CN217929406U - 一种液化合成氨的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种液化合成氨的系统，目的是解决现有技术中，制备液氨的系统结构复杂和能耗高的技术问题。该系统包括：空气压缩机；下塔，粗分离入口与空气压缩机的输出端连通，下塔顶部具有粗氮出口，底部具有粗氧出口；上塔，其顶部具有粗氮入口和精氮出口，其底部具有粗氧入口和精氧出口，粗氮入口与粗氮出口连通，精氮出口与粗氧出口连通；氮气压缩机，其具有与精氮出口连通的压缩入口，还具有压缩出口；氨合成器，具有氢气入口、氮气入口和氨出口，氮气入口与压缩出口连通；其中，连接空气压缩机与下塔的管道穿过深冷换热单元，连接上塔和氮气压缩机的管道依次穿过过冷换热单元和深冷换热单元。该系统具有结构相对简单且能耗更低的优点。

Description

一种液化合成氨的系统

技术领域

本实用新型涉及一种新能源的制备，具体地涉及一种液化合成氨的系统。

背景技术

液氨又称为无水氨，是一种重要的化工原料，在工业上被广泛的应用。目前在制备液氨的系统中，需要专用的制冷设备提供冷源，导致液氨制备系统比较复杂以及能耗较高的问题。

实用新型内容

针对现有技术中，制备液氨的系统结构复杂和能耗较高的技术问题，本实用新型提供了一种液化合成氨的系统，具有结构相对简单且能耗更低的优点。

本实用新型的技术方案是：

一种液化合成氨的系统，包括：

空气压缩机，其输入端输入空气或压缩空气，其输出端输出压缩空气；

下塔，其粗分离入口与所述空气压缩机的输出端连通，所述下塔顶部具有粗氮出口，底部具有粗氧出口；

上塔，其顶部具有粗氮入口和精氮出口，其底部具有粗氧入口和精氧出口，所述粗氮入口与所述粗氮出口连通，所述精氮出口与所述粗氧出口连通；

氮气压缩机，其具有与所述精氮出口连通的压缩入口，还具有压缩出口；

氨合成器，具有氢气入口、氮气入口和氨出口，所述氮气入口与所述压缩出口连通；

深冷换热单元；

氨液化换热器，其输入端与所述氨合成器的氨出口连通，所述氨液化换热器输入端和输出端通过一根循环管连通，且该循环管穿过所述深冷换热单元；过冷换热单元；

其中，连接所述空气压缩机与所述下塔的管道穿过所述深冷换热单元，连接所述上塔和所述氮气压缩机的管道依次穿过所述过冷换热单元和所述深冷换热单元。

可选地，所述下塔的粗氧出口与所述上塔的粗氧入口连通。

可选地，连接在所述氨合成器的氨出口上的管道穿过所述深冷换热单元。

可选地，所述循环管上设有循环泵。

可选地，具有两个所述氨液化换热器并联在氨输出管上，所述氨输出管连接在所述氨合成器的氨出口上；

两个所述氨液化换热器同时并联在循环管上。

可选地，所述循环泵设于所述循环管和两个所述氨液化换热器构成的并联结构的主干管路上。

可选地，还包括：

电解水单元，其氢气输出端通过管道与所述氨合成器的氢气入口连通，所述电解水单元的氧气输出端通过管道穿过所述深冷换热单元并连接在液氧输出管的中部；

其中，所述液氧输出管的一端连接在所述上塔的精氧出口上。

可选地，还包括：

膨胀机，其输入口输入压缩空气，其输出口连接低压空气输出管；

其中，所述低压空气输出管穿过所述深冷换热单元。

可选地，所述低压空气输出管穿过所述深冷换热单元后连接在另一个膨胀机的输入口上，且该膨胀机的输出口连接另一根所述低压空气输出管，该低压空气输出管再次穿过所述深冷换热单元。

