专利名称：一种氨合成放空气氨回收方法
技术领域：
本发明涉及合成氨厂的一种氨合成放空气氨回收方法。
背景技术：
在已有技术中，各合成氨厂的氨合成工序放空口位置有二处，一处是在第三氨分离器之后，补气位置在第三氨分离器之前，属于补气之后放空。在此处放空，合成循环气经过了氨冷器和第三氨分离器，放空气中氨含量最低，氨含量一般在2. 5% (体积)左右，放空气去氨洗塔回收氨的负荷轻，在氨洗塔生成的氨水少。但放空气中有刚刚补充进来的精炼气，将精炼气也一同放出，损失了含有74% (体积)左右氢气并经过多道工序精制的精炼气，精炼气消耗高，增加了合成氨成本。此处的放空气中惰性气体浓度低，放空气量大；另一处是在氨冷器入口之前，并在补气口位置之前，属于补气之前放空。在此处放空，精炼气还没有补充进来，放空气中无精炼气，放空气中惰性气体浓度高，放空气量小。但放空气没有经过氨冷器和第三氨分离器，放空气中氨含量高，氨含量一般在10% (体积)左右，一是加重了氨洗塔的负荷，使氨洗塔出口氨含量上升，影响后面回收氢气的中空纤维膜的使用寿命；二是回收的氨水多，由于放空气中含有较多的氨，这些氨在氨洗塔被水吸收生成氨水， 使稀氨水过剩，加重了尿素装置的解吸系统、深度水解系统的负荷，使解吸的低压蒸汽用量增加，深度水解的高压蒸汽用量也增加，电耗也增加，并会影响尿素系统的正常生产。显然，上面的二处放空口位置都存在明显的不足，但又无两全其美的位置和方法， 各合成氨厂目前还都在上面的二处放空口位置中的一处放空。有很少数的厂在氨合成系统又另外增加冷交、氨冷器、氨分离器三台高压设备，用氨冷器将放空气中的气氨冷凝成液氨，液氨再与放空气分离的方法回收放空气中的氨，要用冷冻工序来的液氨加到氨冷器内，利用液氨蒸发变成气氨的冷量降低放空气温度，将放空气中的气氨冷凝成液氨，气氨回冷冻工序去氨压缩机压缩，增加了氨压缩机电耗。气氨去冷冻工序的氨压缩机一级压缩，氨冷器内的气氨压力较高，可以将补气之前的放空气中氨含量由10% (体积)左右降到2. 5% (体积)左右；如果在氨冷器的气氨出口再增加一台氨压缩机提压，二级压缩气氨，氨冷内的气氨压力低，放空气中氨含量可以由10% (体积) 左右降到(体积)左右，但电耗又进一步增加。以上氨回收方法要增加三台高压设备， 增加两套中高压液位计，两套中高压调节阀，高压设备和仪表的投资多，增加操作工的工作量。有个别的厂在氨合成系统以外增加小冷交换器、冷量回收器、小氨冷器、小氨分离器四台高压设备，回收放空气中的氨。小冷交换器二次出口气体去节流降温，将其冷量回收用于降低放空气温度，补充冷量。小氨分离器的高压调节阀排出的液氨直接去小氨冷器蒸发成气氨，小氨冷器出口的气氨经过新增加的氨压缩机的压缩、提压，气氨再去冷冻工序的氨压缩机压缩，气氨要二级压缩。此方法回收了一些高压气体节流的冷量，也回收了小氨分离器排出低温液氨的冷量。但送到冷冻工序的气氨中含有小氨分离器排出液氨中溶解的氢气等不凝性气体，每吨液氨中约有30m3(标态)左右的不凝性气体，占气氨体积的2. 2% (体积)以上。这些混有不凝性气体的气氨被送到冷冻工序后，氢气等不凝性气体在氨冷凝器内不冷凝，并占据了氨冷凝器的容积和换热面积，使气氨在氨冷凝器的冷凝严重恶化，氨压缩机的负荷明显增加，导致氨压缩机出口压力升高，冷冻工序的电耗增加，并且还要连续或间断地排出氨冷凝器内不断积累的不凝性气体，同时带出气氨，损失大量的气氨。