用于氨纯化的系统和方法与流程

本申请要求在2014年3月5日提交的美国临时专利申请第61/948,112号的优先权，其说明书通过引用并入本文。

关于联邦资助研究的声明

不适用。

技术领域

本发明一般涉及用于氨纯化的系统和方法。更具体地，本发明涉及使用吸附床的氨纯化

背景技术：

常规技术使用H₂S汽提塔和NH₃汽提塔分别从酸性水中回收硫化氢(H₂S)和氨(NH₃)，这有时被称为双塔酸性水汽提过程。此过程产生具有小于50ppmw的NH₃的酸性气体(H₂S)和高纯度气态或液态NH₃产品。所分离的水具有优异的质量，使其适合再利用作为焦炭鼓骤冷水、原油蒸馏装置脱盐水和加氢处理装置注射水，或者它可被送至流出物处理用于排放。

双塔酸性水汽提过程通常包括四个主要处理阶段：1)脱气和进料制备；2)H₂S汽提；3)NH₃汽提；和4)NH₃纯化和液化。现在参照图1A和1B，常规的双塔酸性水汽提系统的示意图示出了所述四个处理阶段。下面的压力和温度是示例性的并且仅用于说明的目的。

脱气和进料制备：

来自单个或多个源的酸性水进料102与来自NH₃汽提塔106的再循环流104结合，其被冷却并通过脱气装置108，在其中溶解的氢(H₂)、甲烷(CH₄)和其它轻质烃被移除作为烃蒸气流105。酸性水进料102包括溶解的NH₃和H₂S。再循环流104包括丰富的NH₃，这有助于在脱气装置108中保持溶液中的酸性气体，从而最大限度地减少酸性气体的释放和可能的空气污染。脱气的酸性水流109被送至脱油装置103，其从脱气的酸性水流109中除去游离油以产生脱气/脱油的酸性水流107。脱气/脱油的酸性水流107被泵送至进料制备罐110，其用于减弱流速和组成的变化，同时也提供除去夹带的油和固体的机会。进料制备罐110产生处理的酸性水流111，其被泵送至进料聚结器装置112，所述进料聚结器装置过滤保留在处理的酸性水流111中的固体并进一步分离夹带的油，以产生烃液体113和脱油的酸性水流115。脱油的酸性水流115被送至进料/产物交换器114，所述进料/产物交换器作为热交换器以加热脱油的酸性水流115和冷却NH₃汽提塔塔底流132，以产生加热的脱油的酸性水流116和汽提的水流134。以这种方式，包含NH₃汽提塔塔底流132的组分、汽提的水流134和包含脱油的酸性水流115的组分、加热的脱油的酸性水流116分别是相同的，但可具有不同的浓度和温度。然后加热的脱油的酸性水流116被送至H₂S汽提塔118。

H₂S汽提

H₂S汽提塔118含有塔板或填料(未示出)，加热的脱油的酸性水流116流经塔板或填料并在其周围以从加热的脱油的酸性水流116中分离H₂S。冷却的回流水流(例如水洗)136用于除去热并抑制气态NH₃在H₂S汽提塔中的演变。再沸器137作为热交换器，以提供以下所需的能量：i)加热所述加热的脱油的酸性水流116和冷却的回流水流136至优选的温度；和ii)从加热的脱油的酸水流116中汽提出H₂S。所形成的H₂S汽提塔塔顶流120被送至缓冲罐(knock out drum)138，以基本上除去任何夹带的液滴，并产生H₂S流126。H₂S流126是高纯度的，且是硫回收装置(SRU)或硫酸厂的优良进料。它包含可忽略量的NH₃(小于50ppmw)和非常少的烃，因为酸性水进料102已被脱气。可在约100-180psig和100-120°F下得到H₂S流126。所形成的含有NH₃和一些H₂S的H₂S汽提塔塔底流130被直接送至NH₃汽提塔106。

