CN203065170U

CN203065170U - 一种氨分离装置

Info

Publication number: CN203065170U
Application number: CN 201220636492
Authority: CN
Inventors: 杜佩衡; 孙土金; 李蓓; 杜剑婷; 郑献军; 张继军; 姚红果; 陈学青; 董强富
Original assignee: TIANJIN HENGCHUANG GONGDA XIANDAI TOWERS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TIANJIN HENGCHUANG GONGDA XIANDAI TOWERS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2022-11-27

Abstract

本实用新型公开一种氨分离装置，该装置包括换热蒸发器、气体冷却器、吸收塔、气液分离器、吸收剂冷却器、高压泵、闪蒸器以及连接管路和两组工艺切换阀门。所述换热蒸发器设计有五个工艺管口，所述气体冷却器设计有五个工艺管口，所述吸收塔设计有四个工艺管口，所述气液分离器设计有三个工艺管口，所述吸收剂冷却器设计有四个工艺管口，所述高压泵设计有两个工艺管口，所述闪蒸器设计有三个工艺管口，所述两组工艺切换阀门为生产准备阶段阀门组和生产阶段阀门组：生产准备阶段阀门组设计有四个阀门，生产阶段阀门组设计有六个阀门，各设备间通过管线和工艺切换阀门实现连接与切换；具有结构简单、工艺优化、操作容易、投资较少等特点。

Description

一种氨分离装置

技术领域

本实用新型涉及化肥生产装置，具体为一种氨分离装置。该装置特别适用于合成氨的氨分离生产。

背景技术

在经典的合成氨分离系统中，一定比例的氢、氮混合气在氨合成塔反应生成了一定氨浓度的混合气（主要为氢气、氮气、氨气及少量的惰性气体，在此称为出塔气），其中的氨含量一般为10～20%（v）。为使未反应的大部分氢、氮混合气循环使用，需要将反应后混合气中的氨分离出来作为氨产品，剩余的氢、氮混合气（称为循环气）再返回合成塔循环使用。目前工业上所用的氨分离装置主要为冷冻分氨装置，该装置普遍应用于各大中小化肥企业合成氨的氨分离。

现有的冷冻分氨装置普遍存在以下问题：1.分离效率相对偏低：分离出的循环气中仍有2.0-3.2%（v）的氨不能被分离下来，随循环气进入系统循环，增加了系统的循环量，既限制了产能的增加，又浪费了能源；2.原料煤耗高：为维持系统压力及正常生产，需要排放一定量的惰气，在此过程中，氢氮气也随之排放掉，增加了原煤消耗；3.氨在氨冷器中冷凝，需要消耗大量的冷冻功，因此冷冻分氨装置虽经多次改进，其能耗总是居高不下。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种氨分离装置，该装置特别适合于合成氨生产过程中氨产品的分离和原料气的净化回用，具有组成结构简单，工艺简化，分离效率高，操作稳定易控，投资少，省电、节煤、降耗等特点。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，设计一种氨分离装置，其特征在于该装置主要包括换热蒸发器、气体冷却器、吸收塔、气液分离器、吸收剂冷却器、高压泵、闪蒸器以及连接管路和两组工艺切换阀门；

所述换热蒸发器设计有五个工艺管口，分别为热流进口、热流出口、冷流进口、冷流气相出口和冷流液相出口；换热蒸发器的热流进口管接出塔气输入管线和气体冷却器的热流出口，其热流出口管接气体冷却器的热流进口和气液分离器的气相进口；换热蒸发器冷流进口管接闪蒸器的液相出口和液氨输入管线，其冷流气相出口管接氨产品加工工段的输入管线，其冷流液相出口管接吸收剂冷却器的热流进口；

所述气体冷却器设计有五个工艺管口，分别为热流进口、热流出口、排液口、冷流进口和冷流出口；气体冷却器的热流进口管接换热蒸发器热流出口和出塔气输入管线，其热流出口管接换热蒸发器的热流进口和吸收塔的气相进口；气体冷却器的排液口管接氨水储槽的输入管线；气体冷却器冷流进、出口分别管接冷却介质的输入、输出管线；

所述吸收塔设计有四个工艺管口，分别为气相进口、气相出口、液相进口和液相出口；吸收塔气相进口管接气体冷却器的热流出口，其气相出口管接气液分离器的气相进口，吸收塔液相进口管接高压泵的液相出口，其液相出口管接闪蒸器的液相进口；

所述气液分离器设计有三个工艺管口，分别为气相进口、气相出口和排液口；气液分离器的气相进口管接换热蒸发器的热流出口和吸收塔的气相出口，其气相出口管接循环压缩工段的输入管线，其排液口管接残液的输出管线；

