[发明专利]从合成氨液氨储槽弛放气中回收氢气的膜分离方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于合成氨工业领域，尤其涉及一种从合成氨液氨储槽弛放气中回收氢气的膜分离方法及装置。

背景技术

合成氨工业是一项基础化学工业，在化学工业中占有很重要的地位。合成氨广泛应用于化肥、各种铵盐、硝酸、炸药、塑料、合成纤维、油漆、感光材料等产品生产。目前全国合成氨年产量为5000多万吨，约占全世界产量的三分之一。随着全球人口达到70亿人并呈较快增长的趋势，人类对农作物增产以及环境绿化面积扩大的需求决定了对合成氨需求的增加。与此同时，合成氨工业为高能耗产业，其生产原料为煤炭、天然气、石油等不可再生资源，在资源日趋紧张、节能减排压力骤涨的今天，如何降低合成氨原料消耗、降低能源消耗、减少污染物排放、提高企业的经济效益，已成为当今合成氨工业生产技术发展的方向。

  合成氨装置在生产过程中需要进行气体放空的操作，放空气分为两股，一股是合成塔后的高压放空气，另一股是液氨储槽弛放气。这两股气体中均含有氢气，氢气是合成氨工业的反应物，对其进行回收和利用是合成氨厂节能减排增效的重要措施。

目前，对合成氨高压放空气氢气回收的方法及应用实例有很多，例如深冷法、变压吸附法、膜分离方法。但对液氨储槽弛放气中的氢气回收鲜有提及。

液氨储槽弛放气是高压下溶解在液氨中的H2、N2、CH4、Ar等气体连同氨蒸汽的混合气，占据液氨储槽气相空间，这部分气体的排放量约60Nm3/吨氨，其中H2体积分数约为25-35%, NH3体积分数约为40-50%, 其余为N2、CH4和Ar。合成氨厂的传统做法是将液氨储槽弛放气经过等压回收塔将其中的氨用水吸收后燃烧或排放，这样做造成很大的资源浪费。由于氨槽弛放气排放量相对较小、压力较低（1.5-2.5 MPa）、氨含量较高，用深冷法或变压吸附法回收氢气时设备投资大、能耗高、氢气回收率低、操作复杂，技术性和经济性较差，很少被选用。采用膜分离方法主要有两方面的问题待解决：前处理低压洗氨效果差不能保证膜的使用安全；低压操作氢气回收率较低。在这两方面问题解决前，限制了膜分离方法的工业应用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种氢气回收率高、前处理效率高、设备规格小、投资少、操作灵活且带有操作参数自动控制系统的膜分离氢回收方法和装置。

为了实现上述目的，本发明采用了以下方案： 

一种从合成氨液氨储槽弛放气中回收氢气的膜分离方法，其特征在于包括以下步骤：

1）弛放气的氨的吸收处理；

2）气液分离处理；

3）膜分离处理；

4）气体后处理。

步骤1）所述对弛放气的氨的吸收处理是将弛放气通入氨吸收塔，同时泵入吸收剂对驰放气中的氨气进行吸收处理。

所述的氨吸收塔为填料式吸收塔，所述的吸收剂为脱盐水，经过吸收处理后的弛放气中的氨含量低于20ppm。

步骤2）所述的气液分离处理是将步骤1）中除氨后的弛放气通入气液分离器进行气液分离除去浃带的雾状液滴。

步骤3）所述膜分离处理是将经过步骤2）分离后的气体部分通过加热器加热后进入膜分离器进行处理，所述的膜分离器内中空纤维膜能承受2.5 MPa压差。

所述的加热器为套管式换热器，弛放气走芯管，蒸汽走套管，所述通过加热器加热后的气体温度为35-55℃。

步骤4）所述的气体后处理过程是经过膜分离器处理后的气体，其中透过膜的氢气形成渗透气返回合成循环压缩机，未透过膜的气体形成尾气送往气柜。

由于液氨储槽弛放气压力较低一般为1.5-2.5MPa，氢气透过膜的推动力较小，为维持必须的渗透推动力，渗透气压力不大于0.8MPa。膜分离器采用高透量、高选择性的低压膜分离器。

一种从合成氨液氨储槽弛放气中回收氢气的膜分离装置，其特征在于包括氨吸收塔、气液分离器、套管加热器、膜分离器、脱盐水储槽、脱盐水泵、调节阀、在线检测仪表；

从装置外引入的弛放气管接入所述吸收塔填料下部，所述脱盐水储槽通过所述脱盐水泵接入所述吸收塔填料上部，所述吸收塔顶部接管与气液分离器入口相连，所述的气液分离器顶部出口管与所述套管加热器相连，所述套管加热器出口管与所述膜分离器入口相连，所述膜分离器的渗透气管与装置外合成循环压缩机相连，所述的膜分离器尾气出口管与装置外煤气柜相连；所述吸收塔底部出口管与装置外氨水储槽相连；从装置外引入的蒸汽管与所述的套管加热器套管相连，在所述的气液分离器内还装填除雾原件。

在所述弛放气管、渗透气管、尾气管、低压蒸汽管、氨水管上均安装有自动调节阀和在线检测仪表。