專利名稱：：對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的方法及裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種對合成氨弛放氣與貯罐氣回收的方法及裝置，特別涉及一種對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的方法。
背景技術：
：合成氨是國民經濟的支柱產業(yè)，產量居各種化工產品首位。同時也是能源消耗大戶，世界上大約有10%的能源用于合成氨。隨著能源、環(huán)境雙重危機的日益加劇，合成氨裝置的節(jié)能減排勢在必行。合成氨的尾氣主要包括弛放氣(從氨合成塔抽取的部分循環(huán)氣)和貯罐氣(液氨貯罐中減壓閃蒸出的氣體)。合成氨尾氣的主要成分為氨、氫氮原料以及甲烷、氬氣等惰性組分，從其中提取氫氣等有用組分是合成氨裝置節(jié)能降耗和提高企業(yè)經濟效益的重要措施。目前回收合成氨尾氣中氫氣的主要方法有深冷法、膜分離法和變壓吸附法等，三種方法各有利弊深冷工藝采用弛放氣本身的壓力進行膨脹制冷降溫，使其他組分液化以達到將氫分離的目的。氫氣濃度和收率均可達到90%，處理量大，但投資大，能耗高；變壓吸附法對于原料要求較低，回收的氫氣濃度可達99%，設備簡單、能耗低的優(yōu)點，但存在氫回收率低(約60%)、吸附劑易粉化的不足之處；膜分離法的明顯優(yōu)點是無轉動設備，利用合成氨弛放氣的高壓，實施有功降壓，產品氫可利用余壓送回合成系統(tǒng)，因此無需動力消耗。氫氣濃度、回收率均在90%以上，但膜分離對原料氣的要求較高。在合成氨尾氣的氫回收中，上述方法的單獨或組合使用仍存在一些不足。具體體現在由于弛放氣和貯罐氣的壓力相差較大，目前，合成氨廠或者只回收弛放氣中的氫，貯罐氣回收氨后僅作燃料使用，因而大大降低其利用價值；或者將弛放氣與貯罐氣分開進行氫回收，這樣大幅度增加了設備投資，同時這些方法從合成氨尾氣中回收氫氣的總回收率還相對較低
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于，提供一種設備投資少、氫氣總回收率高的對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的方法及裝置，可以克服現有技術的不足。本發(fā)明的技術方案它先對弛放氣與貯罐氣分別進行洗氨處理，洗氨后的弛放氣送精密過濾器除水霧、預熱器調溫后進入氫膜分離器，弛放氣中的氫氣在氫膜分離器的滲透側利用余壓返回合成壓縮機，氫膜分離器滲余側氣體減壓后與洗氨后的低壓貯罐氣混合，混合貯罐氣送入分子篩吸附器和粉塵過濾器除去殘留的氨和水后送入冷箱系統(tǒng)，出冷箱系統(tǒng)的氣體作為氫氣產品和燃料氣。弛放氣與貯罐氣分別采用弛放氣洗氨塔與貯罐氣洗氨塔進行洗氨。進氫膜分離器的溫度由預熱器調節(jié)為406(TC。冷箱系統(tǒng)的溫度為零下18019(TC，這樣可使混合貯罐氣中的大部分甲烷、氬氣、氮氣和一部分氫氣被液化，冷箱中產生氣液兩相，未液化的氫氣經氫分離器分離。分子篩吸附器的數量為兩個，兩個分子篩吸附器交替使用，氣體中殘留的氨和水被一個分子篩吸附器吸附時，另一個分子篩吸附器加熱再生。冷箱系統(tǒng)依靠氣體節(jié)流產生冷量，且在冷箱系統(tǒng)上設有板翅式換熱器，混合貯罐氣在板翅式換熱器中與節(jié)流后的低溫產物換熱。氫分離器出口的氣、液兩相分別經減壓產生冷量，與進入冷箱系統(tǒng)的混合氣進行逆向換熱后，氣相作為氫氣產品，液相作為燃料氣離開冷箱。對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的裝置包括弛放氣管和貯罐氣管，弛放氣管與貯罐氣管分別與弛放氣洗氨塔和貯罐氣洗氨塔進行連接，在弛放氣洗氨塔和貯罐氣洗氨塔的上端分別通過管道與不同的汽液分離器連接，在與弛放氣洗氨塔連接的汽液分離器上通過管道連接有精密過濾器，精密過濾器通過管道與預熱器連接，預熱器與氫膜分離器連接，在氫膜分離器上設有滲透側管和滲余側管，滲透側管與合成氣壓縮機連接，滲余側管連接在貯罐氣洗氨塔連接的汽液分離器與分子篩連接的管道上，分子篩通過管道與粉塵過濾器連接，粉塵過濾器與冷箱系統(tǒng)連接，在冷箱系統(tǒng)內設有板翅式換熱器，冷箱系統(tǒng)通過管道與氫分離器連接在滲透側管上連接有減壓閥。在氫分離器的氣液出口管上分別連接有減壓閥，氫分離器的氣液出口管連接在冷箱系統(tǒng)上。