已有技术中存在以下不足1、放空口位置在第三氨分离器之后，补气位置在第三氨分离器之前，S卩补气之后放空工艺，虽然放空气中氨含量低，但放空气中有刚刚补充进来的精炼气，将精炼气也一同放出，损失了精炼气，精炼气消耗高，放空气量大，增加了合成氨成本；2、放空口位置在氨冷入口之前，并在精炼气补气口位置之前，S卩补气之前放空工艺，虽然放空气中没有精炼气，放空气量小，但放空气中氨含量高，加重了氨洗塔的负荷，使氨洗塔出口氨含量上升，回收的氨水多；3、目前，不论是放空口位置在第三氨分离器之后，补气位置在第三氨分离器之前的补气之后放空工艺，还是放空口位置在氨冷入口之前，并在精炼气补气口位置之前的补气之前放空工艺，都是在放空气出了放空口以后不再处理放空气，出放空气口的放空气直接去提氢的氨洗塔，没有专门用来分离和回收当放空气中含有液氨的氨分离器，故没有两全其美的放空口，所以目前氨合成工序只能在二处都有明显不足的放空气口中的一处放空；4、有的厂将氨冷器循环气入口前的补气之前氨含量高的放空气去在氨合成工序以外新增加的氨冷器，用氨冷器内液氨蒸发成气氨的冷量冷却放空气，将放空气中的气氨冷凝成液氨，液氨再与放空气分离的方法回收氨合成放空气中的氨，要增加冷交、氨冷器、 氨分离器三台高压设备，还要增加配套高压调节阀、高压液位计及中压调节阀、中压液位计，还要增加配套的测温仪表，工艺复杂，高压设备多，高压设备投资高，配套的投资也多， 并增加了操作人员的工作量。
发明内容
本发明的目的是针对上述的不足而提供的仅增加一台高压设备、无配套投资或配套投资很少的很简单的一种氨合成放空气氨回收方法。本发明的技术解决方案是一种氨合成放空气氨回收方法是放空口位置移到氨冷器出口、第三氨分离器之前的循环气管道上，精炼气补气口移到放空口之后、第三氨分离器之前的循环气管道上；增加安装一台小氨分离器，或安装一台旧氨分离器，用于分离、回收经过氨冷器冷却的放空气中的液氨；从放空口引出的放空气管与小氨分离器或与旧氨分离器的进气口连接，小氨分离器或旧氨分离器放空气出口去提氢氨洗塔；小氨分离器或旧氨分离器分离、回收的液氨，自动流回到氨冷器出口、放空口后面的循环气管道上回收，与循环气一同去第三氨分离器分离氨。小氨分离器或旧氨分离器分离、回收的液氨，通过U形液封管自动流回到氨冷器出口、放空口后面的循环气管道上回收，与循环气一同去第三氨分离器分离氨；或旧氨分离器排出的液氨，通过高压调节阀排氨或通过手动排氨去排氨总管；小氨分离器由壁很厚的壳体、上下的端盖、内部的丝网除沫器组成，壳体的侧面设有放空气进气口，壳体的上面有放空气出气口，壳体的底部有液氨出口。
放空口位置由位于氨冷器入口的循环气管道上，移到氨冷器出口、第三氨分离器入口的循环气管道上，此处的循环气经过氨冷器的降温，温度已经降到-5 0°C，循环气中的气氨大部分被冷凝成液氨，循环气气相中氨含量在2. 