一種變溫吸附提高氨分離效果的氨合成工藝的製作方法
2023-06-01 02:14:16
一種變溫吸附提高氨分離效果的氨合成工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種變溫吸附提高氨分離效果的氨合成工藝，合成氣與吸附解吸塔的解吸端入口相接，吸附解吸塔解吸端出口的合成氣依次經預熱器和水冷凝器降溫後入氨分離器，循環氣與吸附解吸塔的吸附端入口相接，吸附解吸塔吸附端出口的循環氣入預熱器預熱，預熱後的循環氣入氨合成塔。僅增加兩臺互相倒替再生吸附的吸附解吸塔及切換閥，即可達到大幅提高單程氨合成率和減少冰機能耗的目的，在較低溫度和較小NH3分壓情況下，吸附氨合成塔循環氣中的NH3，達到較低入塔氨含量，出塔合成氣對吸附的NH3進行解吸，解吸的NH3匯入出塔氣中，提高了合成循環氣的總氨分壓，並在水冷後冷凝分離，提高了一次單程合成率和氨淨值，增加了氨產量，改善了合成塔反應條件。
【專利說明】一種變溫吸附提高氨分離效果的氨合成工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種變溫吸附氨合成工藝，具體涉及到利用變溫吸附降低進入合成塔循環氣氨含量的工藝。
技術背景
[0002]合成氨是對農業具有重要意義的化工產品，主要用作生產肥料和其它氮肥的原料。而氨的合成是整個合成氨生產過程中的核心部分，氨合成反應受熱力學和動力學的影響，實際生產中，反應不可能達到平衡，除考慮溫度、壓力、氫氮比等的影響外，還要考慮初始氨含量，當其他條件一定時，入塔氣體中氨含量越低，氨淨值越大，生產能力越高，而初始氨含量的高低主要取決於最終分離氨的方法。
[0003]工業上，將氨從氣體混合物中分離有兩種方法。一種是水吸收法，利用氨在水中的溶解度很大，而與溶液成平衡的氣相氨分壓很小，用水吸收分離氨，效果良好，但氣相中水蒸氣飽和，為防止催化劑中毒，循環氣需嚴格脫除水分後才能進入合成氨。此法得到的產品是濃氨水，從濃氨水製取液氨需消耗大量熱量，故此法在工業應用中很少。另一種是冷凝法，冷凝法主要是利用水冷卻和液氨蒸發對合成氣降溫，將混合氣體中的氨冷凝、分離後得到液氨產品，因為冷凍用的液氨蒸發為氣態氨後需壓縮冷卻成液氨循環利用，因而此方法消耗大量的壓縮功。對於冷凍法分離氨，入塔循環氣中氨含量和冷凝溫度與系統壓力有關，過分降低冷凝溫度而過多地增加氨冷負荷在經濟上並不可取。因此，在經濟合理的基礎上最大程度上降低入塔循環氣中氨含量是提高氨產量的有效途徑之一。
[0004]如圖1所示為現有氨合成經典工藝，氨合成系統的循環氣經預熱器預熱後進入氨合成塔反應，出氨合成塔的合成氣依次經廢熱回收系統和預熱器回收反應熱後，進入水冷凝器降溫使部分氨冷凝，再進入氨分離器A分離液氨，分離液氨後的合成氣再進入冷交換器回收冷量後，進入氨冷凝器進一步降溫冷卻使合成氣中的氨冷凝，再進入氨分離器B分離液氨，出氨分離器B的循環氣進入冷交換器回收冷量後，再經預熱器預熱後進入氨合成塔。此流程是利用在水冷凝器的循環水冷卻和在氨冷凝器液氨的蒸發提供冷量實現，入氨合成塔的氨含量取決於氨冷凝器的冷卻溫度，入合成塔的氨含量越低，氨合成塔的氨淨值就越高，但氨冷凝器的液氨蒸發需要的冰機電耗會大幅增加。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種通過變溫吸附塔吸附NH3,以降低合成塔入口循環氣氨含量，同時利用出合成塔經餘熱回收後的較高溫度的氣體，對吸附的NH3進行解吸，提高循環氣中的NH3含量，並在水冷後冷凝分離，既達到提高單程氨淨值和水冷分離NH3的比例的目的，又可以減少氨冷負荷。
