一种以剩余氨水为原料制取高纯度氨的方法与流程

本发明涉及焦化行业的环保技术领域，尤其涉及一种以剩余氨水为原料制取高纯度氨的方法。

背景技术：

随着国家对焦化行业的环保要求日益严格，焦炉烟气脱硝装置在焦化企业中的应用越来越广泛。而脱硝装置所需的原料氨外购成本较高，而且外购液氨需要装卸、贮存，存在一定的安全隐患。

本发明在处理剩余氨水的同时，能够实现氨在焦化企业内部的“循环利用”，既满足了工程的环保要求，又降低了脱硝装置的原料成本，实现了氨的高效利用。

目前，国内焦化企业主要采用磷酸吸收法生产无水氨，根据氨源不同分为大佛萨姆法和小佛萨姆法两种方法。

大佛萨姆法：以煤气中的氨为氨源，采用磷酸一铵溶液直接吸收煤气中的氨形成磷酸二铵溶液，再经过解吸、精馏等过程生产无水氨。

小佛萨姆法：采用磷酸一铵溶液吸收来自蒸氨单元的氨形成磷酸二铵溶液，再经过解吸、精馏等过程生产无水氨。该工艺是建立在水洗氨和蒸氨工艺基础上的。

这两种方法除原料气不同，其余基本相同，均采用磷酸铵溶液为吸收剂。

申请号为201410234250.1的中国专利公开了“一种荒煤气生产无水氨的新工艺”，该工艺是以初冷器冷凝得到的游离剩余氨水为原料，通过除油、加压汽提、常压精馏、氨水精馏等过程制取无水氨。

本发明所述方法是以剩余氨水为原料，将蒸氨单元送来的氨汽直接冷凝冷却为氨水，氨水经过进一步的预处理后，直接送往精馏塔精馏生产无水氨。

与佛萨姆生产无水氨的工艺相比，本发明所述方法无需使用磷酸铵溶液作为吸收剂，吸收氨后再进行解吸，工艺流程大为缩短，设备材质要求明显降低，投资及运行费用显著降低。

本发明所述方法与以荒煤气生产无水氨的工艺相比，具有如下区别：1)本发明是以剩余氨水为原料，不仅可以将氨水中的游离氨转化为产品氨，也可以将氨水中的固定氨转化为产品氨，在处理剩余氨水的同时，提高产品的产率；而以荒煤气生产无水氨工艺仅以游离剩余氨水为原料。2)本发明中氨水中的酸性组份主要通过向氨水给料槽中加入碱液，中和为稳定的钠盐而脱除，生成的钠盐可继续用于分解剩余氨水中的固定氨，不增加碱液消耗；而以荒煤气生产无水氨工艺的酸性组份主要通过加压汽提塔顶部采出汽提废气而脱除。

技术实现要素：

本发明提供了一种以剩余氨水为原料制取高纯度氨的方法，以剩余氨水为原料，经过剩余氨水蒸馏、氨汽冷凝冷却、氨水加压精馏等过程制取纯度为99.8％的高纯度氨；在处理剩余氨水的同时，还能够为焦炉烟气脱硫脱硝装置提供所需的原料氨。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种以剩余氨水为原料制取高纯度氨的方法，包括如下步骤：

1)剩余氨水蒸馏：

剩余氨水经流量控制送入氨水换热器，与氨水蒸馏塔底出来的废水换热至～95℃后进入氨水蒸馏塔；氨水蒸馏塔塔底的一部分废水经加热后闪蒸产生的蒸汽返回氨水蒸馏塔；塔底出来的另一部分废水由废水泵抽出，经氨水换热器与剩余氨水换热，再经废水冷却器冷却至～40℃后，送酚氰废水处理站处理；

2)氨汽冷凝冷却：

氨水蒸馏塔顶出来的浓度为～18％的氨汽一部分送往脱硫脱氨前煤气管道，另一部分经氨冷凝冷却器冷却为～40℃的氨水后进入管道混合器；

3)氨水预处理：

碱液由碱计量泵从碱液贮槽抽出，经管道混合器与氨水充分混合生成相对稳定的钠盐，其作用一是防止精馏塔及管道的腐蚀，二是有利于提高精馏后产品的纯度；氨冷凝冷却器中的不凝气送至脱硫脱氨前煤气管道，保证系统稳定运行；