5% (体积)左右，在此处设放空口， 放空气中氨含量低，而精炼气还没有补进来，放空气中又无精炼气，惰性气体含量高，放空口设在此处很合适，只是此处的循环气中含有经过氨冷器冷凝的液氨，要增加一台氨分离器，将放空气与液氨分离开，回收分离下来的液氨，之后放空气再去提氢的氨洗塔；精炼气的补气口由位于氨冷器入口的循环气管道上，移到氨冷器出口的放空口之后、第三氨分离器之前的循环气管道上，补充气口在放空气口之后，放空时不会将精炼气补充气随放空气一同放掉；精炼气补充口在第三氨分离器之前，精炼气补充气中微量的水蒸汽冷凝成水与液氨混合，补充气中微量的二氧化碳气体与氨反应生成的铵盐结晶，这些都会在第三氨分离器被一同分离下来，并与液氨一同排出第三氨分离器去液氨储槽，从而可以避免冷交很细的换热管不被铵盐堵塞，也可以防止氨合成触媒中毒，所以在此处设精炼气补充气口也合适；由于放空气量只有循环气量的左右，放空气的氨分离器的截面积和直径要比氨合成系统的氨分离器小的多，所以增加一台新加工的小氨分离器即可。但各合成氨厂在以前不断扩产、提高生产能力后，可能有被从原来相对小一些的氨合成系统淘汰下来的可用的闲置旧氨分离器，虽然闲置的旧氨分离器用在分离、回收放空气中的液氨显得直径太粗，但仍然可以利用这些旧氨分离器。由于小氨分离器重量较轻，根据第三氨分离器安装位置的高低和循环气进气口的高低，小氨分离器即可以安装在地面较高的设备基础上，又可以安装在高处，而旧氨分离器是高压设备，设备壳体的壁很厚，设备很重，只能安装在地面或较高的基础上。在氨合成工序增加一台小氨分离器、或一台闲置的旧氨分离器，分离回收从放空口出来的放空气中的液氨，从循环气管道上放空口引出的放空气管与小氨分离器或旧氨分离器的进气口连接，小氨分离器或旧氨分离器放空气出气口氨含量降低到2. 5% (体积)左右，放空气去提氢氨洗塔；由于旧氨分离器的直径相对很粗，旧氨分离器内的容积大，旧氨分离器分离、回收下来的液氨可以在旧氨分离器内停留较长时间，旧氨分离器分离下来的液氨即可以由高压调节阀排氨，将液氨排到液氨总管，也可以靠手动排氨排到液氨总管；如果小氨分离器或旧氨分离器安装的位置较高，氨冷器出口循环气管又较低，小氨分离器或旧氨分离器所分离、回收的液氨，由其液氨出口自动流回到氨冷器出口的放空口之后、第三氨分离器之前的循环气管道上回收；为了避免液氨回流管内向上窜气，可以通过U形液封管自动回流到氨冷器出口的放空口之后、第三氨分离器之前的循环气管道上，由第三氨分离器再次分离、回收放空气分离下来后又回流到循环气管的液氨，并由第三氨分离器的高压调节阀排到液氨总管；由于放空气气量比循环气气量小的多，放空气的氨分离器的截面积和直径也要比氨合成系统的氨分离器小的多，放空气的小氨分离器由壁很厚的壳体、上下的端盖、内部的丝网除沫器组成，壳体的侧面设有放空气进气口、壳体的上面有放空气出气口、壳体的底部有液氨出口。氨冷器、第三氨分离器、闲置的旧氨分离器为常用的结构形式。
由氨冷器出口循环气管道上放空口引出的放空气，向上去小氨分离器或旧氨分离器分离回收放空气中的冷凝的液氨，不用高压液位计测量液氨液位，也不用高压调节阀调节、控制液氨的流量，分离下来的液氨向下经过U形液封管回收，又自动流回到循环气管上放空口往后的循环气管上，与循环气汇合一同去第三氨分离器分离液氨；目前很多的合成氨厂为了提高外售液氨的质量，在补气之前增加了补气氨冷器和补气分离器，目的是降低精炼气补充的温度，分离、除去精炼气中的水和油，从而降低产品液氨中油和水的含量。