[發明專利]回收合成氨馳放氣中氫氣和氨的方法

有效

• 申請號: 201310699052.8
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103663367A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 馬艷勛;李泰朧;杜國棟;栗廣勇;李恕廣
• 申請（專利權）人: 大連歐科膜技術工程有限公司
• 主分類號: C01B3/56
• 分類號: C01B3/56;C01C1/12
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 賈漢生;李馨

技術領域

本發明屬于合成氨馳放氣回收的技術領域，尤其涉及了一種從合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的方法。

背景技術

在合成氨生產過程中，氫氣和氮氣是合成氨的原料。氮氣一般是從空氣中分離出來的，氫氣一般通過天然氣轉化或者煤氣化得到的，氫氣和氮氣在較高的壓力和溫度下以及催化劑作用下反應生產氨。受到化學平衡的限制，反應物不能完全轉化，未反應的氮氣和氫氣經循環壓縮機與補充的新鮮氣混合后再進入合成塔進行氨合成反應。由于合成氨原料氮氣和氫氣都含有一定量的惰性組分氬氣和甲烷，這些惰性組分在循環過程中不斷累積，不僅消耗循環壓縮功，還會使合成塔的有效容積降低，還會影響合成氨的正常反應，所以合成塔混合氣體必須排放一部分氣體，以控制合成塔內惰性組分氬氣和甲烷的濃度，這部分排放氣稱為合成氨馳放氣。排放氣量約為～300Nm³/噸氨，該氣體的典型組成為：H250～70%（V/V）,NH₃1～6%（V/V）,N₂18～25%（V/V）,其余的為甲烷和氬氣。

目前大多采用膜分離技術來回收合成氨馳放氣中氫氣和氨。由于目前的膜材料對氨的耐受性非常差，所以高壓馳放氣進入膜分離器之前必須通過預處理脫除氨，其方法一般為采用高壓水洗，在氨吸收塔中，將氨除去，控制氣相中氨的體積含量0.02%以下，然后再進入膜分離器回收馳放氣中的氫氣，膜的滲透氣為富集回收的氫氣，返回到合成系統，膜的非滲透氣主要為甲烷、氮氣、氬氣和少量的氫氣，作為燃料使用。上述方法對氨吸收塔的操作要求非常嚴格，不能出現氣相中氨濃度超標，更要絕對避免出現霧沫夾帶以及液泛現象的發生，否則會造成下游分離膜不可恢復的損壞。在實際的應用過程中，由于氨吸收塔操作出現問題，造成分離膜損壞的例子非常多。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝流程簡單，能耗低，操作方便，運行安全,合成氨馳放氣中氫氣和氨的方法；另一目的在于提供一種用于實現所述的合成氨馳放氣中氫氣和氨的裝置。

本發明采用能夠長期耐受氨氣相濃度小于6%（V/V）的耐氨膜處理合成氨馳放氣，回收其中的氫氣和大部分氨氣，然后采用水洗和蒸氨的方法，回收膜分離后截留氣中含有的氨，將其變為液氨產品。本發明所述的從合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的方法，其主要步驟包括預處理過程、膜分離過程和氨回收過程；

所述的預處理過程：合成氨馳放氣首先經過過濾器除去固體顆粒及液滴，再經過氣氣換熱器逐步升溫后，通過加熱器升溫到45～90℃；其中，①所述的經過過濾器除去固體顆粒及液滴，有利于防止機械雜質進入分離膜，有利于保證膜的分離性能以及使用壽命；②連續經過氣氣換熱器，不僅將氨馳放氣的溫度升高，還能回收分離膜滲透氣與截留氣的熱量。③所述的預處理過程中的加熱器，其熱源可以是蒸汽、熱油、電或其它高溫介質；使用加熱器提高氣體進膜溫度，保證了氣體偏離其露點溫度5～20℃以上，以防止有液體在膜上凝結，造成膜的損壞。

所述的膜分離過程：經預處理過程處理的氣體，經過分離膜處理后，分離膜的滲透側富集的氣體經過預處理過程中的氣氣換熱器降溫后，通過合成壓縮機回收；分離膜的截留側富集的氣體經過預處理過程中的氣氣換熱器降溫后，進入氫氣和氨回收過程；其中，①該分離膜的材料特性是氫氣和氨都優先透過，在分離膜的滲透側富集，然后送到合成壓縮機入口，返回到氨合成系統，實現85%以上的氫氣和75%以上的氨氣的回收。分離膜的截留側為富集甲烷、氬氣、氮氣以及剩余氨氣的氣體。②經過膜分離過程以后，85%以上的氫氣和75%以上的氨氣得到回收利用，但分離膜的截留氣中仍然含有一定量的氨，通常這些氣體都作為燃料氣使用。但由于氨的存在，會造成燃燒后的氣體中NOx的含量超標，同時也造成了氨的損失。所以本發明采用氨吸收和蒸氨的辦法將膜截留氣中的氨以液氨的形式回收，從而實現合成氨馳放氣中氨氣近100%的回收。

所述的氨回收過程：經膜分離過程處理后的合成氨馳放氣，從氨吸收塔的底部進入，向上逆流經過氨吸收塔水洗除去氨氣以后，送到燃料氣系統；由氨吸收塔底部得到的氨水溶液，經過換熱器升溫到150～190℃后進入蒸氨塔處理。其中，氨吸收塔底部得到的氨水溶液中氨的濃度為5～20wt%。在蒸氨塔內實現氨和水的分離，在塔頂得到純度大于99.5wt%液氨產品，塔底得到氨濃度小于200ppmw的水溶液，然后用高壓泵將其返回到氨吸收塔循環利用。