可选地，还包括：

分流器，其具有两个出口和一个入口，其中一个出口与所述空气压缩机的输入端连通，其入口输入压缩空气，其另一个出口与所述膨胀机的输入口连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

首先使相对低压的空气（压强大于大气压）通入空气压缩机形成相对高压的空气然后在下塔内初步进行分离空气中的氮气，再通过上塔对下塔产生的粗氮进行精馏分离，得到液氧。在此过程中，将部分压缩空气通过膨胀机后产生的冷量通入深冷换热单元内，并且使空气压缩机输出的气体穿过深冷换热单元进行降温。

在本技术方案中，利用压缩空气的膨胀产生冷量，可以减少或代替原有制备液氨系统中的制冷设备，从而简化整个系统的结构以及降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1和实施例2结构示意图；

图2为实施例3和实施例4结构示意图；

图3为实施例5结构示意图；

图4为实施例6结构示意图。

附图标记：

10、氢气输送管。

21、压缩空气管；22、分流器；23、空气压缩机；24、深冷换热单元；25、下塔；26、上塔；27、过冷换热单元；28、氮气压缩机。

31、氨合成器；32、氨气输出管；33、液氨输出管；34、氨液化换热器；35、循环泵。

41、第一膨胀机；42、第二膨胀机；43、液氧输出管；44、低压空气输出管，45、氧气输送管。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例1：

参见图1，一种液化合成氨的系统，包括空气压缩机23、下塔25、上塔26、氮气压缩机28、氨合成器31、深冷换热单元24和过冷换热单元27。具体的：

空气压缩机23具有一个空气输入端和空气输出端，空气压缩机23的空气输入端与压缩空气管21连通，通过压缩空气管21向空气压缩机23内输送空气或输送压缩空气。空气压缩机23的空气输出端输出经过压缩的压缩空气。

下塔25的顶部具有粗分离入口和粗氮出口，底部具有粗氧出口。下塔25的粗分离入口与空气压缩机23的空气输出端之间通过压缩空气输送管连接，压缩空气输送管的穿过深冷换热单元24。

上塔26顶部具有粗氮入口和精氮出口，底部具有粗氧入口和精氧出口。并且，上塔26的粗氮入口与下塔25的粗氮出口通过粗氮管道连通，上塔26的粗氧入口与下塔25的粗氧出口连通，其中，粗氮管道穿过过冷换热单元27。

上塔26的精氮出口与一根氮气管道的一端连接，氮气管道的另一端依次穿过过冷换热单元27和深冷换热单元24。

氮气压缩机28具有压缩入口和压缩出口，氮气管道远离上塔26的一端连接在氮气压缩机28的压缩入口上。

氨合成器31具有氢气入口、氮气入口和氨出口，氮气入口与氮气压缩机28的压缩出口连通。氨合成器31的氢气入口与氢气输送管10的一端连通，通过氢气输送管10想氨合成器31内输送氢气。氨合成器31的氨出口与一根氨气输出管32的一端连通，通过氨气输出管32将氨合成器31内合成的氨气输送至收集设备内。

本实施例的工作原理是：

首先使空气通入空气压缩机23形成液态，然后在下塔25内初步进行分离空气中的氮气，再通过上塔26对下塔25产生的粗氮进行精馏分离，得到液氧。在此过程中，将部分压缩空气通过膨胀机后产生的冷量通入深冷换热单元24内，并且使空气压缩机23输出的气体穿过深冷换热单元24进行降温。

在本技术方案中，利用压缩空气的膨胀产生冷量，可以减少或代替原有制备液氨系统中的制冷设备，从而简化整个系统的结构以及降低能耗。

实施例2：

参见图1，在实施例1的基础上，本实施例还包括以下方案：

氨气输出管32的一端连接在氨合成器31的氨出口上，氨气输出管32的另外一端穿过深冷换热单元24并连接在液氨输出管33的一端上。

氨合成器31合成的氨气内具有较高的热量，通过本实施例，可以使氨合成器31产生的氨气液化，并通过液氨输出管33输送至指定收集设备内。

实施例3：

参见图2，在实施例1的基础上，本实施例还包括以下方案：

上述氨气输出管32的一端连接在氨合成器31的氨出口上，氨气输送管的另一端穿过氨液化换热器34并与液氨输出管33的一端连通，液氨输出管33的另一端将液氨输送至指定收集设备内。

