一种气氨回收系统及回收排放性气氨的方法与流程

本发明涉及一种合成氨相关化工生产工艺及配套设备，特别涉及一种改进的气体氨回收系统，以及氨合成工序排放性气氨的回收方法，属于氨生产技术领域。

背景技术：

氨是一种常见化工物料，广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维、塑料、染料、制冷剂等行业。在液氨的生产、使用、储存、销售的过程中产生均会产生一定排放性气氨，若不回收利用将会造成氨的损失，降低企业的经济效益，同时氨随意排空也会造成环境污染。排放性气氨如何经济节能环保的回收是众多厂家致力于解决的问题，合理经济回收各种排放性气氨可实现装置的清洁生产。

目前应用于行业各装置的气氨回收技术主要利用氨的理化特性进行有效回收，包括直接放空至火炬焚烧；气氨加压液化技术；气氨洗涤技术；气氨洗涤与加压气化相结合回收技术。

目前应用技术的特点及存在主要问题：

1)直接放空至火炬焚烧技术；

直接放空至火炬焚烧技术是利用氨的可燃烧性，将企业内产生的排放性气氨直接排空至火炬系统进行焚烧，不仅仅会造成大气中氮氧化物的污染，同时也消耗了火炬伴烧气，气氨也没有有效回收，已不作为主要回收气氨技术应用。

2)气氨加压液化技术：

气氨加压液化是利用氨的沸点低的原理，将气氨加压至700～800kpa即可以实现气氨液化。液氨储罐的排放性气氨经入口分离器进行分液后通过压缩机分段压缩提压后经出口水冷器经循环水冷却回收为液氨，液氨重新送回至氨储罐，该技术特点是设计较简单，排放性气氨回收较彻底，低价值附属产物，经济性也较可观。该技术通过压缩机压缩制冷，会造成装置能耗增加，经济性不理想；同时气氨来源不稳定，造成压缩机组负荷调整不稳定，造成操作难度大。

3)气氨洗涤技术：

利用氨极易溶于水的特性设计。整个流程设计简单，将脱盐水作为脱除氨的吸收剂从塔内填料层顶部喷下，氨气经过二级脱盐水洗涤吸收，在塔底水箱内形成10％左右的氨水，期间产生的反应热经段间换热器被循环水带走。该工艺技术能把装置内放空阀排出的对周边空气质量造成影响的氨浓度降低，满足环保要求，同时制备的低浓度氨水可送往周边公司循环利用。但是氨洗涤塔下段直径偏大，气液接触不好，需用大量的、过量的脱盐水将驰放气中残余的氨除去，不仅浪费了大量水资源，更产生大量无法利用的低浓度氨水。且氨洗涤塔操作弹性不足，单台氨洗涤塔的洗涤处理能力偏小，当气氨排放量过大时，产生的反应热无法及时移走，会造成最终排口的氨穿透，污染环境。

中国专利(公开号cn103864098a)公开了一种氨罐驰放气氨吸收装置及其吸收工艺，其具体公开了气氨洗涤与加压气化相结合回收技术。通过设置盘管能够很好的降低驰放气的温度，同时盘管可有效延缓驰放气的气流速度，增加气液接触的时间和面积，使得驰放气温度降低的同时氨回收效率大大的提高；同时通过设置多层吸收式塔板结构，驰放气通过净氨塔的下段没有吸收完的含氨气体自下而上经过吸收式塔板上的小孔与来自上部的脱盐水接触进一步吸收气体中的氨，使氨含量降到200ppm以下出塔，从而达到提高氨回收率的目的，使氨的回收率达到99～99.8％；尾气出口的合格净化气送往吹风气可作为燃料使用，氨水槽中的浓氨水(20％左右)能够直接送往氨水储槽中使用或外销；具有结构简单，不浪费脱盐水和氨回收效率高的优点。该方法存在的缺陷是项目投资过大，氨水吸收过程中的产生的热量通过压缩机进行制冷循环，达到降温效果，从而提高气氨的回收效率达99％以上，过程中消耗了压缩机及循环泵的能量，综合考虑也存在能耗较大的问题。