與現有技術比較，本發(fā)明先對弛放氣與貯罐氣進行洗氨處理，洗氨后的弛放氣送精密過濾器除水霧、預熱器調溫后進入氫膜分離器，弛放氣中的氫氣在氫膜分離器的滲透側用余壓返回合成壓縮機，氫膜分離器滲余側氣體減壓后與洗氨后的低壓貯罐氣混合，混合貯罐氣送入分子篩吸附器和粉塵過濾器除去殘留的氨和水后送入冷箱系統(tǒng)，出冷箱系統(tǒng)的氣體作為氫氣產品和燃料氣。這樣就可利用弛放氣自身高壓采用膜分離法回收其中的氫氣，膜滲透側氫氣利用余壓返回合成壓縮機，滲余氣減壓后與洗氨后的貯罐氣混合，送入冷箱提純其中的氫氣，解決了以往弛放氣和貯罐氣單獨回收氫氣而造成的設備復雜、制作維護成本高，氫氣等有用氣體回收率低的缺點。特別適合自身具有深冷分離單元的合成氨廠。弛放氣與貯罐氣分別采用弛放氣洗氨塔與貯罐氣洗氨塔進行洗氨，這樣氣體與由塔頂噴淋下來的軟水進行逆向接觸，絕大部分氨可被水洗掉；進氫膜分離器的溫度由預熱器調節(jié)為406(TC，這樣可以保證氫膜分離器的正常運行。同時申請人對本發(fā)明進行了大量測試，現隨意抽出兩組測試數據來計算本發(fā)明氫氣的回收率例一、生產中的弛放氣與貯罐氣數據如下:她放氣一貯罐氣一，25-壓力/MPa(G—12^1+流量/Nm3/^1766.02^組^CH一15.00^15.00成一18倫6.7CV/mol。/w54.15^18，Aw3.41^9，58,以洗氨后氣體中氨含量不大于100PPM計算，弛放氣、貯罐氣洗氨塔塔底氨水濃度分別約為31%和24%。氫膜分離器氣體數據如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>經檢測本發(fā)明的氫氣總回收率可達到99.5%。例二生產中的弛放氣與r:罐氣數據如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>經檢測本發(fā)明氫氣總回收率可達到98.89%。從以上兩組測試數據可明顯看出，本發(fā)明的氫氣總回收率遠高于現有的回收合成氨尾氣中氫氣的回收率，對節(jié)能降耗和提高企業(yè)經濟效益可產生重大影響，具有很好的實用和推廣價值。圖l為本發(fā)明的結構示意圖。具體實施例方式實施例l:如圖1所示，采用弛放氣洗氨塔1與貯罐氣洗氨塔6分別對弛放氣與貯罐氣進行洗氨處理，脫除其中的氨，弛放氣和貯罐氣與由塔頂噴淋下來的軟水進行逆向接觸，絕大部分氨被水洗掉，洗氨塔底部的產物是濃度約20-30%的氨水溶液；塔頂脫氨氣經汽液分離器2脫除夾帶的液態(tài)水，所得氣體中氨含量〈200PPM。洗氨后的弛放氣中氫含量約為60%;洗氨后的弛放氣經精密過濾器3除去水霧，預熱器4調節(jié)溫度至40-6(TC后進入氫膜分離器5。合成氨的合成壓力一般在13-30MPa左右，若進入氫膜分離器5回收氫氣，通常需減壓至12MPa左右。弛放氣中的氫分子在聚合物膜材料中優(yōu)先透過，在滲透側獲得氫氣；氮氣、甲烷和氬氣等則大部分截留在氫膜分離器5高壓的滲余側，滲透氣利用余壓可以直接沿滲透側管返回合成氣壓縮機作為原料；滲余氣通過滲余側管經減壓閥后與洗氨后的貯罐氣壓力相等，并通過滲余側管與洗氨后的低壓貯罐氣混合，經過分子篩7和粉塵過濾器8除去殘留的氨和水后送入冷箱系統(tǒng)9，冷箱系統(tǒng)9內的冷量由節(jié)流產生，出冷箱系統(tǒng)9的氣體分別作為氫氣產品和燃料氣。分子篩吸附器7為交替使用的兩個分子篩吸附器，氣體中殘留的氨和水被一個分子篩吸附器7吸附時，另一個分子篩吸附器7加熱再生，解吸出的氨和水送往弛放氣系統(tǒng)。在冷箱系統(tǒng)9中設有板翅式換熱器，進入冷箱系統(tǒng)9的混合貯罐氣在板翅式換熱器中與節(jié)流后的低溫產物換熱，溫度降至約零下18019(TC，使其中大部分甲烷、氬氣、氮氣和一部分氫氣液化，并經氫分離器10分離。氫分離器10出口的氣、液兩相分別經減壓產生冷量，在板翅式換熱器中分別與進入冷箱系統(tǒng)9的混合貯罐混氣進行逆向換熱后，氣相作為氫氣產品、液相作為燃料氣離開冷箱系統(tǒng)9。權利要求1.一種對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的方法，其特征在于它先對弛放氣與貯罐氣進行洗氨處理，洗氨后的弛放氣送精密過濾器除水霧、預熱器調溫后進入氫膜分離器，弛放氣中的氫氣在氫膜分離器的滲透側利用余壓返回合成壓縮機，氫膜分離器滲余側的氣體減壓后與洗氨后的低壓貯罐氣混合，混合貯罐氣送入分子篩吸附器和粉塵過濾器除去殘留的氨和水后送入冷箱系統(tǒng)，出冷箱系統(tǒng)的氣體作為氫氣產品和燃料氣。