所述吸收剂冷却器设计有四个工艺管口，分别为热流进口、热流出口、冷流进口和冷流出口；吸收剂冷却器的热流进口管接换热蒸发器的冷流液相出口，其热流出口管接高压泵的液相进口，其冷流进、出口分别管接冷却介质的输入、输出管线；

所述高压泵设计有两个工艺管口，分别为液相进口和液相出口；高压泵的液相进口管接吸收剂冷却器的热流出口，其液相出口管接吸收塔的液相进口；

所述闪蒸器设计有三个工艺管口，分别为液相进口、液相出口和气相出口，闪蒸器的液相进口管接吸收塔的液相出口，其液相出口管接换热蒸发器的冷流进口，其气相出口管接气体回收工段的输入管线；

所述两组工艺切换阀门为生产准备阶段阀门组和生产阶段阀门组：所述生产准备阶段阀门组设计有四个阀门，分别设置在出塔气输入管线和气体冷却器热流进口之间的连接管路中、气体冷却器热流出口和换热蒸发器热流进口之间的连接管路中、换热蒸发器热流出口和气液分离器气相进口之间的连接管路中以及液氨输入管线和换热蒸发器冷流进口之间的连接管路中；所述生产阶段阀门组设计有六个阀门，分别设置在出塔气输入管线和换热蒸发器热流进口之间的连接管路中、换热蒸发器热流出口和气体冷却器热流进口之间的连接管路中、气体冷却器的热流出口和吸收塔的气相进口之间的连接管路中、吸收塔气相出口和气液分离器气相进口之间的连接管路中、闪蒸器的液相出口和换热蒸发器的冷流进口之间的连接管路中以及换热蒸发器的冷流液相出口和吸收剂冷却器的热流进口之间的连接管路中。

与现有的冷冻分氨装置相比，本实用新型氨分离装置是一种创新技术，可将氨分离的各阶段设备组合成一个氨分离的循环系统，有效的将合成塔出塔气中的氨与其他气体分离，可实现循环气和吸收剂的循环回用以及产品的高效分离；使回入合成塔的循环气氨含量进一步降低，有效提高氨净值和增加氨产量；同时加快了合成塔内的反应速度，提高反应平衡转化率；且在换热蒸发器中利用高温的出塔气加热富液吸收剂，充分利用了工艺气体的低品位热能，并具有明显的节能降耗、有益环保的特点。本实用新型装置根据工艺需要，可在生产准备阶段（催化剂升温还原阶段）和生产阶段（氨分离阶段）实施不同的工艺流程。在两个阶段不同工艺流程之间的切换可通过两组工艺切换阀门实现，具有结构简单、工艺优化、操作容易、投资较少等特点。本实用新型氨分离装置特别适用于合成氨生产过程中氨产品的分离和循环气的净化。

附图说明

图1为本实用新型氨分离装置一种实施例的组成结构和氨分离方法的工艺流程示意图。图1中标记分别为：1-换热蒸发器；2-气体冷却器；3-吸收塔；4-气液分离器；5-吸收剂冷却器；6-高压泵；7-闪蒸器；F1、F2、F3、F4、F5和F6为生产阶段的工艺切换阀门组；F7、F8、F9和F10为生产准备阶段的工艺切换阀门组；A-出塔气输入管线；B-循环压缩工段输入管线；C-气体回收工段输入管线；D-氨产品加工工段输入管线；E-残液输出管线；F-氨水储槽输入管线；G-液氨输入管线。

图2为本实用新型氨分离装置一种实施例的管口组成及其连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本实用新型：

本实用新型设计的氨分离装置（简称装置，参见图1、图2，在图中，实箭线为生产阶段的装置连接结构，虚箭线为生产准备阶段的装置连接结构），其特征在于该装置主要包括换热蒸发器1、气体冷却器2、吸收塔3、气液分离器4、吸收剂冷却器5、高压泵6和闪蒸器7以及连接管路和两组工艺切换阀门。

本实用新型装置所述换热蒸发器1设计有五个工艺管口，分别为热流进口11、热流出口12、冷流进口13、冷流气相出口14和冷流液相出口15，具体连接为：换热蒸发器1的热流进口11管接出塔气输入管线A和气体冷却器2的热流出口22，其热流出口12管接气体冷却器2的热流进口21和气液分离器4的气相进口41；换热蒸发器1的冷流进口13管接闪蒸器7的液相出口72和液氨输入管线G，其冷流气相出口14管接氨产品加工工段的输入管线D，其冷流液相出口15管接吸收剂冷却器5的热流进口51。所述换热蒸发器1是指一般换热设备，在生产准备阶段该设备内充装液氨，用于对出塔气的冷却；在生产阶段该设备用于对富液吸收剂的加热，从而使其中的氨解吸出来并经管线D去氨产品加工工段，加热介质为高温的出塔气。所述换热蒸发器1气体侧操作压力为8～30MPa，液体侧操作压力为0.3～2.2MPa，进入换热蒸发器1的高温出塔气温度为110～220℃，将吸收剂加热至60～150℃