随着国家清洁生产要求，装置气氨排放及回收技术要求越来越高，既要经济环保，同时需要节能高效，于是新的气氨回收技术必须兼顾这两点。

技术实现要素：

针对现有技术中对气氨回收过程存在的技术问题，本发明的第一个目的是在于提供一种装置简单、投资成本低、降低能耗及经济环保的气氨回收系统。

本发明的另一个目的是在于提供一种利用液氨的冷量来冷却液化气氨的高效方法，该方法不但实现了气氨的零排放，而且能耗低，能保证氨库压力稳定，为液氨充装栈台提供安全保障。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种气氨回收系统，该系统包括冷氨输送泵、气氨冷却器、液氨加热器和气氨洗涤装置；

所述气氨冷却器包括两端封闭的管体，所述管体内部在靠近两端位置各设有一块与管体截面大小相同的管板，两管板之间平行设置多根中空换热管；所述管体的两端在管板外侧的管体壁上分别设有液氨入口和液氨出口；所述管体在设有液氨入口一端的管板内侧的管体顶部壁上设有气氨出口以及在管体底部壁上设有液氨分离器；所述管体在设有液氨出口一端的管板内侧的管体顶部壁上设有气氨入口；所述管体的内部在两管板之间的两侧壁上各设有一组折流板，两侧壁上的折流板相互平行且等距交替设置，所述折流板的面积小于管体截面积；

所述液氨加热器包括两端封闭的筒体，所述筒体的内部一端设有管板隔断筒体为换热室和液氨室；所述液氨室沿筒体轴心设有隔板隔断液氨室为上下两个腔室，上腔室的筒壁上设有液氨入口，下腔室的筒壁上设有液氨出口；所述换热室的内部两侧壁上各设有一组折流板，两侧壁上的折流板相互平行且等距交替设置，所述折流板的面积小于筒体截面积；所述换热室两端的筒体壁上分别设有循环水出口和循环水入口，所述换热室内部设有u型换热管，u型换热管两端口分别与液氨室的上腔室和下腔室连通；

所述冷氨输送泵与气氨冷却器的液氨入口连接，气氨冷却器的液氨出口与液氨加热器的液氨入口连接，气氨冷却器的气氨出口与洗涤系统连接。

优选的方案，所述管体内部设有一组用于串联固定折流板的拉杆。拉杆的设置有利于提高折流板的固定稳定性。

优选的方案，所述折流板的面积为管体截面积的4/7～3/4。折流板的面积大小影响着气氨与中空换热管接触的时间，折流板设置合适的面积有利于提高气氨的冷凝效率。

优选的方案，所述液氨分离器底部设有冷氨出口，有利于及时回收管体中冷凝聚集的液氨。

优选的方案，所述管体及液氨分离器均设有液位计口，便于观察气氨冷却器及液氨分离器内部的气氨冷凝状况，可以及时对工艺进行调整。

优选的方案，所述u型换热管串联固定换热室内部的折流板。u型换热管和折流板相互支撑固定。

优选的方案，所述折流板的面积为筒体截面积的4/7～3/4。折流板的面积大小影响着热水或水蒸气与u型换热管接触的时间，折流板设置合适的面积有利于提高液氨的加热效率。

优选的方案，所述气氨洗涤装置包括至少一个气氨洗涤塔。

较优选的方案，所述气氨洗涤装置包括两个串联的气氨洗涤塔。

较优选的方案，所述气氨洗涤塔内设有鲍尔环填料。

优选的方案，所述气氨洗涤塔外部设有吸收液循环系统。

本发明提供了基于气氨回收系统回收排放性气氨的方法，该方法是将液氨充装栈台排放的气氨输入气氨冷却器，部分气氨被冷氨冷却成液氨后，通过液氨分离器回收，部分未冷凝的气氨送入气氨洗涤装置，经过水吸收生成氨水；所述气氨冷却器以冷氨作为冷却介质，所述冷氨从氨库中通过冷氨输送泵送入气氨冷却器内与气氨进行热交换后，进入氨加热器内加热，再送入液氨充装栈台。

