专利名称：一种氨分离装置及方法
技术领域：
本发明涉及化肥生产装置，具体为一种氨分离装置及方法。该装置及其方法特别适用于合成氨的氨分离生产。
背景技术：
在经典的合成氨分离系统中，一定比例的氢、氮混合气在氨合成塔反应生成了一定氨浓度的混合气(主要为氢气、氮气、氨气及少量的惰性气体，在此称为出塔气)，其中的氨含量一般为1(Γ20%(ν)。为使未反应的大部分氢、氮混合气循环使用，需要将反应后混合气中的氨分离出来作为氨产品，剩余的氢、氮混合气(称为循环气)再返回合成塔循环使用。 目前工业上所用的氨分离装置主要为冷冻分氨装置，该装置普遍应用于各大中小化肥企业合成氨的氨分离。
现有的冷冻分氨装置普遍存在以下问题1.分离效率相对偏低分离出的循环气中仍有2. 0-3. 2% (V)的氨不能被分离下来，随循环气进入系统循环，增加了系统的循环量， 既限制了产能的增加，又浪费了能源；2.原料煤耗高为维持系统压力及正常生产，需要排放一定量的惰气，在此过程中，氢氮气也随之排放掉，增加了原煤消耗；3.氨在氨冷器中冷凝，需要消耗大量的冷冻功，因此冷冻分氨装置虽经多次改进，其能耗总是居高不下。发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种氨分离装置及方法， 该装置及方法特别适合于合成氨生产过程中氨产品的分离和原料气的净化回用，具有组成结构简单，工艺简化，分离效率高，操作稳定易控，投资少，省电、节煤、降耗等特点。
本发明解决所述氨分离装置技术问题的技术方案是，设计一种氨分离装置，其特征在于该装置主要包括换热蒸发器、气体冷却器、吸收塔、气液分离器、吸收剂冷却器、高压泵、闪蒸器以及连接管路和两组工艺切换阀门；
所述换热蒸发器设计有五个工艺管口，分别为热流进口、热流出口、冷流进口、冷流气相出口和冷流液相出口 ；换热蒸发器的热流进口管接出塔气输入管线和气体冷却器的热流出口，其热流出口管接气体冷却器的热流进口和气液分离器的气相进口 ；换热蒸发器冷流进口管接闪蒸器的液相出口和液氨输入管线，其冷流气相出口管接氨产品加工工段的输入管线，其冷流液相出口管接吸收剂冷却器的热流进口 ；
所述气体冷却器设计有五个工艺管口，分别为热流进口、热流出口、排液口、冷流进口和冷流出口 ；气体冷却器的热流进口管接换热蒸发器热流出口和出塔气输入管线，其热流出口管接换热蒸发器的热流进口和吸收塔的气相进口 ；气体冷却器的排液口管接氨水储槽的输入管线；气体冷却器冷流进、出口分别管接冷却介质的输入、输出管线；
所述吸收塔设计有四个工艺管口，分别为气相进口、气相出口、液相进口和液相出口 ；吸收塔气相进口管接气体冷却器的热流出口，其气相出口管接气液分离器的气相进口， 吸收塔液相进口管接高压泵的液相出口，其液相出口管接闪蒸器的液相进口 ；
所述气液分离器设计有三个工艺管口，分别为气相进口、气相出口和排液口 ；气液分离器的气相进口管接换热蒸发器的热流出口和吸收塔的气相出口，其气相出口管接循环压缩工段的输入管线，其排液口管接残液的输出管线；
所述吸收剂冷却器设计有四个工艺管口，分别为热流进口、热流出口、冷流进口和冷流出口 ；吸收剂冷却器的热流进口管接换热蒸发器的冷流液相出口，其热流出口管接高压泵的液相进口，其冷流进、出口分别管接冷却介质的输入、输出管线；
所述高压泵设计有两个工艺管口，分别为液相进口和液相出口 ；高压泵的液相进口管接吸收剂冷却器的热流出口，其液相出口管接吸收塔的液相进口 ；
所述闪蒸器设计有三个工艺管口，分别为液相进口、液相出口和气相出口，闪蒸器的液相进口管接吸收塔的液相出口，其液相出口管接换热蒸发器的冷流进口，其气相出口管接气体回收工段的输入管线；