2根據權利要求l所述的對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的方法，其特征在于弛放氣與貯罐氣分別采用弛放氣洗氨塔與貯罐氣洗氨塔進行洗氨。3根據權利要求l所述的對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的方法，其特征在于進氫膜分離器的溫度由預熱器調節(jié)為406(TC。4根據權利要求l所述的對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的方法，其特征在于冷箱系統(tǒng)的溫度為零下18019(TC，這樣可使混合貯罐氣中的大部分甲烷、氬氣、氮氣和一部分氫氣被液化，冷箱中產生氣液兩相，未液化的氫氣經氫分離器分離。5根據權利要求1或4所述的對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的方法，其特征在于分子篩吸附器的數量為兩個，兩個分子篩吸附器交替使用，氣體中殘留的氨和水被一個分子篩吸附器吸附時，另一個分子篩吸附器被加熱再生。6根據權利要求4所述的對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的方法，其特征在于冷箱系統(tǒng)依靠氣體節(jié)流產生冷量，且在冷箱系統(tǒng)上設有板翅式換熱器，混合貯罐氣在板翅式換熱器中與節(jié)流后的低溫產物換熱。7根據權利要求4所述的對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的方法，其特征在于氫分離器出口的氣、液兩相分別經減壓產生冷量，與進入冷箱系統(tǒng)的混合氣進行逆向換熱后，氣相作為氫氣產品、液相作為燃料氣離開冷箱。8一種對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的裝置，它包括弛放氣管和貯罐氣管，其特征在于弛放氣管與貯罐氣管分別與弛放氣洗氨塔(1)和貯罐氣洗氨塔(6)進行連接，在弛放氣洗氨塔(1)和貯罐氣洗氨塔(6)的上端分別通過管道與不同的汽液分離器(2)連接，在與弛放氣洗氨塔(1)連接的汽液分離器(2)上通過管道連接有精密過濾器(3)，精密過濾器(3)通過管道與預熱器(4)連接，預熱器(4)與氫膜分離器(5)連接，在氫膜分離器(5)上設有滲透側管和滲余側管，滲透側管與合成氣壓縮機連接，滲余側管連接在貯罐氣洗氨塔(6)連接的汽液分離器(2)與分子篩吸附器(7)連接的管道上，分子篩吸附器(7)通過管道與粉塵過濾器(8)連接，粉塵過濾器(8)與冷箱系統(tǒng)(9)連接，在冷箱系統(tǒng)(9)內設有板翅式換熱器，冷箱系統(tǒng)(9)通過管道與氫分離器(10)連接。9根據權利要求8所述的對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的裝置，其特征在于在滲透側管上連接有減壓閥。10根據權利要求8所述的對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的裝置，其特征在于在氫分離器(10)的氣液出口管上分別連接有減壓閥，氫分離器(10)的氣液出口管連接在冷箱系統(tǒng)(9)上。全文摘要本發(fā)明公開了一種對合成氨弛放氣與貯罐氣進行氫回收的方法及裝置，它先對弛放氣與貯罐氣進行洗氨處理，洗氨后的弛放氣送精密過濾器除水霧、預熱器調溫后進入氫膜分離器，弛放氣中的氫氣在氫膜分離器的滲透側利用余壓返回合成壓縮機，氫膜分離器滲余側氣體減壓后與洗氨后的低壓貯罐氣混合，混合貯罐氣送入分子篩吸附器和粉塵過濾器除去殘留的氨和水后送入冷箱系統(tǒng)，出冷箱系統(tǒng)的氣體作為氫氣產品和燃料氣。本發(fā)明利用弛放氣自身高壓采用膜分離法回收其中的氫氣，膜滲透側氫氣利用余壓返回合成壓縮機，解決了以往弛放氣和貯罐氣單獨回收氫氣而造成的設備復雜、制作維護成本高，氫氣等有用氣體回收率低的缺點。文檔編號B01D53/46GK101590364SQ20091030409公開日2009年12月2日申請日期2009年7月7日優(yōu)先權日2009年7月7日發(fā)明者強何,振何,吳雪梅,崔小安,汪啟富,王明洋,賀高紅,郭端華申請人:貴州赤天化股份有限公司;大連理工大學