优选的方案，氨库中-30～-33℃的冷氨通过冷氨输送泵提压至1.8～2.5mpa后送入气氨冷却器的内。经过提压后的冷氨在释放压力过程中可以吸热，有利于提高对气氨的冷凝效果。

优选的方案，所述冷氨进入氨加热器内加热至7～15℃后，进入液氨充装栈台。经过热交换后的冷氨温度得到提高，降低了后续液氨加热过程的能耗。

优选的方案，所述氨加热器以水或水蒸气作为加热介质，最好是利用工业回用热水。

优选的方案，从气氨冷却器出来的部分未冷凝的气氨调节压力至0.15～0.2mpa后送入气氨洗涤装置。调整压力后的气氨更有利于气氨洗涤装置的完全吸收，如果压力过高会吸收不完全，导致气氨逸出污染环境。

优选的方案，从气氨冷却器出来的未冷凝的气氨先进入气氨洗涤装置的气氨吸收塔i进行吸收，生成氨水，未吸收完全的气氨进入气氨吸收塔ii进行完全吸收后，余气排空。

较优选的方案，气氨洗涤装置采用脱盐水作为循环吸收液，有利于获得纯度较高的氨水。

较优选的方案，所述氨水的质量百分比浓度为19.5～20.5％。

优选的方案，所述气氨冷却器内气氨压力为0.15～0.2mpa。

优选的方案，液氨分离器回收的液氨返回氨库。

本发明的技术方案中液氨充装栈台排放的气氨压强为1.0mpa。

本发明的技术方案中通过气氨冷却器能大部分气氨冷却为液氨，少部分冷却下来的气氨经脱盐水洗涤产生氨水。

本发明的技术方案中冷氨输送泵主要是用于将氨库中冷氨加压，同时将冷氨泵入气氨冷却器作为冷却介质。

本发明的技术方案中氨加热器可以利用含余热的工业废水来加热液氨，将其加热至7～15℃，满足液氨充装栈台对液氨温度的要求。

本发明的技术方案中气氨吸收塔i主要是对冷却而未液化的气氨进行吸收，生成浓度较高的氨水，而极少数未吸收完全的气氨进入气氨吸收塔ii进行完全吸收后，最终尾气满足排放标准，可以直接排空。

本发明的技术方案中大部分气氨在气氨冷却器冷凝为-20℃左右的液氨进入液氨分离器，回收至氨库。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

本发明的气氨回收系统设计简单、适用，通过设计气氨冷却器，充分利用冷氨的低温来冷却回收液氨，冷凝效率高，减缓了加热冷氨的能量损耗，同时保证了大量气氨以液氨形式回收。通过设计液氨加热器，可以回收工业热水的余热，且加热效率高，使液氨温度达到充装要求。通过设计冷氨输送泵来加压输送冷氨，使冷氨具有更强的冷却气氨的效果。通过设置二级气氨吸收塔，不但可以得到高浓度氨水，同时实现零排放，有利于环保。

本发明的技术方案通过气氨回收系统完全回收了各种排放性气氨，实现了清洁生产。

本发明的技术方案通过将装氨栈台全部排放气氨先经气氨冷却器冷却成液氨回收至氨库，少量未被冷却的惰性气体进入气氨洗涤塔，不再进入气氨管网即氨库气相管网，确保了氨库压力稳定，为氨栈台装氨安全工作提供了保障。