本实用新型装置所述气体冷却器2设计有五个工艺管口，分别为热流进口21、热流出口22、排液口23、冷流进口（图中未标出）和冷流出口（图中未标出），具体连接为：气体冷却器2的热流进口21管接换热蒸发器1热流出口12和出塔气的输入管线A，其热流出口22管接换热蒸发器1的热流进口11和吸收塔3的气相进口31；气体冷却器2的排液口23管接氨水储槽的输入管线F；气体冷却器2的冷流进、出口分别管接冷却介质的输入、输出管线（图中未标出）。所述气体冷却器2是指一般换热设备，用于对气体的冷却。所述气体冷却器2的操作压力为8～30MPa，出气温度为30～80℃。

本实用新型装置所述吸收塔3设计有四个工艺管口，分别为气相进口31、气相出口32、液相进口33和液相出口34，具体连接为：吸收塔3的气相进口31管接气体冷却器2的热流出口22，其气相出口32管接气液分离器4的气相进口41；吸收塔3的液相进口33管接高压泵6的液相出口62，其液相出口34管接闪蒸器7的液相进口71。所述吸收塔3是指含有塔内件的塔器设备，用于使用吸收剂选择性吸收循环出塔气中的氨。

本实用新型装置吸收塔3的塔内件具有广泛适用性，可选用填料型（散堆填料、规整填料）、塔板型（泡罩型、筛孔型、浮阀型、立体传质型）或复合型。填料塔内所用的分布器可以是管式、槽式、槽盘式或堰槽式等。所述吸收塔3操作压力为8～30MPa，操作温度30～80℃。

本实用新型吸收塔3中选用的吸收剂必须符合蒸汽压较低、选择性较好、吸收率较高、又容易解吸，且对合成催化剂无副作用的吸收剂。公知的溶剂乙二醇、聚乙二醇、三乙二醇、丙三醇及其衍生物等都可以作为本实用新型装置选用的吸收剂。本实施例的吸收剂选用的是乙二醇和三乙二醇。

本实用新型装置所述气液分离器4设计有三个工艺管口，分别为气相进口41、气相出口42和排液口43，具体连接为：气液分离器4的气相进口41管接换热蒸发器1的热流出口12和吸收塔3的气相出口32，其气相出口42管接循环压缩工段的输入管线B，其排液口43管接残液输出管线E。所述气液分离器4是指一般气液分离装置，用于除去气相中携带的吸收剂残液。所述气液分离器4的操作压力为8～30MPa，操作温度30～80℃。

本实用新型装置所述吸收剂冷却器5设计有四个工艺管口，分别为热流进口51、热流出口52、冷流进口（图中未标出）和冷流出口（图中未标出），具体连接为：吸收剂冷却器5的热流进口51管接换热蒸发器1的冷流液相出口15，其热流出口52管接高压泵6的液相进口61；吸收剂冷却器5的冷流进、出口分别管接冷却介质的输入、输出管线（图中未标出）。所述吸收剂冷却器5同样是指一般换热设备，用于冷却贫液吸收剂。所述吸收剂冷却器5的操作压力为0.3～2.2MPa，操作温度30～80℃。

本实用新型装置所述高压泵6设计有两个工艺管口，分别为液相进口61和液相出口62，具体连接为：高压泵6的液相进口61管接吸收剂冷却器5的热流出口52，其液相出口62管接吸收塔3的液相进口33。所述高压泵6的作用是将从吸收剂冷却器5输出的贫液吸收剂送回到吸收塔3中，循环使用。所述高压泵6的操作压力为8～30MPa，操作温度30～80℃。

本实用新型装置所述闪蒸器7设计有三个工艺管口，分别为液相进口71、液相出口72和气相出口73，具体连接为：闪蒸器7的液相进口71管接吸收塔3的液相出口34，其液相出口72管接换热蒸发器1的冷流进口13，其气相出口73管接气体回收工段的输入管线C。所述闪蒸器7是指含有内部分离空间的储罐或塔设备，可以是一级，也可以是两级或以上的多级减压设备，即闪蒸器7可以是一台，也可以是两台或以上的多台串联或并联。用于富液吸收剂中溶解气的分离回收。所述闪蒸器7的操作压力为4.0～10.0MPa，操作温度30～80℃。回收的溶解气去气体回收工段。

所述两组工艺切换阀门为生产准备阶段阀门组和生产阶段阀门组：所述生产准备阶段阀门组设计有四个阀门，图中标号分别为F7、F8、F9和F10，阀门F7设置在出塔气输入管线A和气体冷却器2热流进口21之间的连接管路中，F8设置在气体冷却器2热流出口22和换热蒸发器1热流进口11之间的连接管路中，F9设置在换热蒸发器1热流出口12和气液分离器4气相进口41之间的连接管路中，F10设置在液氨输入管线G和换热蒸发器1冷流进口13之间的连接管路中。所述生产阶段阀门组有六个阀门，图中标号分别为F1、F2、F3、F4、F5和F6，阀门F1设置在出塔气输入管线A和换热蒸发器1热流进口11之间的连接管路中，F2设置在换热蒸发器1热流出口12和气体冷却器2热流进口21之间的连接管路中，F3设置在气体冷却器2的热流出口22和吸收塔3的气相进口31之间的连接管路中，F4设置在吸收塔3气相出口32和气液分离器4气相进口41之间的连接管路中，F5设置在闪蒸器7的液相出口72和换热蒸发器1的冷流进口13之间的连接管路中，F6设置在换热蒸发器1的冷流液相出口15和吸收剂冷却器5的热流进口51之间的连接管路中。

本实用新型装置用于生产准备阶段的工艺流程是：高温的出塔气经废热（或余热）锅炉和气体预热器热量回收后→经过阀门F7→气体冷却器2→经过阀门F8→换热蒸发器1→经过阀门F9→气液分离器4→循环气送入循环压缩工段B。

本实用新型装置用于生产阶段的工艺流程是：高温的出塔气经废热（或余热）锅炉和气体预热器热量回收后→经过阀门F1→换热蒸发器1→经过阀门F2→气体冷却器2→经过阀门F3→吸收塔3→经过阀门F4→气液分离器4→循环压缩工段；贫液吸收剂经吸收塔3→闪蒸器7→经过阀门F5→换热蒸发器1→经过阀门F6→吸收剂冷却器5→高压泵6→吸收塔3。

本实用新型装置的进一步特征是所述吸收塔3的塔内件可以是填料型（散堆填料、规整填料）、塔板型（泡罩型、筛孔型、浮阀型、立体传质型）或复合型等。其中，填料塔内所用分布器可以是喷头式、管式、槽式、槽盘式或堰槽式等。本实用新型装置优选申请人下述在先专利所述气液接触组合件中的至少一项，包括：1.该组合件的特征在于包括喷射罩及其上端的喷射罩顶板，喷射罩下边缘均布连接有3-4个支脚，通过支脚可以把喷射罩安装在传质分离塔的塔板上升气孔的位置处，并且使喷射罩的底面与塔板之间留有液流通道；所述的喷射罩上均布开有喷射孔，所述的喷射罩顶板上均布开有导向孔，其特征在于所述的喷射罩为圆柱形或圆台形，所述的喷射罩顶板的形状为与喷射罩匹配的圆形，并且在所述喷射罩及喷射罩顶板之间开有天窗（参见ZL200410093933.6号发明专利）；2.该组合件的特征在于包括两块梯形喷射板、分别与之相连的两块梯形端板和一块喷射罩顶板构成的喷射罩，喷射罩下边缘均布连接有2-4个支脚，通过支脚可以把喷射罩安装在传质分离塔的塔板上升气孔的位置处，并且使喷射罩的底面与塔板之间留有液流通道；所述的喷射板上均布有喷射孔，其特征在于所述的两块喷射板、两块梯形端板和一块喷射罩顶板构成水平剖面为矩形而垂直剖面为梯形的梯矩形喷射罩；所述梯矩形喷射板的底角α为45-89°，所述梯矩形端板的底角β为45-89°；并在所述的喷射罩顶板与两块喷射板之间分别开有天窗；且所述喷射罩顶板上在喷射板方向的两侧外展对称安装有导向挡板；（参见ZL200410093935.5号发明专利）；3.实用新型专利ZL200420056799.8号权利要求1-3任意一项规定的气液接触组合件；4.发明专利ZL200410093934.0号权利要求1-4任意一项规定的气液接触组合元件设置方法设置气液接触组合元件。本实用新型装置实施例具体选择的是：发明专利ZL200410093935.5号权利要求1规定的气液接触组合件。

