CN215924395U - 一种用于合成氨生产的氢气回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于合成氨生产的氢气回收装置，属于氢气回收装置技术领域。具体包括进气管线、洗氨塔、干燥装置、加热装置、膜分离器组和氢气管线；所述进气管线、洗氨塔、干燥装置、加热装置、膜分离器组)氢气管线通过管道依次连通；膜分离器组至少包括2个分子筛膜分离器，即：第一分子筛膜和第二分子筛膜；第一分子筛膜和第二分子筛膜的驰放气入口并联连通加热装置的出口管线，第一分子筛膜的驰放气出口通过管道连通第二分子筛膜的驰放气入口，且在连通管道上设置有切断阀；第一分子筛膜和第二分子筛膜的氢气出口并联连通氢气管线。本实用新型能把驰放气中的氨气进行回收，使之返回前系统再利用，节省能量，降低能耗。

Description

一种用于合成氨生产的氢气回收装置

技术领域

本实用新型属于氢气回收技术领域，具体涉及一种用于合成氨生产的氢气回收装置。

背景技术

工业合成氨中，氨气生成的化学反应式为：N₂+3H₂＝2NH₃。前系统送来的原料工艺气中除含有H₂和N₂外，还含有CH4、Ar等气体，由于合成反应中并非所有的H₂、N₂都能转化为NH₃，因此，从氨气合成塔中排出的尾气，即弛放气，含有H₂、N₂、NH₃、CH₄、Ar等，该驰放气可返回系统继续用于合成氨的反应，但是由于CH₄和Ar对于合成反应来说是惰性气体，循环反应过程中会占据氨气合成塔的有效空间，降低NH₃的反应效率，因此，目前多是将这些驰放气排出以保证NH₃可以继续有效地生成。

现有技术中，处理排出的驰放气时，多是将驰放气经水洗和干燥后，送入下一工段当做燃料进行燃烧掉。经水洗除氨净化后的驰放气，NH₃的含量应低于200ppm，再经干燥去除水汽后的驰放气流量约为13000Nm³/h(标准立方米)，其主要气体成分为：54.7％的H₂、21.35％的N₂、5.09％的CH₄、16.12％的NH₃和2.74％的Ar，与前系统送来的工艺气成分相同，只是气体含量有所变化，尤其是占主要含量的H₂是前系统制取又作为燃料烧掉实属可惜，如何将驰放气中的H₂进行回收利用是一个行业难题。

实用新型内容

本实用新型旨在针对现有技术的问题，提供一种用于合成氨生产的氢气回收装置，把驰放气中的氨气进行回收，使之返回前系统再利用，节省能量，降低能源消耗。

为实现以上技术目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于合成氨生产的氢气回收装置，包括进气管线和洗氨塔，还包括干燥装置、加热装置、膜分离器组和氢气管线；所述进气管线、洗氨塔、干燥装置、加热装置、膜分离器组和氢气管线通过管道依次连通；所述膜分离器组至少包括2个分子筛膜分离器，即：第一分子筛膜和第二分子筛膜；所述第一分子筛膜和第二分子筛膜的驰放气入口并联连通加热装置的出口管线，第一分子筛膜的驰放气出口通过管道连通第二分子筛膜的驰放气入口，且在连通管道上设置有切断阀；所述第一分子筛膜和第二分子筛膜的氢气出口并联连通氢气管线。

进一步地，所述膜分离器组还包括第三分子筛膜和第四分子筛膜；所述第二分子筛膜、第三分子筛膜、第四分子筛膜的驰放气出入口依次串联，且在每个串联管线上均设置有切断阀；所述第四分子筛膜的驰放气出口连通废气管线，且在第四分子筛膜的出口管线上设置有第一调节阀；所述废气管线的出口管线上设置有第二调节阀。

