本實(shí)用新型涉及一種合成氨合成放空氣膜分離系統(tǒng)，屬于合成氨設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮肥廠合成氨工藝總流程為：來自長(zhǎng)輸管線的天然氣首先進(jìn)入天然氣配氣站，天然氣在配氣站進(jìn)行緩沖及調(diào)壓后進(jìn)入合成氨裝置的常溫脫硫系統(tǒng)，然后通過天然氣壓縮，高溫脫硫，換熱式一段蒸汽轉(zhuǎn)化、二段富氧空氣轉(zhuǎn)化，一氧化碳高、低溫變換，改良熱鉀堿法脫碳，甲烷化深度凈化去除殘余的CO和CO2，合成氣壓縮，14.0MPa下氨合成，冷凍分離，最終得到產(chǎn)品液氨。
合成系統(tǒng)的主要目的是讓H2和N2在氨合成塔里面經(jīng)過高溫高壓和催化劑的共同作用，使H2和N2反應(yīng)生成氣氨，氣氨通過各級(jí)冷卻后變成液氨被分離出來，液氨通過管道輸送進(jìn)入球罐里面進(jìn)行貯存。進(jìn)入合成系統(tǒng)的氣體成分主要為H2和N2，還含有部分惰性氣體，如CH4、Ar等。合成系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中，CH4、Ar等惰性氣體是不參與合成反應(yīng)的，這部分惰性氣體會(huì)不斷地在合成系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)積累，當(dāng)累積到一定量時(shí)會(huì)大量的消耗壓縮機(jī)的壓縮功耗，同時(shí)惰性氣體還會(huì)降低H2和N2在合成塔里面的合成效率。生產(chǎn)中，當(dāng)惰性氣體累積到一定量時(shí)，我們會(huì)通過設(shè)置在氨分離器后面的放空管道對(duì)合成循環(huán)氣體進(jìn)行部分排放，從而降低合成系統(tǒng)循環(huán)氣中的惰性氣體含量。合成放空氣里面主要含有H2、NH3、N2、CH4、Ar等，如果不通過回收直接排放，將會(huì)造成大量原料氣的浪費(fèi)，以及 對(duì)環(huán)境的污染。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種合成氨合成放空氣膜分離系統(tǒng)，對(duì)合成放空氣進(jìn)行回收利用。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：一種合成氨合成放空氣膜分離系統(tǒng)，其特征在于：包括高壓洗氨塔、水冷器、第一水分離器、加熱器、氨含量自動(dòng)分析儀、高壓膜管、第一低壓膜管、第二低壓膜管、第二水分離器和低壓洗氨塔，合成放空氣從所述高壓洗氨塔的下部進(jìn)入高壓洗氨塔，在所述高壓洗氨塔的上部設(shè)置脫鹽水進(jìn)口,其頂端設(shè)置合成放空氣出口，該合成放空氣出口與水冷器相連，所述水冷器的氣體出口與所述第一水分離器相連，所述第一水分離器的氣體出口通過加熱器進(jìn)口管線連接到加熱器的進(jìn)口，所述加熱器上設(shè)置加熱器出口管線，所述加熱器出口管線上設(shè)置有手動(dòng)取樣分析點(diǎn)以及氨含量自動(dòng)分析儀，所述氨含量自動(dòng)分析儀的排氣管分為兩個(gè)支管，其中一個(gè)支管與高壓膜管的進(jìn)口管線相連，另一個(gè)支管與燃料氣管網(wǎng)相連；
所述高壓膜管上設(shè)置氫氣出口，該氫氣出口通過高壓氫氣管道與合成壓縮機(jī)二級(jí)進(jìn)口相連；所述高壓膜管的其余氣體出口與第一低壓膜管相連，所述第一低壓膜管的其余氣體出口與第二低壓膜管相連，在所述第一低壓膜管和第二低壓膜管上均設(shè)置有低壓氫出口管線，所述第二低壓膜管的其余氣體出口出來的氣體去燃料氣管網(wǎng)燃燒；
來自氮?dú)夤芫€的氮?dú)膺M(jìn)入第二水分離器，從第二水分離器出來的氮?dú)夥殖蓛蓚€(gè)支管，其中一個(gè)支管與加熱器進(jìn)口管線相連，另一個(gè)支管與高壓膜管的進(jìn)口管線相連。
