一種變溫吸附提高氨分離效果的氨合成工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)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(jīng)預(yù)熱器和水冷凝器降溫后入氨分離器，循環(huán)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(huán)氣入預(yù)熱器預(yù)熱，預(yù)熱后的循環(huán)氣入氨合成塔。僅增加兩臺(tái)互相倒替再生吸附的吸附解吸塔及切換閥，即可達(dá)到大幅提高單程氨合成率和減少冰機(jī)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(huán)氣中的NH3，達(dá)到較低入塔氨含量，出塔合成氣對(duì)吸附的NH3進(jìn)行解吸，解吸的NH3匯入出塔氣中，提高了合成循環(huán)氣的總氨分壓，并在水冷后冷凝分離，提高了一次單程合成率和氨凈值，增加了氨產(chǎn)量，改善了合成塔反應(yīng)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(jìn)入合成塔循環(huán)氣氨含量的工藝。
技術(shù)背景
[0002]合成氨是對(duì)農(nóng)業(yè)具有重要意義的化工產(chǎn)品，主要用作生產(chǎn)肥料和其它氮肥的原料。而氨的合成是整個(gè)合成氨生產(chǎn)過程中的核心部分，氨合成反應(yīng)受熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的影響，實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)不可能達(dá)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(dāng)其他條件一定時(shí)，入塔氣體中氨含量越低，氨凈值越大，生產(chǎn)能力越高，而初始氨含量的高低主要取決于最終分離氨的方法。
[0003]工業(yè)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(huán)氣需嚴(yán)格脫除水分后才能進(jìn)入合成氨。此法得到的產(chǎn)品是濃氨水，從濃氨水制取液氨需消耗大量熱量，故此法在工業(yè)應(yīng)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(fā)對(duì)合成氣降溫，將混合氣體中的氨冷凝、分離后得到液氨產(chǎn)品，因?yàn)槔鋬鲇玫囊喊闭舭l(fā)為氣態(tài)氨后需壓縮冷卻成液氨循環(huán)利用，因而此方法消耗大量的壓縮功。對(duì)于冷凍法分離氨，入塔循環(huán)氣中氨含量和冷凝溫度與系統(tǒng)壓力有關(guān)，過分降低冷凝溫度而過多地增加氨冷負(fù)荷在經(jīng)濟(jì)上并不可取。因此，在經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)上最大程度上降低入塔循環(huán)氣中氨含量是提高氨產(chǎn)量的有效途徑之一。
[0004]如圖1所示為現(xiàn)有氨合成經(jīng)典工藝，氨合成系統(tǒng)的循環(huán)氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入氨合成塔反應(yīng)，出氨合成塔的合成氣依次經(jīng)廢熱回收系統(tǒng)和預(yù)熱器回收反應(yīng)熱后，進(jìn)入水冷凝器降溫使部分氨冷凝，再進(jìn)入氨分離器A分離液氨，分離液氨后的合成氣再進(jìn)入冷交換器回收冷量后，進(jìn)入氨冷凝器進(jìn)一步降溫冷卻使合成氣中的氨冷凝，再進(jìn)入氨分離器B分離液氨，出氨分離器B的循環(huán)氣進(jìn)入冷交換器回收冷量后，再經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入氨合成塔。此流程是利用在水冷凝器的循環(huán)水冷卻和在氨冷凝器液氨的蒸發(fā)提供冷量實(shí)現(xiàn)，入氨合成塔的氨含量取決于氨冷凝器的冷卻溫度，入合成塔的氨含量越低，氨合成塔的氨凈值就越高，但氨冷凝器的液氨蒸發(fā)需要的冰機(jī)電耗會(huì)大幅增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)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(huán)氣氨含量，同時(shí)利用出合成塔經(jīng)余熱回收后的較高溫度的氣體，對(duì)吸附的NH3進(jìn)行解吸，提高循環(huán)氣中的NH3含量，并在水冷后冷凝分離，既達(dá)到提高單程氨凈值和水冷分離NH3的比例的目的，又可以減少氨冷負(fù)荷。