NH₃汽提：

NH₃汽提塔106是蒸汽再煮沸、回流的蒸馏塔。在NH₃汽提塔106中，基本上所有的NH₃和任何剩余的H₂S从H₂S汽提塔塔底流130中除去，其作为NH₃汽提塔塔底流132离开NH₃汽提塔106。NH₃汽提塔塔底流132被送至进料/产物交换器114，在其中热与脱油的酸性水流115交换且NH₃汽提塔塔底流132被冷却以形成汽提的水流134。汽提的水流134适用于许多厂重新利用的需求或可被排放。汽提的水流134中的H₂S和NH₃的含量水平可被调节为个体要求，并通常为10-50ppmw NH₃和1-25ppmw H₂S。可在约100-200°F下得到汽提的水流134。在NH₃汽提塔106中，基本上所有的NH₃和任何剩余的H₂S从H₂S汽提塔塔底流130中除去，其作为NH₃汽提塔塔顶流133离开NH₃汽提塔106。NH₃汽提塔塔顶流133被送至塔顶冷凝器，在其中NH₃汽提塔塔顶流133被转换成NH₃蒸气流和NH₃液体流。缓冲罐139分离NH₃蒸气流140和NH₃液体流150。NH₃液体流150的一部分作为回流返回至NH₃汽提塔106且NH₃液流150的另一部分形成再循环流104。再沸器141作为热交换器，以提供除去NH₃和任何剩余的H₂S所需的能量。NH₃蒸气流140是富含NH₃的气体，其可以多种方式被处理。

NH₃纯化和液化：

现在参考图1B，NH₃蒸气流140被送至水洗142以去除残余量的H₂S和一些烃。此步骤也被称为水洗涤，其产生洗涤的NH₃蒸气流160。如果NH₃回收是不被期望的或不经济的，洗涤的氨蒸气流160可以被烧弃。然而，在大多数情况下，理想的是进一步纯化洗涤的NH₃蒸气流160，以产生无水液态NH₃流170或适于商业用途的氨水流180。为了进一步纯化洗涤的NH₃蒸气流160，洗涤的NH₃蒸气流160被送至碱洗144以去除残余的污染物，包括一些烃。此步骤也被称为碱洗涤，其产生双重洗涤的NH₃蒸气流162，且当预期具有工艺失常、二氧化碳或复杂硫化合物(例如硫醇或二硫化物)的问题时，这可能是必要的。双重洗涤的NH₃蒸气流162可被送至压缩机146或制冷装置148，以产生无水液态NH₃流170，其包含可忽略量的硫化氢(小于5ppmw)。如果通过压缩液化，无水液态NH₃流170可在约200psig和100°F下得到；如果通过冷却液化，无水液态NH₃流170可在大气压力和约-26F下得到。冷却水和/或制冷剂可被用来与双重洗涤的NH₃蒸气流162交换热。双重洗涤的NH₃蒸气流162也可被送至NH₃吸收器149，其实质上是另一个水洗，以产生包含可忽略量的硫(不大于约2ppmw)的氨水流180。所述氨水流180可在约35psig和100°F下得到。

技术实现要素：

本发明通过提供使用吸附床的用于氨纯化的系统和方法克服了现有技术的一个或多个缺点。

在一个实施方案中，本发明包括用于氨纯化的系统，其包括：i)氨蒸气流；ii)水洗，其与氨蒸气流连接，用于从氨蒸气流中除去硫化氢并产生洗涤的氨蒸气流；iii)碱洗，其与洗涤的氨蒸气流连接，用于除去洗涤的氨蒸气流中的残余污染物并产生双重洗涤的氨蒸气流；iv)压缩机、制冷装置和氨吸收器中的至少一个，其与双重洗涤的氨蒸气流连接，用于产生无水液态氨流和氨水流中的至少一种；和v)吸附床，其与氨蒸气流、洗涤的氨蒸气流、双重洗涤的氨蒸气流、无水液态氨流和氨水流中的一种连接，用于从各个流中除去烃。

在另一个实施方案中，本发明包括用于氨纯化的方法，其包括：i)在水洗中洗涤氨蒸气流以除去硫化氢并产生洗涤的氨蒸气流；ii)在碱洗中洗涤所述洗涤的氨蒸气流以去除残余污染物并产生双重洗涤的氨蒸气流；iii)将双重洗涤的氨蒸气流引入压缩机、制冷装置和氨吸收器中的至少一个，用于产生无水液态氨流和氨水流中的至少一种；和iv)在吸附床中通过除去各个流中的烃纯化氨蒸气流、洗涤的氨蒸气流、双重洗涤的氨蒸气流、无水液态氨流和氨水流中的一种。

