[发明专利]一种氨氢回收装置及氨氢回收的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工气体回收系统，尤其涉及一种氨氢回收装置及氨氢回收的方法。

背景技术

目前，大部分氨合成的补充气除了氮气、氢气两种合成氨必须的有效气体外，同时也补充进了甲烷、氩气等不利于氨合成的惰性气体。随着氮气与氢气的不断合成，合成系统内的甲烷、氩气的浓度不断增加。氨合成为了保证氮气与氢气的正常的化学反应物浓度，必须把甲烷、氩气排出氨合成系统。排出时会带出大量的氨气、氢气等有效气体。氨合成排出气的氨气、氢气、甲烷、氮气、氩气的体积含量分别约为8%、57%、18%、14%、3%，压力为22±6 MPa，温度在20℃左右。传统的回收方法有三种、三种方法回收氨与氢的前段都是用水洗的方法将氨合成排出气中的氨气回收成氨水，后段分别采用膜渗透法、变压吸附法与深冷法回收氢气。三种方法的共同缺陷是都产生低附加值且容易污染环境的氨水。不能回收成纯氨，需进一步耗能处理后方能作为氨产品使用。且传统的三种方法回收出的产品氢气压力较低，最高仅1.8MPa，需进一步消耗动力提升至更高压力才能供合成氨系统使用。

发明内容

针对上述现有技术所存在的不足，本发明目的是提供一种把氨合成排出气的氨气直接回收成氨产品，同时回收其中氢气的氨氢回收装置及氨氢回收的方法，且出系统的氢气压力可以达到6±1MPa，不再产生氨水，同时产品氢气的甲烷含量几乎为零。本发明在氨合成排出气降压前即与氨合成岗位等压的状态下冷却并分离氨合成排出气中氨，并且利用液氨的蒸发制冷与液体丙烷或乙烷的蒸发制冷及涡流管的降温效应制冷来冷却降压前的氨合成排出气。本发明是根据氨合成排出气中氨气、氢气、甲烷、氮气、氩气五种气体的沸点及熔点不同，采用五台高压管壳式换热器、两台五通道板翅式换热器、三台分离器、一台液氨贮槽、一台丙烷或乙烷压缩机、一台丙烷或乙烷冷却器、一台氮气压缩机、一台氮气冷却器、一台增压膨胀机制冷端、一台增压膨胀机增压端、一只涡流管，一台涡流管热端冷却器，利用氮气循环膨胀辅助制冷、乙烷或丙烷压缩冷凝后节流采用卡诺循环辅助制冷、涡流效应制冷及装置本身回收得到的液氨、液氮、液体甲烷、液氩蒸发制冷及产品氢气返流复热回收冷量获得的冷量制冷，在高压22±6 MPa压力状态下即氨合成排出气压力不降的情况下使氨合成排出气降温至65±10℃，然后高压下分离，实现先回收氨气的目的，然后在降压至6±1MPa压力状态下使合成排出气降温至－180±2℃，冻结氨气、液化甲烷、氮气、氩气进而回收氢气。考虑到氨气的熔点为－77℃，低于－77℃时氨气就会结冰堵塞后段五通道板翅式换热器45、43、但为了进一步液化氨合成排出气中的氮气、甲烷、氩气以便回收氢气，所以必须把温度降至－180±2℃、为了防止五通道板翅式换热器中的微量氨气结冰造成堵塞或换热效率低下、本发明在后段五通道板翅式换热器采用了两个换热器45与43并联，并且根据其换热效率或阻力的变化轮流切换使用并轮流熔解氨冰、轮流均压及轮流预冷的方法、实现装置的长周期连续运行。同时本发明考虑到在冷却并液化氨合成排出气中的甲烷、氩气及氮气的前期阶段，即当氨合成排出气中的甲烷开始液化时，氨合成排出气中的氨气并没有完全被冻结在五通道板翅式换热器的氨合成排出气冷却通道的翅片上，有很少一部分氨气被冷却凝固后被液化后的液体甲烷、液氮、液氩带入五通道板翅式换热器连接的液体分离器中，当液体分离器把液体甲烷、液氮、液氩利用节流阀排至连接的五通道板翅式换热器时，液体甲烷、液氮、液氩被汽化，由于五通道板翅式换热器在工作时下部（即液体甲烷、液氮、液氩的入口处）温度很低（－180±2℃），混合在液体甲烷、液氮、液氩中的固体氨不会被汽化，而会附着在五通道板翅式换热器的废液汽化通道的翅片上，同时由于液体分离器的分离效果局限性，分离后的产品氢气在进入五通道板翅式换热器复热回收冷量时也会把很少一部分固体氨带入五通道板翅式换热器的产品氢气复热通道的翅片上，液体分离器内部也会附着一些固体氨，所以本发明在熔解每个五通道板翅式换热器内的氨冰（即固体氨）时，五通道板翅式换热器的氨合成排出气冷却通道、废液汽化通道、产品氢气复热通道及其所连接的液体分离器都经过复热熔解氨冰，以达到装置长周期连续运行的目的。同时本发明也考虑到在高压状态下冷却并分离氨合成排出气中的氨，比较节省装置的冷却负荷进而降低循环压缩机的动力消耗，所以本发明在回收氨的过程中采用高压方法及原有的氨合成排出气不降压状态下冷却并分离氨合成排出气中的氨。当回收氨合成排出气的氨以后，本发明充分利用了氨合成排出气在从22±6 MPa降压至6±1 MPa时的较大压差，利用涡流管获得低温气体给本装置提供冷量从而节省了装置的冷却负荷。换热器45或43熔解氨冰时，为了使熔解液化后的氨能够靠位差流至液氨贮槽59，特设计为换热器45、43的下部高于分离器61、63及液氨贮槽的上部。本发明中的液位及压力的控制采用节流阀或调节阀实现，两个五通道板翅式换热器轮流切换使用、轮流熔解氨冰、轮流均压并轮流预冷采用程控阀及节流阀有规律的开关实现，所有节流阀或调节阀与程控阀有一台PLC电脑控制。本发明中为氮气冷却器、丙烷或乙烷冷却器、涡流管热端冷却器提供冷量的方式为：先用循环水分别为氮气冷却器、丙烷或乙烷冷却器、涡流管热端冷却器提供冷量，冷量不足或冷却温度过高时在串联采用液氨冷却分别为氮气冷却器、丙烷或乙烷冷却器、涡流管热端冷却器提供冷量。