一种变温吸附提高氨分离效果的氨合成工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种变温吸附提高氨分离效果的氨合成工艺，合成气与吸附解吸塔的解吸端入口相接，吸附解吸塔解吸端出口的合成气依次经预热器和水冷凝器降温后入氨分离器，循环气与吸附解吸塔的吸附端入口相接，吸附解吸塔吸附端出口的循环气入预热器预热，预热后的循环气入氨合成塔。仅增加两台互相倒替再生吸附的吸附解吸塔及切换阀，即可达到大幅提高单程氨合成率和减少冰机能耗的目的，在较低温度和较小NH3分压情况下，吸附氨合成塔循环气中的NH3，达到较低入塔氨含量，出塔合成气对吸附的NH3进行解吸，解吸的NH3汇入出塔气中，提高了合成循环气的总氨分压，并在水冷后冷凝分离，提高了一次单程合成率和氨净值，增加了氨产量，改善了合成塔反应条件。
【专利说明】一种变温吸附提高氨分离效果的氨合成工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变温吸附氨合成工艺，具体涉及到利用变温吸附降低进入合成塔循环气氨含量的工艺。
技术背景
[0002]合成氨是对农业具有重要意义的化工产品，主要用作生产肥料和其它氮肥的原料。而氨的合成是整个合成氨生产过程中的核心部分，氨合成反应受热力学和动力学的影响，实际生产中，反应不可能达到平衡，除考虑温度、压力、氢氮比等的影响外，还要考虑初始氨含量，当其他条件一定时，入塔气体中氨含量越低，氨净值越大，生产能力越高，而初始氨含量的高低主要取决于最终分离氨的方法。
[0003]工业上，将氨从气体混合物中分离有两种方法。一种是水吸收法，利用氨在水中的溶解度很大，而与溶液成平衡的气相氨分压很小，用水吸收分离氨，效果良好，但气相中水蒸气饱和，为防止催化剂中毒，循环气需严格脱除水分后才能进入合成氨。此法得到的产品是浓氨水，从浓氨水制取液氨需消耗大量热量，故此法在工业应用中很少。另一种是冷凝法，冷凝法主要是利用水冷却和液氨蒸发对合成气降温，将混合气体中的氨冷凝、分离后得到液氨产品，因为冷冻用的液氨蒸发为气态氨后需压缩冷却成液氨循环利用，因而此方法消耗大量的压缩功。对于冷冻法分离氨，入塔循环气中氨含量和冷凝温度与系统压力有关，过分降低冷凝温度而过多地增加氨冷负荷在经济上并不可取。因此，在经济合理的基础上最大程度上降低入塔循环气中氨含量是提高氨产量的有效途径之一。
[0004]如图1所示为现有氨合成经典工艺，氨合成系统的循环气经预热器预热后进入氨合成塔反应，出氨合成塔的合成气依次经废热回收系统和预热器回收反应热后，进入水冷凝器降温使部分氨冷凝，再进入氨分离器A分离液氨，分离液氨后的合成气再进入冷交换器回收冷量后，进入氨冷凝器进一步降温冷却使合成气中的氨冷凝，再进入氨分离器B分离液氨，出氨分离器B的循环气进入冷交换器回收冷量后，再经预热器预热后进入氨合成塔。此流程是利用在水冷凝器的循环水冷却和在氨冷凝器液氨的蒸发提供冷量实现，入氨合成塔的氨含量取决于氨冷凝器的冷却温度，入合成塔的氨含量越低，氨合成塔的氨净值就越高，但氨冷凝器的液氨蒸发需要的冰机电耗会大幅增加。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种通过变温吸附塔吸附NH3,以降低合成塔入口循环气氨含量，同时利用出合成塔经余热回收后的较高温度的气体，对吸附的NH3进行解吸，提高循环气中的NH3含量，并在水冷后冷凝分离，既达到提高单程氨净值和水冷分离NH3的比例的目的，又可以减少氨冷负荷。
[0006]为实现本发明目的，这种变温吸附提高氨分离效果的氨合成工艺其特征在于包括以下步骤:出氨合成塔的 合成气经废热回收系统回收反应热，回收反应热后的合成气经切换阀后与吸附解吸塔A或吸附解吸塔B的解吸端入口相接，吸附解吸塔A或吸附解吸塔B解吸端出口的合成气经切换阀后，依次经热交换器和水冷凝器降温后进入氨分离器A分离液氨，分离液氨后的合成气再经冷交换器回收冷量后入氨冷凝器冷凝，经氨分离器B分离液氨后的循环气经冷交换器回收冷量后经循环机加压，再经切换阀后分别与吸附解吸塔B或吸附解吸塔A的吸附端入口相接，吸附解吸塔B或吸附解吸塔A吸附端出口的循环气经切换阀后入预热器预热，预热后的循环气入氨合成塔。
[0007]当吸附解吸塔B达到吸附饱和态，同时吸附解析塔A完成解吸时，通过切换阀使吸附解吸塔A塔进入吸附工况，吸附解析塔B塔进入解吸状态，这样两塔反复切换使系统维持连续生产状态。
[0008]本发明的优势是:
①.本发明不耗费外部能量，仅增加两台互相倒替再生吸附的吸附解吸塔及切换阀，即可达到大幅提高单程氨合成率和减少冰机能耗的目的。在较低温度和较小NH3分压情况下，吸附氨合成塔循环气中的NH3，达到较低入塔氨含量，然后经余热回收后的合成气对吸附的NH3进行解吸，解吸的NH3汇入出塔气中，提高了合成循环气的总氨分压，并在水冷后与本次合成塔出口气中高于水冷温度下的饱和氨含量的部分一并冷凝分离，既达到提高单程合成率和水冷分NH3比例的目的，从而提高了氨净值，增加了氨产量，改善了合成塔反应条件。经实际测算，与现有氨合成经典工艺比较，氨产量可增加7%~12%，可提高氨净值I~2%，由于氨净值的提高，在同样产能的情况下，可降低氨合成工段循环功和氨压缩功的消耗，有利于氨合成余热回收，同时在系统设备规格一定时，可降低操作压力，减少原料气的压缩功。
[0009]②.本发明吸附剂的再生可充分利用氨合成反应的余热，不增加额外的功耗，并可根据设计规模和产能，将并联的吸附解吸塔设置为多组。 [0010]③.由于吸附解吸塔的吸附和解吸，解吸的氨可随合成气一起送入热交换器进一步回收热量，出吸附解吸塔的解吸气其氨含量可提高1%~2%，不但可增加合成塔的氨净值，且可通过解吸进一步增加出塔合成气中的氨的含量和分压，在同样压力下，通过水冷降温后，可以分离得到更多的产品液氨，而剩余合成气再经过氨冷却器降温、氨分离后，再送入冷交换器回收冷量后去下次循环，减少了循环气入塔氨含量，可进一步增加氨合成塔的生产能力，因而在相同生产规模情况下，可减小合成塔的规格，进而降低氨合成工段的投资，且工艺简单，经济效益显著。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]附图1是现有氨合成工艺流程示意图。
[0012]附图2是本发明工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图2所示，本发明变温吸附氨合成工艺过程如下:
出氨合成塔的合成气经废热回收系统回收反应热，废热回收器出口端并联有至少两组吸附解吸塔，本实施例为并联的吸附解吸塔A和吸附解吸塔B，即回收反应热后的合成气经切换阀3a后入吸附解吸塔A的解吸端入口，吸附解吸塔A的解吸端出口带有解吸氨的合成气经切换阀4a后经管路依次入预热器和水冷凝器降温，然后进入氨分离器A分离液氨，分离液氨后的合成气再经冷交换器回收冷量后入氨冷凝器冷凝，再经氨分离器B分离冷凝的液氨，经氨分离器B分离液氨后的合成气再经冷交换器回收冷量后入循环机加压，加压后的合成气经切换阀Ib后入吸附解吸塔B的吸附端入口，吸附解吸塔B吸附端出口的循环气经切换阀2b后入预热器预热，预热后的循环气入氨合成塔氨合成。
[0014]本发明工作过程为:出氨合成塔较高温度的含10%~15%NH3的合成气先经废热回收系统如废热锅炉和(或)水回收反应热后，合成气的温度降低到大约150°C左右，然后送入处于解吸状态的吸附塔解吸塔A中，利用高温的合成气加热处于解吸状态的吸附剂(该吸附剂采用201310340780.X公开的干式吸附剂)，此时切换阀3a、4a处于全开状态，切换阀la、2a处于全关状态，出吸附解吸塔A解吸端出口的解吸气通过切换阀4a后，依次经热交换器和水冷凝器降温进一步回收热量，使部分氨冷凝后进入氨分离器A分离液氨，分离液氨后的合成气进入冷交换器回收冷量后，入氨冷凝器进一步降温冷却使合成气中的氨冷凝，再进入氨分离器B分离液氨，出氨分离器B的含少量氨的合成气经冷交换器回收冷量后经循环机加压，然后在约40°C下通过切换阀Ib进入处于吸附状态的吸附解吸塔B的吸附端入口，此时切换阀lb、2b处于全开状态，切换阀3b、4b处于全关状态，在吸附解吸塔B内吸附剂吸附掉部分所含2%~3%剩余氨后的循环气经预热器预热后进入氨合成塔进行氨合成反应，如果吸附解吸塔B吸附饱和后，可将经过两次氨分离后的合成气切换到吸附解吸塔A，此时吸附解吸塔A已经解吸降温完成后处于吸附状态，然后将出塔的合成气送入吸附解吸塔B中解吸氨，使吸附和解吸在吸附解吸塔A和吸附解吸塔B中交替连续进行，以达到吸附剂的吸附、脱附再生循环过程。为保证工艺过程的连续进行，还可定期倒换吸附解吸塔A和吸附解 吸塔B。
【权利要求】
1.一种变温吸附提高氨分离效果的氨合成工艺，其特征在于包括以下步骤:出氨合成塔的合成气经废热回收系统回收反应热，回收反应热后的合成气经切换阀后分别与吸附解吸塔A或吸附解吸塔B的解吸端入口相接，吸附解吸塔A或吸附解吸塔B解吸端出口的合成气经切换阀后，依次经热交换器和水冷凝器降温后进入氨分离器A分离液氨，分离液氨后的合成气再经冷交换器回收冷量后入氨冷凝器冷凝，经氨分离器B分离液氨后的循环气经冷交换器回收冷量后经循环机加压，再经切换阀后分别与吸附解吸塔A或吸附解吸塔B的吸附端入口相接，吸附解吸塔A或吸附解吸塔B吸附端出口的循环气经切换阀后入预热器预热，预热后的循环气入氨合成塔。
2.根据权利要求1所述的变温吸附提高氨分离效果的氨合成工艺，其特征在于所述吸附解吸塔为相互并联的多 组。
【文档编号】C01C1/04GK103818929SQ201410035973
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】刘金成, 张立军, 钱进华, 李欣 申请人:刘金成