CN204063784U - 一种合成氨废气回收综合利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种合成氨废气回收综合利用装置，包括依次连接并连通的脱碳吸附器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、液氨精馏塔、液氨精馏塔冷凝器、甲烷精馏塔、甲烷精馏塔冷凝器、氩气精馏塔、氩气塔精馏塔冷凝器，所述脱碳吸附器上设有进气口、再生气进气口，液氨精馏塔上设有液氨出口，甲烷精馏塔上设有液态甲烷出口，所述氩气精馏塔上设有液氩出口、废气排出口；还包括一端连接氩气精馏塔的氢气管道、与氢气管道连接的氮气缓冲罐、氮氢配比罐、氮气循环压缩机、氮气膨胀机、与氮气循环压缩机进口连接的氮气补气口，氮氢配比罐上还设有氮氢混合气出口；该回收综合利用装置能够从废气中提取纯度较高的液氨、液态甲烷、液氩。

Description

一种合成氨废气回收综合利用装置

技术领域

本实用新型涉及一种整合性的能够将合成氨的废气回收利用的装置。

背景技术

在合成氨的生产过程中，会向外界排放废气，其中最主要的废气是合成塔中的放空气与氨罐驰放气，目前传统的处理方法主要有三种：一是将该废气分成两股，单独水洗，得到品质较低的氨水，然后将剩余废气烧掉；二是将氨罐弛放气中的压力能全部利用掉，产生一部分氨气，然后将剩余气体烧掉，同时将合成塔的放空气水洗得到品质较低的氨水，然后将剩余废气烧掉；三是将全部废气水洗，然后通过上一套变压吸附或膜分离，并将剩余的气体进行低温分离得到一部分的液化天然气。以上三种工艺的特点是设备复杂，不同的设备又来自于不同的厂家，缺乏统一设计的理念，做不到设备与设备之间的无缝对接，一旦一个设备出现故障，其下游设备全部无法运行；同时，合成氨废气中不仅含有氨、氢、甲烷，还含有高附加值的氩、氮等，以上传统工艺中，氢的提取率只有90%，不能提取氩，而氨的提取只能以氨水或氨气的形式产生，回收利用率很低。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种合成氨废气回收综合利用装置，包括依次连接并连通的脱碳吸附器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、液氨精馏塔、液氨精馏塔冷凝器、甲烷精馏塔、甲烷精馏塔冷凝器、氩气精馏塔、氩气塔精馏塔冷凝器，所述脱碳吸附器上设有进气口、再生气进气口，所述液氨精馏塔上设有液氨出口，所述甲烷精馏塔上设有液态甲烷出口，所述氩气精馏塔上设有液氩出口、废气排出口，其特征在于：所述合成氨废气分离装置还包括一端连接所述氩气精馏塔的氢气管道、与所述氢气管道连接的氮气缓冲罐、氮氢配比罐、氮气循环压缩机、氮气膨胀机组、与氮气循环压缩机的进口连接的氮气补气口，所述氮氢配比罐上还设有氮氢混合气出口。

优选地，所述废液氨精馏塔、甲烷精馏塔、甲烷精馏塔冷凝器、氩气精馏塔、氩气塔精馏塔冷凝器、氮气膨胀机组和各个换热器置于同一个分馏塔中。

相较于现有技术，本实用新型能够一次性从合成氨废气内回收纯度较高的液氨、液态甲烷、液氩、同时还能直接将其中的氢气分离并配比氮气再次合成氨，大大减少了浪费，使废气内尽可能多的气体成分得到二次利用，能够显著提高气体利用率，也具有很高的经济价值。

附图说明

附图1为本实用新型合成氨废气回收综合利用装置的示意图。

附图中：

1-进气口，2-脱碳吸附器，3-第一换热器，4-第二换热器，5-第三换热器，6-液氨精馏塔，7-液氨出口，8-甲烷精馏塔，9-液态甲烷出口，10-甲烷精馏塔冷凝器，11-氩气精馏塔，12-液氩出口，13-氩气精馏塔冷凝器，14-氢气管道，15-氮气缓冲罐，16-氮氢配比罐，17-废气排出口，18-氮气补气口，19-氮气循环压缩机，20-氮气膨胀机组，21-液氨精馏塔冷凝器，22-氮氢混合气出口，23-脱碳吸附器再生气进气口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型合成氨废气回收综合利用装置的优选实施方式进行详细说明。

附图1绘示了本实用新型合成氨废气回收综合利用装置的结构示意图。合成氨废气从进气口1进入装置，依次通过脱碳吸附器2、第一换热器3、液氨精馏塔6、液氨精馏塔冷凝器21、第二换热器4、第三换热器5、甲烷精馏塔8、甲烷精馏塔冷凝器10、氩气精馏塔11、氩气精馏塔冷凝器13，此时剩余的气体为氢气与其他气体的混合物，其中氢气通往氢气管道14进行提纯，其余无毒无害的微量气体通过废气排出口17排放掉；氢气管道14连接氮气缓冲罐15、氮氢配比罐16连通，其中氮气缓冲罐15用于提供氮气，在氮氢配比罐16内，氢气与氮气按3:1配比，再通过氮氢混合气出口22输出至合成塔中重新进行氨的合成。氮气通过氮气循环压缩机19压缩后，进入氮气膨胀机组20增压端增压后进入第一换热器3、第二换热器4、氮气膨胀机组20膨胀端、第三换热器5、第二换热器4、第一换热器3后和氮气补气口18汇合后进入氮气循环压缩机19进口。氮气进氮气膨胀机组20膨胀端前抽出一部分进入第三换热器5后送入甲烷精馏塔冷凝器10、氩气精馏塔冷凝器13、液氨精馏塔冷凝器21提供冷量。脱碳吸附器再生气进气口23为脱碳吸附器提供再生所需的气源。