出补气氨冷器及补气分离器的精炼气温度一般在3°C左右，已经接近循环气氨冷器的出口温度，精炼气补气去氨冷器出口的放空口之后的循环气管补气，与循环气汇合一同去第三氨分离器，属于补气之前放空。精炼气补气中含有微量的二氧化碳和水蒸气，补气口在氨冷器之前，精炼气中的二氧化碳与循环气中的氨反应生成铵盐结晶，当精炼气中的二氧化碳含量高时、或铵盐结晶不断积累后容易堵塞氨冷器较细的盘管；补气口在氨冷器之后、第三氨分离器之前，精炼气中的微量水蒸气被液氨所吸收，二氧化碳与氨生成的微量铵盐混在液氨中，被液氨一同带出第三氨分离器，不会将微量二氧化碳和水蒸气带到氨合成塔，也不会堵塞冷交细的换热管。本发明利用了现在氨合成系统的冷交、氨冷器，第三氨分离器三台高压设备，又利用了氨冷器的液位计、加氨调节阀、测温仪表，还利用了第三氨分离器的高压液位计、排液氨高压调节阀。循环气管内含氨10% (体积)左右即将放空的放空气与循环气一同在冷交、氨冷器内冷却、冷凝，利用了冷交、氨冷器，冷凝的液氨连同放空气一同由氨冷器出口循环气管上放空口引出的放空气管送到小氨分离器或旧氨分离器分离氨；小氨分离器或旧氨分离器不设高压液位计，也不设排氨高压调节阀，分离下来的液氨向下经过U形液封管回收，又自动回流到循环气管上的放空口往后的位置处，与循环气管内的循环气汇合去第三氨分离器；又利用了第三氨分离器及高压液位计、排液氨高压调节阀，将小氨分离器分离、回收的液氨与循环气中的液氨一同分离下来，又一同排出去排氨总管。回收了原来放空口在氨冷器之前、放空气中氨含量在10% (体积)左右时高出的那部分氨。本发明的优点是1、放空位置是放空气中惰性气体浓度最高的部位，放空气量最少，精炼气消耗低；2、放空气气相中氨含量低，放空气带出的氨少，放空气中无精炼气，氨洗塔洗氨负荷轻；3、利用了氨合成系统的冷交、氨冷器、氨分离器三台高压设备及配套的高压液位计、高压调节阀，将放空气一同冷却、一同冷凝，又将放空气分离、回收的液氨又一同分离、 一同排出氨分离器；4、只增加一台小氨分离器，设备直径细，重量轻，不用增加其它高压设备，设备投资很少；或利用一台闲置的旧氨分离器，对旧氨分离器的大小没有要求；5、不占用场地，便于设备安装；6、不用增加中压和高压液位计及中压和高压调节阀，用U形液封管自动排氨，不用仪表投资；7、流程很简单，不需要操作；
8、如果旧氨分离器分离下来的液氨去排氨总管，只要另增加高压液位计，增加排氨高压调节阀，或不增加排氨高压调节阀，用手动排氨即可。
图1是本发明安装小氨分离器的工艺流程图。图2是本发明安装氨分离器的工艺流程图。图3是本发明安装旧氨分离器的工艺流程图。
具体实施例方式参见图1、2、3，1-氨冷器，2-第三氨分离器，3_小氨分离器，4_旧氨分离器，5-U形液封管，6-放空气去提氢氨洗塔，7-精炼气补气入口管，8-循环气回冷交入口，9-第三氨分离器液氨去排氨总管，10-气氨回冷冻工序，11-氨冷器入口循环气管，12-液氨来自冷冻工序，13-旧氨分离器液氨去排氨总管。参见图1，将放空口位置由在氨冷器1循环气入口管上，移到氨冷器1出口、第三氨分离器2入口的循环气管上，此处的循环气经过氨冷器1的降温，温度已经降到-5 0°C， 循环气中的气氨大部分被冷凝成液氨，循环气气相中氨含量低；由于精炼气还没有补进来， 此处引出的放空气中无精炼气，惰性气体含量高。