本發明專利技術提供了一種從合成氨尾氣中提取氫氣的系統和方法，通過合理的工藝設計，利用低溫蒸餾從合成氨尾氣中提取氫氣的工藝流程，提取的氫氣純度達到90%左右(其余為氮氣)，壓力為1.0MPa，可供原合成氨裝置或其他用戶使用，為用戶創造了更高收益；而且，氮氣作為塔底蒸發器的熱源，液氮作為塔頂冷凝器的冷源，冷熱源物料為同一種物質，易于操作。易于操作。易于操作。
【技術實現步驟摘要】
一種從合成氨尾氣中提取氫氣的系統和方法
[0001]本專利技術涉及一種從合成氨尾氣中提取氫氣的系統和方法，尤其涉及一種利用低溫精餾法提取氫氣的系統和方法。
技術介紹
[0002]合成氨生產過程中合成氣循環使用，因此必須有部分尾氣排放以保證氨合成反應的正常進行。而這部分尾氣中一般含有氨、甲烷、氫氣、氬氣、氮氣等氣體。由于目前尾氣大多直接排放至空氣中，不但造成了環境污染，同時也是一種資源浪費。
[0003]氫氣在冶金、化學工業等方面有著廣泛的應用，并且是一種重要的新型燃料。而采用精餾是進行氣體分離的常規方式，現有技術中存在多篇文獻涉及利用精餾法對合成氨尾氣進行氫氣的提取，但是其提出的氫氣濃度偏低，例如US20190003766 A1在輔助精餾塔頂部獲得約7:1的N2/H2氣體流，因此當需要對該氣體流再回收利用時，必然需要后續再純化步驟對氫氣提濃。其次，現有合成氨尾氣提氫工藝中較少涉及熱源、冷源的再利用問題，造成了能源浪費。
技術實現思路
[0004]本專利技術的目的在于克服上述現有技術中的全部或部分不足，提供一種利用低溫精餾法從合成氨尾氣中提取氫氣的系統和方法。
[0005]為實現上述目的，本專利技術一方面提供了一種從合成氨尾氣中提取氫氣的系統，所述系統包括主換熱器、分離罐、氫氣塔、塔頂分離罐、塔底分離罐和容納上述部件的冷箱；所述主換熱器與所述分離罐通過管線連接，脫氨后的合成氨尾氣經所述主換熱器冷卻成氣液兩相混合物，所述氣液兩相混合物進入所述分離罐并完成氣液分離；所述分離罐底部液體出口與所述氫氣塔下部連接以將氣液分離后的液體輸入至所述氫氣塔下部，所述分離罐頂部氣體出口與所述氫氣塔中部連接以將氣液分離后的氣體進入所述氫氣塔中部；所述氫氣塔底部設置有蒸發器、頂部設置有冷凝器，所述氫氣塔塔頂氫氣出口與所述主換熱器通過管線連接，部分塔頂氫氣經所述塔頂氫氣出口返流進入所述主換熱器，在冷卻所述合成氨尾氣的同時，自身復熱后作為產品氫氣排出；所述塔頂分離罐中部具有液氮注入口，所述塔頂分離罐底部液體出口與所述冷凝器入口連接，所述塔頂分離罐頂部氣體出口與所述主換熱器通過管線連接、并進一步與所述冷箱外氮壓機的入口連接；所述氮壓機的出口經所述主換熱器與所述塔底分離罐連接，所述塔底分離罐頂部氣體出口與所述蒸發器入口連接以提供熱源，所述蒸發器出口與所述塔頂分離罐連接，所述塔底分離罐底部液體出口與所述氫氣塔上部連接。
[0006]所述氫氣塔為填料塔，所述氫氣塔底部設置有塔底液出口。
[0007]和所述塔頂分離罐頂部氣體出口連接的管線與和所述冷凝器出口連接的管線匯合后與所述主換熱器連接、并進一步與所述冷箱外的氮壓機入口連接。
[0008]所述氫氣塔塔頂氫氣出口與所述主換熱器連接的管線上設置有第一調節閥，所述
塔頂分離罐與所述冷凝器入口連接的管線上設置有第二調節閥；所述氫氣塔的回流比通過所述第一調節閥和所述第二調節閥進行調節。
[0009]所述主換熱器為鋁質板翅式高效主換熱器，其換熱效率高，節約了裝置的冷量損失。
