CN203108400U - 一种三聚氰胺尾气处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及混合气体分离技术领域，尤其涉及一种三聚氰胺尾气处理系统，包括氨分离塔、二氧化碳分离塔、水分离塔、冷却吸收器、惰洗塔和氨精馏塔，氨分离塔与二氧化碳分离塔相连接，水分离塔和二氧化碳分离塔相连接，冷却吸收器与氨分离塔相连接，惰洗塔与冷却吸收器相连接，氨精馏塔也与冷却吸收器相连接。本实用新型能够降低生产能耗，提高生产的经济效益，达到节能增收的效果。

Description

一种三聚氰胺尾气处理系统

技术领域

本实用新型涉及混合气体分离技术领域，尤其涉及一种三聚氰胺尾气处理系统。

背景技术

在以尿素为原料生产三聚氰胺时，每生产一吨三聚氰胺，同时会副产约2吨尾气，即氨和二氧化碳的混合气体。所以，尾气合理、有效的利用，就显的非常重要。

由于氨和二氧化碳的二元系统和氨、二氧化碳和水的三元系统都存在高沸点共沸物，不能用简单的精馏法进行分离得到纯的氨和二氧化碳。同时由于氨、二氧化碳、水三元系统的相平衡关系十分复杂，它不遵循拉乌尔定律，只能用根据实验数据作出的相图来表示。

如图1所示为一张氨、二氧化碳、水三元系统的等压相图的示意图。三角形的三个顶点分别代表氨、二氧化碳和水，分别称为氨角、碳角、水角。曲线Ⅲ称为液相顶脊线，代表共沸混合物。曲线Ⅲ左上方的区域称为Ⅰ区即氨精馏区，曲线Ⅲ右下方的区域称为Ⅱ区即二氧化碳精馏区。曲线Ⅳ称为液相结晶线，其右、上方为气液固三相共存区。当组成位于Ⅰ区的氨碳水溶液进行蒸馏时，随着氨气的不断蒸出，剩余液相的组成移向并最后到达液相顶脊线；当组成位于Ⅱ区的氨碳水溶液进行蒸馏时，随着二氧化碳气的不断蒸出，剩余的液相的组成也移向并最后到达液相顶脊线；对组成位于液相顶脊线Ⅲ上的氨碳水溶液进行蒸馏，气相和液相的氨与二氧化碳的质量比相同，即无法进行氨碳分离。若继续蒸馏，则液相组成沿液相顶脊线向水角移动，直至液相成为纯水为止。

氨、二氧化碳、水三元系统等压相图中，液相顶脊线Ⅲ的形状与压力有关。液相顶脊线的上半段比较平直，下半段随着水含量的增加，先向左后向下弯曲。液相顶脊线弯曲的程度随压力的升高而增大。

已知的氨碳混合物的分离方法如稀释法（dilution process）、差压法（pressure differential process）等，都以上述氨、二氧化碳、水三元系统的等压相图为理论基础。方法都包括下列三个部分：在相图的Ⅰ区操作的氨分离区、在相图的Ⅱ区操作的二氧化碳分离区、在相图的液相顶脊线Ⅲ上操作的解吸区（水分离区）。两种方法一般均先用水吸收氨碳混合气，制成氨碳水溶液后，再进行分离。当氨碳水溶液的组成位于相图的氨精馏区时，则此混合物首先被引入氨分离区进行分离；若氨碳水溶液的组成位于相图的碳精馏区时，则此混合物首先被引入碳分离区进行分离。但上述两种方法均没有在相图中给出分离氨和二氧化碳的适宜操作区。

在现有的三聚氰胺尾气处理系统需要对混合气体进行压缩，同时还要均要耗费大量的蒸汽、电和水资源，降低了分离工艺的经济效益。因此，当前需要一种能节省能耗的三聚氰胺尾气处理系统。

发明内容

针对上述技术的不足之处，本实用新型提供一种可以降低生产能耗的三聚氰胺尾气处理系统。

为实现上述目的，本实用新型提供三聚氰胺尾气处理系统，包括氨分离塔、二氧化碳分离塔、水分离塔、冷却吸收器、惰洗塔和氨精馏塔，所述氨分离塔与二氧化碳分离塔相连接，所述水分离塔和二氧化碳分离塔相连接，所述冷却吸收器与所述氨分离塔相连接，所述惰洗塔与所述冷却吸收器相连接，所述氨精馏塔也与所述冷却吸收器相连接。