但此处的循环气中含有经过氨冷器1冷凝的液氨，要增加一台氨分离器，分离、回收放空气中的氨；精炼气补气口由位于氨冷器1入口的循环气管道上，移到放空口以后、第三氨分离器2之前的循环气管道上，精炼气补气口在放空气口之后，放空时不会将精炼气补充气随放空气一同放掉；精炼气补充口在第三氨分离器2之前，经精炼气补充气入口管7补气的精炼气中微量的水蒸汽冷凝成水与液氨混合，补充气中微量的二氧化碳气体与氨生成的铵盐结晶，都会在第三氨分离器2被分离下来，被液氨带走； 参见图1、图2、图3，由于放空气量比循环气量小得多，放空气的氨分离器很小，所以增加一台新加工的小氨分离器3即可。一些合成氨厂有氨合成系统淘汰下来的可用的闲置旧氨分离器4，虽然闲置的旧氨分离器4用在分离、回收放空气中的液氨显得直径太粗， 但仍然可以利用这些旧的氨分离器4。由于小氨分离器3重量较轻，根据第三氨分离器2 安装位置的高低和循环气进气口的高低，小氨分离器3即可以安装在地面较高的设备基础上，又可以安装在高处。而旧氨分离器4是高压设备，设备壳体的壁很厚，设备很重，只能安装在地面或较高的基础上。在氨合成工序增加一台小氨分离器3、或一台闲置的旧氨分离器4，分离回收从放空口出来的放空气中的液氨，从循环气管道上放空口引出的放空气管与小氨分离器3或旧氨分离器4的进气口连接，小氨分离器3或旧氨分离器4放空气出气口氨含量降低到2. 5% (体积)左右，放空气去提氢氨洗塔；参见图1、图2、图3，由于旧氨分离器4的直径相对很粗，旧氨分离器4内的容积大，旧氨分离器4分离、回收的液氨可以在旧氨分离器4内停留较长时间，旧氨分离器4分离、回收的液氨即可以由高压调节阀排氨，将液氨排到液氨总管，也可以靠手动排氨排到液氨总管；如果小氨分离器3或旧氨分离器4安装的位置较高，氨冷器1出口循环气管又较低，小氨分离器3或旧氨分离器4所分离、回收的液氨，由其液氨出口自动流回到氨冷器1出口的放空口之后、第三氨分离器2之前的循环气管道上回收；为了避免液氨回流管内向上窜气，可以通过U形液封管5自动回流到氨冷器1出口的放空口之后、第三氨分离器2之前的循环气管道上，由第三氨分离器2分离、回收又回流到循环气管的液氨，并由第三氨分离器2的高压调节阀排到液氨总管；由于放空气气量比循环气气量小的多，放空气的氨分离器的截面积和直径也要比氨合成系统的氨分离器小的多，放空气的小氨分离器3由壁很厚的壳体、上下的端盖、内部的除沫丝网组成，壳体的侧面设有放空气进气口、壳体的上面有放空气出气口、壳体的底部有液氨出口。氨冷器1、第三氨分离器2、闲置的旧氨分离器4为常用的结构形式。本发明利用了现在氨合成系统的冷交、氨冷器1，第三氨分离器2三台高压设备， 又利用了氨冷器1的液位计、加氨调节阀、测温仪表，还利用了第三氨分离器2的高压液位计、排液氨高压调节阀。将即将放空的放空气中的氨与循环气中的氨一同在冷交、氨冷器1内冷却、冷凝， 将放空气和冷凝的氨送到小氨分离器3或旧氨分离器4分离、回收氨，分离、回收的液氨向下经过U形液封管5，自动流回到循环气管上的放空口往后的循环气管道上；又利用了第三氨分离器2及第三氨分离器2的高压液位计、排氨高压调节阀，将小氨分离器3或旧氨分离器4分离下来的液氨也一同分离，一同排出第三氨分离器2，液氨去排氨总管，回收了原来放空口在氨冷器1之前、放空气中氨含量在10% (体积)左右时高出的那部分氨。