本发明的技术方案排放性气氨完全通过低温液氨冷却回收的液氨，不需要增加额外的动力，即可实现气氨完全液化，同时也可回收-33℃冷氨的冷量，实现能量的合理利用。

本发明的技术方案通过利用冷氨冷却槽车排放性气氨，解决了洗涤塔气氨穿透和氨水附加值低的问题。

本发明的技术方案设备简单，投资成本低，操作流程简单，易于控制，基本不需要日常维护，满足工业生产应用。

附图说明

【图1】为本发明的气氨回收系统简图；

【图2】为本发明的气氨冷却器装置结构简图；

【图3】为本发明的气氨冷却器装置中折流板和拉杆的布置结构简图(俯视图)；

【图4】为本发明的气氨冷却器装置中的a视图；

【图5】为本发明的液氨加热器结构简图；

1为椭圆封头，2为液氨入口，3为管板，4为液氨分离器，5为液位计口，6为冷氨出口，7为气氨出口，8为液位计口，9为中空换热管，10为支撑架，11为拉杆，12为管体，13为折流板，14为气氨入口，15为液氨出口，16为循环水入口(或循环水出口)17为u型换热管，18为折流板，19为管体，20为循环水出口(或循环水入口)，21为管板，22为液氨入口，23为液氨出口，24为隔板，25为换热室，26为液氨室，27为冷氨氨输送泵，28为气氨冷却器，29为液氨加热器，30为循环泵i，31为气氨洗涤塔i，32为循环泵ii，33为气氨洗涤塔ii。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

气氨回收系统如图1所示：其主体包括冷氨输送泵27、气氨冷却器28、液氨加热器29和气氨洗涤装置。

所述气氨冷却器28的结构简图如图2～图4所示，气氨冷却器主体为管体12，管体的两端均由椭圆封头1封端，所述管体内部设有两块平行管板3，管板的面积与管体的截面积一致，管板设置在管体内部靠近两端位置，将管体分隔成三部分，两管板之间区域平行设置多根中空换热管9；中空换热管使管体内部的管板外侧的两部分连通，管体的两端在管板外侧的管体壁上分别设有液氨入口2和液氨出口15，液氨入口、中空换热管和液氨出口构成独立的液氨通道。所述管体在设有液氨入口一端的管板内侧的管体顶部壁上设有气氨出口7以及在管体底部壁上设有液氨分离器4，液氨分离器底部设有冷氨出口6以及液位计口5。所述管体在设有液氨出口一端的管板内侧的管体顶部壁上设有气氨入口14；所述管体的内部在两管板之间的两侧壁上各设有一组折流板13，两侧壁上的折流板相互平行且等距交替设置，所述折流板的面积为管体截面积的2/3左右，气氨入口、折流板与折流板之间区域以及气氨出口形成了气氨通道。管体内部设置多根平行的拉杆11，拉杆贯穿所有的折流板，将折流板固定在管体内。所述管体设有液位计口8。所示管体在底部设置两个支撑架将其固定在基体上。

所述液氨加热器结构简图如图5所示，主体包括筒体19，筒体两端封闭，所述筒体的内部一端设有管板21将筒体隔断成换热室25和液氨室26；所述液氨室沿筒体轴心设有隔板24隔断液氨室为上下两个腔室，上腔室的筒壁上设有液氨入口22，下腔室的筒壁上设有液氨出口23；所述换热室的内部两侧壁上各设有一组折流板，两侧壁上的折流板相互平行且等距交替设置，所述折流板的面积为管体截面积的2/3；所述换热室两端的筒体壁上分别设有循环水出口16(或20)和循环水入口20(或16)，循环水入口、折流板之间区域和循环水出口形成循环水通道。所述换热室内部设有u型换热管17，u型换热管两端口分别与液氨室的上腔室和下腔室连通，液氨入口、上腔室、u型换热管、下腔室和液氨出口形成液氨通道；且u型换热管串联固定换热室内部的折流板。