所述两组工艺切换阀门为生产准备阶段阀门组和生产阶段阀门组所述生产准备阶段阀门组设计有四个阀门，分别设置在出塔气输入管线和气体冷却器热流进口之间的连接管路中、气体冷却器热流出口和换热蒸发器热流进口之间的连接管路中、换热蒸发器热流出口和气液分离器气相进口之间的连接管路中以及液氨输入管线和换热蒸发器冷流进口之间的连接管路中；所述生产阶段阀门组设计有六个阀门，分别设置在出塔气输入管线和换热蒸发器热流进口之间的连接管路中、换热蒸发器热流出口和气体冷却器热流进口之间的连接管路中、气体冷却器的热流出口和吸收塔的气相进口之间的连接管路中、吸收塔气相出口和气液分离器气相进口之间的连接管路中、闪蒸器的液相出口和换热蒸发器的冷流进口之间的连接管路中以及换热蒸发器的冷流液相出口和吸收剂冷却器的热流进口之间的连接管路中。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种氨分离方法，包括生产准备阶段工艺和氨分离生产阶段工艺，其特征在于该方法使用本发明所述的氨分离装置，且依靠所述两组工艺切换阀门实现生产准备阶段和氨分离生产阶段两个阶段工艺的切换
所述生产准备阶段(即氨合成的催化剂升温还原阶段)的工艺流程为循环出塔气经废热(或余热)锅炉和气体预热器回收热量后一气体冷却器(代替水冷器)一换热蒸发器 (代替氨冷器)一气液分离器(代替冷交换器)一循环气送入循环压缩工段；
所述生产阶段的工艺流程为循环出塔气经废热(或余热)锅炉和气体预热器回收热量后一换热蒸发器一气体冷却器一吸收塔一气液分离器一循环气送入循环压缩工段；合成塔的贫液吸收剂经吸收塔一闪蒸器一换热蒸发器一吸收剂冷却器一高压泵一吸收塔。
与现有的冷冻分氨装置和方法相比，本发明氨分离装置和方法是一种创新技术， 可将氨分离的各阶段设备组合成一个氨分离的循环系统，有效的将合成塔出塔气中的氨与其他气体分离，可实现循环气和吸收剂的循环回用以及产品的高效分离；使回入合成塔的循环气氨含量进一步降低，有效提高氨净值和增加氨产量；同时加快了合成塔内的反应速度，提高反应平衡转化率；且在换热蒸发器中利用高温的出塔气加热富液吸收剂，充分利用了工艺气体的低品位热能，并具有明显的节能降耗、有益环保的特点。本发明装置根据工艺需要，可在生产准备阶段(催化剂升温还原阶段)和生产阶段(氨分离阶段)实施不同的工艺流程。在两个阶段不同工艺流程之间的切换可通过两组工艺切换阀门实现，具有结构简单， 工艺优化、操作容易，投资较少等特点。本发明氨分离装置和方法特别适用于合成氨生产过程中氨产品的分离和循环气的净化。
图I为本发明氨分离装置一种实施例的组成结构和氨分离方法的工艺流程示意图。图I中标记分别为1-换热蒸发器；2_气体冷却器；3_吸收塔；4_气液分离器；5-吸收剂冷却器；6_高压泵；7-闪蒸器；F1、F2、F3、F4、F5和F6为生产阶段的工艺切换阀门组； F7、F8、F9和FlO为生产准备阶段的工艺切换阀门组；A_出塔气输入管线；B_循环压缩工段输入管线；C_气体回收工段输入管线；D-氨产品加工工段输入管线；E-残液输出管线； F-氨水储槽输入管线；G-液氨输入管线。
图2为本发明氨分离装置一种实施例的管口组成及其连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明
本发明设计的氨分离装置(简称装置，参见图I、图2，在图中，实箭线为生产阶段的装置连接结构，虚箭线为生产准备阶段的装置连接结构)，其特征在于该装置主要包括换热蒸发器I、气体冷却器2、吸收塔3、气液分离器4、吸收剂冷却器5、高压泵6和闪蒸器7以及连接管路和两组工艺切换阀门。