來自合成系統(tǒng)的放空氣從高壓洗氨塔的下部進(jìn)入，脫鹽水加壓后從高壓洗氨塔的上部進(jìn)入，放空氣和脫鹽水在塔內(nèi)進(jìn)行逆流接觸，脫鹽水對(duì)放空氣里面的氣氨進(jìn)行洗滌吸收后變成氨水，被洗滌除氨后的氣體從高壓洗氨塔的頂部出來后進(jìn)入水冷器，通過循環(huán)水冷卻后，氣體里面含有的飽和水蒸氣變成液態(tài)水在后續(xù)的第一水分離器被分離下來，氣體分離去除冷卻水后進(jìn)入加熱器，通過低壓蒸汽對(duì)氣體進(jìn)行加熱，使氣體變成不飽和狀態(tài)，防止氣體進(jìn)入后續(xù)的膜管后產(chǎn)生冷凝液，冷凝液粘附在膜管上會(huì)對(duì)膜管造成損壞。加熱器出口管線上設(shè)置一個(gè)取樣點(diǎn)，目的是通過人工取樣分析氣體里面的氨含量是否合格，同時(shí)，設(shè)置氨含量自動(dòng)分析儀，自動(dòng)分析氨含量，減少取樣分析人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，不合格的氣體不能進(jìn)入膜管,因?yàn)榘睍?huì)對(duì)膜管造成損壞。不合格的氣體輸送到燃料氣管網(wǎng)，進(jìn)入燃燒爐進(jìn)行燃燒使用。
氨含量合格的氣體依次進(jìn)入高壓膜管和兩個(gè)串聯(lián)的低壓膜管，氣體進(jìn)入膜管后，H2首先從高壓膜管里面滲透后從高壓膜管的底部出來，出來的高壓H2回到合成壓縮機(jī)的二級(jí)進(jìn)口。在高壓膜管進(jìn)行分離后，氣體再次進(jìn)入低壓膜管進(jìn)行分離，從低壓膜管底部分離出來的低壓H2回到合成壓縮機(jī)的一級(jí)進(jìn)口，通過合成壓縮機(jī)壓縮后重新進(jìn)入合成系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)。氣體中的惰性成分通過三級(jí)膜管后作為非滲透氣從低壓膜管的頂部出來，通過燃料氣管線輸送到加熱爐進(jìn)行燃燒使用。
氮?dú)饨?jīng)過第二水分離器分離后，進(jìn)入加熱器進(jìn)口管線以及高壓膜管進(jìn)口管線，當(dāng)膜分離器帶水或停車封閉膜管時(shí)，可以用氮?dú)鈱?duì)其進(jìn)行吹掃和置換，從而達(dá)到保護(hù)膜管的安全。避免因?yàn)橥＼嚪忾]膜管時(shí)，隨著停車時(shí)間的延長(zhǎng)，膜管的溫度不斷下降，當(dāng)下降到一定溫度時(shí)，膜內(nèi)的水汽含量會(huì)從不飽和逐漸變 成飽和或過飽和狀態(tài)，這時(shí)氣體中的水汽會(huì)冷凝下來粘附在膜管上，從而對(duì)膜管造成損壞。
在上述方案中：所述高壓洗氨塔的脫鹽水進(jìn)口通過脫鹽水進(jìn)口管線與高壓水洗泵相連，所述高壓水洗泵的進(jìn)口通過水洗泵進(jìn)口管線與脫鹽水裝置相連，所述脫鹽水進(jìn)口管線設(shè)置一個(gè)支管，該支管通過流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥與水洗泵進(jìn)口管線相連。脫鹽水通過高壓水洗泵加入到高壓洗氨塔里面的目的是把合成放空氣里面的氣氨洗滌干凈。如果進(jìn)塔水量過大，氣體中的氨雖然被洗滌干凈了，但從塔底出來的氨水濃度會(huì)很低，不能滿足后續(xù)工序生產(chǎn)的要求，同時(shí)浪費(fèi)大量的脫鹽水。如果進(jìn)塔水量過小，在塔內(nèi)氣體中的氨含量不能被洗滌干凈，會(huì)對(duì)后續(xù)的膜管造成損害。這就要求現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)高壓水洗泵的回流閥及時(shí)進(jìn)行操作控制。而我們?cè)O(shè)置流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，不管放空氣負(fù)荷如何波動(dòng)都可以方便地調(diào)節(jié)進(jìn)入高壓洗氨塔的脫鹽水量，保證放空氣中的氨含量得到徹底洗滌，既可以節(jié)約用水量，同時(shí)也可減輕現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
上述方案中，所述高壓洗氨塔的底部氨水出口以及第一水分離器的底部水出口均通過管道連接到低壓洗氨塔上部的脫鹽水進(jìn)口。氨水從高壓洗氨塔以及第一水分離器出來后通過管道進(jìn)入低壓洗氨塔，繼續(xù)洗滌，使得其濃度提高。