氨水给料槽中氨水与碱液的混合物由精馏塔给料泵抽出，经流量控制送入废水换热器，与精馏废水换热至～145℃后进入精馏塔中部；

4)氨水加压精馏：

在精馏塔内，氨水被加热、蒸馏，从塔顶逸出的浓度为99.8％的氨气，经精馏塔冷凝器冷凝成液氨，一部分液氨送回精馏塔内作为回流，另一部分作为液氨产品送至后续用户；

在精馏塔精馏段设有侧线采出，将氨水蒸馏塔塔顶氨汽中所含的油类物质排出，排出的侧线气体送至脱硫脱氨前煤气管道。

氨水蒸馏塔塔底产生的沥青定期排至沥青坑，冷却后人工取出送煤厂兑入配煤；沥青坑排出的废水流入地下槽，再由液下泵送至气液分离器前吸煤气管道。

精馏塔内过剩的碱液进入精馏废水，其浓度控制在0.05～1.0％，使精馏废水中游离碱含量最少，以减缓精馏塔的腐蚀。

精馏塔后的产品氨气由精馏塔冷凝器前的氨气管道采出，氨气压力由1.45mpa经减压阀减压至0.2～0.3mpa后进入氨气缓冲罐；氨气缓冲罐为脱硫脱硝装置提供稳定的氨气，氨气在氨气缓冲罐中的缓冲时间不少于5分钟。

精馏塔塔底可以用16bar以上蒸汽作为蒸馏热源，也可以采用电加热、煤气加热方式作为蒸馏热源。

精馏塔塔底排出的废水经废水换热器换热至～120℃后，一部分进入氨水蒸馏塔处理，一部分送往焦油氨水分离单元。

在精馏塔灵敏板温度区域，温度变化最大，氨的平衡浓度波动也大；通过调节精馏塔塔顶氨气的采出量，进而调节液氨的回流量加以控制，以确保塔顶氨气的纯度。

氨水蒸馏塔塔底加热可采用直接蒸汽加热、蒸汽再沸器加热、导热油加热、管式炉加热方式中的一种。

氨水蒸馏塔中加入碱液用于分解蒸氨废水中的固定氨，碱液的加入方式分为两种：一种是将碱液贮槽中的碱液直接加入氨水蒸馏塔；另一种是碱液与氨水混合后进入精馏塔，再以钠盐的形式随精馏废水进入氨水蒸馏塔，不增加碱液消耗。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)以剩余氨水为原料，经过剩余氨水蒸馏、氨汽冷凝冷却、氨水加压精馏等过程制取纯度为99.8％的高纯度氨；在处理剩余氨水的同时，还能够为焦炉烟气脱硫脱硝装置提供所需的原料氨；

2)氨水中的酸性组分含量过高，一方面会造成精馏设备及管道的腐蚀；另一方面，当氨水在精馏塔内被加热精馏时，挥发性铵盐分解成大量的酸性气体在塔内逸出，容易引起溶液发泡造成液泛，而且会影响产品的纯度；本发明中氨水蒸馏塔顶氨气中所含的h2s等酸性气体在氨水给料槽中与碱液贮槽送来的碱液中和为钠盐，随精馏废水排至氨水蒸馏塔，在确保产品氨气纯度的同时，废水中所含钠盐可继续用于分解剩余氨水中所含的固定氨，不增加剩余氨水蒸馏部分的碱液耗量；

3)氨水蒸馏塔顶氨气中所含的油类介质由精馏塔上部的侧线采出，送至脱硫脱氨前煤气管道，确保产品纯度；

4)精馏产品分为氨气和液氨两种；精馏塔顶采用气相采出氨气，氨气减压后经氨气缓冲罐直接送往脱硫脱硝装置，无需液氨的装卸、贮存过程，消除安全隐患；精馏塔也可生产液氨产品，精馏塔顶氨气全部冷凝为液氨，液氨经回流罐由回流泵抽出后，部分液氨送往精馏塔顶为回流，其余部分液氨送至后续用户；

5)氨冷凝冷却器设置不凝气采出管路，不凝气送至煤气管道，确保系统的稳定运行。

附图说明

图1是本发明实施例1的工艺流程图。

图2是本发明实施例2的工艺流程图。

图中：1.氨水换热器2.氨水蒸馏塔3.蒸汽再沸器4.废水泵5.废水冷却器6.氨分缩器7.氨冷凝冷却器8.氨水给料槽9.精馏塔给料泵10.废水换热器11.精馏塔12.碱计量泵13.碱液贮槽14.管道混合器15.精馏塔冷凝器16.回流罐17.回流泵18.氨气缓冲罐