优选地，在所述氨分离塔的顶部和中部均连接有外循环冷却装置。

优选地，所述外循环冷却装置由空冷器和与空冷器相连接的循环泵构成。

优选地，在所述二氧化碳分离塔的底部设有再沸器a。

优选地，在所述水分离塔的底部也设有再沸器b，在所述水分离塔的顶部设有回流冷凝器，在所述水分离塔的中部设置有侧线采出泵。

优选地，在所述氨精馏塔的底部设有再沸器c，在所述氨精馏塔的塔顶设有氨气冷凝器。

与现有技术相比，本实用新型所提供的一种三聚氰胺尾气处理系统能够降低生产能耗，提高生产的经济效益，达到节能增收的效果。

附图说明

图1为氨、二氧化碳、水三元系统等压相图；

图2为本实用新型的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图2所示，本实用新型提供的三聚氰胺尾气处理系统，包括氨分离塔1、二氧化碳分离塔2、水分离塔3、冷却吸收器4、惰洗塔5和氨精馏塔6，氨分离塔1与二氧化碳分离塔2相连接，水分离塔3和二氧化碳分离塔2相连接，冷却吸收器4与氨分离塔1相连接，惰洗塔5与冷却吸收器4相连接，氨精馏塔6也与冷却吸收器4相连接。

在氨分离塔的顶部和中部均连接有外循环冷却装置。

外循环冷却装置由空冷器以及其与相连接的循环泵构成。

在二氧化碳分离塔的底部设有再沸器a。

在水分离塔的底部也设有再沸器b，在水分离塔的顶部设有回流冷凝器，在水分离塔的中部设置有侧线采出泵。

在氨精馏塔的底部设有再沸器c，在氨精馏塔的塔顶设有氨气冷凝器。

本实用新型的工艺流程如下：

分离氨气：

将三聚氰胺尾气送入氨分离塔的塔釜，从塔顶和塔中加入循环的氨水或循环的氨和二氧化碳的水溶液，用以吸收气相中的二氧化碳。塔底采出氨碳水溶液，较纯的氨气从塔顶蒸出。

将三聚氰胺尾气直接送入氨分离塔进行分离与当前经常采用的先用水吸收尾气制成氨碳水溶液后再送入氨分离塔进行分离相比，不但减少了设备、简化了流程，而且也减少了能耗。因为前者不需要加热，而后者必须加热才能将氨分离出来。

氨分离塔连接外循环冷却设备，其用途是将塔内的液体抽出，冷却后再返回塔内，以便将吸收所放出的热量移出，降低氨分离塔塔顶温度，使由氨分离塔顶部蒸出的氨气中的二氧化碳的含量降至30ppm以下。

如图1所示，Ⅴ所指的区域是氨分离塔塔釜的适宜操作区。在该区域内操作，液相的氨与二氧化碳的质量比较小、水含量也较少；操作点与顶脊线的距离越近，液相氨碳比越小，氨分离塔的分离效率越高；在该区域内操作，液相沸点与氨基甲酸铵的熔点，即结晶线Ⅳ，保持适当的安全距离，可避免生成结晶，影响操作。总之，氨分离塔在该区域内操作，不但操作稳定，而且能耗也较低。

氨分离塔的操作压力以等于或略低于尾气的压力为宜。氨分离塔操作压力越高，对后续的氨气的冷却吸收或氨气的压缩越有利。

氨分离塔的操作温度取决于操作压力和被分离的混合物的组成。如：当操作压力为0.2MPa时，操作温度在60~75℃，若操作压力为0.4MPa时，操作温度在70~90℃，这样可使操作点位于适宜操作区。

分离二氧化碳：

来自氨分离塔底的氨碳水溶液送入二氧化碳分离塔，并从塔的上部和中部送入循环的水或循环的稀氨碳水溶液。二氧化碳分离塔塔底附有再沸器用以输入热量进行蒸馏,将较纯的二氧化碳气从塔顶蒸出，塔底得到氨碳水溶液。

如图1所示，压力对等压相图中顶脊线的形状影响较大。压力越高顶脊线的下半段越向左偏，位于顶脊线上的液相的氨与二氧化碳的比值越大。但当压力超过2.5MPa继续升高时，向左偏的趋势越来越小。所以，二氧化碳分离塔的操作压力以1.5~2.5MPa为宜。图1中Ⅵ所指的区域是二氧化碳分离塔的适宜操作区。在该区操作，液相氨碳比较大，二氧化碳分离塔的分离效率较高。

二氧化碳分离塔塔釜的操作温度取决于操作压力和被分离的混合物的组成。当操作压力为1.5MPa时，操作温度在155~165℃，当操作压力为2.2MPa时，操作温度在175~182℃，这样可使操作点位于适宜操作区。

当二氧化碳分离塔操作压力为1.8MPa时，在适宜操作区内操作，塔釜液相氨碳比约为7~10:1，温度约在165~171℃之间。若温度低于165℃，则液相氨碳比变小，分离效率下降、在系统中循环的二氧化碳增多，能耗增大；若温度从171℃继续升高，液相中氨含量迅速减小、水含量迅速增大，但由于从二氧化碳分离塔底部排出的氨的总量不变，这意味着水的循环量大大增加，因而能耗也大大增加。

二氧化碳分离塔塔顶温度的控制取决于用户对二氧化碳气体中氨的含量的要求。塔顶操作温度越低，蒸出的二氧化碳气体中氨的含量也越低。但温度越低，再沸器消耗的蒸汽就越多。当二氧化碳分离塔的操作压力为1.8MPa时，若用户要求二氧化碳中氨的含量≤50pm，则塔顶温度以70~90℃为宜。

水的分离及循环：

来自二氧化碳分离塔底的氨碳水溶液送入水分离塔进行解吸，氨碳水溶液中的大部分氨、二氧化碳和一部分水被塔底的再沸器蒸出，经过塔顶的回流冷凝器，冷凝下来的液体回水分离塔，未冷凝的气体经氨塔中部的空冷器冷凝后返回氨分离塔；水分离塔侧线采出的稀氨碳水溶液则全部送往二氧化碳分离塔；塔底采出的几乎不含氨和二氧化碳的水则进行循环利用。

在传统的氨碳分离方法中，二氧化碳分离塔所需的水全部来自水分离塔塔底。但其实只有送入二氧化碳分离塔顶部的水的纯度要求比较高（如其氨含量应≤0.2%），以便使二氧化碳分离塔顶蒸出的二氧化碳的氨含量≤50pm，而送入二氧化碳分离塔中下部的水，则对其氨含量的要求可以宽一点，如≤4%即可。所以这部分水完全可以从水分离塔的侧线采出。由于这部分水约为加入二氧化碳分离塔的水的70%~90%，改由水分离塔侧线采出后，水分离塔的负荷大大减轻、能耗大大减少。

由于水分离塔蒸出的氨、二氧化碳和水的混合气体要返回氨分离塔，所以水分离塔的操作压力以略高于氨分离塔的操作压力为宜。水分离塔的操作温度取决于操作压力，当压力确定后，水分离塔塔釜温度接近或等于该压力下水的沸点温度。

氨气液化，生产液氨：

氨分离塔顶的氨气送入冷却吸收器，用循环的稀氨水吸收，生成浓氨水。再将浓氨水送入氨精馏塔，在较高的压力下进行蒸馏，再冷却蒸出的氨气，使氨气冷凝，得到液氨；塔底采出的稀氨水则进行循环。氨精馏塔的操作压力取决于氨气冷凝器的冷却介质的温度。如：若用循环冷却水冷却，因循环冷却水的温度一般为32℃，加上合理的温差，氨冷凝器的操作温度约为40℃，40℃时氨的饱和蒸汽压与存在的惰性气体的分压之和约等于18bar。所以氨精馏塔的操作压力约为18bar。

惰气洗涤：

三聚氰胺尾气中含有少量惰性气体，这些惰性气体与氨气一起从氨分离塔顶排出。当氨气送入冷却吸收器冷凝时，被氨饱和的惰性气体从冷却吸收器下部分离出来。含氨的惰性气体不能直接排放，必须先送往惰洗塔，用来自水分离塔底部的水洗涤，使气相中的氨含量降至30ppm以下，然后排放。惰洗塔底部排出的氨水则送往冷却吸收器或送往水分离塔顶部，进行循环。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三聚氰胺尾气处理系统，其特征在于，包括氨分离塔、二氧化碳分离塔、水分离塔、冷却吸收器、惰洗塔和氨精馏塔，所述氨分离塔与二氧化碳分离塔相连接，所述水分离塔和二氧化碳分离塔相连接，所述冷却吸收器与所述氨分离塔相连接，所述惰洗塔与所述冷却吸收器相连接，所述氨精馏塔也与所述冷却吸收器相连接。

2.根据权利要求1所述三聚氰胺尾气处理系统，其特征在于，在所述氨分离塔的顶部和中部均连接有外循环冷却装置。

3.根据权利要求2所述三聚氰胺尾气处理系统，其特征在于，所述外循环冷却装置由空冷器以及与其相连接的循环泵构成。

4.根据权利要求3所述三聚氰胺尾气处理系统，其特征在于，在所述二氧化碳分离塔的底部设有再沸器a。

5.根据权利要求4所述三聚氰胺尾气处理系统，其特征在于，在所述水分离塔的底部也设有再沸器b，在所述水分离塔的顶部设有回流冷凝器，在所述水分离塔的中部设置有侧线采出泵。

6.根据权利要求5所述三聚氰胺尾气处理系统，其特征在于，在所述氨精馏塔的底部设有再沸器c，在所述氨精馏塔的塔顶设有氨气冷凝器。

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