在上述方案中：所述第一低壓膜管的低壓氫出口管線分成兩個(gè)支管，其中一個(gè)支管去合成壓縮機(jī)一級(jí)進(jìn)口，另一個(gè)支管為氫氣回收管線去高壓氫氣管道，并在每個(gè)支管上均設(shè)置閥門。新增低壓膜管到高壓膜管底部出口的氫回收管線及相關(guān)閥，當(dāng)高壓膜管失效時(shí)，可以打開新增氫氣回收管線，把第一級(jí)低壓膜管當(dāng)做高壓膜管使用，繼續(xù)回收純度較高的高壓氫回到系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)使用，從而節(jié)約壓縮機(jī)的功耗和提高回收效率。
有益效果：本實(shí)用新型將排放的放空氣通過膜分離系統(tǒng)進(jìn)行H2和NH3的分離回收，氫氣回收到壓縮機(jī)的進(jìn)口被壓縮后再次送入合成系統(tǒng)進(jìn)行反應(yīng)，NH3通過洗滌變成氨水進(jìn)行回收利用，未被回收的惰性氣體用管道輸送到燃燒爐進(jìn)行燃燒使用，避免了放空氣直接排放到大氣中對(duì)空氣造成的污染，設(shè)計(jì)合理，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、效率高。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：
實(shí)施例1，如圖1所示：本實(shí)用新型的合成氨合成放空氣膜分離系統(tǒng)由高壓洗氨塔1、水冷器2、第一水分離器3、加熱器4、氨含量自動(dòng)分析儀5、高壓膜管6、第一低壓膜管7、第二低壓膜管8、第二水分離器9、低壓洗氨塔10、高壓水洗泵11、流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥12。
合成放空氣從高壓洗氨塔1的下部進(jìn)入高壓洗氨塔1，在高壓洗氨塔1的上部設(shè)置脫鹽水進(jìn)口1a,高壓洗氨塔1的脫鹽水進(jìn)口通過脫鹽水進(jìn)口管線與高壓水洗泵11相連，高壓水洗泵11的進(jìn)口通過水洗泵進(jìn)口管線與脫鹽水裝置相連，脫鹽水進(jìn)口管線設(shè)置一個(gè)支管，該支管通過流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥12與水洗泵進(jìn)口管線相連。脫鹽水通過高壓水洗泵加入到高壓洗氨塔里面的目的是把合成放空氣里面的氣氨洗滌干凈。如果進(jìn)塔水量過大，氣體中的氨雖然被洗滌干凈了，但從塔底出來的氨水濃度會(huì)很低，不能滿足后續(xù)工序生產(chǎn)的要求，同時(shí)浪費(fèi)大量的脫鹽水。如果進(jìn)塔水量過小，在塔內(nèi)氣體中的氨含量不能被洗滌干凈，會(huì)對(duì)后續(xù)的膜管造成損害。這就要求現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)高壓水洗泵的回流閥及時(shí)進(jìn)行操作 控制。而我們?cè)O(shè)置流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥12，不管放空氣負(fù)荷如何波動(dòng)都可以方便地調(diào)節(jié)進(jìn)入高壓洗氨塔的脫鹽水量，保證放空氣中的氨含量得到徹底洗滌，既可以節(jié)約用水量，同時(shí)也可減輕現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
高壓洗氨塔1的底部設(shè)置氨水出口。
高壓洗氨塔1頂端設(shè)置合成放空氣出口，該合成放空氣出口與水冷器2相連，在水冷器2內(nèi)通過循環(huán)水對(duì)合成放空氣進(jìn)行冷卻，水冷器2的氣體出口與第一水分離器3相連。
高壓洗氨塔1的底部氨水出口以及第一水分離器3的底部水出口均通過管道連接到低壓洗氨塔10上部的脫鹽水進(jìn)口。