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种以剩余氨水为原料制取高纯度氨的方法，包括如下步骤：

1)剩余氨水蒸馏：

剩余氨水经流量控制送入氨水换热器1，与氨水蒸馏塔2底出来的废水换热至～95℃后进入氨水蒸馏塔2；氨水蒸馏塔2塔底的一部分废水经加热后闪蒸产生的蒸汽返回氨水蒸馏塔2；塔底出来的另一部分废水由废水泵4抽出，经氨水换热器1与剩余氨水换热，再经废水冷却器5冷却至～40℃后，送酚氰废水处理站处理；

2)氨汽冷凝冷却：

氨水蒸馏塔2顶出来的浓度为～18％的氨汽一部分送往脱硫脱氨前煤气管道，另一部分经氨冷凝冷却器7冷却为～40℃的氨水后进入管道混合器14；

3)氨水预处理：

碱液由碱计量泵12从碱液贮槽13抽出，经管道混合器14与氨水充分混合生成相对稳定的钠盐，其作用一是防止精馏塔11及管道的腐蚀，二是有利于提高精馏后产品的纯度；氨冷凝冷却器7中的不凝气送至脱硫脱氨前煤气管道，保证系统稳定运行；

氨水给料槽8中氨水与碱液的混合物由精馏塔给料泵9抽出，经流量控制送入废水换热器10，与精馏废水换热至～145℃后进入精馏塔11中部；

4)氨水加压精馏：

在精馏塔11内，氨水被加热、蒸馏，从塔顶逸出的浓度为99.8％的氨气，经精馏塔冷凝器15冷凝成液氨，一部分液氨送回精馏塔11内作为回流，另一部分作为液氨产品送至后续用户；

在精馏塔11精馏段设有侧线采出，将氨水蒸馏塔2塔顶氨汽中所含的油类物质排出，排出的侧线气体送至脱硫脱氨前煤气管道。

氨水蒸馏塔2塔底产生的沥青定期排至沥青坑，冷却后人工取出送煤厂兑入配煤；沥青坑排出的废水流入地下槽，再由液下泵送至气液分离器前吸煤气管道。

精馏塔11内过剩的碱液进入精馏废水，其浓度控制在0.05～1.0％，使精馏废水中游离碱含量最少，以减缓精馏塔11的腐蚀。

精馏塔11后的产品氨气由精馏塔冷凝器15前的氨气管道采出，氨气压力由1.45mpa经减压阀减压至0.2～0.3mpa后进入氨气缓冲罐18；氨气缓冲罐18为脱硫脱硝装置提供稳定的氨气，氨气在氨气缓冲罐18中的缓冲时间不少于5分钟。

精馏塔11塔底可以用16bar以上蒸汽作为蒸馏热源，也可以采用电加热、煤气加热方式作为蒸馏热源。

精馏塔11塔底排出的废水经废水换热器10换热至～120℃后，一部分进入氨水蒸馏塔2处理，一部分送往焦油氨水分离单元。

在精馏塔11灵敏板温度区域，温度变化最大，氨的平衡浓度波动也大；通过调节精馏塔11塔顶氨气的采出量，进而调节液氨的回流量加以控制，以确保塔顶氨气的纯度。

氨水蒸馏塔2塔底加热可采用直接蒸汽加热、蒸汽再沸器加热、导热油加热、管式炉加热方式中的一种。

氨水蒸馏塔2中加入碱液用于分解蒸氨废水中的固定氨，碱液的加入方式分为两种：一种是将碱液贮槽13中的碱液直接加入氨水蒸馏塔2；另一种是碱液与氨水混合后进入精馏塔11，再以钠盐的形式随精馏废水进入氨水蒸馏塔2，不增加碱液消耗。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例1】

如图1所示，本实施例用于实现由剩余氨水为原料制取高纯度氨(纯度为99.8％)。本实施例的工艺过程可分为氨水蒸馏、氨汽冷凝冷却、氨水预处理、氨水加压精馏等过程。具体如下：

剩余氨水经氨水换热器1与氨水蒸馏塔2底出来的废水换热至～95℃后进入氨水蒸馏塔2。氨水蒸馏塔2底的一部分废水经蒸汽再沸器3用低压蒸汽加热后流回氨水蒸馏塔2内闪蒸产生蒸汽。氨水蒸馏塔2底出来的另一部分废水由废水泵4抽出，经氨水换热器1与原料氨水换热后，再经废水冷却器5冷却至～40℃后，送酚氰废水处理站处理。

