[发明专利]一种回收合成氨驰放气中氮气和氢气装置及方法

权利要求书

1.一种回收合成氨驰放气中氮气和氢气装置，其特征在于一级水合分离单元主要包括一级水合反应器和一级水合物化解器；一级水合反应器的底部设有驰放气入口以及一级水合物浆液出口，一级水合反应器的顶部设有一级水合物工作液入口和一级水合提浓气体出口；驰放气入口与合成氨装置的氨回收塔的塔顶气体出口相连通，在驰放气入口与合成氨装置的氨回收塔的塔顶气体出口之间的管路上设置有第一换热器；一级水合提浓气体出口与合成氨装置中的第一合成气压缩机的入口相连通，第一合成气压缩机的出口与合成氨反应单元的入口连通；一级水合物化解器设置有一级水合物浆液入口，一级水合物化解器的一级水合物浆液入口与一级水合反应器的一级水合物浆液出口之间的管路上设置有第一换热器和第二换热器；一级水合物化解器顶部设置有一级水合化解气出口，一级水合物化解器底部设置有第一液体出口，一级水合物化解器的第一液体出口与一级水合反应器的一级水合物工作液入口之间的管路上设置有第一液体循环泵和第三换热器；

二级水合分离单元主要包括二级水合反应器和二级水合物化解器；二级水合反应器的底部设有气体入口以及二级水合物浆液出口，二级水合反应器的顶部设有二级水合物工作液入口以及二级水合提浓气体出口；气体入口与一级水合化解器的一级水合化解气出口之间的管路上设置有第四换热器；二级水合提浓气体出口与第二合成气压缩机的入口相连通；第二合成气压缩机的另一端设置有组成分析及气体流向控制器，组成分析及气体流向控制器的A出口通过第一换热器与一级水合反应器的驰放气入口连接，组成分析及气体流向控制器的B出口与合成氨反应单元的入口连通；二级水合物化解器设置有二级水合物浆液入口，二级水合物化解器的二级水合物浆液入口与二级水合反应器的二级水合物浆液出口之间的管路上设置有第四换热器和第五换热器；二级水合物化解器顶部设置有二级水合化解气出口，二级水合物化解器底部设置有第二液体出口，二级水合物化解器的第二液体出口与二级水合反应器的二级水合物工作液入口之间的管路上设置有第二液体循环泵和第六换热器。

2.根据权利要求1所述的一种回收合成氨驰放气中氮气和氢气装置，其特征在于二级水合物化解器的二级水合物浆液入口与二级水合反应器的二级水合物浆液出口之间的管路上设置有第二水合物浆液控制阀；一级水合物化解器的一级水合物浆液入口与一级水合反应器的一级水合物浆液出口之间的管路上设置有第一水合物浆液控制阀；第一换热器的一端连接驰放气流量控制阀，驰放气流量控制阀的另一端连接驰放气，第一液体循环泵与第三换热器之间连接第一液体循环泵和第三换热器，第一液体循环泵和第三换热器的另一端连接水合物工作液，第四换热器与一级水合化解气出口之间连接有气体流量控制阀，第二液体循环泵与第六换热器之间连接第二水合物工作液控制阀，第二水合物工作液控制阀的另一端连接水合物工作液，二级水合化解气出口通向甲烷加氦气、去燃料气系统。

3.一种回收合成氨驰放气中氮气和氢气方法，其特征在于含有以下步骤；

在现有的合成氨工艺的基础上，引入二个水合分离单元，使合成氨驰放气中所含的甲烷和氩气生成水合物而使驰放气中的氮气和氢气得到提浓，使含有高浓度的氮气和氢气的提浓气体保持较高压力状态返回合成氨反应单元，达到回收合成氨驰放气中的氮气和氢气的目的，同时降低压缩的能量消耗。

4.根据权利要求3所述的一种回收合成氨驰放气中氮气和氢气方法，其特征在于包括以下步骤：

将从合成氨装置氨回收塔顶气体出口排出的合成氨驰放气引入一级水合反应器，与来自一级水合反应器顶部的水合物工作液逆流接触，使驰放气中所含的甲烷、氩气和部分氮气与水合物工作液发生水合反应形成一级水合物，同时驰放气中的氮气和氢气被提浓得到一级水合提浓气体，返回合成氨反应单元加以利用；

将一级水合物引入一级水合物化解器化解，所得化解气引入二级水合物反应器，与来自二级水合反应器顶部的水合物工作液逆流接触，使其中所含的甲烷、氩气和部分氮气与水合物工作液发生水合反应形成二级水合物，同时其中的氮气和氢气被提浓得到二级水合提浓气体；

将二级水合物引入二级水合物化解器化解，所得甲烷浓度较高的化解气引入燃料气系统加以利用；对二级水合提浓气体进行组成分析，符合合成氨要求则返回合成氨反应单元加以利用，否则与从合成氨装置氨回收塔顶气体出口排出的合成氨驰放气混合后返回一级水合反应器，继续分离。