下面对上述各装置进行具体描述。

合成氨废气通过进气口1进入脱碳吸附器2，经过吸附剂的吸附脱去二氧化碳等杂质后进入第一换热器3。吸附剂经一段时间的吸附就要饱和后，合成氨废气通过一系列切换阀门切换到另一个吸附筒继续吸附，吸附饱和的吸附筒内的吸附剂需将吸附的物质解析出去，通过再生气进气口23的再生氮气加热吸附剂以获得再生。第一换热器3的目的是将合成氨废气进行第一次降温，使其中的部分氨液化，因此其出口温度一般控制在氨气在当前气压下的沸点附近；与第一换热器3的出口连接的是液氨精馏塔6，当合成氨废气进入液氨精馏塔6内时进行精馏，在液氨精馏塔6的底部得到液氨，通过液氨出口7排出并装罐，该液氨纯度较高，可以直接向市场出售。 

在经过了液氨精馏塔6提取液氨后，合成氨废气进入第二换热器4进行第三次降温，由于氨的沸点远高于甲烷、氩的沸点，因此有必要在提取氨之后先将剩余气体的温度一并降至一个较低值，再逐个液化，而这一降温过程不产生任何液化气体产品。

合成氨废气回收的下一流程是依次通过甲烷精馏塔8、甲烷精馏塔冷凝器10与氩气精馏塔11、氩气精馏塔冷凝器13，依次进行第四次与第五次降温，分别将气体温度降低至甲烷的沸点以下与氩的沸点以下，提取出纯度较高的液态甲烷与液氩，并分别从液态甲烷出口9与液氩出口12排出并装罐，同样，这两种液体产品也可以直接向市场出售。

在分别提取了液氨、液态甲烷与液氩后，合成氨废气的主要成分剩下氢气、氮气与其他气体，在传统工艺中，这些气体已经可以直接排放了，例如从废气排出口17中排出，但是本实施例中，将成分中的氢气重新收集后，再次与一定量的氮气配比成氮氢混合气，氮氢混合气返回合成塔作为原料合成氨，以达到对废气中氢气的最大化利用。具体实施方法为，在液氩精馏塔11上设有将氢气单独分离并输出的氢气管道14，将氢气输送到氮氢配比罐16中，同时，另外设置一提供氮气的氮气缓冲罐15，与氮氢配比罐16连通，氮气与氢气在氮氢配比罐中进行配比，生成合成氨原料气，这样可以通过设于氮氢配比罐上的氮氢混合气出口22直接返回合成塔作为原料气。优选地，根据氨的氮、氢原子数目，将氮气与氢气的体积比例控制在1:3，这样会达到最高的配比效率。

本套装置所需的冷量有氮气提供。氮气经过氮气循环压缩机19后将压力提高到30bar，进入氮气膨胀机组20增压端继续增压到50bar后进入换热器内冷却到所需膨胀前的温度，膨胀后通过换热器回收冷量与氮气补气口18汇合后进入氮气循环压缩机19继续循环膨胀制冷。液氨精馏塔冷凝器21、甲烷精馏塔冷凝器10、氩气精馏塔冷凝器13所需的冷源是由膨胀前抽出的氮气经第三换热器5后液化为液氮提供的。气化后的氮气汇合至废气排出口17排放。

相较于现有技术，本实用新型合成氨废气回收综合利用装置及方法将现有技术中对合成氨废气分离提取的多个装置进行了整合，能够回收高纯度的液氨、液态甲烷、液氩，同时能够将废气中的氢气再次进行氨气的合成，减少了浪费，提高了效率，也创造了额外的经济价值。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种合成氨废气回收综合利用装置，包括依次连接并连通的脱碳吸附器（2）、第一换热器（3）、第二换热器（4）、第三换热器（5）、液氨精馏塔（6）、液氨精馏塔冷凝器（21）、甲烷精馏塔（8）、甲烷精馏塔冷凝器（10）、氩气精馏塔（11）、氩气塔精馏塔冷凝器（13），所述脱碳吸附器（2）上设有进气口（1）、再生气进气口（23），所述液氨精馏塔（6）上设有液氨出口（7），所述甲烷精馏塔（8）上设有液态甲烷出口（9），所述氩气精馏塔（11）上设有液氩出口（12）、废气排出口（17），其特征在于：所述合成氨废气分离装置还包括一端连接所述氩气精馏塔（11）的氢气管道（14）、与所述氢气管道（14）连接的氮气缓冲罐(15)、氮氢配比罐(16)、氮气循环压缩机（19）、氮气膨胀机组（20）、与氮气循环压缩机（19）的进口连接的氮气补气口（18），所述氮氢配比罐(16)上还设有氮氢混合气出口(22)。

2.根据权利要求1所述的合成氨废气回收综合利用装置，其特征在于：所述液氨精馏塔（6）、甲烷精馏塔（8）、甲烷精馏塔冷凝器（10）、氩气精馏塔（11）、氩气塔精馏塔冷凝器（13）、氮气膨胀机组（20）和各个换热器置于同一个分馏塔中。