[0006]為實現本發明目的，這種變溫吸附提高氨分離效果的氨合成工藝其特徵在於包括以下步驟:出氨合成塔的 合成氣經廢熱回收系統回收反應熱，回收反應熱後的合成氣經切換閥後與吸附解吸塔A或吸附解吸塔B的解吸端入口相接，吸附解吸塔A或吸附解吸塔B解吸端出口的合成氣經切換閥後，依次經熱交換器和水冷凝器降溫後進入氨分離器A分離液氨，分離液氨後的合成氣再經冷交換器回收冷量後入氨冷凝器冷凝，經氨分離器B分離液氨後的循環氣經冷交換器回收冷量後經循環機加壓，再經切換閥後分別與吸附解吸塔B或吸附解吸塔A的吸附端入口相接，吸附解吸塔B或吸附解吸塔A吸附端出口的循環氣經切換閥後入預熱器預熱，預熱後的循環氣入氨合成塔。
[0007]當吸附解吸塔B達到吸附飽和態，同時吸附解析塔A完成解吸時，通過切換閥使吸附解吸塔A塔進入吸附工況，吸附解析塔B塔進入解吸狀態，這樣兩塔反覆切換使系統維持連續生產狀態。
[0008]本發明的優勢是:
①.本發明不耗費外部能量，僅增加兩臺互相倒替再生吸附的吸附解吸塔及切換閥，即可達到大幅提高單程氨合成率和減少冰機能耗的目的。在較低溫度和較小NH3分壓情況下，吸附氨合成塔循環氣中的NH3，達到較低入塔氨含量，然後經餘熱回收後的合成氣對吸附的NH3進行解吸，解吸的NH3匯入出塔氣中，提高了合成循環氣的總氨分壓，並在水冷後與本次合成塔出口氣中高於水冷溫度下的飽和氨含量的部分一併冷凝分離，既達到提高單程合成率和水冷分NH3比例的目的，從而提高了氨淨值，增加了氨產量，改善了合成塔反應條件。經實際測算，與現有氨合成經典工藝比較，氨產量可增加7%~12%，可提高氨淨值I~2%，由於氨淨值的提高，在同樣產能的情況下，可降低氨合成工段循環功和氨壓縮功的消耗，有利於氨合成餘熱回收，同時在系統設備規格一定時，可降低操作壓力，減少原料氣的壓縮功。
[0009]②.本發明吸附劑的再生可充分利用氨合成反應的餘熱，不增加額外的功耗，並可根據設計規模和產能，將並聯的吸附解吸塔設置為多組。 [0010]③.由於吸附解吸塔的吸附和解吸，解吸的氨可隨合成氣一起送入熱交換器進一步回收熱量，出吸附解吸塔的解吸氣其氨含量可提高1%~2%，不但可增加合成塔的氨淨值，且可通過解吸進一步增加出塔合成氣中的氨的含量和分壓，在同樣壓力下，通過水冷降溫後，可以分離得到更多的產品液氨，而剩餘合成氣再經過氨冷卻器降溫、氨分離後，再送入冷交換器回收冷量後去下次循環，減少了循環氣入塔氨含量，可進一步增加氨合成塔的生產能力，因而在相同生產規模情況下，可減小合成塔的規格，進而降低氨合成工段的投資，且工藝簡單，經濟效益顯著。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]附圖1是現有氨合成工藝流程示意圖。
[0012]附圖2是本發明工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖2所示，本發明變溫吸附氨合成工藝過程如下:
出氨合成塔的合成氣經廢熱回收系統回收反應熱，廢熱回收器出口端並聯有至少兩組吸附解吸塔，本實施例為並聯的吸附解吸塔A和吸附解吸塔B，即回收反應熱後的合成氣經切換閥3a後入吸附解吸塔A的解吸端入口，吸附解吸塔A的解吸端出口帶有解吸氨的合成氣經切換閥4a後經管路依次入預熱器和水冷凝器降溫，然後進入氨分離器A分離液氨，分離液氨後的合成氣再經冷交換器回收冷量後入氨冷凝器冷凝，再經氨分離器B分離冷凝的液氨，經氨分離器B分離液氨後的合成氣再經冷交換器回收冷量後入循環機加壓，加壓後的合成氣經切換閥Ib後入吸附解吸塔B的吸附端入口，吸附解吸塔B吸附端出口的循環氣經切換閥2b後入預熱器預熱，預熱後的循環氣入氨合成塔氨合成。
[0014]本發明工作過程為:出氨合成塔較高溫度的含10%~15%NH3的合成氣先經廢熱回收系統如廢熱鍋爐和(或)水回收反應熱後，合成氣的溫度降低到大約150°C左右，然後送入處於解吸狀態的吸附塔解吸塔A中，利用高溫的合成氣加熱處於解吸狀態的吸附劑(該吸附劑採用201310340780.X公開的乾式吸附劑)，此時切換閥3a、4a處於全開狀態，切換閥la、2a處於全關狀態，出吸附解吸塔A解吸端出口的解吸氣通過切換閥4a後，依次經熱交換器和水冷凝器降溫進一步回收熱量，使部分氨冷凝後進入氨分離器A分離液氨，分離液氨後的合成氣進入冷交換器回收冷量後，入氨冷凝器進一步降溫冷卻使合成氣中的氨冷凝，再進入氨分離器B分離液氨，出氨分離器B的含少量氨的合成氣經冷交換器回收冷量後經循環機加壓，然後在約40°C下通過切換閥Ib進入處於吸附狀態的吸附解吸塔B的吸附端入口，此時切換閥lb、2b處於全開狀態，切換閥3b、4b處於全關狀態，在吸附解吸塔B內吸附劑吸附掉部分所含2%~3%剩餘氨後的循環氣經預熱器預熱後進入氨合成塔進行氨合成反應，如果吸附解吸塔B吸附飽和後，可將經過兩次氨分離後的合成氣切換到吸附解吸塔A，此時吸附解吸塔A已經解吸降溫完成後處於吸附狀態，然後將出塔的合成氣送入吸附解吸塔B中解吸氨，使吸附和解吸在吸附解吸塔A和吸附解吸塔B中交替連續進行，以達到吸附劑的吸附、脫附再生循環過程。為保證工藝過程的連續進行，還可定期倒換吸附解吸塔A和吸附解 吸塔B。
【權利要求】
1.一種變溫吸附提高氨分離效果的氨合成工藝，其特徵在於包括以下步驟:出氨合成塔的合成氣經廢熱回收系統回收反應熱，回收反應熱後的合成氣經切換閥後分別與吸附解吸塔A或吸附解吸塔B的解吸端入口相接，吸附解吸塔A或吸附解吸塔B解吸端出口的合成氣經切換閥後，依次經熱交換器和水冷凝器降溫後進入氨分離器A分離液氨，分離液氨後的合成氣再經冷交換器回收冷量後入氨冷凝器冷凝，經氨分離器B分離液氨後的循環氣經冷交換器回收冷量後經循環機加壓，再經切換閥後分別與吸附解吸塔A或吸附解吸塔B的吸附端入口相接，吸附解吸塔A或吸附解吸塔B吸附端出口的循環氣經切換閥後入預熱器預熱，預熱後的循環氣入氨合成塔。
2.根據權利要求1所述的變溫吸附提高氨分離效果的氨合成工藝，其特徵在於所述吸附解吸塔為相互並聯的多 組。
【文檔編號】C01C1/04GK103818929SQ201410035973
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】劉金成, 張立軍, 錢進華, 李欣 申請人:劉金成