一种合成氨循环气冷凝分离液氨的方法技术

本发明专利技术涉及到合成氨生产技术领域，直接涉及到一种合成氨循环气冷凝分离液氨的方法，包括以下步骤：S1)将CO2气体通入压缩机以压缩降温；S2)将压缩后的CO2气体与冷水换热，使CO2气体降温；S3)降温后的CO2气体在等熵膨胀系统内使气态CO2冷凝为液态；S4)将循环气与CO2混合冷凝出液氮；S5)循环气继续通过一级节流阀压力和温度均下降后分离出的液氨进氨库；未凝的循环气再经二级节流阀降压降温；S6)二级节流膨胀制冷后全部冷凝为液氨随后分离进入氨库；未凝的剩余循环气再次通入循环冷凝器使用。该分离液氨的方法制冷量大、能耗低，以满足大型合成氨装置循环气冷凝分离液氨的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种合成氨循环气冷凝分离液氨的方法
本专利技术涉及到合成氨生产
，直接涉及到一种合成氨循环气冷凝分离液氨的方法。
技术介绍
合成氨是化肥和多种化工产品的原料，我国合成氨产量已达7000万吨/年，占世界合成氨产量的43%，在国民经济中占有极其重要的地位。多年来为提高合成氨产量，氨合成技术一直追求高压合成，而造成合成系统阻力大，能耗高等缺陷。近几年，国内外合成氨技术的研究正在向大型化、低压化发展，对节能降耗起到了积极作用。申请人与南京一公司合作，在申请人公司建成了60万吨/年合成氨生产装置，对于这类大型合成氨系统，传统的氨冰机制冷技术无法满足循环气冷凝和分离液氨的需要。亟待研究一种制冷量大，能耗低的循环气冷凝及分离液氨工艺。
技术实现思路
为了解决上述问题，一种合成氨循环气冷凝分离液氨的方法，制冷量大、能耗低，以满足大型合成氨装置循环气冷凝分离液氨的需要。本专利技术采用的技术方案如下：一种合成氨循环气冷凝分离液氨的方法，包括以下步骤：S1)将CO2气体通入压缩机以压缩降温；S2)将压缩后的CO2气体与冷水换热，使CO2气体降温；S3)降温后的CO2气体在等熵膨胀系统内使气态CO2冷凝为液态；S4)将循环气通入循环冷凝器，将冷凝液化后的CO2也通入循环冷凝器蒸发制冷，循环气温度下降从而其中的气氨冷凝为液氨，同时液化状态的CO2蒸发升温气化随后再次进入压缩机循环制冷；S5)经上述步骤S4冷凝后的循环气通过一级节流阀压力和温度均下降后进入一级液氨分离器Ⅰ，分离出的液氨进氨库；未凝的循环气再经二级节流阀降压降温；S6)循环气经上述步骤S5二级节流膨胀制冷后其中的气氨全部冷凝为液氨并通过二级液氨分离器Ⅱ分离进入氨库；未凝的剩余循环气再次通入循环冷凝器使用。上述步骤S1中，所述CO2气体的初始压力P1为1.85~1.88MPa，温度T1为-20~-18℃，经压缩机压缩后所述CO2气体压力P2为2.60~2.65MPa、温度T2为48~55℃。上述步骤S2中，所述冷水换热的方法为将CO2气体通入波纹板换热器，经冷水换热后的CO2气体压力P3不变即P3等于P2、温度T3下降8~12℃。上述步骤S3中，所述等熵膨胀系统包括叶轮式等熵膨胀机和压缩机，经步骤S2降温后高压的CO2气体在绝热状态下的等熵膨胀机内通过叶轮做外功温度下降使气态CO2冷凝为液态，此时CO2压力P4为1.87~1.90MPa、温度T4为-35~-30℃。上述步骤S4中，循环气初始温度为20.0~22.5℃，蒸发制冷后温度下降35~38℃以冷凝出液氨，蒸发气化后的CO2气体温度与T4相比上升10~13℃、压力与P4相比下降0.02MPa之后进入压缩机。上述步骤S5中，循环气通过一级节流阀压力下降0.45~0.60MPa、温度下降5~7℃，未凝的循环气经二级节流阀压力由0.45~0.50MPa、温度再次下降4~6℃。本专利技术的有益效果为：（1）采用CO2作为制冷剂，具有良好的化学稳定性和安全性，蒸发潜热大，压缩比小，单位体积制冷量高。（2）离心式压缩机和叶轮式膨胀机采用蒸汽轮机驱动，构成的等熵膨胀制冷机组，具有转速高，单台制冷量大，蒸发温度低，蒸汽能量转换效率高，能耗低。（3）循环气冷凝分离应用了焦耳-汤姆逊效应，采用节流膨胀制冷，充分利用了高压循环气的内能转换，节省了能耗，提高了氨的分离效率。附图说明图1为本专利技术实施例的工艺结构示意图；图中：1为循环冷凝器、2为压缩机、3为波纹板换热器、4为等熵膨胀机、5为一级节流阀、6为一级液氨分离器Ⅰ、7为二级节流阀、8为二级液氨分离器Ⅱ。具体实施方式下面通过三组实施例结合附图对本专利技术进一步解释说明。