[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种回收合成氨驰放气中氮气和氢气装置及方法，属于回收合成氨驰放气中氮气和氢气技术领域。

背景技术

从合成氨装置的氨回收单元（通常为氨洗涤塔，或称氨回收塔）出来的气体，经过洗涤，回收其中的氨后，作为合成氨驰放气放入燃料气系统或者氢气回收系统。合成氨装置的压力一般很高，氨回收塔顶的合成氨驰放气出口压力通常为5-15MPa。合成氨驰放气中除含有一定量的甲烷和氩气外，含量较高的还是氢气和氮气，同时含有一定量的氨，其有效组分和压力能具有较高的回收价值。如果能在高压环境下回收这部分氢气和氮气，则会提高装置的生产能力或者减轻制氢单元的负荷，有效减小压力能的损失。

目前的可用于提浓氢气的方法中，变压吸附技术成熟，但是操作压力一般要求较低，需要将高压合成氨驰放气降压至变压吸附适用的压力，而提浓后的混合气需再次大幅增压，造成能耗和设备投资增加，因而不适用于合成氨驰放气中氢气的提浓。膜分离技术虽适用于分离高压气体，但是由于氢气必须透过膜，得到的富氢气体在膜的低压侧，所以得到的高浓度的氢气压力太低，需大量增压后才能循环进合成氨反应器，能耗很高也不适用于实际工业生产。CN1272618A公开了一种利用生成水合物或其前身物对含氢混合气中的氢气分离提浓的方法，但是采用四氢呋喃作热力学促进剂，四氢呋喃具有毒性和很强的挥发性，会对合成氨工艺中的催化剂产生影响。CN101531347A公开了一种回收合成氨驰放气中氮气和氢气的方法及装置，采用的也是四氢呋喃作吸收剂。CN1970697A公开了一种利用水合物法在加氢裂化工艺中提浓循环氢的方法，适合高压操作而且压力变化较小的工艺，但是没有涉及合成氨尾气的回收技术领域。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种回收合成氨驰放气中氮气和氢气装置及方法。主要含有以下步骤；

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，进而降低压缩的能量消耗。

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。

本发明中，水合反应所形成的固体水合物在水合反应器内是以与未反应的水合物工作液混合在一起的浆液形式存在的，本发明中将这种固体水合物与液相水合物工作液的混合物称为“水合物浆液”；该水合物浆液之后被排出水合反应器而进入水合物化解器进行化解。在水合反应器中，合成氨驰放气中所含的甲烷和氩气与水合物工作液中的水发生水合反应被脱除后，气相中的氮气和氢气得到提浓，本发明中将该得到的含有较高浓度的氮气和氢气的混合气体称为“提浓气体”。本发明的方法中，所得到的提浓气体能达到合成氨原料气的组成要求，可返回合成氨工艺中的合成气压缩机入口；也可以根据需要，将所述提浓气体先经过分子筛干燥器进行脱水后再进入合成氨装置中的合成气压缩机，而返回合成氨反应单元加以利用。

利用上述方法通过使合成氨驰放气中所含的甲烷和氩气生成水合物的方法而使驰放气中的氮气和氢气得到提浓，所得到的含有高浓度氢气和氮气的提浓气体混合物的压力并不会被显著降低，可经过适当的升压后返回合成氨反应单元，从而大大降低压缩功的消耗。

在上述回收合成氨驰放气中氮气和氢气的方法中，优选地，所采用的水合物工作液为水相溶液；该水相溶液不含有油类物质，例如煤油、柴油或其他烃类物质等。