进一步地，所述第一分子筛膜的氢气出口还单独连通高纯度氢气管线，所述第一分子筛膜与高纯度氢气管线、氢气管线连通的管线上分别设置有切断阀；

进一步地，所述第一分子筛膜的驰放气出口还单独连通废气管线，且在连通管线上设置有第三调节阀。

进一步地，所述加热装置的出口与第一分子筛膜连通的管线上设置有第四调节阀，与第二分子筛膜连通的管线上设置有第五调节阀。

进一步地，所述加热装置的出口还连通放空管线，所述放空管线上设置有第六调节阀。

进一步地，还包括脱盐水箱和水泵，所述水泵通过管道分别连通脱盐水箱的出水口和洗氨塔的进水口，所述水泵连通脱盐水箱的管道上设置有切断阀，所述水泵连通洗氨塔的管道上设置有调压阀。

进一步地，所述进气管道上设置有减压阀，所述洗氨塔和干燥装置的出水口均连通稀氨水管线，所述洗氨塔和干燥装置的出水管道上均设置有切断阀。

进一步地，所述干燥装置为变压吸附干燥机，所述加热装置为电加热装置。

进一步地，还包括联锁保护装置，联锁保护装置包括联锁动作阀门，联锁动作阀门为第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀第四调节阀和第五调节阀。

与现有技术相比，本实用新型所产生的有益效果是：

(1)驰放气经过氢气回收装置中的膜分离器组的分离作用后，可将大部分H₂进行回收，并将回收的H₂重新送回合成系统继续参与反应，避免了将耗费能量制取的H₂当做燃料燃烧而造成的能源浪费，可以节省能量，降低能耗；

(2)驰放气依次经过多个分子筛膜分离器处理后，其中的H₂的含量会逐级递减，纯度降低。本实用新型的第二分子筛膜、第三分子筛膜、第四分子筛膜的底部驰放气出入口依次串联，第一分子筛膜和第二分子筛膜的底部通过管道连通，通过控制连通管道上设置的切断阀和第五调节阀、第三调节阀的通断，可以实现第一分子筛膜和第二分子筛膜并联和串联模式的切换，从而根据生产需要改变H₂的回收纯度；

(3)第一分子筛膜回收的氢气纯度最高，第一分子筛膜的氢气出口单独连通高纯度氢气管线，可以将高纯度H₂单独输送到前系统中，以满足前加氢系统中天然气加氢脱硫这一转化工段对高纯度H₂的需求；

(4)当满足以下4个条件中的任一个时，即：回收的氢气与驰放气(废气)的压差高于9.5Mpa时、前系统停车、用于洗氨的高压水泵出口流量≤1000kg/h、洗氨塔的液位≤30％，都会触发联锁保护装置，联锁动作阀门第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀和第五调节阀关闭，切断膜分离器组的驰放气进出口，有效保护分子筛膜的安全，同时，打开第六调节阀，使得加热装置中排出的驰放气直接通过放空管线排入火炬进行焚烧。

附图说明

图1本实用新型实施例的结构示意图；

图中：1-进气管线；2-洗氨塔，3-干燥装置，4-加热装置，5-膜分离器组，51-第一分子筛膜，52-第二分子筛膜，53-第三分子筛膜，54-第四分子筛膜，6-水泵，7-脱盐水箱，8-减压阀，81-第一调节阀，82-第二调节阀，83-第三调节阀，84-第四调节阀，85-第五调节阀，86-第六调节阀，9-放空管线，10-氢气管线，11-高纯度氢气管线，12-废气管线，13-稀氨水管线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1所示，本实用新型提供了一种用于合成氨生产的氢气回收装置，包括进气管线1、脱盐水箱7、水泵6、洗氨塔2、干燥装置3、加热装置4、膜分离器组5、氢气管线10、稀氨水管线12和废气管线13；所述进气管线1上设置有减压阀8，所述进气管线1连通洗氨塔2侧壁中部的气体入口；所述水泵6分别连通脱盐水箱7的出水口和洗氨塔2顶部的进水口，所述水泵6连通脱盐水箱7的管道上设置有切断阀，所述水泵6连通洗氨塔2的管道上设置有调压阀；所述洗氨塔2底部的出水口连通稀氨水管线12，所述洗氨塔2底部的出水管线上设置有切断阀，所述洗氨塔2顶部的气体出口连通干燥装置3的气体进口，所述干燥装置3底部的出水口连通稀氨水管线12，所述稀氨水管线12上设置有调节氨水流量的调节阀；所述干燥装置3底部的出水口管线上设置有切断阀，所述干燥装置3的气体出口连通加热装置4的气体入口，所述加热装置4的气体出口连通膜分离器组5的驰放气入口，所述膜分离器组5的氢气出口连通氢气管线10，通过管道依次连通；所述膜分离器组5的驰放气出口连通废气管线13。