一个年产20万吨合成氨厂，每小时产氨25. 26吨，每小时由氨合成系统排出的无氨基放空气量在4547标米3左右，如果在补气之前放空，放空气中的氨含量在10% (体积)左右，每小时从氨合成带走的氨383. 4公斤左右，采用本发明后，放空气中的氨含量降到2. 5% (体积)左右，每小时从氨合成带走的氨减少到88. 5公斤左右，每小时减少带走的氨四4. 9公斤，全年减少带走的氨约2335. 7吨，氨洗塔出口的稀氨水浓度在8% (重量)左右，全年少产浓度在8% (重量)左右的氨水四196. 2吨，如果这些氨水去解吸、深度水解， 要多消耗低压和高压蒸汽约8758. 9吨，价值131. 38万元，多耗电约43794kwh，电费3. 50万元，制备氨水要消耗除盐水26860. 5吨，价值10. 74万元。以上3项共可以节省145. 62万兀。
权利要求
1.一种氨合成放空气氨回收方法，其特征在于放空口位置移到氨冷器(1)出口、第三氨分离器⑵之前的循环气管道上，精炼气补气口移到放空口之后、第三氨分离器⑵之前的循环气管道上；增加安装一台小氨分离器(3)，或安装一台旧氨分离器G)，用于分离、回收经过氨冷器(1)冷却的放空气中的液氨；从放空口引出的放空气管与小氨分离器(3)或与旧氨分离器的进气口连接，小氨分离器(3)或旧氨分离器(4)放空气出口去提氢氨洗塔；小氨分离器(3)或旧氨分离器(4)分离、回收的液氨，自动流回到氨冷器(1)出口、放空口后面的循环气管道上回收，与循环气一同去第三氨分离器(2)分离氨。
2.按照权利要求1所述的氨合成放空气氨回收方法，其特征在于小氨分离器(3)或旧氨分离器(4)分离、回收的液氨，通过U形液封管(5)自动流回到氨冷器(1)出口、放空口后面的循环气管道上回收，与循环气一同去第三氨分离器(2)分离氨。
3.按照权利要求1或2所述的氨合成放空气氨回收方法，其特征在于旧氨分离器(4) 排出的液氨，通过高压调节阀排氨或通过手动排氨去排氨总管(9)。
4.按照权利要求1或2所述的氨合成放空气氨回收方法，其特征在于小氨分离器(3) 由壁很厚的壳体、上下的端盖、内部的丝网除沫器组成，壳体的侧面设有放空气进气口、壳体的上面有放空气出气口、壳体的底部有液氨出口。
全文摘要
本发明涉及合成氨厂的一种氨合成放空气氨回收方法。该方法是放空口位置移到氨冷器出口、第三氨分离器之前的循环气管道上，精炼气补气口移到放空口之后、第三氨分离器之前的循环气管道上；增加安装一台小氨分离器，或安装一台旧氨分离器，用于分离、回收经过氨冷器冷却的放空气中的液氨；从放空口引出的放空气管与小氨分离器或与旧氨分离器的进气口连接，小氨分离器或旧氨分离器放空气出口去提氢氨洗塔；小氨分离器或旧氨分离器分离、回收的液氨，自动流回到氨冷器出口、放空口后面的循环气管道上回收，与循环气一同去第三氨分离器分离氨。本方法仅增加一台高压设备、无配套投资或配套投资很少。
文档编号C01C1/12GK102502704SQ201110293518
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者刘军 申请人:刘军