[发明专利]利用合成氨放空气势能发电的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成氨放空气的回收利用方法，具体是涉及一种合成氨放空气中含有的势能的回收利用方法。本发明将回收的合成氨放空气中具有的势能用于发电。

背景技术

在合成氨生产过程中，由造气工段制取合格的半水煤气贮存于气柜中，经由罗茨风机加压至35kPa左右，送至压缩机一段，经压缩机分段加压外送，串联变换、脱硫、脱碳、铜洗或醇烃化等工段，将气体逐步提压并净化，最终将含有氢气、氮气和极少量甲烷气的合成氨气体加压至30MPa，送至合成工段以生产合成氨。由于甲烷气不参与合成反应，会在系统中逐步累积，需要将其及时排除出去，所以在合成氨的生产过程中，会产生大量的放空气。在这部分放空气中，甲烷气的含量仅占20％左右，其余都是氢气和氮气，特别是氢气含量更高达50％以上。

以前的做法是将这部分放空气在30MPa的压力下直接排放到大气中，能源浪费十分严重。现在在氢气的回收方面已经有许多成熟的技术方案，如膜分离提氢法、深冷提氢法等，可以有效地将放空气中的氢气回收使用，其余尾气降压后送锅炉系统燃烧。    

然而，提氢前后的合成氨放空气均具有较大的势能(提氢前的合成氨放空气压力为30～32MPa，提氢后的合成氨放空气压力为11～12MPa)，而这部分势能却从来没有进行回收利用，白白浪费掉了。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用合成氨放空气势能发电的方法，以回收利用合成氨放空气中具有的势能，实现节能增效的目的。

在现有技术中，是将压力为30～32MPa的合成氨放空气直接降压至11～12MPa，送入提氢工段回收氢气后，其余尾气再降压至20～30kPa，送入锅炉系统燃烧。本发明是在上述工艺的基础上，在提氢工段之前和之后各增加一台气轮机，将压力为30～32MPa的合成氨放空气先通入一台气轮机中，在气轮机中将压力降至11～12MPa，利用降压时释放出的势能驱动气轮机，进而带动发电机发电，降压后的合成氨放空气送入提氢工段回收氢气后，回收尾气再以11～12MPa的压力进入另一台气轮机中，同样利用降压时释放的势能驱动气轮机带动发电机发电，将压力进一步降低至20～30kPa后，送入锅炉中燃烧处理。

其中，两台气轮机均与同一台发电机连接，共同驱动发电机发电，以保证发电机的均衡稳定运行。

本发明在合成氨放空气的排放工序中增加气轮机，将合成氨放空气的降压过程在气轮机中进行，利用其在降压过程中释放的势能做功，驱动气轮机带动发电机发电，将合成氨放空气具有的势能转化为电能进行回收。本发明的势能回收利用方法既不影响合成氨的正常生产，又综合利用了能源，实现了节能增效的目的。

具体实施方式

以年产24万吨合成氨生产规模为例，其半水煤气生产量为10万m³/h，其中甲烷含量1.8％。

在实际生产过程中，合成氨放空气中的甲烷含量在15～25％之间，若以25％计算，则合成氨放空气的排放量为：

100000×1.8÷25＝7200m³/h

以3030m³半水煤气生产1吨液氨，每吨液氨带出50m³驰放气计算，由液氨带出的驰放气量应为：

100000×50÷3030＝1650m³/h

则：合成氨放空气的实际排放量为：

7200-1650＝5550m³/h

将半水煤气逐步加压至30～32MPa并送至合成工段，总共需要消耗电能306W/m³，则5550m³合成氨放空气所携带的电能为：

5550×306＝1698.3kW

以电能转化为势能的转化效率为80％计，则加压至30～32MPa后，合成氨放空气所携带的势能为：

1698.3×0.8＝1358.6kW

将压力为30～32MPa的合成氨放空气先通入一台气轮机中，将压力降至11～12MPa，降压后的合成氨放空气送入提氢工段回收氢气后，回收尾气再进入另一台气轮机中，将压力降低至20～30kPa后，送入锅炉中燃烧处理，同时，利用气体降压时释放出的势能驱动气轮机，进而带动发电机发电。

假设有80％的势能在释放过程中可以驱动气轮机带动发电机发电，转化为电能，则上述过程的发电量为：

1358.6×0.8＝1087kW

即：利用合成氨放空气每小时可以发电1087度。

将此部分发电用于合成氨的生产中，每生产1吨液氨可以节电33度，降低电耗2.3％。