CN209835650U - 合成氨放空气氢氨膜回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种合成氨放空气氢氨膜回收系统，高压洗氨塔内设置有填料，填料的上方设置有除沫器，高压洗氨塔的脱盐水进水管线设置在除沫器的上方，高压洗氨塔的合成放空气的进口管线位于填料的下方，脱盐水喷头下端穿过除沫器伸到除沫器与填料之间，脱盐水喷头外套挡水环，挡水环贴在除沫器上表面，挡水环通过固定支撑架固定在除沫器上方；低压膜分离器分离完氢气后的气体进入甲烷膜分离器，甲烷膜分离器的顶部设置有放空管线；高压洗氨塔底部的氨水排放管线上设置有止回阀。延长膜管的使用寿命。解决了避免放空气中的大量N₂加入加热炉中影响燃烧效果和带走热量的问题，从而确保后续工序中催化剂的使用安全。

Description

合成氨放空气氢氨膜回收系统

技术领域

本实用新型涉及一种合成氨放空气氢氨膜回收系统，属于化工领域。

背景技术

氮肥厂合成氨工艺总流程为：来自长输管线的天然气首先进入天然气配气站，天然气在配气站进行缓冲及调压后进入合成氨装置的常温脱硫系统，然后通过天然气压缩，高温脱硫，换热式一段蒸汽转化、二段富氧空气转化，一氧化碳高、低温变换，改良热钾碱法脱碳，甲烷化深度净化除去残余的CO和CO₂，合成气压缩，14.0MPa下氨合成，冷冻分离，最终得到产品液氨。

合成系统的主要目的是将氢气和氮气在氨合成塔里面经过高温高压和催化剂的共同作用，反应生成气氨，气氨通过各级冷却器冷却后变成液氨被分离出来，液氨通过管道输送进入球罐里面进行储存。进入合成系统的气体成分主要为氢气和氮气，还有部分惰性气体，如甲烷和氩气。合成系统在生产过程中，甲烷和氩气等惰性气体是不参加合成反应的，这部分惰性气体会不断的在合成系统中进行循环积累，当积累到一定量时，会大量的消耗压缩机的压缩功耗。同时惰性气体还会降低氢气和氮气在合成塔里面的合成效率。生产中，当惰性气体积累到一定量时，我们会通过设置在氨分离器后面的放空管线对合成循环气体进行部分排放，从而降低合成系统循环气中的惰性气体含量。放空气里面主要含有氢气、氨气、氮气、甲烷和氩气等。如果不通过回收直接排放，将会造成大量原料气的浪费以及对环境的污染。

为此我们设计了合成系统放空气回收系统：

合成系统的放空气(气体主要成分为：NH₃、N₂、H₂、CH₄)经过管道输送进入氢氨膜回收系统，合成放空气首先从高压洗氨塔的下部进入，塔内装有规整填料。脱盐水经过高压洗氨泵加压后通过管道输送从高压洗氨塔的上部进入，放空气与脱盐水在塔内进行逆流接触，放空气中的氨被水吸收后变成浓度为13％左右的氨水从塔的底部送出。除去氨后的放空气从塔的顶部出来后进入冷却器，气体温度降低至20℃左右后进入分离器，气体中的水分被分离出来，然后气体进入加热器加热至40℃左右后进入高压膜分离装置，分离出的高压氢气通过管道返回合成压缩机的二段进行回收使用。低压膜分离器中分离出的低压氢气通过管道返回合成压缩机的一段进行回收使用。放空气中的H₂基本上被完全分离并进行了回收利用，气体中剩下的CH₄和N₂通过管道被送入燃烧炉作为燃料进行回收使用。

从高压洗氨塔底部出来的氨水通过液位调节阀被送入循环冷却器的进口管道，高压洗氨塔的氨水与从低压洗氨塔出来的氨水一起混合后进入循环冷却器，氨水被循环冷却器冷却后从低压洗氨塔的上部进入塔内，氨水与塔顶加入的脱盐水一起在塔内与从塔下部进入的闪蒸气(气体主要成分为NH₃)进行逆流接触洗涤，闪蒸气中的氨被洗涤吸收后从低压洗氨塔的顶部出去回到燃料管网作为燃料气利用。低压洗氨塔中的一部分氨水通过低压洗氨泵加压后进行循环使用，一部分氨水通过塔底部的管道被送到氨水贮槽进行储存。

该系统存在的问题在于：

正常生产时，高压洗氨塔的操作压力在11.8MPa左右，低压洗氨塔的操作压力在1.2MPa左右，从高压膜分离器分离出的高压氢压力在6.5MPa左右，低压膜分离器分离出的低压氢压力在3.0MPa左右。我们使用的高压膜分离器和低压膜分离器的膜是普利森膜，此膜管的作用就是把放空气中的H₂分离出来进行回收利用，剩余气体直接回到燃料系统进行燃烧处理。普利森膜怕氨怕水，一旦气体中的氨含量超过10PPm，或者膜管里面进水都会对其造成严重伤害，所以操作上严禁气体带氨带水进入膜管。