[0010]另一方面，本專利技術提供了一種從合成氨尾氣中提取氫氣的方法，所述方法包括以下流程：吸附脫氨后的合成氨尾氣進入所述冷箱，所述合成氨尾氣經過所述主換熱器被冷卻為氣液兩相混合物，所述氣液兩相混合物經過所述分離罐完成氣液分離，其中，所述分離罐底部液體進入所述氫氣塔下部，所述分離罐頂部氣體進入所述氫氣塔中部，塔頂氫氣一部分返流進入所述主換熱器，在冷卻所述合成氨尾氣、自身復熱后作為產品氫氣出所述冷箱，塔頂氫氣另一部分在所述冷凝器中冷凝后，作為所述氫氣塔的回流液；所述合成氨尾氣分離所需的冷量來自于液氮，所述液氮被注入到所述塔頂分離罐中，從所述塔頂分離罐底部流出的液氮進入到所述冷凝器，冷凝所述氫氣塔中的部分上升氣作為回流液，所述液氮吸收熱量被氣化；氣化后的氮氣經所述主換熱器復熱出冷箱，而后通過氮壓機升壓后再次進入所述主換熱器，換熱冷卻后的液氮進入到所述塔底分離罐中；所述塔底分離罐頂部氮氣進入所述蒸發器，為塔底液提供熱源，氮氣釋放熱量轉為液氮后回到所述塔頂分離罐中；所述塔底分離罐底部液氮進入所述氫氣塔的頂部，至此液氮完成整個循環。
[0011]所述吸附脫氨后的合成氨尾氣溫度為309～315K，壓力為1.1～1.3MPa，主要組分為甲烷、氫氣、氬氣、氮氣。
[0012]所述合成氨尾氣經過所述主換熱器被冷卻為約89K的氣液兩相混合物，所述氣液兩相混合物中氣相約占40%，液相約占60%。
[0013]所述氫氣塔的操作壓力控制在1.0MPa左右，100K、0.2MPa液氮被注入到所述塔頂分離罐中，氣化后的氮氣經所述主換熱器復熱至307K出冷箱，而后通過氮壓機升壓至3.0MPa后再次進入所述主換熱器，換熱冷卻后液氮經過節流閥節流至1.8MPa進入到所述塔底分離罐，所述塔底分離罐的頂部氮氣為114K。
[0014]通過低溫精餾，所述氫氣塔頂部得到的氫氣純度達到90%左右，其余為氮氣；所述氫氣塔底部得到的甲烷、氬氣的混合液體經節流閥節流后送出所述冷箱。
[0015]由于上述技術方案的運用，本專利技術與現有技術相比具有下列優點：1.利用低溫精餾法，從合成氨尾氣中提取氫氣的工藝流程，提取的氫氣純度達到90%左右(其余為氮氣)，壓力為1.0MPa，可供原合成氨裝置或其他用戶使用，為用戶創造了更高收益；2.氮氣作為塔底蒸發器的熱源，液氮作為塔頂冷凝器的冷源，冷熱源物料為同一種物質，易于操作，且實現了能源的高效循環利用；3.高效鋁質板翅式主換熱器，換熱效率高，節約了裝置的冷量損失；4.氫氣塔使用高效填料，入塔物料以液態和氣態兩種形式參與精餾，低溫精餾分離效果好，操作彈性范圍可達50%～120%。
附圖說明
[0016]圖1為本專利技術合成氨尾氣中提取氫氣的系統示意圖。
[0017]圖中，1
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冷箱，2
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換熱器、3
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分離罐、4
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氫氣塔、5
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蒸發器、6
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冷凝器、7
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塔頂分離
罐、8
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塔底分離罐、9第一控制閥、10
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第二控制閥。
具體實施方式
[0018]下面結合附圖對本專利技術進行具體描述。