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，這種變溫吸附提高氨分離效果的氨合成工藝其特征在于包括以下步驟:出氨合成塔的 合成氣經(jīng)廢熱回收系統(tǒng)回收反應(yīng)熱，回收反應(yīng)熱后的合成氣經(jīng)切換閥后與吸附解吸塔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(jīng)切換閥后，依次經(jīng)熱交換器和水冷凝器降溫后進(jìn)入氨分離器A分離液氨，分離液氨后的合成氣再經(jīng)冷交換器回收冷量后入氨冷凝器冷凝，經(jīng)氨分離器B分離液氨后的循環(huán)氣經(jīng)冷交換器回收冷量后經(jīng)循環(huán)機(jī)加壓，再經(jīng)切換閥后分別與吸附解吸塔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(huán)氣經(jīng)切換閥后入預(yù)熱器預(yù)熱，預(yù)熱后的循環(huán)氣入氨合成塔。
[0007]當(dāng)吸附解吸塔B達(dá)到吸附飽和態(tài)，同時(shí)吸附解析塔A完成解吸時(shí)，通過切換閥使吸附解吸塔A塔進(jìn)入吸附工況，吸附解析塔B塔進(jìn)入解吸狀態(tài)，這樣兩塔反復(fù)切換使系統(tǒng)維持連續(xù)生產(chǎn)狀態(tài)。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是:
①.本發(fā)明不耗費(fèi)外部能量，僅增加兩臺(tái)互相倒替再生吸附的吸附解吸塔及切換閥，即可達(dá)到大幅提高單程氨合成率和減少冰機(jī)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(huán)氣中的NH3，達(dá)到較低入塔氨含量，然后經(jīng)余熱回收后的合成氣對(duì)吸附的NH3進(jìn)行解吸，解吸的NH3匯入出塔氣中，提高了合成循環(huán)氣的總氨分壓，并在水冷后與本次合成塔出口氣中高于水冷溫度下的飽和氨含量的部分一并冷凝分離，既達(dá)到提高單程合成率和水冷分NH3比例的目的，從而提高了氨凈值，增加了氨產(chǎn)量，改善了合成塔反應(yīng)條件。經(jīng)實(shí)際測(cè)算，與現(xiàn)有氨合成經(jīng)典工藝比較，氨產(chǎn)量可增加7%~12%，可提高氨凈值I~2%，由于氨凈值的提高，在同樣產(chǎn)能的情況下，可降低氨合成工段循環(huán)功和氨壓縮功的消耗，有利于氨合成余熱回收，同時(shí)在系統(tǒng)設(shè)備規(guī)格一定時(shí)，可降低操作壓力，減少原料氣的壓縮功。
[0009]②.本發(fā)明吸附劑的再生可充分利用氨合成反應(yīng)的余熱，不增加額外的功耗，并可根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)模和產(chǎn)能，將并聯(lián)的吸附解吸塔設(shè)置為多組。 [0010]③.由于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(jìn)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凈值，且可通過解吸進(jìn)一步增加出塔合成氣中的氨的含量和分壓，在同樣壓力下，通過水冷降溫后，可以分離得到更多的產(chǎn)品液氨，而剩余合成氣再經(jīng)過氨冷卻器降溫、氨分離后，再送入冷交換器回收冷量后去下次循環(huán)，減少了循環(huán)氣入塔氨含量，可進(jìn)一步增加氨合成塔的生產(chǎn)能力，因而在相同生產(chǎn)規(guī)模情況下，可減小合成塔的規(guī)格，進(jìn)而降低氨合成工段的投資，且工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖1是現(xiàn)有氨合成工藝流程示意圖。
[0012]附圖2是本發(fā)明工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖2所示，本發(fā)明變溫吸附氨合成工藝過程如下:
出氨合成塔的合成氣經(jīng)廢熱回收系統(tǒng)回收反應(yīng)熱，廢熱回收器出口端并聯(lián)有至少兩組吸附解吸塔，本實(shí)施例為并聯(lián)的吸附解吸塔A和吸附解吸塔B，即回收反應(yīng)熱后的合成氣經(jīng)切換閥3a后入吸附解吸塔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(jīng)切換閥4a后經(jīng)管路依次入預(yù)熱器和水冷凝器降溫，然后進(jìn)入氨分離器A分離液氨，分離液氨后的合成氣再經(jīng)冷交換器回收冷量后入氨冷凝器冷凝，再經(jīng)氨分離器B分離冷凝的液氨，經(jīng)氨分離器B分離液氨后的合成氣再經(jīng)冷交換器回收冷量后入循環(huán)機(jī)加壓，加壓后的合成氣經(jīng)切換閥Ib后入吸附解吸塔B的吸附端入口，吸附解吸塔B吸附端出口的循環(huán)氣經(jīng)切換閥2b后入預(yù)熱器預(yù)熱，預(yù)熱后的循環(huán)氣入氨合成塔氨合成。
[0014]本發(fā)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(jīng)廢熱回收系統(tǒng)如廢熱鍋爐和(或)水回收反應(yīng)熱后，合成氣的溫度降低到大約150°C左右，然后送入處于解吸狀態(tài)的吸附塔解吸塔A中，利用高溫的合成氣加熱處于解吸狀態(tài)的吸附劑(該吸附劑采用201310340780.X公開的干式吸附劑)，此時(shí)切換閥3a、4a處于全開狀態(tài)，切換閥la、2a處于全關(guān)狀態(tài)，出吸附解吸塔A解吸端出口的解吸氣通過切換閥4a后，依次經(jīng)熱交換器和水冷凝器降溫進(jìn)一步回收熱量，使部分氨冷凝后進(jìn)入氨分離器A分離液氨，分離液氨后的合成氣進(jìn)入冷交換器回收冷量后，入氨冷凝器進(jìn)一步降溫冷卻使合成氣中的氨冷凝，再進(jìn)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(jīng)冷交換器回收冷量后經(jīng)循環(huán)機(jī)加壓，然后在約40°C下通過切換閥Ib進(jìn)入處于吸附狀態(tài)的吸附解吸塔B的吸附端入口，此時(shí)切換閥lb、2b處于全開狀態(tài)，切換閥3b、4b處于全關(guān)狀態(tài)，在吸附解吸塔B內(nèi)吸附劑吸附掉部分所含2%~3%剩余氨后的循環(huán)氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入氨合成塔進(jìn)行氨合成反應(yīng)，如果吸附解吸塔B吸附飽和后，可將經(jīng)過兩次氨分離后的合成氣切換到吸附解吸塔A，此時(shí)吸附解吸塔A已經(jīng)解吸降溫完成后處于吸附狀態(tài)，然后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(xù)進(jìn)行，以達(dá)到吸附劑的吸附、脫附再生循環(huán)過程。為保證工藝過程的連續(xù)進(jìn)行，還可定期倒換吸附解吸塔A和吸附解 吸塔B。
【權(quán)利要求】
1.一種變溫吸附提高氨分離效果的氨合成工藝，其特征在于包括以下步驟:出氨合成塔的合成氣經(jīng)廢熱回收系統(tǒng)回收反應(yīng)熱，回收反應(yīng)熱后的合成氣經(jīng)切換閥后分別與吸附解吸塔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(jīng)切換閥后，依次經(jīng)熱交換器和水冷凝器降溫后進(jìn)入氨分離器A分離液氨，分離液氨后的合成氣再經(jīng)冷交換器回收冷量后入氨冷凝器冷凝，經(jīng)氨分離器B分離液氨后的循環(huán)氣經(jīng)冷交換器回收冷量后經(jīng)循環(huán)機(jī)加壓，再經(jīng)切換閥后分別與吸附解吸塔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(huán)氣經(jīng)切換閥后入預(yù)熱器預(yù)熱，預(yù)熱后的循環(huán)氣入氨合成塔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變溫吸附提高氨分離效果的氨合成工藝，其特征在于所述吸附解吸塔為相互并聯(lián)的多 組。
【文檔編號(hào)】C01C1/04GK103818929SQ201410035973
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】劉金成, 張立軍, 錢進(jìn)華, 李欣 申請(qǐng)人:劉金成