经过多年的生产使用，我们逐渐发现氢氨膜回收系统存在如下几个严重问题：

1、高压洗氨塔在加负荷时，我们发现塔顶部经常出现带氨水进入后续工序，严重时后工序设置的分离器无法彻底分离完从气体中带出来的含水量，导致氨水进入膜分离器，从而给膜分离器造成伤害，缩短膜管的使用寿命。

2、当合成系统出现故障时，这时就没有放空气进入高压洗氨塔，而低压洗氨塔往往还在正常运行，一旦高压洗氨塔的压力低于低压洗氨塔的压力，氨水就有可能通过管道倒灌入高压洗氨塔中，严重时，高压洗氨塔被氨水灌满后，氨水就会溢流进入后续工序的膜管里面，这样就会严重损坏膜管。

3、原设计高压膜分离器和低压膜分离器分离出来的高低压氢全部回到合成压缩机进行回收利用，没有设计把分离出来的氢气回到脱硫装置的管线，一旦合成氨前面工序设置到脱硫装置的返氢管线出现问题，此时就没有氢气回到脱硫系统，导致天然气中的有机硫无法正常转化成无机硫除去，造成后续工序中的催化剂中毒失效。(氢气与有机硫在脱硫装置中能反应生产无机硫，然后被脱硫剂除去。)

4、原设计放空气经过高压膜分离器和低压膜分离器分离出氢气后，剩余气体(主要成分为N₂、CH₄)作为燃料气进行回收利用，由于剩余气体中含有大量的N₂，当气体作为燃料气进入加热炉燃烧时，燃烧的放热效果非常不好，同时N₂还会把加热炉里面的热量带走，从而造成热量的损失。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种合成氨放空气氢氨膜回收系统，避免高压膜分离器和低压膜分离器的膜管受到氨和水的伤害，延长使用寿命。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种合成氨放空气氢氨膜回收系统，包括高压洗氨塔、低压洗氨塔、冷却器、分离器、加热器、高压膜分离器和低压膜分离器，其特征在于：所述高压洗氨塔内设置有填料，所述填料的上方设置有除沫器，所述高压洗氨塔的脱盐水进水管线设置在除沫器的上方，所述高压洗氨塔的合成放空气的进口管线位于填料的下方，脱盐水喷头上端与脱盐水进口管线相连，所述脱盐水喷头下端穿过除沫器伸到除沫器与填料之间，所述脱盐水喷头上部外套挡水环，所述挡水环贴在除沫器上表面，所述挡水环通过固定支撑架固定在除沫器上方；所述高压洗氨塔顶部的气体出口与冷却器相连，气体经过冷却后进入分离器去除水分，所述分离器出来的气体经过加热器加热后进入高压膜分离器，从高压膜分离器分离出来的氢气去合成压缩机，所述高压膜分离器分离后的气体进入低压膜分离器，所述低压膜分离器分离完氢气后的气体进入甲烷膜分离器，所述甲烷膜分离器的顶部设置有放空管线；

所述高压洗氨塔底部的氨水排放管线与循环冷却器相连，所述循环冷却器的出口管线与低压洗氨塔上部进口管线相连，所述高压洗氨塔底部的氨水排放管线上设置有止回阀。

采用上述方案，首先在高压洗氨塔底部的氨水排放管线上设置止回阀，避免高压洗氨塔的压力低于低压洗氨塔时，氨水倒灌进入高压洗氨塔。

在高压洗氨塔的顶部设置除沫器和挡水环，避免大量的氨水进入后续工序，保证后续分离器能将水分尽可能分离干净。挡水环通过固定支撑架固定，避免氨水通过挡水环的间隙被气体带出后进入后续工序。

最后新增的甲烷膜分离器，把放空气中的甲烷完全分离出来后返回工艺气系统继续进行生产使用，剩余的N₂直接放空，这样就可避免放空气中的大量N₂加入加热炉中影响燃烧效果和带走热量的问题。

上述方案中：所述高压洗氨塔底部的氨水排放管线上还设置有液位调节阀。

上述方案中：所述低压膜分离器的低压氢气排气管线分成两个支路，其中一个支路去合成压缩机，另一个支路去脱硫系统。新增一条膜分后至脱硫系统的返氢管线，当合成氨前工序设置的脱硫返氢管道出现问题时，可以通过新增的膜分至脱硫装置的返氢管线把氢气加入脱硫槽中，保证天然气中的有机硫与氢气在脱硫槽中被完全反应后除去，从而确保后续工序中催化剂的使用安全。