膜分离器组5由四台Φ300×5000mm分子筛膜分离器构成，分别为第一分子筛膜51、第二分子筛膜52、第三分子筛膜53和第四分子筛膜54；所述第一分子筛膜51和第二分子筛膜52的驰放气入口并联连通加热装置4的出口管线，第一分子筛膜51的驰放气出口和第二分子筛膜52驰放气入口通过管道连通，且在连通管道上设置有切断阀；所述第二分子筛膜52、第三分子筛膜53和第四分子筛膜54的驰放气出入口依次串联，且在每个串联管线上均设置有切断阀；所述第一分子筛膜51、第二分子筛膜52、第三分子筛膜53和第四分子筛膜54的氢气出口并联连通氢气管线10；所述第四分子筛膜54的驰放气出口连通废气管线13，且在第四分子筛膜54的出口管线上设置有第一调节阀81；所述废气管线13的出口设置有第二调节阀82。

所述第一分子筛膜51的氢气出口还单独连通高纯度氢气管线12，所述第一分子筛膜51与高纯度氢气管线11、氢气管线10连通的管线上分别设置有切断阀；所述第一分子筛膜51的驰放气出口还单独连通废气管线13，且在连通管线设置有第三调节阀83。

所述加热装置4的出口与第一分子筛膜51连通的管线上设置有第四调节阀84，与第二分子筛膜52连通的管线上设置有第五调节阀85；所述加热装置(4)的出口还连通放空管线9，所述放空管线9上设置有第六调节阀86。

所述干燥装置3为变压吸附干燥机，所述加热装置4为电加热装置。

所述氢气回收装置还包括联锁保护装置，联锁保护装置包括联锁动作阀门，联锁动作阀门为第一调节阀81、第二调节阀82、第三调节阀83、第四调节阀84和第五调节阀85。当工况异常时，启动联锁装置，可以切断膜分离器组5的驰放气进出口，保护分子筛膜的安全，同时，打开第六调节阀86，使驰放气通过放空管线9排出。

工作原理：

驰放气的初始压力(表压)为19-22MPa、温度为-22℃，经进气管线1进入，通过减压阀8减压后由19Mpa降至14Mpa，然后在洗氨塔2中与水泵6从脱盐水箱7中泵取的软化水逆流接触，气相中的氨气(NH₃)被软化水吸收后变成氨水，再经洗氨塔塔底排入稀氨水管线12，最终送送至水处理系统用来调节水的PH值。

经过水洗脱除NH₃后的驰放气由洗氨塔2的塔顶排出进入干燥装置3，所述干燥装置3为变压吸附干燥机，所述变压吸附干燥机由两台罐子装有吸附剂，两台罐子交替运行，吸附剂吸附能力跟被吸附气体的压力有关，压力越高，吸附能力越强，压力越低吸附能力越差。A罐子吸附洗涤器的水分时，B罐子处于泄压状态，泄压状态的罐子由于压力降低，吸附剂内的水分排出；当B罐水分排净后，将气体导入B罐继续吸附干燥，A罐切除泄压，排出A罐吸附剂内水分；排出水分的过程称为吸附剂的再生过程，A、B罐交替吸附与再生保证对驰放气中的水分不间断吸收，得到干燥的驰放气。