本发明装置所述换热蒸发器I设计有五个工艺管口，分别为热流进口 11、热流出口 12、冷流进口 13、冷流气相出口 14和冷流液相出口 15，具体连接为换热蒸发器I的热流进口 11管接出塔气输入管线A和气体冷却器2的热流出口 22，其热流出口 12管接气体冷却器2的热流进口 21和气液分离器4的气相进口 41 ;换热蒸发器I的冷流进口 13管接闪蒸器7的液相出口 72和液氨输入管线G，其冷流气相出口 14管接氨产品加工工段的输入管线D，其冷流液相出口 15管接吸收剂冷却器5的热流进口 51。所述换热蒸发器I是指一般换热设备，在生产准备阶段该设备内充装液氨，用于对出塔气的冷却；在生产阶段该设备用于对富液吸收剂的加热，从而使其中的氨解吸出来并经管线D去氨产品加工工段，加热介质为高温的出塔气。所述换热蒸发器I气体侧操作压力为8 30MPa，液体侧操作压力为O.3 2. 2MPa，进入换热蒸发器I的高温出塔气温度为11(T220°C，将吸收剂加热至6(Tl50°C
本发明装置所述气体冷却器2设计有五个工艺管口，分别为热流进口 21、热流出口 22、排液口 23、冷流进口(图中未标出)和冷流出口(图中未标出)，具体连接为气体冷却器2的热流进口 21管接换热蒸发器I热流出口 12和出塔气的输入管线A，其热流出口 22 管接换热蒸发器I的热流进口 11和吸收塔3的气相进口 31 ;气体冷却器2的排液口 23管接氨水储槽的输入管线F ;气体冷却器2的冷流进、出口分别管接冷却介质的输入、输出管线(图中未标出)。所述气体冷却器2是指一般换热设备，用于对气体的冷却。所述气体冷却器2的操作压力为8 30MPa，出气温度为3(T80°C。
本发明装置所述吸收塔3设计有四个工艺管口，分别为气相进口 31、气相出口 32、 液相进口 33和液相出口 34，具体连接为吸收塔3的气相进口 31管接气体冷却器2的热流出口 22，其气相出口 32管接气液分离器4的气相进口 41 ;吸收塔3的液相进口 33管接高压泵6的液相出口 62，其液相出口 34管接闪蒸器7的液相进口 71。所述吸收塔3是指含有塔内件的塔器设备，用于使用吸收剂选择性吸收循环出塔气中的氨。
本发明装置吸收塔3的塔内件具有广泛适用性，可选用填料型(散堆填料、规整填料)、塔板型(泡罩型、筛孔型、浮阀型、立体传质型)或复合型。填料塔内所用的分布器可以是管式、槽式、槽盘式或堰槽式等。所述吸收塔3操作压力为8 30MPa，操作温度3(T80°C。
本发明吸收塔3中选用的吸收剂必须符合蒸汽压较低、选择性较好、吸收率较高、 又容易解吸，且对合成催化剂无副作用的吸收剂。公知的溶剂乙二醇、聚乙二醇、三乙二醇、 丙三醇及其衍生物等都可以作为本发明装置选用的吸收剂。本实施例的吸收剂选用的是乙二醇和三乙二醇。
本发明装置所述气液分离器4设计有三个工艺管口，分别为气相进口 41、气相出口 42和排液口 43，具体连接为气液分离器4的气相进口 41管接换热蒸发器I的热流出口 12和吸收塔3的气相出口 32，其气相出口 42管接循环压缩工段的输入管线B，其排液口 43管接残液输出管线E。所述气液分离器4是指一般气液分离装置，用于除去气相中携带的吸收剂残液。所述气液分离器4的操作压力为8 30MPa，操作温度3(T80°C。