第一水分離器3的氣體出口通過加熱器進(jìn)口管線連接到加熱器4的進(jìn)口，所述加熱器(4)上設(shè)置加熱器出口管線，所述加熱器出口管線上設(shè)置有手動(dòng)取樣分析點(diǎn)以及氨含量自動(dòng)分析儀(5)，所述氨含量自動(dòng)分析儀(5)的排氣管分為兩個(gè)支管，其中一個(gè)支管與高壓膜管(6)的進(jìn)口管線相連，另一個(gè)支管與燃料氣管網(wǎng)相連；高壓膜管6上設(shè)置氫氣出口，該氫氣出口通過高壓氫氣管道與合成壓縮機(jī)二級(jí)進(jìn)口相連；高壓膜管6的其余氣體出口與第一低壓膜管7相連，第一低壓膜管7的其余氣體出口與第二低壓膜管8相連，在第一低壓膜管7和第二低壓膜管8上均設(shè)置有低壓氫出口管線，第一低壓膜管7的低壓氫出口管線分成兩個(gè)支管，其中一個(gè)支管去合成壓縮機(jī)一級(jí)進(jìn)口，另一個(gè)支管為氫氣回收管線去高壓氫氣管道，并在每個(gè)支管上均設(shè)置閥門。
第二低壓膜管8的其余氣體出口出來的氣體去燃料氣管網(wǎng)燃燒；
來自氮?dú)夤芫€的氮?dú)膺M(jìn)入第二水分離器9，從第二水分離器9出來的氮?dú)夥殖蓛蓚€(gè)支管，其中一個(gè)支管與加熱器進(jìn)口管線相連，另一個(gè)支管與高壓膜管的 進(jìn)口管線相連。
來自合成系統(tǒng)的放空氣從高壓洗氨塔1的下部進(jìn)入，脫鹽水加壓后從高壓洗氨塔1的上部進(jìn)入，放空氣和脫鹽水在塔內(nèi)進(jìn)行逆流接觸，脫鹽水對(duì)放空氣里面的氣氨進(jìn)行洗滌吸收后變成氨水，被洗滌除氨后的氣體從高壓洗氨塔1的頂部出來后進(jìn)入水冷器2，通過循環(huán)水冷卻后，氣體里面含有的飽和水蒸氣變成液態(tài)水在后續(xù)的第一水分離器3被分離下來，氣體分離去除冷卻水后進(jìn)入加熱器4，通過低壓蒸汽對(duì)氣體進(jìn)行加熱，使氣體變成不飽和狀態(tài)，防止氣體進(jìn)入后續(xù)的膜管后產(chǎn)生冷凝液，冷凝液粘附在膜管上會(huì)對(duì)膜管造成損壞。加熱器4出口管線上設(shè)置一個(gè)取樣點(diǎn)，目的是通過人工取樣分析氣體里面的氨含量是否合格，同時(shí)，設(shè)置氨含量自動(dòng)分析儀5，自動(dòng)分析氨含量，減少取樣分析人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，不合格的氣體不能進(jìn)入膜管,因?yàn)榘睍?huì)對(duì)膜管造成損壞。不合格的氣體輸送到燃料氣管網(wǎng)，進(jìn)入燃燒爐進(jìn)行燃燒使用。
氨含量合格的氣體依次進(jìn)入高壓膜管6和兩個(gè)串聯(lián)的第一低壓膜管7和第二低壓膜管8，氣體進(jìn)入膜管后，H2首先從高壓膜管6里面滲透后從高壓膜管的底部出來，出來的高壓H2回到合成壓縮機(jī)的二級(jí)進(jìn)口。在高壓膜管6進(jìn)行分離后，氣體再次進(jìn)入第一低壓膜管7和第二低壓膜管8進(jìn)行分離，從低壓膜管底部分離出來的低壓H2回到合成壓縮機(jī)的一級(jí)進(jìn)口，通過合成壓縮機(jī)壓縮后重新進(jìn)入合成系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)。氣體中的惰性成分通過三級(jí)膜管后作為非滲透氣從低壓膜管的頂部出來，通過燃料氣管線輸送到加熱爐進(jìn)行燃燒使用。
氮?dú)饨?jīng)過第二水分離器分離后，進(jìn)入加熱器進(jìn)口管線以及高壓膜管進(jìn)口管線，當(dāng)膜分離器帶水或停車封閉膜管時(shí)，可以用氮?dú)鈱?duì)其進(jìn)行吹掃和置換，從而達(dá)到保護(hù)膜管的安全。避免因?yàn)橥＼嚪忾]膜管時(shí)，隨著停車時(shí)間的延長(zhǎng)，膜 管的溫度不斷下降，當(dāng)下降到一定溫度時(shí)，膜內(nèi)的水汽含量會(huì)從不飽和逐漸變成飽和或過飽和狀態(tài)，這時(shí)氣體中的水汽會(huì)冷凝下來粘附在膜管上，從而對(duì)膜管造成損壞。
本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思做出諸多修改和變化。凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本實(shí)用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍。