一种常温循环水液氨气化装置及方法与流程

本发明属于化学纯氨水制备领域，具体涉及一种常温循环水液氨气化装置及方法。

背景技术：

化学纯氨水制备工艺中，往往采用蒸汽或电加热式液氨气化器将液氨汽化，然后将氨气纯化处理后，通入去离子水溶解吸收，同时需用冷却循环水带走氨气吸收溶解过程中产生的热量，这样可将氨水的温度控制在40～45℃，确保制备出较高浓度的氨水。该工艺中液氨汽化热约1333kj/kg，氨气溶解于水的溶解热约为2044kj/kg，后者远大于前者，且液氨减压至0.2mpa时，温度仅为-8℃，氨水水温为40～45℃，存在较大温差，完全可以用溶解热实现液氨的气化，这样能耗可降低90～98％。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种常温循环水液氨气化装置，无需使用高纯液氨，使用工业液氨即可制备符合国标要求的化学纯氨水，技术较为成熟，已成功应用于核化工行业，也同时具备制备工业氨水的要求。该设备节能效果良好，无污染。

本发明的技术方案如下：一种常温循环水液氨气化装置，包括换热器、撬座、液氨管组、氨气管组、循环水进水管组、循环水出水管组、压缩风管组、防爆盒和放空管组；

所述的撬座，固定在地面，换热器通过螺栓固定在撬座上；

所述的液氨管组，一端连接在液氨储罐上，另一端依次经过截止阀、气动切断阀、气动调节阀、双金属温度计和压力表后，通过法兰连接在换热器上,液氨由此通入换热器中；

所述的氨气管组，一端连接换热器的氨气出口法兰，另一端依次连接双金属温度计、压力变送器、热电阻、压力表和阀门，氨气由此流出换热器；

所述的循环水进水管组，一端连接换热器的循环水入口法兰，另一端依次连接压力表和热电阻，循环水由此通入换热器；

所述的循环水出水管组，一端连接换热器的循环水出口法兰，另一端依次连接水流开关、压力表和双金属温度计，循环水由此流出换热器；

所述的压缩风管组，一端与厂房的压缩风管道连接，另一端分别连接气动切断阀和气动调节阀的气动执行器上；压缩风管组上设有减压阀，用于将压缩风减压至气动切断阀和气动调节阀所需的工作压力；

所述的放空管组，一端连接在换热器的安全阀的放散口法兰上，另一端引出至厂房外；

所述的防爆盒安装在撬座上，用于将检测仪表和执行部件信号汇集并传输到控制器，实现dcs控制系统集中控制。

进一步的，所述的换热器，包括下封头、列管式换热器和上封头，下封头与撬座固定，底部设有排污口，侧壁设置了液氨入口；

所述的列管式换热器，包括管束和水套，水套侧壁设置了循环水入口、出口及排净口，列管管束插入水套内，并通过上下管板与水套固定隔离，水套内设置了多层折流板；上封头侧壁分别设置了氨气出口和安全阀安装口，内部填充；液氨由下封头进入后，再进入管束内，管束内与循环水热交换气化为氨气，氨气由管束上端流出，经上封头内金属丝除沫后由氨气出口流出；循环水由水套下部循环水入口，在水套内折流板作用下，由下而上蛇形流动，与管束内液氨进行换热，再由水套上部循环水出口流出。

进一步的，所述的排净口用于排掉水套内的水，当循环水中断时，需立即排掉水套内的水，防止水结冰胀裂水套。

进一步的，所述的气动切断阀和气动调节阀，分别用于控制液氨通断和液氨流量，所述的双金属温度计和压力表，分别用于测量管道内液氨温度和压力。

进一步的，所述的压力变送器和热电阻，分别用于监控氨气压力和氨气温度，当氨气压力或温度超出限值，气动切断阀关闭停止通入液氨。

进一步的，所述的循环水进水管组和循环水出水管组上分别设置了热电阻和水流开关，分别用于监控循环水温度和流量，当循环水温度或流量低于限值，气动切断阀关闭停止通入液氨。