氨分缩器6出来的氨汽(浓度为～18％，采出量取决于后续用户的需求量)一部分送往脱硫脱氨前煤气管道，一部分经氨冷凝冷却器7冷却为～40℃的氨水后进入管道混合器14，与由碱计量泵12从碱液贮槽13抽出的碱液充分混合后进入氨水给料槽8，氨水中的酸性组分与碱液反应生成相对稳定的钠盐，防止精馏设备及管道的腐蚀，确保产品的纯度。

氨水给料槽8中的氨水由精馏塔给料泵9抽出，经流量控制送入废水换热器10，与精馏废水换热至～145℃后进入精馏塔11中部。

在精馏塔11内，氨水被从精馏塔11底进来的中压蒸汽加热、蒸馏，从塔顶逸出的氨气浓度为99.8％，经精馏塔冷凝器15冷凝成液氨，液氨经回流罐16后由回流泵17送往精馏塔11作为回流。

产品氨气由精馏塔冷凝器15前的氨气管道采出，氨气压力由1.45mpa经减压阀减压至0.2～0.3mpa后进入氨气缓冲罐18，由外部管线送往焦炉烟气脱硫脱硝装置。

本实施例也可生产液氨产品。将精馏塔11顶采出的氨气全部冷凝为液氨，液氨经回流罐16由回流泵17抽出后，部分液氨送往精馏塔11顶为回流，其余部分液氨送至后续用户。

精馏塔11塔底排出的废水经废水换热器10换热至～120℃后，一部分进入氨水蒸馏塔2处理，一部分送往焦油氨水分离单元。在处理废水、回收废水热量的同时，可将废水中所含钠盐继续用于分解剩余氨水中所含的固定氨，不增加剩余氨水蒸馏过程的碱液耗量。

在精馏塔11精馏段，设有侧线采出，可将氨水蒸馏塔2塔顶氨汽中所含的油类物质排出，排出的侧线气体送至脱硫脱氨前煤气管道。

【实施例2】

如图2所示，本实施例用于对现有蒸氨单元进行改造，以蒸氨单元来的氨气为原料制取高纯度氨(纯度为99.8％)。本实施例的工艺过程可分为氨气冷凝冷却、氨水预处理、氨水加压精馏等过程。具体如下：

原有蒸氨单元的氨分缩器6出来的氨汽(浓度为～18％)，经氨冷凝冷却器7冷却为～40℃的氨水后进入管道混合器与由碱计量泵12从碱液贮槽13抽出的碱液充分混合，然后进入氨水给料槽8，氨水中的酸性组分与碱液反应生成相对稳定的钠盐，防止精馏设备及管道的腐蚀，确保产品的纯度。

氨水给料槽8中的氨水由精馏塔给料泵9抽出，经流量控制送入废水换热器10，与精馏废水换热至～145℃后进入精馏塔11中部。

在精馏塔11内，氨水被从精馏塔11底进来的蒸汽加热、蒸馏，从塔顶逸出的氨气(浓度为99.8％)，经精馏塔冷凝器冷凝15成液氨，液氨经回流罐16后由回流泵17送往精馏塔作为回流。

产品氨气由精馏塔冷凝器15前氨气管道采出，氨气压力由1.45mpa经减压阀减压至0.2～0.3mpa后进入氨气缓冲罐18，由外部管线送往焦炉烟气脱硫脱硝等装置。

本实施例也可生产液氨产品。精馏塔11顶采出的氨气全部冷凝为液氨，液氨经回流罐16由回流泵17抽出后，部分液氨送往精馏塔11顶为回流，其余部分液氨送至后续用户。

精馏塔11塔底排出的废水经废水换热器10换热至～120℃后，一部分进入氨水蒸馏塔2处理，一部分送往焦油氨水分离单元。在处理废水、回收废水热量的同时，可将废水中所含钠盐继续用于分解剩余氨水中所含的固定氨，不增加剩余氨水蒸馏过程的碱液耗量。

在精馏塔11精馏段，设有侧线采出，可将氨水蒸馏塔2塔顶氨气中所含的油类物质排出，排出的侧线气体送至脱硫脱氨前煤气管道。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。