【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于氨合成，具體涉及一種高壓液氨提純及氨合成方法。
技術(shù)介紹
1、氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。截至2023年，世界每年合成氨產(chǎn)量接近兩億噸，其中約有80％的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料，20％作為其它化工產(chǎn)品的原料。為了方便氨的儲存與運(yùn)輸，合成氨工廠后續(xù)配備尿素是目前行業(yè)內(nèi)最典型的配置。
2、眾所周知，合成氨是由氮和氫在高溫、高壓和催化劑下直接合成的。德國化學(xué)家哈伯從1902年開始研究由氮?dú)夂蜌錃庵苯雍铣砂?。?908年申請專利，即“循環(huán)法”。目前商業(yè)化的合成氨裝置，為了平衡裝置能耗與設(shè)備投資，基本都在130～180barg壓力下運(yùn)行。與之配套的尿素裝置，也通常在180～200barg下運(yùn)行。作為尿素合成的主要工藝原料-液氨，從高壓回路分離出來后，由于其溶解有氫氣、氮?dú)庖约靶迈r氣中所帶入的氬氣、甲烷等雜質(zhì)氣體，通常會逐級閃蒸以釋放其中溶解的氣體，同時為了回收高壓液氨閃蒸所釋放的有效氣(h2，n2)，通常會將中低壓的閃蒸氣進(jìn)一步送至合成氣壓縮機(jī)的新鮮段入口，經(jīng)過再壓縮后為系統(tǒng)所用。
3、由于氫氣會在尿素裝置中累積，導(dǎo)致與尿素裝置內(nèi)的鈍化氧氣形成爆炸性氣體，為尿素裝置的穩(wěn)定運(yùn)行帶來較大風(fēng)險。因此，確保液氨產(chǎn)品中溶解的氫氣降低到可接受范圍，對于合成氨工藝來說是重要的。同時，常規(guī)流程中液氨需要從閃蒸后的低壓(通常為16～20barg)進(jìn)一步加壓到180～200barg的尿素合成壓力。這種減壓與加壓的過程，既浪費(fèi)了寶貴的能量，也使得高壓氨泵的選型與制造難度陡增，提高了下游尿素裝置的投資，降
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種節(jié)能、安全性高的高壓液氨提純及氨合成方法。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供一種高壓液氨提純及氨合成方法，具體為：氨合成塔底部出口的粗高壓氨反應(yīng)氣經(jīng)換熱、冷卻后形成粗高壓液氨，粗高壓液氨和不凝氣經(jīng)高壓液氨提純氣提塔氣提，不凝氣和氣提氣形成循環(huán)混合氣，氣提后合格的高壓液氨直接送至下游尿素裝置。
3、進(jìn)一步地，所述高壓液氨提純氣提塔包括上部氣液分離段、中部換熱段及下部氣提段，粗高壓液氨和不凝氣從反應(yīng)物進(jìn)口進(jìn)入高壓液氨提純氣提塔的上部氣液分離段，不凝氣經(jīng)上部氣液分離段分離出作為循環(huán)氣，粗高壓液氨經(jīng)中部換熱段后與從熱氨進(jìn)口進(jìn)入的熱氨換熱，冷卻的液氨從冷氨出口送出，進(jìn)一步換熱后的粗高壓液氨進(jìn)一步釋放溶解粗高壓液氨中的氫氣、氮?dú)狻⒓淄榧皻鍤猓粨Q熱后的粗高壓液氨與從氣提氮?dú)膺M(jìn)口進(jìn)入的高壓氮?dú)饨?jīng)下部氣提段氣提，氣提出溶解于粗高壓液氨中的氫氣，合格的高壓液氨經(jīng)高壓液氨出口直接送至下游尿素裝置。
4、進(jìn)一步地，所述循環(huán)氣和氣提氣形成的循環(huán)混合氣經(jīng)循環(huán)混合氣出口及冷交換器回收冷量后一起返回循環(huán)氣壓縮機(jī)。
5、進(jìn)一步地，所述循環(huán)混合氣與經(jīng)過氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)壓縮后的氫氮?dú)饣旌闲纬苫旌蠚?，混合氣在循環(huán)氣壓縮機(jī)中一起加壓形成高壓混合氣；氨合成塔底部出口的粗高壓氨反應(yīng)氣經(jīng)一級換熱器進(jìn)行一次換熱，一次換熱后的含氨反應(yīng)氣在二級換熱器中與高壓混合氣二次換熱，高壓混合氣升溫后進(jìn)入氨合成塔，高壓混合氣中的氫氣與氮?dú)庠诎焙铣伤?nèi)催化劑的作用下反應(yīng)生成粗高壓氨。
