[發明專利]一種回收合成氨馳放氣中氮氣和氫氣裝置及方法

在審

• 申請號: 201310684408.0
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN104709877A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 郭緒強;董泰斌;阿不都熱合木·托乎提;孫強;劉昌偉;蔡新藝;邵士銘;孫翔
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: C01B3/52
• 分類號: C01B3/52;C01C1/04
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 張少宏

1.一種回收合成氨馳放氣中氮氣和氫氣裝置，其特征在于一級水合分離單元主要包括一級水合反應器和一級水合物化解器；一級水合反應器的底部設有馳放氣入口以及一級水合物漿液出口，一級水合反應器的頂部設有一級水合物工作液入口和一級水合提濃氣體出口；馳放氣入口與合成氨裝置的氨回收塔的塔頂氣體出口相連通，在馳放氣入口與合成氨裝置的氨回收塔的塔頂氣體出口之間的管路上設置有第一換熱器；一級水合提濃氣體出口與合成氨裝置中的第一合成氣壓縮機的入口相連通，第一合成氣壓縮機的出口與合成氨反應單元的入口連通；一級水合物化解器設置有一級水合物漿液入口，一級水合物化解器的一級水合物漿液入口與一級水合反應器的一級水合物漿液出口之間的管路上設置有第一換熱器和第二換熱器；一級水合物化解器頂部設置有一級水合化解氣出口，一級水合物化解器底部設置有第一液體出口，一級水合物化解器的第一液體出口與一級水合反應器的一級水合物工作液入口之間的管路上設置有第一液體循環泵和第三換熱器；

二級水合分離單元主要包括二級水合反應器和二級水合物化解器；二級水合反應器的底部設有氣體入口以及二級水合物漿液出口，二級水合反應器的頂部設有二級水合物工作液入口以及二級水合提濃氣體出口；氣體入口與一級水合化解器的一級水合化解氣出口之間的管路上設置有第四換熱器；二級水合提濃氣體出口與第二合成氣壓縮機的入口相連通；第二合成氣壓縮機的另一端設置有組成分析及氣體流向控制器，組成分析及氣體流向控制器的A出口通過第一換熱器與一級水合反應器的馳放氣入口連接，組成分析及氣體流向控制器的B出口與合成氨反應單元的入口連通；二級水合物化解器設置有二級水合物漿液入口，二級水合物化解器的二級水合物漿液入口與二級水合反應器的二級水合物漿液出口之間的管路上設置有第四換熱器和第五換熱器；二級水合物化解器頂部設置有二級水合化解氣出口，二級水合物化解器底部設置有第二液體出口，二級水合物化解器的第二液體出口與二級水合反應器的二級水合物工作液入口之間的管路上設置有第二液體循環泵和第六換熱器。

2.根據權利要求1所述的一種回收合成氨馳放氣中氮氣和氫氣裝置，其特征在于二級水合物化解器的二級水合物漿液入口與二級水合反應器的二級水合物漿液出口之間的管路上設置有第二水合物漿液控制閥；一級水合物化解器的一級水合物漿液入口與一級水合反應器的一級水合物漿液出口之間的管路上設置有第一水合物漿液控制閥；第一換熱器的一端連接馳放氣流量控制閥，馳放氣流量控制閥的另一端連接馳放氣，第一液體循環泵與第三換熱器之間連接第一液體循環泵和第三換熱器，第一液體循環泵和第三換熱器的另一端連接水合物工作液，第四換熱器與一級水合化解氣出口之間連接有氣體流量控制閥，第二液體循環泵與第六換熱器之間連接第二水合物工作液控制閥，第二水合物工作液控制閥的另一端連接水合物工作液，二級水合化解氣出口通向甲烷加氦氣、去燃料氣系統。

3.一種回收合成氨馳放氣中氮氣和氫氣方法，其特征在于含有以下步驟；

在現有的合成氨工藝的基礎上，引入二個水合分離單元，使合成氨馳放氣中所含的甲烷和氬氣生成水合物而使馳放氣中的氮氣和氫氣得到提濃，使含有高濃度的氮氣和氫氣的提濃氣體保持較高壓力狀態返回合成氨反應單元，達到回收合成氨馳放氣中的氮氣和氫氣的目的，同時降低壓縮的能量消耗。

4.根據權利要求3所述的一種回收合成氨馳放氣中氮氣和氫氣方法，其特征在于包括以下步驟：

將從合成氨裝置氨回收塔頂氣體出口排出的合成氨馳放氣引入一級水合反應器，與來自一級水合反應器頂部的水合物工作液逆流接觸，使馳放氣中所含的甲烷、氬氣和部分氮氣與水合物工作液發生水合反應形成一級水合物，同時馳放氣中的氮氣和氫氣被提濃得到一級水合提濃氣體，返回合成氨反應單元加以利用；

將一級水合物引入一級水合物化解器化解，所得化解氣引入二級水合物反應器，與來自二級水合反應器頂部的水合物工作液逆流接觸，使其中所含的甲烷、氬氣和部分氮氣與水合物工作液發生水合反應形成二級水合物，同時其中的氮氣和氫氣被提濃得到二級水合提濃氣體；

將二級水合物引入二級水合物化解器化解，所得甲烷濃度較高的化解氣引入燃料氣系統加以利用；對二級水合提濃氣體進行組成分析，符合合成氨要求則返回合成氨反應單元加以利用，否則與從合成氨裝置氨回收塔頂氣體出口排出的合成氨馳放氣混合后返回一級水合反應器，繼續分離。