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无动力氨回收装置

    在合成氨工艺气生产过程中,制气中残余的甲烷、氩、氦等不参加合成反应的惰性气随之进入合成氨系统,为了稳定合成气气体中惰性气含量,有利于合成反应,提高氨合成率,须将这部分惰性气体定量排出系统,但排放的同时又将参加合成反应的有效氢、氮气体随比例从合成系统排放出去,这部分排放气体称为合成放空气或塔后放空气。
    合成反应生成的合成氨,经水冷、氨冷、分离后减压进入液氨贮罐系统贮存。在高压下溶解在氨中的氢、氮、甲烷及少量的氩气(称为不凝气)减压后闪蒸释放出来,同时由于高压液氨减压也会闪蒸出一定量的气态氨,为了稳定液氨贮罐系统正常的工作压力,这部分气态氨会随排放溶解的氢、氮、氩、氦、甲烷化等不凝气体一同排出系统,这部分排放气体称为液氨贮罐气。  
    合成放空气随各个厂控制补充气残余甲烷含量的高、低差异每吨氨排放的量有所不同,但在正常的工艺指标控制下,每吨氨也不少于200立方米排放量。这部分气体一般选择在系统甲烷及惰性气含量较高的部位排出,其中氨含量在7%左右。每生产一吨液氨约损失10kg液氨。目前大部分合成氨厂采用高压水冼法回收其中的氨,(建有膜分离系统)制成的氨水(含氨10%左右)送往尿素工序解吸或深度水解系统。耗用中压蒸汽加热分解,氨、水分解后回收其中的高浓度氨水供产品使用。净氨后的气体送往膜分离回收系统回收其中的氢气再利用,解吸后的气体减压送往锅炉或燃烧系统作燃料。      
    液氨贮罐气的正常排放量:按亨利定律计算,氢、氮及惰性混合气在液氨中的溶解度:压力在15MPa下每吨氨溶解量为16立方米,压力在30MPa下每吨氨溶解量为27立方米。另外,液氨在饱和状态下,液氨贮罐气相中氨含量为45%。实际中考滤10%的过饱和度则为55%。经计算每吨氨的排放量为:在15MPa压力下35.5立方米,在30MPa压力下60立方米。则:15MPa压力的合成氨生产工艺每吨氨约带出14.8kg氨、30MPa压力的合成氨生产工艺每吨氨约带出25kg的氨。一个年产10万吨的合成氨厂由此带出的氨量分别为1480吨或2500吨,采用低压水吸收法回收制成10%左右的氨水达万吨以上,而且回收率低。再采用能达到环保排放要求的深度水解工艺处理回收其中的氨,每处理一吨氨水成本在30元左右,为此年耗资50万元以上。而且涉及工厂氨、碳、水的平衡问题,水过剩又造成环保排污问题。这种处理方法既降低了合成氨的附加值又不经济。  
    中国科学院理化技术研究所(原中国科学院低温技术实验中心)低温系统关键技术组 是我国最早从事气体制冷和液化的单位,曾在我国最早实现了氢、氦的液化,并参与了我国航天事业低温系统的设计和研制,有着很强的技术实力和丰富的大型低温工程的经验。从二十世纪九十年代起,又先后研制了两种小型的天然气液化装置;同时也是我国最早展开透平膨胀机研究的单位,自行设计制造的气体轴承透平膨胀机适用于空气、氢气、氦气、天然气及各种混合气体,产品除了满足国内空分、化工行业的需求以外,还出口到韩国、美国、葡萄牙等地。针对合成氨系统尾气处理存在的问题作了广泛的调研和模拟计算工作 ,现在所设计的无动力氨回收装置,其工作原理是根据液氨贮罐气中各组份间沸点的差异,通过深冷的方法使得沸点高的氨首先冷凝变为液体,从而自混合气中分离出来。针对此类混合气体的特点而设计的专用膨胀机,利用液氨贮罐气本身的压力膨胀制冷,膨胀后的低压低温气体在高效换热器中返流,冷却正流进入系统的贮罐气;随着贮罐气温度的降低,其中的氨变为液体并与其它组份分离出来。       
 
        设计原理基于有以下四点:  
      1、贮罐气各组分沸点不同,随着温度的下降,高沸点的组分先液化。
      2、利用回收得到的部分液氨的蒸发潜热降低贮罐气的温度。  
      3、利用焦耳-汤姆森效应,即节流膨胀降低贮罐气的温度。
      4、利用贮罐气(或膜分离后的解吸气)自身压力绝热膨胀并对外做功,降低贮罐气的焓值,从而降低贮罐气的温度。  
  
    所设计的系统是利用液氨贮罐气本身的工作压力膨胀制冷,回收其中的氨。整套系统除了仪控用电外,无需额外动力输入。回收氨的纯度大于99%,分离后气体中的残余氨含量根据用户处可以利用的条件不同而不同,一般可以小于2%。如果可以利用膜分离氢后的解吸气,或回收氨的压力足够低,残余氨含量甚至可以小于50ppm。
 
       现已运行的系统的具体参数如下: 
       1 、装置处理气量 400~1600Nm 3 /h (处理气量可以更大或更小)。
       2 、所需贮罐气压力 2.2MPa 。
       3 、贮罐气温度 0 ℃ ~30 ℃。 
       4 、贮罐气成份: NH345~55% , CH416% , H2 、 N2 、 Ar 等成份 30% 左右。 
       5 、回收氨的纯度大于99% ,气态氨的输出压力为0.25~0.3MPa( G ),可送入合成氨系统氨冷器或冰机进口。 
       6 、分离后的气体中残余氨含量可小于2% ,出系统的气体压力0.3MPa( G ),送往锅炉燃烧系统。 
       7 、建有膜分离回收氢系统的厂,可将膜分离后的解吸气送往本装置,利用其3.0 MPa 左右的压力膨胀制冷,分离后气体中残余氨含量可小于1%或更低。    
  
    整套装置设计可靠,设备运行稳定安全,操作简单,装置可建在氨罐区域附近,无需增加操作人员。整套装置结构紧凑,从外观看是一个整体的冷箱,冷箱内采用珠光砂保温材料隔热保冷(参见附图)。设备维修方便,只需将上、下人孔打开,卸下珠光砂保温材料,维修人员即可进入维修或检测。设备到现场后,用户只需将设备安装在地面基础上,连接相应的管线到本装置即可投运。仪表控制系统根据用户需求,可以设计成全手动、集中显示操控以及全自动控制、无人值守等三种主要形式。  
    本装置经多次过程模拟计算和现场实测对比,调整模拟计算中各组分相互影响系数,形成非常成熟的设计方法,根据用户条件可以真实地反映出实际的尾气残余氨含量。该装置已在数家厂应用,系统中的各主要设备都是国内知名的相关专业厂家制造,效果很好。同时我们已经申请了国家专利技术,拥有自主知识产权,现已全面推广应用。根据用户所需装置处理气量的不同,自动化程度的不同,全部投资在80~170万元之间,如果处理量更大,投资会有所增加,但投资的增加视用户可利用气源情况以及用户的实际要求而定,非线性增长,一般来说,处理量大、投资大,回收周期会缩短,应用该装置后经济效益十分显著。按一个年产10万吨合成氨厂计算,每年可回收液氨1500或2500吨,按目前液氨销售价计算,全年可增加收入300~500万元。如果转化为尿素产品效果更佳。视各厂条件、地区不同3~6个月即可收回投资,所以本技术实为各个合成氨厂节能、增效、增强环保措施的最佳选择。   
        
    附图、设备外形图  
   

 

录入:admin 添加时间:2007/09/14
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