6、進(jìn)一步地，所述二次換熱后的粗高壓氨反應(yīng)氣依次經(jīng)過水冷器、冷交換器及氨冷器逐級冷卻之后，粗高壓氨反應(yīng)氣冷凝形成粗高壓液氨，粗高壓液氨和不凝氣進(jìn)入高壓液氨提純氣提塔氣提。
7、進(jìn)一步地，所述上部氣液分離段上方布置有頂部氣液分離部件，氣液分離部件為除沫器或葉片式分離部件；所述中部換熱段為降膜式換熱器，降膜式換熱器上部管頭略高于上部管板，上部管頭設(shè)置有旋轉(zhuǎn)降液槽。
8、進(jìn)一步地，所述高壓混合氣的壓力為130～180barg。
9、進(jìn)一步地，進(jìn)入所述氨合成塔的高壓混合氣的溫度為170～230℃。
10、進(jìn)一步地，所述合格的高壓液氨的壓力為130～180barg。
11、進(jìn)一步地，所述氫氮?dú)庵械臍?、氮體積比為3.05～3.20。通過補(bǔ)充氣提氮?dú)夂螅_(dá)到合成回路所需要的化學(xué)計量比。
12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果為：
13、1)本專利技術(shù)高壓液氨采用高壓氮?dú)鈿馓?，以獲取高純度的高壓液氨，高純度的高壓液氨壓力為130～180barg，直接送至下游尿素裝置，一方面可以有效回收高壓液氨的能量，同時，降低或者取消了下游尿素裝置液氨加壓所消耗的能量以及高壓液氨泵的投資，節(jié)約了生產(chǎn)成本；另一方面滿足了下游尿素裝置對高壓液氨中氫氣含量的要求，提高了下游尿素裝置運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。
14、2)本專利技術(shù)采用了高壓液氨提純氣提塔后，取消了中壓及低壓閃蒸系統(tǒng)，充分利用了合成回路的壓力能，大大降低了合成裝置的投資；同時，因?yàn)闊o需設(shè)置中、低壓閃蒸系統(tǒng)，避免了中、低壓閃蒸氣再加壓的壓縮功耗，節(jié)約了能耗。
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1.一種高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述方法具體為：氨合成塔底部出口的粗高壓氨反應(yīng)氣經(jīng)換熱、冷卻后形成粗高壓液氨，粗高壓液氨和不凝氣經(jīng)高壓液氨提純氣提塔氣提，不凝氣和氣提氣形成循環(huán)混合氣，氣提后合格的高壓液氨直接送至下游尿素裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述高壓液氨提純氣提塔包括上部氣液分離段(1)、中部換熱段(2)及下部氣提段(3)，粗高壓液氨和不凝氣從反應(yīng)物進(jìn)口(4)進(jìn)入高壓液氨提純氣提塔的上部氣液分離段(1)，不凝氣經(jīng)上部氣液分離段(1)分離出作為循環(huán)氣，粗高壓液氨經(jīng)中部換熱段(2)后與從熱氨進(jìn)口(9)進(jìn)入的熱氨換熱，冷卻的液氨從冷氨出口(10)送出，進(jìn)一步換熱后的粗高壓液氨進(jìn)一步釋放溶解粗高壓液氨中的氫氣、氮?dú)?、甲烷及氬氣；換熱后的粗高壓液氨與從氣提氮?dú)膺M(jìn)口(5)進(jìn)入的高壓氮?dú)饨?jīng)下部氣提段(3)氣提，氣提出溶解于粗高壓液氨中的氫氣，合格的高壓液氨經(jīng)高壓液氨出口(7)直接送至下游尿素裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述循環(huán)氣和氣提氣形成的循環(huán)混合氣經(jīng)循環(huán)混合氣出口(6