进一步的，所述的撬座采用型钢焊接而成，其强度和空间尺寸均适应换热器的重量、防倾倒及固定要求。

进一步的，所述的换热器与撬座之间为可拆卸式连接，换热器换热能力应与需求的气化能力相匹配，如气化量达到压力容器标准时，应按压力容器要求进行设计、制造及安装。

一种常温循环水液氨气化方法，其特征在于，使用本发明所述的装置，包括以下步骤：

第1步，启动前准备操作；

确保循环水符合要求，即循环水温度和流量符合要求，以保证设备气化能力；确认氨气出口的阀门处于打开状态，防止设备憋压出现超压运行状况；

第2步，启动操作；

打开液氨管组的截止阀和气动切断阀，向换热器内通入液氨，根据后续氨气使用设备反馈回的压力值，通过调节气动调节阀调节液氨的流量，确保压力稳定；

第3步，停机操作；

关闭液氨管组的截止阀和气动切断阀，停止向换热器内通入液氨，待压力降至零后，停循环水。

本发明的显著效果在于：

(1)每吨液氨仅需消耗7千瓦时电能，经济性较好，优于将液氨直接通入水中制备氨水能耗；

(2)该装置解决液氨气化器领域中广泛存在一个弊端，即气化过程会将液氨中的杂质淤积在气化器内部，影响设备使用寿命和换热效率；本装置在结构设计为淤积油泥清除做了充分考虑，确保气化器的维护维修简便；

(3)很好的解决氨水制备工艺中氨气尾气排放的弊端，整个生产过程中无需外排氨气，符合国家现行环保和安全标准；

(4)该装置安全性能高，对氨水制备系统可能发生风险均在控制系统设置报警和联锁功能，本质安全度较高。

附图说明

图1为发明所述的一种常温循环水液氨气化装置的结构示意图；

图中：1.换热器，2.撬座，3.液氨管组，4.氨气管组，5.循环水进水管组，6.循环水出水管组，7.压缩风管组，8.防爆盒，9.放空管组，10.气动切断阀，11.气动调节阀，12.截止阀，13.压力表，14.双金属温度计，15.排净口，16.安全阀，17.阀门，18.压力变送器，19.热电阻，20.双金属温度计，21.压力表，22.热电阻，23.压力表，24.水流开关，25.压力表，26双金属温度计。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明所述的一种常温循环水液氨气化装置及方法作进一步详细说明。

如图1所示，一种常温循环水液氨气化装置，包括换热器1、撬座2、液氨管组3、氨气管组4、循环水进水管组5、循环水出水管组6、压缩风管组7、防爆盒8和放空管组9；

所述的撬座2，固定在地面，换热器1通过螺栓固定在撬座上；

所述的液氨管组3，一端连接在液氨储罐上，另一端依次经过截止阀12、气动切断阀10、气动调节阀11、双金属温度计14和压力表13后，通过法兰连接在换热器1上,液氨由此通入换热器1中；

所述的氨气管组4，一端连接换热器1的氨气出口法兰，另一端依次连接双金属温度计20、压力变送器18、热电阻19、压力表21和阀门17，氨气由此流出换热器1；

所述的循环水进水管组5，一端连接换热器1的循环水入口法兰，另一端依次连接压力表23和热电阻22，循环水由此通入换热器1；

所述的循环水出水管组6，一端连接换热器1的循环水出口法兰，另一端依次连接水流开关24、压力表25和双金属温度计26，循环水由此流出换热器1；

所述的压缩风管组7，一端与厂房的压缩风管道连接，另一端分别连接气动切断阀10和气动调节阀11的气动执行器上；压缩风管组7上设有减压阀，用于将压缩风减压至气动切断阀10和气动调节阀11所需的工作压力；

所述的放空管组9，一端连接在换热器1的安全阀16的放散口法兰上，另一端引出至厂房外；

所述的防爆盒8安装在撬座2上，用于将检测仪表和执行部件信号汇集并传输到控制器，实现dcs控制系统集中控制。

进一步的，所述的换热器1，包括下封头、列管式换热器和上封头，下封头与撬座2固定，底部设有排污口，侧壁设置了液氨入口；

所述的列管式换热器，包括管束和水套，水套侧壁设置了循环水入口、出口及排净口15，列管管束插入水套内，并通过上下管板与水套固定隔离，水套内设置了多层折流板；上封头侧壁分别设置了氨气出口和安全阀安装口，内部填充；液氨由下封头进入后，再进入管束内，管束内与循环水热交换气化为氨气，氨气由管束上端流出，经上封头内金属丝除沫后由氨气出口流出；循环水由水套下部循环水入口，在水套内折流板作用下，由下而上蛇形流动，与管束内液氨进行换热，再由水套上部循环水出口流出。

进一步的，所述的排净口15用于排掉水套内的水，当循环水中断时，需立即排掉水套内的水，防止水结冰胀裂水套。

进一步的，所述的气动切断阀10和气动调节阀11，分别用于控制液氨通断和液氨流量，所述的双金属温度计14和压力表13，分别用于测量管道内液氨温度和压力。

进一步的，所述的压力变送器18和热电阻19，分别用于监控氨气压力和氨气温度，当氨气压力或温度超出限值，气动切断阀10关闭停止通入液氨。

进一步的，所述的循环水进水管组5和循环水出水管组6上分别设置了热电阻22和水流开关24，分别用于监控循环水温度和流量，当循环水温度或流量低于限值，气动切断阀10关闭停止通入液氨。

进一步的，所述的撬座2采用型钢焊接而成，其强度和空间尺寸均适应换热器的重量、防倾倒及固定要求。

进一步的，所述的换热器1与撬座2之间为可拆卸式连接，换热器1换热能力应与需求的气化能力相匹配，如气化量达到压力容器标准时，应按压力容器要求进行设计、制造及安装。

一种常温循环水液氨气化方法，其特征在于，使用本发明所述的装置，包括以下步骤：

第1步，启动前准备操作；

确保循环水符合要求，即循环水温度和流量符合要求，以保证设备气化能力；确认氨气出口的阀门17处于打开状态，防止设备憋压出现超压运行状况；

第2步，启动操作；

打开液氨管组3的截止阀12和气动切断阀10，向换热器1内通入液氨，根据后续氨气使用设备反馈回的压力值，通过调节气动调节阀11调节液氨的流量，确保压力稳定；

第3步，停机操作；

关闭液氨管组3的截止阀12和气动切断阀10，停止向换热器1内通入液氨，待压力降至零后，停循环水。

工艺原理

制备氨水前，先启动循环水设备，将吸收槽内注入一定量的水，在纯化槽内加入一定量ba(oh)2溶液和kmno4溶液。

将液氨通入常温循环水液氨气化器，经循环水加热气化为氨气，氨气先通入高锰酸钾和氢氧化钡溶液除去杂质气体so2和co2，纯化后氨气通入去离子水吸收，最后经密度计检测制得26％～28％化学纯级氨水；氨气通入水中溶解过程会放出大量热量(后叙简称溶解热)，需用冷却循环水带走热量，后流回液氨气化器气化液氨，氨气的溶解热大于液氨的气化热，约为气化热的1.5倍，为使氨水浓度达到规定要求，需配置循环水冷却装置带走多余的热量。

液氨纯化原理：液氨中的固态和液态杂质在液氨气化过程中残留在气化器中，少量气态杂质经分析为二氧化碳和二氧化硫，可通入高锰酸钾和氢氧化钡溶液除去，该纯化措施简单实用，完全可达到化学纯氨水制备需求。

工艺主要化学方程式

nh3+h2o＝nh3·h2o+q(q—反应热)………(1)

2kmno4+3so2+2h2o+4nh3＝2mno2↓+k2so4+2(nh4)2so4……………(2)

ba(oh)2+k2so4＝baso4↓+2koh…………………(3)

ba(oh)2+(nh4)2so4＝baso4↓+2nh3·h2o………………(4)

ba(oh)2+co2＝baco3↓+h2o……………………(5)

工艺流程叙述

液氨储罐内的液氨靠自压进入液氨气化器，通过循环水加热使液氨气化为氨气，除去液氨中的固态和液氨杂质。

制备化学纯氨水时，让氨气依次通入第一、二级氨气纯化槽中的ba(oh)2溶液和kmno4溶液纯化后，将氨气以一定压力、流量直接送入装有去离子水的氨吸收槽中，吸收方法采用两槽吸收，一槽净化尾气，吸收槽通过气相串联管道连接，可互相切换组合。当吸收槽氨水密度达到氨水浓度要求后，即停止通入氨气，将合格氨水用泵送入氨水储槽。在制备过程中，吸收槽会出现氨气吸收不充分的憋压状况，可通过向吸收槽加水喷淋降压消除憋压。

制备工业纯氨水时，直接将氨气通入吸收槽，具体流程与制备化学纯氨水相同。