本实用新型装置的进一步特征是所述吸收塔3优选申请人下述在先专利所述传质分离塔中的至少一种，包括：发明专利ZL200410093933.6号权利要求4或5规定的传质分离塔；发明专利ZL200410093935.5号权利要求4或5规定的传质分离塔；发明专利ZL200410093934.0号权利要求5或6规定的传质分离塔；实用新型专利ZL200620152170.2号权利要求1-5任意一项规定的连续立体喷射分离塔。本实用新型装置实施例的具体选择是：发明专利ZL200410093935.5号权利要求4规定的传质分离塔。

为简练、清晰，本实用新型虽然仅引述了申请人上述在先专利的权利要求序号，但应理解为该权利要求序号对应的技术内容已被记述在本实用新型中，同时，上述在先专利的说明书也应视为相应权利要求的支持已被引述到本实用新型说明书中。所述的在先专利技术选用，原则上以引用最新的专利技术或与产品设计需要最相关的专利技术为宜，但考虑到成本或实际情况，不排除做其他的适当选择。

本实用新型所述闪蒸器7可以是一级或两级以上的多级闪蒸，也就是说所述闪蒸器7可以是一台或两台以上的多台串联或并联。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

本实用新型氨分离装置，针对现有冷冻分氨装置的不足，对原装置系统进行了重大创新，并取代了传统合成氨工艺装置；同时在本实用新型装置的使用中考虑了对生产准备阶段（催化剂的升温还原阶段）的实现，使整个合成氨生产的衔接更加完整；并将氨分离的吸收剂和分离后的循环气体分别循环使用，组成了一个循环分离系统，且在换热蒸发器的设计上充分利用了工艺气体的低品位热能，大大减少了原料的排放和大大增加了合成效率。

本实用新型装置的使用可将在原系统中一直循环的部分氨产品分离出来，降低系统负荷，同时可提高原料气的转化率，提高产品收率；同时，由于入塔循环气氨含量降低，可使合成系统的压力降低或者减少惰气中氢氮气的排放，进而节能和降低煤耗；另外，此装置可以完全取代原有的冷冻分氨装置，故可大大节省冰机系统的消耗，降低能耗。

本实用新型装置已经完成连接工业生产系统的中试测试，并得到以下真实数据：本实用新型装置投入运行，可使循环气中残余的氨含量由目前的2.0-3.2%（v）降至0.8%（v）及以下，此情况下可使产量提高15%（w）以上；随入氨合成塔循环气中氨含量的降低，可使系统压力至少降低2.0Mpa；同时节约煤耗0.1吨煤/吨氨以上。合成氨是化工领域的支柱产业及耗能大户，本实用新型装置具有明显的节能降耗减排的效果，实现工业化运行可为企业乃至整个行业带来可观的经济效益和社会效益。

Claims

1.一种氨分离装置，其特征在于该装置主要包括换热蒸发器、气体冷却器、吸收塔、气液分离器、吸收剂冷却器、高压泵、闪蒸器以及连接管路和两组工艺切换阀门；

2.根据权利要求1所述的氨分离装置，其特征在于所述吸收塔的塔内件选用下述专利所述气液接触组合件中的至少一项，包括：

发明专利ZL200410093933.6号权利要求1规定的气液接触组合件；该组合件的特征在于包括喷射罩及其上端的喷射罩顶板，喷射罩下边缘均布连接有3-4个支脚，通过支脚可以把喷射罩安装在传质分离塔的塔板上升气孔的位置处，并且使喷射罩的底面与塔板之间留有液流通道；所述的喷射罩上均布开有喷射孔，所述的喷射罩顶板上均布开有导向孔，其特征在于所述的喷射罩为圆柱形或圆台形，所述的喷射罩顶板的形状为与喷射罩匹配的圆形，并且在所述喷射罩及喷射罩顶板之间开有天窗；或发明专利 ZL200410093935.5号权利要求1规定的气液接触组合件；该组合件的特征在于包括两块梯形喷射板、分别与之相连的两块梯形端板和一块喷射罩顶板构成的喷射罩，喷射罩下边缘均布连接有2-4个支脚，通过支脚可以把喷射罩安装在传质分离塔的塔板上升气孔的位置处，并且使喷射罩的底面与塔板之间留有液流通道；所述的喷射板上均布有喷射孔，其特征在于所述的两块喷射板、两块梯形端板和一块喷射罩顶板构成水平剖面为矩形而垂直剖面为梯形的梯矩形喷射罩；所述梯矩形喷射板的底角α为45-89°，所述梯矩形端板的底角β为45-89°；并在所述的喷射罩顶板与两块喷射板之间分别开有天窗；且所述喷射罩顶板上在喷射板方向的两侧外展对称安装有导向挡板。