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述循環(huán)混合氣與經(jīng)過氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)壓縮后的氫氮?dú)饣旌闲纬苫旌蠚?，混合氣在循環(huán)氣壓縮機(jī)中一起加壓形成高壓混合氣；氨合成塔底部出口的粗高壓氨反應(yīng)氣經(jīng)一級換熱器進(jìn)行一次換熱，一次換熱后的含氨反應(yīng)氣在二級換熱器中與高壓混合氣二次換熱，高壓混合氣升溫后進(jìn)入氨合成塔，高壓混合氣中的氫氣與氮?dú)庠诎焙铣伤?nèi)催化劑的作用下反應(yīng)生成粗高壓氨。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述二次換熱后的粗高壓氨反應(yīng)氣依次經(jīng)過水冷器、冷交換器及氨冷器逐級冷卻之后，粗高壓氨反應(yīng)氣冷凝形成粗高壓液氨，粗高壓液氨和不凝氣進(jìn)入高壓液氨提純氣提塔氣提。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述上部氣液分離段(1)上方布置有頂部氣液分離部件(8)，氣液分離部件(8)為除沫器或葉片式分離部件；所述中部換熱段(1)為降膜式換熱器，降膜式換熱器上部管頭略高于上部管板，上部管頭設(shè)置有旋轉(zhuǎn)降液槽(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述高壓混合氣的壓力為130～180barg。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：進(jìn)入所述氨合成塔的高壓混合氣的溫度為170～230℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述合格的高壓液氨的壓力為130～180barg。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述氫氮?dú)庵械臍?、氮體積比為3.05～3.20。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述方法具體為：氨合成塔底部出口的粗高壓氨反應(yīng)氣經(jīng)換熱、冷卻后形成粗高壓液氨，粗高壓液氨和不凝氣經(jīng)高壓液氨提純氣提塔氣提，不凝氣和氣提氣形成循環(huán)混合氣，氣提后合格的高壓液氨直接送至下游尿素裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述高壓液氨提純氣提塔包括上部氣液分離段(1)、中部換熱段(2)及下部氣提段(3)，粗高壓液氨和不凝氣從反應(yīng)物進(jìn)口(4)進(jìn)入高壓液氨提純氣提塔的上部氣液分離段(1)，不凝氣經(jīng)上部氣液分離段(1)分離出作為循環(huán)氣，粗高壓液氨經(jīng)中部換熱段(2)后與從熱氨進(jìn)口(9)進(jìn)入的熱氨換熱，冷卻的液氨從冷氨出口(10)送出，進(jìn)一步換熱后的粗高壓液氨進(jìn)一步釋放溶解粗高壓液氨中的氫氣、氮?dú)?、甲烷及氬氣；換熱后的粗高壓液氨與從氣提氮?dú)膺M(jìn)口(5)進(jìn)入的高壓氮?dú)饨?jīng)下部氣提段(3)氣提，氣提出溶解于粗高壓液氨中的氫氣，合格的高壓液氨經(jīng)高壓液氨出口(7)直接送至下游尿素裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述循環(huán)氣和氣提氣形成的循環(huán)混合氣經(jīng)循環(huán)混合氣出口(6)及冷交換器回收冷量后一起返回循環(huán)氣壓縮機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述高壓液氨提純及氨合成方法，其特征在于：所述循環(huán)混合氣與經(jīng)過氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)壓縮后的氫氮?dú)饣旌闲纬苫旌蠚?，混合氣在循環(huán)氣壓縮機(jī)中一起加壓形成高壓混合氣；氨...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：肖敦峰，彭杰，徐俊輝，
申請(專利權(quán))人：中國五環(huán)工程有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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