经干燥脱出气体中水份后的驰放气经加热装置3进行加热，将驰放气加热至35℃，使之满足后续膜分离器组5对工艺气的要求。

经过水洗、干燥、加热处理后的驰放气分成2组进入膜分离器组5，第一组驰放气经第四调节阀84调节流量后送入第一分子筛膜51，其驰放气入口在第一分子筛膜51的侧面，驰放气在膜的外侧向膜的内部渗透，靠膜内、外两侧分压差为推动力，由于分子筛膜对氢气具有较高的选择性，氢气能够迅速通过膜进入膜的中空地带，由中空地带的顶部排出，排出H₂含量为99％的称为高纯度氢气，压力由14Mpa降至5Mpa，并经高纯度氢气管线返回加氢系统作为优质气体继续反应；未渗透进入中空膜的N₂、CH₄、Ar和微量H₂等驰放气，从第一分子筛膜51的中空膜外部的底部作为废气引出，由第二调节阀82控制经废气管线13送至下一工段作为燃料处理。

第二组驰放气由第五调节阀85调节流量后送入第二分子筛膜52，原理与第一组驰放气相同，第二分子筛膜52顶部出口回收的氢气经氢气管线10直接送至加氢系统继续反应，底部排出的废气继续进入第三分子筛膜53，第三分子筛膜53顶部出口回收的氢气经氢气管线10直接送至加氢系统继续反应，底部排出的废气继续进入第四分子筛膜54，第四分子筛膜54顶部出口排出压力为2.5Mpa的氢气可直接送至加氢系统继续反应，底部排出的废气中H₂含量极低，经第一调节阀81与第一分子筛膜51排出的未渗透的驰放气汇合，再由第二调节阀82一同送至下一工段作为燃料处理。

第一分子筛膜51、第二分子筛膜52、第三分子筛膜53和第四分子筛膜54入口压力均为14Mpa，但其顶部出口回收的氢气压力会降低，因H₂渗透进中空膜数量低于驰放气量且经过渗透压力会有压降，但第一分子筛膜51、第二分子筛膜52、第三分子筛膜53和第四分子筛膜54底部排出的废气未进行渗透，因此底部排出的废气压力并无明显变化约为14Mpa，第一分子筛膜51顶部出口回收的氢气压力为5.0Mpa，第四分子筛膜54顶部出口回收的氢气压为3.0Mpa。

第一分子筛膜51、第二分子筛膜52、第三分子筛膜53和第四分子筛膜54的底部废气排出口连通方式为串联，顶部氢气出口为并联，第一分子筛膜51和第二分子筛膜52底部有连通管线，通过控制其连通管线上的切断阀的通断，并配合控制第三调节阀83和第五调节阀85的通断，可以实现第一分子筛膜51和第二分子筛膜52的并联和串联模式的切换；经过第二分子筛膜52、第三分子筛膜53和第四分子筛膜54处理回收的H₂含量和纯度逐级递减至82％，H₂含量和纯度不如第一分子筛膜51分离的H₂含量和纯度(99％)高，因此将第一分子筛膜51单独设置，用来满足前加氢系统中天然气加氢脱硫这一转化工段对于高纯度H₂的需求。

第一分子筛膜51、第二分子筛膜52、第三分子筛膜53和第四分子筛膜54的底部串联管线之间均有手动切断阀，当其中一个分子筛膜发生损坏时，可以通过关闭其两端的的切断阀断开气体通道，切除出损坏的分子筛膜进行维修；当四组分子筛膜因损害必须整体切除出来时，可以通过关闭第一调节阀81、第二调节阀82、第三调节阀83、第四调节阀84和第五调节阀85，把四组分子筛膜整体切出进行维修，同时，打开放空管线9上的第六调节阀86，使得加热装置4中排出的驰放气直接通过放空管线9排入火炬进行焚烧。