氨液化换热器34的输入端和输出端通过一根循环管连通，循环管上设有循环泵35，氨液化换热器34、循环管和循环泵35内具有载冷介质（载冷介质由防冻液、合成油、丙烷、戊烷、丁烷等物质混合组成）。

另外循环管穿过深冷换热单元24。

本实施例的工作原理是：

利用载冷介质吸收深冷换热单元24中的冷量，然后通过循环泵35将载冷介质送入氨液化换热器34内与氨气进行换热，从而得到液氨。换热后的载冷体再返回深冷换热单元24吸收冷量，依次循环。

实施例4：

在实施例3的基础上，本实施例还包括以下方案：

氨气输出管32远离氨合成器31的一端分为两个通路，两个通路分别穿过一个氨液化换热器34后会和为一个通路，并与液氨输出管33的端部连通。使得两个氨液化换热器34在氨气输出管32和液氨输出管33之间形成并联结构。

循环管的中部也分为两个通路，并分别与两个氨液化换热器34的输入端和输出端连通，且上述循环泵35设置在循环管的主干通路上。使得两个氨液化换热器34同时在循环管的中部也为并联结构。

本实施例的工作原理与实施例3的工作原理相同，但本实施例适合于深冷换热单元24与氨液化换热器34的距离较远，且需要被冷却的氨气较多的情况。

实施例5：

参见图3，在实施例2的基础上，本实施例还包括以下方案：

该系统还包括电解水单元、膨胀机和分流器22。具体的：

电解水单元具有氢气输出端和氧气输出端。电解水单元的氢气输出端通过氢气输送管10与氨合成器31的氢气入口连通。电解水单元的氧气输出端通过氧气输送管45穿过深冷换热单元24并连接在液氧输出管43的中部，其中液氧输出管43的一端连接在上塔26的精氧出口上。

合成氨的原料氢气来自电解水单元，同时电解水单元的副产品氧气进入深冷换热单元24，液化后与上塔26精氮出口得到的液氧混合，得到更多的液氧产品。

分流器22的输入端连接在压缩空气管21的一端上，压缩空气管21的另一端连接在压缩空气的供应端上。

分流器22具有两个输出端，其中一个输出端与空气压缩机23的空气输入端连接。分流器22的另一个输出端连接在第一膨胀机41的输入口上，第一膨胀机41的输出口连接中压空气输送管的一端。中压空气输送管的另一端穿过深冷换热单元24后连接在第二膨胀机42的输入口，然后第二膨胀机42的输出口连接在低压空气输出管44的一端上，低压空气输出管44的另一端穿过深冷换热单元24后排放。

在本实施例中，将部分压缩空气分流至膨胀机内，压缩空气在膨胀机内降压并使深冷换热单元24内温度降低，从而达到节能的效果。设置多个膨胀机可以增加压缩空气的使用效率。

实施例6：

参见图4，在实施例4的基础上，本实施例还包括以下方案：

该系统还包括电解水单元、膨胀机和分流器22。具体的：

电解水单元具有氢气输出端和氧气输出端。电解水单元的氢气输出端通过氢气输送管10与氨合成器31的氢气入口连通。电解水单元的氧气输出端通过氧气输送管45穿过深冷换热单元24并连接在液氧输出管43的中部，其中液氧输出管43的一端连接在上塔26的精氧出口上。