有益效果：本实用新型的合成系统有效避免氨水对膜管的损害，延长膜管的使用寿命。解决了避免放空气中的大量N₂加入加热炉中影响燃烧效果和带走热量的问题，同时为脱硫装置设置返氢管线，保证天然气中的有机硫与氢气在脱硫槽中被完全反应后除去，从而确保后续工序中催化剂的使用安全。设计合理，改造成本低。

附图说明

图1是本实用新型的流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本实用新型作进一步说明：

实施例1，如图1所示，合成氨放空气氢氨膜回收系统由高压洗氨塔1、冷却器2、分离器3、加热器4、高压膜分离器5、低压膜分离器6、甲烷膜分离器7、低压洗氨塔8、循环冷却器9、低压洗氨泵10、止回阀11、液位调节阀12以及连接管线及其它阀门组成。

高压洗氨塔1内设置有填料101，填料101的上方设置有除沫器102，高压洗氨塔1的脱盐水进水管线设置在除沫器102的上方，高压洗氨塔1的合成放空气的进口管线位于填料101的下方，脱盐水喷头103上端与脱盐水进水管线相连，脱盐水喷头103下端穿过除沫器102伸到除沫器102与填料101之间，脱盐水喷头103上部外套挡水环104，挡水环104贴在除沫器102上表面，挡水环104通过固定支撑架105固定在除沫器102上方。高压洗氨塔1顶部的气体出口与冷却器2相连，气体经过冷却后进入分离器3去除水分，分离器3出来的气体经过加热器4加热后进入高压膜分离器5，从高压膜分离器5分离出来的氢气去合成压缩机。高压膜分离器5分离后的气体进入低压膜分离器6，低压膜分离器6分离完氢气后的气体进入甲烷膜分离器7，低压膜分离器6的低压氢气排气管线分成两个支路，其中一个支路去合成压缩机，另一个支路去脱硫系统。甲烷膜分离器7的顶部设置有放空管线，甲烷膜分离器7分离出的甲烷回到工艺气系统。

高压洗氨塔1底部的氨水排放管线与循环冷却器9相连，循环冷却器9的出口管线与低压洗氨塔8上部进口管线相连，高压洗氨塔1底部的氨水排放管线上设置有止回阀11和液位调节阀12。低压洗氨塔8的顶部设置有脱盐水进口管线，底部设置有闪蒸气管线。低压洗氨塔8的底部还设置有氨水回流管线与循环冷却器9想来呢，氨水回流管线上设置有低压洗氨泵10。高压洗氨塔1的氨水与从低压洗氨塔8出来的氨水一起混合后进入循环冷却器9，氨水被循环冷却器9冷却后从低压洗氨塔8的上部进入塔内，氨水与塔顶加入的脱盐水一起在塔内与从塔下部进入的闪蒸气(气体主要成分为NH3)进行逆流接触洗涤，闪蒸气中的氨被洗涤吸收后从低压洗氨塔8的顶部出去回到燃料管网作为燃料气利用。低压洗氨塔8中的一部分氨水通过低压洗氨泵10加压后进行循环使用，一部分氨水通过塔底部的管道被送到氨水贮槽进行储存。

本实用新型不局限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种合成氨放空气氢氨膜回收系统，包括高压洗氨塔、低压洗氨塔、冷却器、分离器、加热器、高压膜分离器和低压膜分离器，其特征在于：所述高压洗氨塔内设置有填料，所述填料的上方设置有除沫器，所述高压洗氨塔的脱盐水进水管线设置在除沫器的上方，所述高压洗氨塔的合成放空气的进口管线位于填料的下方，脱盐水喷头上端与脱盐水进口管线相连，所述脱盐水喷头下端穿过除沫器伸到除沫器与填料之间，所述脱盐水喷头上部外套挡水环，所述挡水环贴在除沫器上表面，所述挡水环通过固定支撑架固定在除沫器上方；所述高压洗氨塔顶部的气体出口与冷却器相连，气体经过冷却后进入分离器去除水分，所述分离器出来的气体经过加热器加热后进入高压膜分离器，从高压膜分离器分离出来的氢气去合成压缩机，所述高压膜分离器分离后的气体进入低压膜分离器，所述低压膜分离器分离完氢气后的气体进入甲烷膜分离器，所述甲烷膜分离器的顶部设置有放空管线；

所述高压洗氨塔底部的氨水排放管线与循环冷却器相连，所述循环冷却器的出口管线与低压洗氨塔上部进口管线相连，所述高压洗氨塔底部的氨水排放管线上设置有止回阀。

2.根据权利要求1所述合成氨放空气氢氨膜回收系统，其特征在于：所述高压洗氨塔底部的氨水排放管线上还设置有液位调节阀。

3.根据权利要求1或2所述合成氨放空气氢氨膜回收系统，其特征在于：所述低压膜分离器的低压氢气排气管线分成两个支路，其中一个支路去合成压缩机，另一个支路去脱硫系统。