此外，当满足以下4个条件中的任一个时，即：回收的氢气与驰放气(废气)的压差高于9.5Mpa时、前系统停车、用于洗氨的高压水泵6出口流量≤1000kg/h、洗氨塔2的液位≤30％，都会触发联锁保护装置，联锁动作阀门第一调节阀81、第二调节阀82、第三调节阀83、第四调节阀84和第五调节阀85关闭，切断膜分离器组5的驰放气进出口，保护分子筛膜的安全，同时，打开第六调节阀86，使得加热装置4中排出的驰放气直接通过放空管线9排入火炬进行焚烧。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于合成氨生产的氢气回收装置，包括进气管线(1)和洗氨塔(2)，其特征在于，还包括干燥装置(3)、加热装置(4)、膜分离器组(5)和氢气管线(10)；所述进气管线(1)、洗氨塔(2)、干燥装置(3)、加热装置(4)、膜分离器组(5)和氢气管线(10)通过管道依次连通；所述膜分离器组(5)至少包括2个分子筛膜分离器，即：第一分子筛膜(51)和第二分子筛膜(52)；所述第一分子筛膜(51)和第二分子筛膜(52)的驰放气入口并联连通加热装置(4)的出口管线，第一分子筛膜(51)的驰放气出口通过管道连通第二分子筛膜(52)的驰放气入口，且在连通管道上设置有切断阀；所述第一分子筛膜(51)和第二分子筛膜(52)的氢气出口并联连通氢气管线(10)。

2.根据权利要求1所述的一种用于合成氨生产的氢气回收装置，其特征在于，所述膜分离器组(5)还包括第三分子筛膜(53)和第四分子筛膜(54)；所述第二分子筛膜(52)、第三分子筛膜(53)、第四分子筛膜(54)的驰放气出入口依次串联，且在每个串联管线上均设置有切断阀；所述第四分子筛膜(54)的驰放气出口连通废气管线(13)，且在第四分子筛膜(54)的出口管线上设置有第一调节阀(81)；所述废气管线(13)的出口管线上设置有第二调节阀(82)。

3.根据权利要求1所述的一种用于合成氨生产的氢气回收装置，其特征在于，所述第一分子筛膜(51)的氢气出口还单独连通高纯度氢气管线(11)，所述第一分子筛膜(51)与高纯度氢气管线(11)、氢气管线(10)连通的管线上分别设置有切断阀。

4.根据权利要求1所述的一种用于合成氨生产的氢气回收装置，其特征在于，所述第一分子筛膜(51)的驰放气出口还单独连通废气管线(13)，且在连通管线上设置有第三调节阀(83)。

5.根据权利要求1所述的一种用于合成氨生产的氢气回收装置，其特征在于，所述加热装置(4)的出口与第一分子筛膜(51)连通的管线上设置有第四调节阀(84)，与第二分子筛膜(52)连通的管线上设置有第五调节阀(85)。

6.根据权利要求1所述的一种用于合成氨生产的氢气回收装置，其特征在于，所述加热装置(4)的出口还连通放空管线(9)，所述放空管线(9)上设置有第六调节阀(86)。

7.根据权利要求1所述的一种用于合成氨生产的氢气回收装置，其特征在于，还包括脱盐水箱(7)和水泵(6)，所述水泵(6)通过管道分别连通脱盐水箱(7)的出水口和洗氨塔(2)的进水口，所述水泵(6)连通脱盐水箱(7)的管道上设置有切断阀，所述水泵(6)连通洗氨塔(2)的管道上设置有调压阀。

8.根据权利要求1所述的一种用于合成氨生产的氢气回收装置，其特征在于，所述进气管道(1)上设置有减压阀(8)，所述洗氨塔(2)和干燥装置(3)的出水口均连通稀氨水管线(12)，所述洗氨塔(2)和干燥装置(3)的出水管道上均设置有切断阀。

9.根据权利要求1所述的一种用于合成氨生产的氢气回收装置，其特征在于，所述干燥装置(3)为变压吸附干燥机，所述加热装置(4)为电加热装置。

10.根据权利要求1所述的一种用于合成氨生产的氢气回收装置，其特征在于，还包括联锁保护装置，联锁保护装置包括联锁动作阀门，联锁动作阀门为第一调节阀(81)、第二调节阀(82)、第三调节阀(83)、第四调节阀(84)和第五调节阀(85)。

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