[实用新型]一种氨合成新鲜气的干燥净化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及合成氨气体的净化领域，特别涉及一种氨合成新鲜气的干燥净化装置，通过该干燥净化设备，可以优化用于通过压缩的合成气升压后直接送入催化反应器的合成氨流程。

背景技术

目前合成氨回路的流程主要为塔前分氨流程和塔后分氨流程。塔后分氨的基本流程是新鲜合成气经过压缩机的低压缸压缩升压、干燥净化后再送入压缩机高压缸压缩升压，之后与循环气混合、进一步升压并在加热后直接送入氨合成塔，一部分氢气(H₂)和氮气(N₂)在氨合成催化剂作用下反应生成氨(NH₃)，反应后的合成气经回收热量后，通过一系列冷却后冷凝分氨，分离出的液体即为产品氨；分离出的气体即循环气经过冷交换器回收冷量，一部分作为驰放气送出回路，其他气体作为循环气送至压缩机与新鲜合成气混合。

塔前分氨的基本流程是新鲜合成气没有经过干燥净化，气体中含有150-200ppmvH₂O，经压缩机升压后与合成塔出口气混合，全部气体通过冷却后冷凝分氨，分离出的液体为产品氨，而合成气中的水分和微量的CO₂夹带在产品氨中送出回路；分离出的气体经冷交换器和热交换器加热后进入氨合成塔，一部分氢气(H₂)和氮气(N₂)在氨合成催化剂作用下反应生成氨(NH₃)，反应后的合成气经回收热量后，一部分作为驰放气送出回路，其他气体作为循环气送至压缩机与新鲜合成气混合。

塔后分氨流程与塔前分氨流程相比有以下优点：

(1)塔后分氨流程合成回路的“冷”“热”位置更合理。新鲜合成气与循环气一起从压缩机出口排出，经热交换热器加热后直接进入氨合成塔，这部分合成气没有经过冷却冷冻系统，冷量需求降低，节省冷却水和冷冻氨消耗。

(2)塔后分氨流程能耗低。新鲜合成气与循环气一起只经过热交换器就进入合成塔，相同压缩机排出压力下，氨合成压力高，有利于氨合成反应，循环量低，回路总阻力降低，节省压缩机循环段功耗。

(3)塔后分氨流程新鲜合成气的加入位置合理，合成塔性能更优。塔后分氨流程中新鲜合成气在循环气入合成塔之前加入，使进入氨合成塔的合成气中氨含量降低，有利于氨的合成，循环量降低，回路总阻力降低，节省压缩机循环段功耗。合成气从氨合成塔出来经回收热量后直接送入冷却冷冻系统，氨浓度最高，冷凝效果较好，冷量需求减少。

而塔前分氨流程中新鲜气在冷却之前与合成塔出口气体混合，使出塔合成气中氨浓度下降，消耗较大的冷却冷冻负荷，且没有得到较好的冷凝分氨效果，导致入合成塔气体中氨浓度较高，整体能耗高，合成塔性能差。

(4)塔后分氨流程驰放气位置合理。弛放气在分氨回收冷量之后送出回路，此处为回路惰性气体含量最高，因此驰放气少；而且氨含量较低，可以省却塔前分氨流程弛放气的2台高压设备例如弛放气氨冷器和弛放气分离器，回收氨的设备投资降低。而且塔前分氨流程中驰放气位置在合成塔出口热交换器之后，该点氨浓度最高，惰性气含量最低，弛放效率低，缺点明显。

(5)塔后分氨流程综合能耗低。

传统氨合成回路为塔前分氨流程。塔前分氨流程能耗高，热量利用和换热网络不先进，塔后分氨流程具有明显节能优势，因此目前新建合成回路一般都采用塔后分氨流程；因为节能和增产的目的，很多旧装置也将塔前分氨流程改进到塔后分氨流程。

由于合成气中含有的水分和碳氧化合物是氨合成催化剂的毒物，这些毒物持续流入将造成催化剂中毒，严重影响催化剂活性。一般大中型氨合成装置对入塔气中的氧含量要求是小于10ppmv(以氧原子计)。为适应塔后分氨流程即新鲜合成气与循环气混合升压后直接送入氨合成塔，需要将新鲜合成气中的水分和碳氧化合物脱除。

目前将新鲜合成气中的水分和碳氧化合物脱除的方法有两种，一种是分子筛净化，另一种是液氨洗涤净化。通过分子筛装置可以脱去合成气中的水分，但若要同时脱去碳氧化物，则分子筛吸附剂的装量要大大增加。分子筛装置的净化程度能达到合成气净化的要求，进入氨合成塔气体中氨含量低，合成性能好。但是分子筛装置的弊端是需要周期性的切换再生。为此需要用于控制再生和切换的程控阀，等级高，数量多，操作复杂；分子筛再生需要消耗热量(例如中压蒸汽)和再生气体；再生气循环回压缩机低压缸造成压缩机运行不稳定，功耗增加；切换再生必须要求吸附器一用一备，造成投资大，占地面积大；程控阀为易损设备，如果损坏或者密封性能下降，需要停车检修影响生产，而分子筛切出检修不可取，会造成毒物带入回路，氨合成催化剂中毒，活性下降。