从下面各实施方案的描述和相关的附图，本发明的其他方面、优点和实施方案对于本领域技术人员将变得明显。

附图说明

下面参考附图描述本发明，其中相同的元件用相同的数字标记，且其中：

图1A-1B是说明常规双塔酸性水汽提系统的示意图。

图2是说明根据本发明的在图1B中的NH₃纯化和液化阶段的示意图。

具体实施方式

本发明的主题是被具体描述，但是，描述本身不旨在限制本发明的范围。因此，本发明的主题也可以其他方式呈现，以包括类似于本文描述的那些的与其他技术结合的不同步骤和步骤组合。此外，尽管术语“步骤”可在本文中用于描述采用的方法的不同元素，该术语不应被解释为意味着本文所公开的各步骤之间的任何特定顺序，除非描述清楚地限定为特定顺序。虽然下面的描述涉及石油和天然气工业，本发明的系统和方法并不限定于此，且也可以在其他工业应用来实现相似的结果。

本发明提供使用吸附床纯化氨的系统和方法。吸附床的目的是增强在NH₃纯化和液化处理阶段中从工艺流体中去除烃。

现在参考图2，在图1B中NH₃纯化和液化阶段的示意图说明使用吸附床以纯化氨。该阶段可以由不同设备组成，取决于所需的NH₃的最终浓度和质量。吸附床202可位于图2中示出的一个或多个位置。然而，优选的是单个吸附床202位于将是用于处理洗涤的NH₃蒸气流160、无水液态NH₃流170或氨水流180的最终处理步骤的位置。换句话说，吸附床202可位于如下位置：i)水洗142后，以处理洗涤的NH₃蒸气流160；ii)压缩机146或制冷装置148后，以处理无水液态NH₃流170；或iii)NH₃吸收器149后，以处理氨水流180。在NH₃纯化和液化阶段包括生产洗涤的NH₃蒸气流160、无水液态NH₃流170或氨水流180的情况下，则，任选地，吸附床202可位于碱洗144和各压缩机146、制冷装置148和NH₃吸收器149之间。以这种方式，任何包括NH₃纯化和液化阶段的常规双塔酸性水汽提系统可被轻易地改造具有一个或多个吸附床。在NH₃纯化和液化阶段中吸附床及其位置的各种组合对于本领域技术人员将是明显的。

吸附剂可包括任何商业吸附剂，诸如，例如，各种形式的碳。吸附剂可适当地被制成颗粒、粉末、挤出物、小球或其他形状，以允许吸附剂上(例如，周围或通过)工艺流体的通道。为了这个目的，吸附剂的活性组分可由高内表面积的材料，诸如，例如，活性碳或二氧化硅，包括有机改性的二氧化硅，和分子筛组成。吸附剂的组分可以是天然存在的或包括二氧化硅混合物的胶状沉淀或凝胶的形式。活性物质与基体的相对比例变化很大，活性物质的含量范围为约1至100重量％。吸附剂可为可再生的或不可再生的。

在任何具有包括一个或多个吸附床的NH₃纯化和液化阶段的常规双塔酸性水汽提系统的操作中，回收的无水液态NH₃的质量可被提高为Haber质量NH₃(即，用于无水液态NH₃的工业标准)。从常规的双塔酸性水汽提系统中回收的无水液态NH₃通常以低于Haber质量NH₃的价格出售并与Haber质量NH₃混合。因此，本发明应允许无水液态NH₃以与Haber质量NH₃相同的价格出售，而不含必须将常规生产的无水液态NH₃与Haber质量NH₃混合的额外费用。

常规的双塔酸性水汽提系统约在20世纪60年代已经出现。通过这种系统产生的无水液态NH₃通常与Haber质量NH₃混合。尽管这种系统的操作者已经认识到对于产生满足Haber质量NH₃标准的无水液态NH₃的需求，他们经常简单地将混合成本传递给最终产品的购买者。NH₃工业中的购买者习惯于伴随着商品市场的价格波动。这解释了为什么自20世纪60年代以来，对于在常规双塔酸性水汽提系统的NH₃纯化和液化阶段中使用一个或多个吸附床产生较少成本的Haber质量NH₃的需求一直未解决。