本发明装置所述吸收剂冷却器5设计有四个工艺管口，分别为热流进口 51、热流出口 52、冷流进口(图中未标出)和冷流出口(图中未标出)，具体连接为吸收剂冷却器5的热流进口 51管接换热蒸发器I的冷流液相出口 15，其热流出口 52管接高压泵6的液相进口 61 ;吸收剂冷却器5的冷流进、出口分别管接冷却介质的输入、输出管线(图中未标出)。 所述吸收剂冷却器5同样是指一般换热设备，用于冷却贫液吸收剂。所述吸收剂冷却器5 的操作压力为O. 3 2. 2MPa，操作温度3(T80°C。
本发明装置所述高压泵6设计有两个工艺管口，分别为液相进口 61和液相出口 62，具体连接为高压泵6的液相进口 61管接吸收剂冷却器5的热流出口 52，其液相出口 62 管接吸收塔3的液相进口 33。所述高压泵6的作用是将从吸收剂冷却器5输出的贫液吸收剂送回到吸收塔3中，循环使用。所述高压泵6的操作压力为8 30MPa，操作温度3(T80°C。
本发明装置所述闪蒸器7设计有三个工艺管口，分别为液相进口 71、液相出口 72 和气相出口 73，具体连接为闪蒸器7的液相进口 71管接吸收塔3的液相出口 34，其液相出口 72管接换热蒸发器I的冷流进口 13，其气相出口 73管接气体回收工段的输入管线 C。所述闪蒸器7是指含有内部分离空间的储罐或塔设备，可以是一级，也可以是两级或以上的多级减压设备，即闪蒸器7可以是一台，也可以是两台或以上的多台串联或并联。用于富液吸收剂中溶解气的分离回收。所述闪蒸器7的操作压力为4. (Γ10. OMPa，操作温度 3(T80°C。回收的溶解气去气体回收工段。
所述两组工艺切换阀门为生产准备阶段阀门组和生产阶段阀门组所述生产准备阶段阀门组设计有四个阀门，图中标号分别为F7、F8、F9和F10，阀门F7设置在出塔气输入管线A和气体冷却器2热流进口 21之间的连接管路中，F8设置在气体冷却器2热流出口 22和换热蒸发器I热流进口 11之间的连接管路中，F9设置在换热蒸发器I热流出口 12 和气液分离器4气相进口 41之间的连接管路中，FlO设置在液氨输入管线G和换热蒸发器 I冷流进口 13之间的连接管路中。所述生产阶段阀门组有六个阀门，图中标号分别为F1、 F2、F3、F4、F5和F6，阀门Fl设置在出塔气输入管线A和换热蒸发器I热流进口 11之间的连接管路中，F2设置在换热蒸发器I热流出口 12和气体冷却器2热流进口 21之间的连接管路中，F3设置在气体冷却器2的热流出口 22和吸收塔3的气相进口 31之间的连接管路中，F4设置在吸收塔3气相出口 32和气液分离器4气相进口 41之间的连接管路中，F5设置在闪蒸器7的液相出口 72和换热蒸发器I的冷流进口 13之间的连接管路中，F6设置在换热蒸发器I的冷流液相出口 15和吸收剂冷却器5的热流进口 51之间的连接管路中。
本发明同时设计了一种氨分离方法(简称方法，参见图1)，其特征在于该方法使用本发明所述的氨分离装置，包括生产准备阶段工艺和氨分离生产阶段工艺。本发明方法利用本发明装置所述的两组工艺切换阀门，可实现本发明方法生产准备阶段和生产阶段两种不同工艺流程之间的顺利切换。
本发明方法生产准备阶段的工艺流程是高温的出塔气经废热(或余热)锅炉和气体预热器热量回收后一经过阀门F7 —气体冷却器2 —经过阀门F8 —换热蒸发器I —经过阀门F9—气液分离器4—循环气送入循环压缩工段B。该阶段工艺流程的描述为热量回收后经管线A输入的出塔气，经过阀门F7进入气体冷却器2 (代替水冷器)冷却，将气体中携带的氨和水的混合物F部分分离下来；而后气相经过阀门F8进入换热蒸发器I (经阀门 FlO和管线G向内充装液氨，代替氨冷器)进一步冷却，液氨气化后的气态氨经管线D被送往氨产品加工工段；换热后的气相经过阀门F9进入气液分离器4 (代替冷交换器)，将氨和水的残液经管线E继续分离下来，余气循环气经管线B送入循环压缩工段进行下一循环。
本发明方法生产阶段的工艺流程是高温的出塔气经废热(或余热)锅炉和气体预热器热量回收后一经过阀门Fl —换热蒸发器I —经过阀门F2 —气体冷却器2 —经过阀门 F3 —吸收塔3 —经过阀门F4 —气液分离器4 —循环压缩工段；贫液吸收剂经吸收塔3 —闪蒸器7 —经过阀门F5 —换热蒸发器I —经过阀门F6 —吸收剂冷却器5 —高压泵6 —吸收塔3。该阶段的工艺流程描述为来自管线A的高温循环出塔气经废热(或余热)锅炉和气体预热器热量回收后，先经过阀门Fl进入换热蒸发器1，加热来自闪蒸器7的富液吸收剂， 并回收热量；而后出塔气经过阀门F2进入气体冷却器2进一步冷却至常温后，经过阀门F3 进入吸收塔3 ;在吸收塔3中利用符合工艺条件的吸收剂，对经多级冷却后的出塔气进行选择性氨吸收，被吸收后的超低氨浓度的循环气经过阀门F4送至气液分离器4除去吸收剂残液并经管线E排出；而后净化后的循环气经管线B送入循环压缩工段进行下一循环，回入系统的循环气中残余溶剂的携带量可达Ippm以下；而吸收塔3底部流出的富液吸收剂在闪蒸器7中经过一级或多级减压，回收氨以外的溶解气经管线C送气体回收工段；而后吸收剂经过阀门F5进入换热蒸发器1，在高温出塔气的加热下，使吸收剂中所含的氨气解吸出来并经管线D送往氨产品加工工段，同时得到O. 1-4% (w)的贫液吸收剂；解吸后的贫液吸收剂经过阀门F6进入吸收剂冷却器5冷却后经由高压泵6加压送回入吸收塔3循环使用。
本发明在正常生产之前，需要进行催化剂的升温还原，即生产准备阶段，该阶段是利用循环气中的氢将合成塔中的催化剂(主要成分为铁的氧化物)还原为具有催化活性的催化剂(α -Fe)，并需将还原过程中产生的大量氨和水的混合物利用氨分离工段的装置和工艺分离。所以，在对合成氨工艺中氨分离工段的优化和改造中，应同时考虑生产准备阶段的氨和水的分离。因此，本发明装置依靠所述管路连接和阀门组的设计可以实现生产准备阶段(催化剂升温还原阶段)和生产阶段两个工艺流程的顺畅切换(参见图I)。其本质是适用于本发明方法两个工艺流程的两套装置设备的集约组合。
在生产准备阶段，使用部分装置所述的换热蒸发器I、气体冷却器2、气液分离器4 及其连接管路和生产准备阶段阀门组构成的装置系统。其工艺流程设计为关闭生产阶段阀门组的阀门FI、F2、F3、F4、F5和F6，打开生产准备阶段阀门组的阀门F7、F8、F9和FIO。热量回收后经管线A输入的出塔气，进入气体冷却器2 (代替水冷器)冷却，将气体中携带的氨和水的混合物F部分分离下来；而后气相进入换热蒸发器I (经管线G向内充装液氨， 代替氨冷器)进一步冷却，液氨气化后的气态氨经管线D被送往氨产品加工工段；换热后的气相进入气液分离器4 (代替冷交换器)，将氨和水的残液经管线E继续分离下来，余气循环气经管线B送入循环压缩工段进行下一循环。
在生产阶段，使用本发明装置所述的换热蒸发器I、气体冷却器2、吸收塔3、气液分离器4、吸收剂冷却器5、高压泵6、闪蒸器7及其连接管路和阀门组成的装置系统。其工艺流程设计为关闭生产准备阶段阀门组的阀门F7、F8、F9和F10，打开生产阶段阀门组的阀门FI、F2、F3、F4、F5和F6。来自管线A的出塔气经废热(或余热)锅炉和气体预热器热量回收后，得到130°C的高温气体，进入换热蒸发器1，预热来自闪蒸器7的富液吸收剂；降温后的气体进入气体冷却器2进一步回收热量至50°C，送入吸收塔3 ;其中换热蒸发器I和气体冷却器2的操作压力在26MPa左右；在吸收塔3内，26MPa的操作压力，50°C的操作温度下，利用所述的吸收剂与经多级冷却后的合成塔出塔气逆流接触并进行选择性氨吸收， 吸收后得到含氨量小于等于O. 5% (V)的循环气，送入气液分离器4除去吸收剂残液经管线 E排出，将气体携带吸收剂分离至Ippm以下；净化后的超低氨浓度的循环气经管线B送入循环压缩工段循环使用；吸收塔3底部流出的富液吸收剂在闪蒸器7中经减压，在操作压力 8. OMPa，操作温度50°C下，回收溶解气经管线C去气体回收工段，而后液相进入换热蒸发器 1，被高温出塔气加热到90°C，解吸出吸收剂中含的氨经管线D送往氨产品加工工段，吸收剂中残余氨含量1% (w);解吸后的贫液吸收剂进入吸收剂冷却器5中冷却至50°C，再经高压泵6加压至27MPa回入吸收塔3进行下一循环。
本发明装置的进一步特征是所述吸收塔3的塔内件可以是填料型(散堆填料、规整填料)、塔板型(泡罩型、筛孔型、浮阀型、立体传质型)或复合型等。其中，填料塔内所用分布器可以是喷头式、管式、槽式、槽盘式或堰槽式等。本发明装置优选申请人下述在先专利所述气液接触组合件中的至少一项，包括发明专利ZL200410093933. 6号权利要求1_3 任意一项规定的气液接触组合件；发明专利ZL200410093935. 5号权利要求1_3任意一项规定的气液接触组合件；实用新型专利ZL200420056799. 8号权利要求1_3任意一项规定的气液接触组合件；发明专利ZL200410093934. O号权利要求1_4任意一项规定的气液接触组合元件设置方法设置气液接触组合元件。本发明装置实施例具体选择的是发明专利 ZL200410093935. 5号权利要求I规定的气液接触组合件。
本发明装置的进一步特征是所述吸收塔3优选申请人下述在先专利所述传质分离塔中的至少一种，包括发明专利ZL200410093933. 6号权利要求4或5规定的传质分离塔；发明专利ZL200410093935. 5号权利要求4或5规定的传质分离塔；发明专利 ZL200410093934. O号权利要求5或6规定的传质分离塔；实用新型专利ZL200620152170. 2 号权利要求1-5任意一项规定的连续立体喷射分离塔。本发明装置实施例的具体选择是 发明专利ZL200410093935. 5号权利要求4规定的传质分离塔。
为简练、清晰，本发明虽然仅引述了申请人上述在先专利的权利要求序号，但应理解为该权利要求序号对应的技术内容已被记述在本发明中，同时，上述在先专利的说明书也应视为相应权利要求的支持已被引述到本发明说明书中。所述的在先专利技术选用，原则上以引用最新的专利技术或与产品设计需要最相关的专利技术为宜，但考虑到成本或实9际情况，不排除做其他的适当选择。
本发明所述闪蒸器7可以是一级或两级以上的多级闪蒸，也就是说所述闪蒸器7 可以是一台或两台以上的多台串联或并联。
本发明未述及之处适用于现有技术。
本发明氨分离装置，针对现有冷冻分氨装置的不足，对原装置系统进行了重大创新，并取代了传统合成氨工艺装置；同时在本发明装置的使用中考虑了对生产准备阶段(催化剂的升温还原阶段)的实现，使整个合成氨生产的衔接更加完整；并将氨分离的吸收剂和分离后的循环气体分别循环使用，组成了一个循环分离系统，且在换热蒸发器的设计上充分利用了工艺气体的低品位热能，大大减少了原料的排放和大大增加了合成效率。
本发明装置的使用可将在原系统中一直循环的部分氨产品分离出来，降低系统负荷，同时可提高原料气的转化率，提高产品收率；同时，由于入塔循环气氨含量降低，可使合成系统的压力降低或者减少惰气中氢氮气的排放，进而节能和降低煤耗；另外，此装置可以完全取代原有的冷冻分氨装置，故可大大节省冰机系统的消耗，降低能耗。
本发明装置已经完成连接工业生产系统的中试测试，并得到以下真实数据本发明装置投入运行，可使循环气中残余的氨含量由目前的2. 0-3. 2% (V)降至O. 8% (V)及以下，此情况下可使产量提高15% (w)以上；随入氨合成塔循环气中氨含量的降低，可使系统压力至少降低2. OMpa ;同时节约煤耗O. I吨煤/吨氨以上。合成氨是化工领域的支柱产业及耗能大户，本发明装置具有明显的节能降耗减排的效果，实现工业化运行可为企业乃至整个行业带来可观的经济效益和社会效益。
权利要求
1.一种氨分离装置，其特征在于该装置主要包括换热蒸发器、气体冷却器、吸收塔、气液分离器、吸收剂冷却器、高压泵、闪蒸器以及连接管路和两组工艺切换阀门； 所述换热蒸发器设计有五个工艺管口，分别为热流进口、热流出口、冷流进口、冷流气相出口和冷流液相出口 ；换热蒸发器的热流进口管接出塔气输入管线和气体冷却器的热流出口，其热流出口管接气体冷却器的热流进口和气液分离器的气相进口 ；换热蒸发器冷流进口管接闪蒸器的液相出口和液氨输入管线，其冷流气相出口管接氨产品加工工段的输入管线，其冷流液相出口管接吸收剂冷却器的热流进口； 所述气体冷却器设计有五个工艺管口，分别为热流进口、热流出口、排液口、冷流进口和冷流出口 ；气体冷却器的热流进口管接换热蒸发器热流出口和出塔气输入管线，其热流出口管接换热蒸发器的热流进口和吸收塔的气相进口 ；气体冷却器的排液口管接氨水储槽的输入管线；气体冷却器冷流进、出口分别管接冷却介质的输入、输出管线； 所述吸收塔设计有四个工艺管口，分别为气相进口、气相出口、液相进口和液相出口 ；吸收塔气相进口管接气体冷却器的热流出口，其气相出口管接气液分离器的气相进口，吸收塔液相进口管接高压泵的液相出口，其液相出口管接闪蒸器的液相进口 ； 所述气液分离器设计有三个工艺管口，分别为气相进口、气相出口和排液口 ；气液分离器的气相进口管接换热蒸发器的热流出口和吸收塔的气相出口，其气相出口管接循环压缩工段的输入管线，其排液口管接残液的输出管线； 所述吸收剂冷却器设计有四个工艺管口，分别为热流进口、热流出口、冷流进口和冷流出口 ；吸收剂冷却器的热流进口管接换热蒸发器的冷流液相出口，其热流出口管接高压泵的液相进口，其冷流进、出口分别管接冷却介质的输入、输出管线； 所述高压泵设计有两个工艺管口，分别为液相进口和液相出口 ；高压泵的液相进口管接吸收剂冷却器的热流出口，其液相出口管接吸收塔的液相进口 ； 所述闪蒸器设计有三个工艺管口，分别为液相进口、液相出口和气相出口，闪蒸器的液相进口管接吸收塔的液相出口，其液相出口管接换热蒸发器的冷流进口，其气相出口管接气体回收工段的输入管线； 所述两组工艺切换阀门为生产准备阶段阀门组和生产阶段阀门组所述生产准备阶段阀门组设计有四个阀门，分别设置在出塔气输入管线和气体冷却器热流进口之间的连接管路中、气体冷却器热流出口和换热蒸发器热流进口之间的连接管路中、换热蒸发器热流出口和气液分离器气相进口之间的连接管路中以及液氨输入管线和换热蒸发器冷流进口之间的连接管路中；所述生产阶段阀门组设计有六个阀门，分别设置在出塔气输入管线和换热蒸发器热流进口之间的连接管路中、换热蒸发器热流出口和气体冷却器热流进口之间的连接管路中、气体冷却器的热流出口和吸收塔的气相进口之间的连接管路中、吸收塔气相出口和气液分离器气相进口之间的连接管路中、闪蒸器的液相出口和换热蒸发器的冷流进口之间的连接管路中以及换热蒸发器的冷流液相出口和吸收剂冷却器的热流进口之间的连接管路中。
2.根据权利要求I所述的氨分离装置，其特征在于所述吸收塔的塔内件选用下述专利所述气液接触组合件中的至少一项，包括 发明专利ZL200410093933. 6号权利要求1_3任意一项规定的气液接触组合件； 发明专利ZL200410093935. 5号权利要求1_3任意一项规定的气液接触组合件；实用新型专利ZL200420056799. 8号权利要求1_3任意一项规定的气液接触组合件；发明专利ZL200410093934. O号权利要求1_4任意一项规定的气液接触组合元件设置方法设置气液接触组合元件。
3.根据权利要求I所述氨分离装置，其特征在于所述吸收塔选用下述专利所述传质分离塔中的一项，包括 发明专利ZL200410093933. 6号权利要求4或5规定的传质分离塔； 发明专利ZL200410093935. 5号权利要求4或5规定的传质分离塔； 发明专利ZL200410093934. O号权利要求5或6规定的传质分离塔； 实用新型专利ZL200620152170. 2号权利要求1_5任意一项规定的连续立体喷射分离+R ο
4.一种氨分离方法，该方法采用权利要求I、2或3所述的氨分离装置，包括生产准备阶段工艺和氨分离生产阶段工艺，且依靠所述两组工艺切换阀门实现生产准备阶段和氨分离生产阶段两个阶段工艺的切换 所述生产准备阶段的工艺流程为循环出塔气经废热锅炉和气体预热器回收热量后一气体冷却器一换热蒸发器一气液分离器一循环气送入循环压缩工段； 所述生产阶段的工艺路线为循环出塔气经废热锅炉和气体预热器回收热量后一换热蒸发器一气体冷却器一吸收塔一气液分离器一循环气送入循环压缩工段；合成塔的贫液吸收剂经吸收塔一闪蒸器一换热蒸发器一吸收剂冷却器一高压泵一吸收塔。
5.根据权利要求4所述氨分离方法，其特征在于所述换热蒸发器气体侧操作压力为8 30MPa，液体侧操作压力为O. 3^2. 2MPa，进入换热蒸发器的高温出塔气温度为110^2200C，所述吸收剂加热至6(Tl50°C ;所述气体冷却器的操作压力为8 30MPa，出气温度为3(T80°C ;所述吸收塔操作压力为8 30MPa，操作温度为3(T80°C ;所述气液分离器操作压力为8 30MPa，操作温度为3(T80°C ;所述吸收剂冷却器的操作压力为O. 3 2. 2MPa，操作温度为3(T80°C ;所述高压泵的操作压力为8 30MPa，操作温度为3(T80°C ;所述闪蒸器的操作压力为4. (Γ10. OMPa，操作温度为3(T80°C，且闪蒸器为一级或者二级以上的多级闪蒸。
全文摘要
本发明公开一种氨分离装置及方法，该装置包括换热蒸发器、气体冷却器、吸收塔、气液分离器、吸收剂冷却器、高压泵、闪蒸器以及连接管路和两组工艺切换阀门。在催化剂升温还原阶段，出塔气依次经气体冷却器→换热蒸发器→气液分离器，与氨水混合物分离后回系统循环回用；在生产阶段，出塔气依次经换热蒸发器→气体冷却器→吸收塔→气液分离器，将氨产品分离后循环回用，而吸收剂依次经吸收塔→闪蒸器→换热蒸发器→吸收剂冷却器→高压泵，完成吸收并解吸氨的过程后循环回用；各设备间通过管线和工艺切换阀门实现连接与切换。与冷凝分氨相比，本发明装置和方法可实现循环气和吸收剂的分别循环回用和产品的高效分离，节能降耗效果明显。
文档编号C01C1/12GK102923733SQ20121049494
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者杜佩衡, 李蓓, 孙土金, 杜剑婷, 郑献军, 张继军, 姚红果, 陈学青, 董强富 申请人:天津衡创工大现代塔器技术有限公司