所述冷氨输送泵与气氨冷却器的液氨入口连接，气氨冷却器的液氨出口与液氨加热器的液氨入口连接，气氨冷却器的气氨出口与洗涤系统连接。

洗涤系统包括气氨洗涤塔i31和氨洗涤塔ii33，气氨出口与洗涤系统的气氨洗涤塔i和气氨洗涤塔ii依次连接，气氨洗涤塔i和气氨洗涤塔ii内均设有鲍尔环填料，且气氨洗涤塔i和气氨洗涤塔ii外部分别设有吸收液循环系统，吸收液循环系统主要包括循环泵31(或32)和循环管道。

采用本发明的气氨回收系统回收气氨的过程：液氨充装栈台排放的气氨从送入气氨冷却器，由气氨入口先进入管体内部，在折流板之间迂回流动，最后从气氨出口输出，气氨在流动过程中与中空换热管接触冷凝成液氨，液氨凝聚后流入液氨分离器中，最后从冷氨出口回收，返回氨库。中空换热管中的冷氨来自氨库，氨库中的冷氨经过冷氨输送泵加压后，输送至气氨冷却器中，冷氨先从液氨入口进入管体一端，再进入中空换热管内部，经过换热后，从液氨出口流出。气氨冷却器出来的液氨直接送入液氨加热器，先从液氨入口进入液氨室的上腔室，在经过换热室中u型换热管，在u型换热管中被加热至10℃左右，在从下腔室的液氨出口流出，直接送去液氨充装栈台。换热室中的热介质为循环热水，循环热水由换热室的循环水入口进入筒体内，在折流板之间迂回流动，经过换热后，从循环水出口流出。气氨冷却器出来未被完全吸收的气氨进入气氨洗涤装置，先进入气氨吸收塔i，通过循环吸收液喷淋吸收，生成氨水，而极少数未吸收完全的气氨进入气氨吸收塔ii被循环吸收液进行完全吸收后，最终尾气满足排放标准，可以直接排空。

实施例1

液氨槽车进行充装液氨前，槽内充满饱和气氨，向槽车充装的液氨是压力为2.0mpa，温度为10℃的过冷液氨，充装时槽车内一般控制压力≤1.0mpa，因此在液氨装车时会有部分气氨排放。充装时，液氨先将气氨挤压，使槽车压力上升至1.0mpa，然后开始开放空阀放空，压力达到1.0mpa后充装1体积的液氨会排出1体积的气氨，1吨液氨体积为1.6m³，因此充装1吨液氨会产生1.6m³×8.4×(0.4/1.0)kg/m³＝5.376kg的气氨，同时因为是充装过冷液氨，槽车内的饱和气氨会不断冷凝，考虑到充装液氨速度较快，并且过冷液氨和气氨接触面小，换热不充分，气氨冷凝量会比较小。需要说明的是，槽内压力和温度受环境影响很大，夏季气温高，槽内压力温度都比较高，气氨量大，冬季反之。因此液氨充装栈台排放性气氨的特点是与液氨充装量相关，且受环境温度影响。

如图(图1)所示，氨库-33℃液氨经成品氨输送泵121-j加压至2.5mpa后先经气氨冷却器150-c将液氨充装栈台来排放性气氨冷却成液氨再经循环水加热器142-ca加热至10℃再外送。液氨充装栈台来排放性气氨进入气氨冷却器150-c壳程，被管程来的-30℃的液氨过冷却，部分未冷凝的气氨经压力控制阀控制一定压力后(0.2mpa)送往原有气氨排放管线，与装置内其他排放性气氨混合，最终送去已有气氨洗涤塔，冷凝下来的液氨经气氨冷却器液位的调节阀送入氨库内。正常生产中，阀1和阀2关闭，气氨冷却器进出口各阀门打开。

液氨充装栈台充装液氨量增加，相应的排放性气氨亦增加，管壳程物料基本按比例增加和减少，保证了气氨的冷却效果，并且不受装氨流量变化的影响。因此，该技术很好的解决了液氨充装栈台排放性气氨量大、不稳定的回收问题。与气氨洗涤塔配套使用，可以实现排放性气氨的“零排放”，获得较好的环保效益和经济效益。