却后的纯液氨转化得到。铜氨液使用和再生的具体流程为：铜液泵(以下简称铜泵)将低压新鲜铜氨液增压后送入铜氨塔内，从塔顶喷淋而下，吸收从塔底逆向上升的合成所需的H2、N2气中的杂质气，吸收完杂质气后铜氨液从塔底排出。铜液由节流减压阀降压后，送入再生系统。
合成氨铜洗系统中的铜氨液再生设备，为卧式容器。铜氨液送入铜氨液再生器后，由于该设备底部设有均布的折流板，工作时，迫使洗涤合成氨用的工艺气体从洗涤塔经还原器还原而成铜氨液。铜氨液在铜氨液上加热器的蒸汽加热下形成喘流，将其吸收的CO、CO2、H2、N2、O2在容器上部蒸发析出，得到再生的铜氨液，再生后的铜氨液从容器底部流出分别进行水冷、氨冷、过滤后再投入系统循环使用。经再生后的低压新鲜铜氨液又经铜泵增压，送入塔内循环使用。
实用新型内容
如何能够在不需要任何额外动力和蒸汽消耗的基础上充分利用驰放气中的气氨，是亟待解决的问题。
本实用新型的思路是通过设备的组合，将驰放气中的气氨用以补充铜氨液损失的氨，充分利用了驰放气中的氨，又节省了原先用来补充铜氨液的从合成岗位换热之后的液氨。
将驰放气通过减压阀调节压力，通过加热器再生完全的在用铜氨液进行微负压吸收，然后在接近于常压下将惰性气体如CH4，H2，N2，Ar等分离出来，洗涤后送造气三气锅炉作原料气用，吸收气氨后的铜氨液经过冷却进铜液泵进行循环利用，不增加电能、蒸汽和铜氨液，设备投资少，易于操作和控制，无环境污染。
本实用新型提供一种合成氨驰放气的回收设备，其特征在于，包含依次相连的以下设备：驰放气调压装置、驰放气与铜氨液混合装置和铜氨液解析分离装置。
所述驰放气调压装置包含缓冲罐11和自调阀12。
所述驰放气与铜氨液混合装置包含气液混合槽21。
所述气液混合槽21为大口朝上的喇叭口形状。
所述铜氨液解析分离装置包含依次相连接的铜液分离器31，液体处理装置和气体处理装置。
所述气体处理装置包括洗涤塔32。
所述液体处理装置包括依次相连的水冷却器34，氨冷却器35。
所述洗涤塔32可用于合成氨工艺中的造气三气锅炉33。
本实用新型的装置可与合成氨工艺的铜氨液再生系统联合使用，形成包含合成氨驰放气的回收设备的铜氨液再生系统。
该铜氨液再生系统包含依次相连的以下装置：铜泵36，铜氨塔37，调压阀1，回流塔2，铜氨液再生器13，上加热器5，下加热器6，其特征在于，还包含依次相连的以下设备：驰放气调压装置、驰放气与铜氨液混合装置和铜氨液解析分离装置，所述驰放气调压装置包含缓冲罐11和自调阀12，所述驰放气与铜氨液混合装置包含气液混合槽21，所述铜氨液解析分离装置包含依次相连接的铜氨液分离器31，含依次相连的水冷却器34、氨冷却器35的液体处理装置和含洗涤塔32的气体处理装置。
优选的，所述铜氨液再生器13的出口a1和气液混合槽21的入口a2相连接，再连接下加热器6，所述下加热器6的出口b1与铜氨液分离器31的入口b2连接，所述氨冷却器35与铜泵36相连接。
优选的，所述气液混合槽(21)为上口大的喇叭口形状。
优选的，所述铜氨液再生器出口a1与铜氨液分离器入口b2之间的位差大于等于10米。
本实用新型是通过下述流程实现的：来自合成氨工艺的氨分离阶段的冷却装置的液氨槽中的驰放气，一般气氨体积百分含量为30～40％，温度为20-30℃，将其通过驰放气缓冲罐缓冲后，经过自调阀将2.2MPa左右的驰放气压力减压至0.1MPa，以达到出加热器后的铜氨液由于位差和自重产生的真空，形成微负压，使驰放气能够顺利被高速流动的铜氨液直接吸入，将驰放气吸入经铜氨液再生器再生后的铜氨液中，经过铜氨液分离器，在0.02-0.05MPa的压力下将驰放气中未被铜氨液吸收的气体如H2、N2、CH4等解析出来，铜氨液经水冷却器(水冷排)、氨冷却器降温，铜氨液温度从65℃下降到10-15℃，送铜液泵循环使用。解析后的气体经洗涤塔洗涤，与造气吹风气混合后，送造气三气锅炉燃烧副产蒸汽，蒸汽可送合成氨工艺使用，这样既得到了铜氨液所需要补充的气氨，又提高了入三气锅炉气体中高热值的CH4的比例，使三气锅炉能够稳定安全运行。
由于本实用新型的设备有效地利用了驰放气中的氨，补充铜氨液所需的氨，不需要利用氨水精馏法所生成的合成换热后的气氨，或无动力氨产生的氨气，所转化成的液氨，减少了气氨转化的液氨的量，节约了能量。原先需要补充铜氨液中氨损失的这部分的液氨可用来制备尿素，从而增加了尿素产量。
本实用新型的设备仅依靠铜泵的动力为铜氨液循环补充氨，不增加其他动力设施。
本实用新型的驰放气吸收，是依靠位差(势能)转化为动能，就是利用高速流动的铜氨液产生的负压，自动将驰放气吸入铜氨液，以补充铜氨液解析出的气氨。
本实用新型改变了浓氨水精馏需要蒸汽和动力的缺陷，同时减少了无动力氨回收所必须的设备投资；解决了合成驰放气中气氨转化液氨的诸多负面不利因素，不仅达到了提高液氨产量、提高企业效益的目的；还使废气得到了净化，同时减少了能耗和损失，生产工艺流程简便，易操作，达到了清洁生产的目的。
附图说明
图1为铜氨液吸收及再生系统工艺流程简图。
图2为本实用新型的驰放气回收工艺流程图。
附图标记：
1——调压阀
2——回流塔
3——截止阀
4——截止阀
5——上加热器
6——下加热器
b1——下加热器出口
7——再生气氨回收塔
10——氨储槽
11——驰放气缓冲罐
12——自调阀
13——铜氨液再生器
a1——铜氨液再生器出口
21——气液混合槽
a2——气液混合槽入口
34——水冷排
35——氨冷却器
36——铜泵
37——铜氨塔
31——铜氨液分离器
b2——铜氨液分离器入口
32——洗涤塔
33——造气三气锅炉
P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9，P10，P11，P12，P13，P14，P15，P16，P17，P18，P19，P20，P21，P22，P23，P24，P25，P26——管道
具体实施方式
下面利用具体的实施方式阐述本实用新型，但应当理解的是，本实用新型的范围不应限制在其范围内。
以下实施例中的驰放气来自浠水县福瑞德化工有限责任公司合成氨工艺的氨分离阶段的冷冻岗位的氨储槽，而铜氨液来自浠水县福瑞德化工有限责任公司合成氨工艺的氨分离阶段的铜氨塔再生器。
以下实施例中所用设备均采用本领域的常规设备，水冷却器采用常用的水冷排，造气三气锅炉是将再生气、合成驰放气、造气吹风气混合燃烧的仪器，其利用这些气体中含有的CO、NH3、H2、CH4等可燃气体的潜热，副产蒸汽和过热蒸汽，供合成工段加热使用。
主要仪器请参见下表1：
表1：
参见图1，浠水县福瑞德化工有限责任公司合成氨工艺中原有的铜氨液的再生系统的具体流程如下：
脱碳气体经过管道P1进入铜洗塔37中，在该塔中经铜氨液洗涤。洗涤后的气体为精炼气，可通过管道P2送往氨气合成工段，吸收了原料气中的H2S、CO、CO2等气体的铜氨液，从铜洗塔37下部的管道P3流出，经减压阀1减压后，通过管道P4送回流塔2顶部，由塔顶喷头(图未示)向下喷淋。在回流塔2内，铜液氨吸收了自铜氨液再生器13释放出来的气体中的氨和部分热量，铜液温度升高到45℃～55℃，在回流塔2将铜液所吸收的大部分CO解吸出来，该部分气体为再生气。该再生气通过管道P5经再生气氨回收塔7回收氨后，尾气通过管道P6排放，再生气氨回收塔7内产生的稀氨水，可回收利用。铜氨液从回流塔2底部通过管道P7流出，根据铜氨液中铜比的高低，通过截止阀3和截止阀4控制铜氨液通过管道P8进入上加热器5底部或通过管道9进入下加热器6底部(副线)，如果铜比不合适，则铜氨液通过管道P9进入下加热器6，先在下加热器6管内，被管外的热铜液加热，铜液温度升高到60℃～65℃，并开始进行还原反应，使高价铜还原为低价铜，调节铜比，然后铜液由下往上流入上加热器5内，被上加热器5管外蒸汽(或热水)加热，控制铜液温度在76℃～78℃，进入铜氨液再生器13，在铜氨液再生器13外有蒸汽夹套和加热，以维持铜氨液再生器13的铜液温度在76℃～78℃之间，使铜液中CO、CO2等气体充分解吸。铜液在铜氨液再生器13内停留足够的时间后，合格的新鲜铜液从铜氨液再生器13底部的铜氨液再生器出口a1通过管道P10离开，进入下加热器6，加热管内冷铜液，热铜液的余热被回收，其温度降低后，从下加热器出口b1再相继去水冷排34、氨冷却器35，分别利用冷却水和液氨气化移走铜液中热量，新鲜铜液温度降至8℃～15℃，再由铜泵36加压，通过管道P11送往铜氨塔37循环使用。
本实用新型提供一种驰放气回收设备，该驰放气回收设备与已有的常规铜氨液再生系统结合，能够在再生铜氨液的同时，通过加入驰放气补充铜氨液中的氨，同时回收驰放气中的其他有用元素。
结合流程图2，详细说明本实用新型的具体工艺流程：
将来自氨储槽10的驰放气(气氨含量30％左右，温度为25℃的混合气体)通过驰放气缓冲罐11缓冲后，经过自调阀12由2.2MPa减压至0.1MPa，同时铜氨液经铜氨液再生器13再生后，通过再生器出口a1流出，通过管道P12流入设置在出口附近的气液混合槽21(大口朝上的喇叭形容器)的气液混合槽入口a2中，经过自调阀12减压后的驰放气通过管道P13被高速流动的铜氨液吸入气液混合槽21的铜氨液中，驰放气和铜氨液混合后，通过管道P14进入下加热器6进行换热，铜氨液从下加热器6的下加热器出口b1排出后，通过管道P15进入铜氨液分离器31顶部的铜氨液分离器入口b2，在铜氨液分离器31中对铜氨液进行气液分离，其中铜氨液分离器入口b2与铜氨液再生器出口a1保持10米的高度差。经铜氨液分离器31分离得到，铜氨液以及惰性气体如H2、N2、CH4等，将分离后的铜氨液通过管道P16送入水冷排34冷却，再通过管道P17进入氨冷却器35进一步冷却，其中，氨冷却器35的冷却介质是来自氨储槽10的液氨，通过管道P18注入氨冷却器，该液氨经过换热后形成气氨，可通过管道P19送冰机液化后使用。经过充分冷却后的铜氨液温度降至10℃，再通过管道P20进入铜泵36，加压后通过管道P11送入铜氨塔37进行铜洗。将上述经铜氨液分离器31分离得到的惰性气体通过管道P21送入洗涤塔32，利用来自管道P22的水洗涤气体，由于惰性气体中含有少量未被吸收的氨气，洗涤塔32洗涤之后会得到稀氨水，该氨水通过管道P23送解析装置，解析后的气氨冷却为液氨后可用于制备尿素。洗涤塔32出来的气体可与来自管道P24的造气吹风气混合后，通过管道P25送造气三气锅炉33燃烧副产蒸汽，蒸汽通过管道P26送合成工段利用。
如此铜氨液可打入铜氨塔37进行循环使用，无需再向铜氨液中补充氨分离阶段的氨冷器中换热后的液氨转化的气氨。从而达到节省液氨用量的目的，实现了提高液氨产量的效果。
本设备送造气三气锅炉的气体，提高了其燃料气CH4中的含量，CH4含量从50％提高到55％以上，NH3含量从1.0％下降到0.05％，保证了三气锅炉的安全稳定运行。
由于铜氨液还原仅依靠铜泵36进行，不增加任何其他动力设施，而依靠位差产生的高速流动的铜氨液自动将驰放气吸入铜氨液，以补充铜氨液解析出的氨。
Claims (10)
1.一种合成氨驰放气的回收设备，其特征在于，包含依次相连的以下设备：驰放气调压装置、驰放气与铜氨液混合装置和铜氨液解析分离装置。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述驰放气调压装置包含缓冲罐(11)和自调阀(12)。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述驰放气与铜氨液混合装置包含气液混合槽(21)。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述气液混合槽(21)为上口大的喇叭口形状。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述铜氨液解析分离装置包含依次相连接的铜氨液分离器(31)，液体处理装置和气体处理装置。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述气体处理装置包括洗涤塔(32)。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述液体处理装置包括依次相连的水冷却器(34)，氨冷却器(35)。
8.一种包含合成氨驰放气的回收设备的铜氨液再生系统，其包含依次相连的以下装置：铜泵(36)，铜氨塔(37)，调压阀(1)，回流塔(2)，铜氨液再生器(13)，上加热器(5)，下加热器(6)，其特征在于，还包含依次相连的以下设备：驰放气调压装置、驰放气与铜氨液混合装置和铜氨液解析分离装置，所述驰放气调压装置包含缓冲罐(11)和自调阀(12)，所述驰放气与铜氨液混合装置包含气液混合槽(21)，所述铜氨液解析分离装置包含依次相连接的铜氨液分离器(31)，含依次相连的水冷却器(34)、氨冷却器(35)的液体处理装置和含洗涤塔(32)的气体处理装置。
9.如权利要求8所述的再生系统，其特征在于，所述铜氨液再生器(13)的出口(a1)和气液混合槽(21)的入口(a2)相连接，再连接下加热器(6)，所述下加热器(6)的出口(b1)与铜氨液分离器(31)的入口(b2)连接， 所述氨冷却器(35)与铜泵(36)相连接。
10.如权利要求8或9所述的再生系统，其特征在于，所述铜氨液再生器出口(a1)与铜氨液分离器入口(b2)之间的位差大于等于10米。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN102989264A (zh) * | 2012-09-24 | 2013-03-27 | 天津大学 | 高温热泵技术与铜氨液精炼工艺中余热回收的耦合系统 |
| CN116282071A (zh) * | 2023-02-28 | 2023-06-23 | 新疆玉象胡杨化工有限公司 | 一种驰放气综合回收工艺及其专用装置 |
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- 2011-07-05 CN CN2011202418184U patent/CN202199241U/zh not_active Expired - Fee Related
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