[發明專利]合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的方法

有效

• 申請號: 201310704594.X
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103663368A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 馬艷勛;李泰朧;楊中維;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;楊中維
• 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）,NH₃1～8%（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，其方法一般為采用等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。同時水洗過程中產生的稀氨水，還需要進一步的蒸汽加熱提純才能到液氨產品，操作過程復雜，能量消耗高。

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,合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的方法；另一目的在于提供一種用于實現所述的合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的裝置。

本發明采用節流加膨脹制冷技術首先分離合成氨馳放氣中大部分的氨，然后采用能夠長期耐受氨氣相濃度小于6%（V/V）的耐氨膜回收其中的氫氣和氨。本發明所述的從合成氨馳放氣中回收氫氣和氨的方法，其主要步驟包括節流膨脹制冷過程和膜分離過程，其中：

所述的節流膨脹制冷過程：合成氨馳放氣首先進入到多通道板翅式換熱器中逐級冷卻后，進入低溫氣液分離器進行氣液分離；經低溫氣液分離器分離出的液氨經節流閥Ⅰ減壓后，返回到多通道板翅式換熱器后蒸發為氣氨回收；經低溫氣液分離器頂部分離出的分氨尾氣返回到多通道板翅式換熱器回收冷量后，再進入膜分離過程；其中，由低溫氣液分離器頂部出來的分離液氨后的尾氣，叫做分氨尾氣。

所述的膜分離過程：經節流膨脹制冷過程處理的氣體，經過氣氣換熱器升溫，通過加熱器將氣體加熱至45～90℃后，再經過分離膜處理，分離膜的滲透側富集的氣體經過氣氣換熱器降溫后，通過合成壓縮機回收；分離膜的截留側富集的氣體經過設置于其下游的水冷卻器降至常溫后，經過節流閥Ⅱ將氣體的壓力和溫度降低；再進入到膨脹機制冷，將該低溫氣體返回到多通道板翅式換熱器回收冷量后，經燃料氣系統回收。其中，①所述的加熱器，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10～30℃以上，以防止有液體在膜上凝結，造成膜的損壞。同時進膜氣體溫度升高，可以增加膜的滲透通量，減少膜系統的投資。②分氨尾氣返回到多通道板翅式換熱器，經過復熱回收冷量。然后分氨尾氣再經過氣氣換熱器，與膜分離過程的高溫滲透氣換熱，提高分氨尾氣的溫度，最后通過加熱器，將氣體的溫度進一步升高，從而保證進入膜分離器的溫度在45～90℃。

針對上述技術方案，在優選的情況下，所述的分離膜材料為聚芳酰胺。常規的膜材料，如聚酰亞胺、聚砜都不能耐受高的氨氣濃度，所以本發明中采用聚芳酰胺材料的分離膜，該材料可以在氨氣相濃度小于6%（V/V）的條件下，長期使用。該膜材料的特性是氫氣和氨都優先滲透通過膜，在膜的滲透側富集，然后送到合成壓縮機入口，返回到氨合成系統。膜過程可以實現分氨尾氣中90%以上的氫氣和80%以上的氨氣的回收。分離膜的截留側為富集甲烷、氬氣、氮氣的膜分離尾氣。

針對上述技術方案，在優選的情況下，所述的節流膨脹制冷過程中，合成氨馳放氣進入到多通道板翅式換熱器中逐級冷卻至溫度為-15～-50℃。