合成氨的原料氢气来自电解水单元，同时电解水单元的副产品氧气进入深冷换热单元24，液化后与上塔26精氮出口得到的液氧混合，得到更多的液氧产品。

分流器22的输入端连接在压缩空气管21的一端上，压缩空气管21的另一端连接在压缩空气的供应端上。

分流器22具有两个输出端，其中一个输出端与空气压缩机23的空气输入端连接。分流器22的另一个输出端连接在第一膨胀机41的输入口上，第一膨胀机41的输出口连接中压空气输送管的一端。中压空气输送管的另一端穿过深冷换热单元24后连接在第二膨胀机42的输入口，然后第二膨胀机42的输出口连接在低压空气输出管44的一端上，低压空气输出管44的另一端穿过深冷换热单元24后排放。

在本实施例中，将部分压缩空气分流至膨胀机内，压缩空气在膨胀机内降压并使深冷换热单元24内温度降低，从而达到节能的效果。设置多个膨胀机可以增加压缩空气的使用效率。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种液化合成氨的系统，其特征在于，包括：

空气压缩机，其输入端输入空气或压缩空气，其输出端输出压缩空气；

下塔，其粗分离入口与所述空气压缩机的输出端连通，所述下塔顶部具有粗氮出口，底部具有粗氧出口；

上塔，其顶部具有粗氮入口和精氮出口，其底部具有粗氧入口和精氧出口，所述粗氮入口与所述粗氮出口连通，所述精氮出口与所述粗氧出口连通；

氮气压缩机，其具有与所述精氮出口连通的压缩入口，还具有压缩出口；

氨合成器，具有氢气入口、氮气入口和氨出口，所述氮气入口与所述压缩出口连通；

深冷换热单元；

氨液化换热器，其输入端与所述氨合成器的氨出口连通，所述氨液化换热器输入端和输出端通过一根循环管连通，且该循环管穿过所述深冷换热单元；过冷换热单元；

其中，连接所述空气压缩机与所述下塔的管道穿过所述深冷换热单元，连接所述上塔和所述氮气压缩机的管道依次穿过所述过冷换热单元和所述深冷换热单元。

2.根据权利要求1所述的液化合成氨的系统，其特征在于，

所述下塔的粗氧出口与所述上塔的粗氧入口连通。

3.根据权利要求1所述的液化合成氨的系统，其特征在于，

连接在所述氨合成器的氨出口上的管道穿过所述深冷换热单元。

4.根据权利要求1所述的液化合成氨的系统，其特征在于，

所述循环管上设有循环泵。

5.根据权利要求4所述的液化合成氨的系统，其特征在于，

具有两个所述氨液化换热器并联在氨输出管上，所述氨输出管连接在所述氨合成器的氨出口上；

两个所述氨液化换热器同时并联在循环管上。

6.根据权利要求5所述的液化合成氨的系统，其特征在于，

所述循环泵设于所述循环管和两个所述氨液化换热器构成的并联结构的主干管路上。

7.根据权利要求2-6任一所述的液化合成氨的系统，其特征在于，还包括：

电解水单元，其氢气输出端通过管道与所述氨合成器的氢气入口连通，所述电解水单元的氧气输出端通过管道穿过所述深冷换热单元并连接在液氧输出管的中部；

其中，所述液氧输出管的一端连接在所述上塔的精氧出口上。

8.根据权利要求7所述的液化合成氨的系统，其特征在于，还包括：

膨胀机，其输入口输入压缩空气，其输出口连接低压空气输出管；

其中，所述低压空气输出管穿过所述深冷换热单元。

9.根据权利要求8所述的液化合成氨的系统，其特征在于，

所述低压空气输出管穿过所述深冷换热单元后连接在另一个膨胀机的输入口上，且该膨胀机的输出口连接另一根所述低压空气输出管，该低压空气输出管再次穿过所述深冷换热单元。

10.根据权利要求9所述的液化合成氨的系统，其特征在于，还包括：

分流器，其具有两个出口和一个入口，其中一个出口与所述空气压缩机的输入端连通，其入口输入压缩空气，其另一个出口与所述膨胀机的输入口连通。

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