[0019]如圖1所示，一種從合成氨尾氣中提取氫氣的系統，所述系統包括主換熱器（2）、分離罐（3）、氫氣塔（4）、塔頂分離罐（7）、塔底分離罐（8）和容納上述部件的冷箱（1）；所述主換熱器（2）與所述分離罐（3）通過管線連接，脫氨后的合成氨尾氣經所述主換熱器（2）冷卻成氣液兩相混合物，所述氣液兩相混合物進入所述分離罐（3）并完成氣液分離；所述分離罐（3）底部液體出口與所述氫氣塔（4）下部連接以將氣液分離后的液體輸入至所述氫氣塔（4）下部，所述分離罐（3）頂部氣體出口與所述氫氣塔（4）中部連接以將氣液分離后的氣體進入所述氫氣塔（4）中部；所述氫氣塔（4）底部設置有蒸發器（5）、頂部設置有冷凝器（6），所本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種從合成氨尾氣中提取氫氣的系統，其特征在于，所述系統包括主換熱器（2）、分離罐（3）、氫氣塔（4）、塔頂分離罐（7）、塔底分離罐（8）和容納上述部件的冷箱（1）；所述主換熱器（2）與所述分離罐（3）通過管線連接，脫氨后的合成氨尾氣經所述主換熱器（2）冷卻成氣液兩相混合物，所述氣液兩相混合物進入所述分離罐（3）并完成氣液分離；所述分離罐（3）底部液體出口與所述氫氣塔（4）下部連接以將氣液分離后的液體輸入至所述氫氣塔（4）下部，所述分離罐（3）頂部氣體出口與所述氫氣塔（4）中部連接以將氣液分離后的氣體進入所述氫氣塔（4）中部；所述氫氣塔（4）底部設置有蒸發器（5）、頂部設置有冷凝器（6），所述氫氣塔（4）塔頂氫氣出口與所述主換熱器（2）通過管線連接，部分塔頂氫氣經所述塔頂氫氣出口返流進入所述主換熱器，在冷卻所述合成氨尾氣的同時，自身復熱后作為產品氫氣排出；所述塔頂分離罐（7）中部具有液氮注入口，所述塔頂分離罐（7）底部液體出口與所述冷凝器（6）入口連接，所述塔頂分離罐（7）頂部氣體出口與所述主換熱器（2）通過管線連接、并進一步與所述冷箱（1）外氮壓機的入口連接；所述氮壓機的出口經所述主換熱器（2）與所述塔底分離罐（8）連接，所述塔底分離罐（8）頂部氣體出口與所述蒸發器（5）入口連接以提供熱源，所述蒸發器（5）出口與所述塔頂分離罐（7）連接，所述塔底分離罐（8）底部液體出口與所述氫氣塔（4）上部連接。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述氫氣塔（4）為填料塔，所述氫氣塔（4）底部設置有塔底液出口。3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于，和所述塔頂分離罐（7）頂部氣體出口連接的管線與和所述冷凝器（6）出口連接的管線匯合后與所述主換熱器（2）連接、并進一步與所述冷箱（1）外的氮壓機入口連接。4.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述氫氣塔（4）塔頂氫氣出口與所述主換熱器（2）連接的管線上設置有第一調節閥（9），所述塔頂分離罐（7）與所述冷凝器（6）入口連接的管線上設置有第二調節閥（10）；所述氫氣塔(4)的回流比通過所述第一調節閥(9)和所述第二調節閥(10)進行調節。5.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述主換熱器(2)為鋁質板翅式高效主換熱器。6.一種從合成氨尾氣中提取氫氣的方法，其采用權利要求1
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【專利技術屬性】
技術研發人員：繆華，
申請(專利權)人：蘇州制氧機股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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