实施例一本实施例是合成氨循环气冷凝分离液氨的方法，具体步骤包括：S1)CO2气体的压缩增压：选择CO2气体作为提供冷量的介质，选择蒸汽汽轮机驱动的离心式压缩机为增压机，CO2气体首先进入压缩机2，初始压力P1=1.87MPa，体积流量V1=12693.8M3/h、温度T1=-20℃本实施例中驱动汽轮机的蒸汽压力P=3.82MPa，蒸汽消耗7t/h，轴功率1430KW.CO2气体经压缩机2压缩后P2=2.62MPa，体积流量V2=16936M3/h，温度T2=52℃，由此可知CO2气体经压缩机2获得5148MJ能量。S2)压缩的CO2气体经波纹板换热器3与冷水换热压力基本不变，使之温度下降至40℃。S3)水冷降温后的CO2气体进入叶轮式等熵膨胀机4初始压力P3=2.62MPa、温度T3=40℃；根据等熵膨胀制冷原理，在绝热状态下高压的CO2气体在等熵膨胀机4内通过叶轮向外做功压力下降为P4=1.89MPa、温度下降为T4=-33℃，CO2气体被冷凝液化。S4)冷凝液化后的CO2进入循环冷凝器1对合成循环气蒸发制冷，实现冷凝管道内的合成循环气使其温度由21.5℃降至-15℃，此时其中的气氨大部分冷凝为液氨；CO2蒸发气化成为气体且温度升至-20℃、压力降至1.87MPa，CO2气体再次进入压缩机2循环制冷。S5)冷凝后的循环气通过一级节流阀5压力由14.05MPa降至13.55MPa，由焦耳-汤姆逊效应温度进一步降至-21℃，随后进入一级氨分离器Ⅰ6，分离出的液氨进氨库；未凝的循环气再经二级节流阀7，压力由13.55MPa降至13.05MPa，由焦耳-汤姆效应此时温度降至-26℃。S6)经二级节流阀7膨胀制冷后循环气中的气氨全部冷凝为液氨；继续通过二级液氨分离器Ⅱ8分离出的液氨进入氨库、未凝的N2、H2等残余循环气再次通入循环冷凝器1使用。实施例二本实施例中CO2气体的体积、初始循环气的压力均与实施例一相同，具体步骤包括：S1)将CO2气体通入压缩机2以压缩降温；所述CO2气体的初始压力P1=1.85MPa，温度T1=-18℃，经压缩机2压缩后所述CO2气体压力P2=2.60MPa、温度T2=50℃。S2)将压缩后的CO2气体通入波纹板换热器3，经冷水换热后的CO2气体压力P3=P2、温度T3下降至39℃。S3)降温后的CO2气体在等熵膨胀系统内使气态CO2冷凝为液态；所述等熵膨胀系统包括叶轮式等熵膨胀机4，经步骤S2降温后高压的CO2气体在绝热状态下的等熵膨胀机4内通过叶轮做外功温度下降使气态CO2冷凝为液态，此时CO2压力P4=1.87MPa、温度T4=-30℃。S4)将循环气通入循环冷凝器1，将冷凝液化后的CO2也通入循环冷凝器1蒸发制冷，循环气初始温度为20℃，蒸发制冷后温度下降至-16℃以冷凝出液氨，同时蒸发气化后的CO2气体温度上升至-20℃、压力下降至1.85MPa之后进入压缩机2。S5)经上述步骤S4冷凝后的循环气通过一级节流阀5压力由14.05MPa下降至13.55MPa、温度由-16℃下降至-22℃，进入一级液氨分离器Ⅰ6，分离出的液氨进氨库；未凝的循环气经二级节流阀7压力由13.55下降至13.05MPa、温度再次下降至-27℃。S6)循环气经上述步骤S5二级节流膨胀制冷后其中的气氨全部冷凝为液氨并通过二级液氨分离器Ⅱ8分离进入氨库；未凝的剩余循环气再次通入循环冷凝器1使用。相对于实施例一，本实施例二的液氨分离率相比下降0.5~1.2%，但是完成一次循环的时间节省30~55分钟。实施例三本实施例中C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合成氨循环气冷凝分离液氨的方法，其特征在于包括以下步骤：S1)将CO2气体通入压缩机（2）以压缩降温；S2)将压缩后的CO2气体与冷水换热，使CO2气体降温；S3)降温后的CO2气体在等熵膨胀系统内使气态CO2冷凝为液态；S4)将循环气通入循环冷凝器（1），将冷凝液化后的CO2也通入循环冷凝器（1）蒸发制冷，循环气温度下降从而其中的气氨冷凝为液氨，同时液化状态的CO2蒸发升温气化随后再次进入压缩机（2）循环制冷；S5)经上述步骤S4冷凝后的循环气通过一级节流阀（5）压力和温度均下降后进入一级液氨分离器Ⅰ（6），分离出的液氨进氨库；未凝的循环气再经二级节流阀（7）降压降温；S6)循环气经上述步骤S5二级节流膨胀制冷后其中的气氨全部冷凝为液氨并通过二级液氨分离器Ⅱ（8）分离进入氨库；未凝的剩余循环气再次通入循环冷凝器（1）使用。

【技术特征摘要】
1.一种合成氨循环气冷凝分离液氨的方法，其特征在于包括以下步骤：S1)将CO2气体通入压缩机（2）以压缩降温；S2)将压缩后的CO2气体与冷水换热，使CO2气体降温；S3)降温后的CO2气体在等熵膨胀系统内使气态CO2冷凝为液态；S4)将循环气通入循环冷凝器（1），将冷凝液化后的CO2也通入循环冷凝器（1）蒸发制冷，循环气温度下降从而其中的气氨冷凝为液氨，同时液化状态的CO2蒸发升温气化随后再次进入压缩机（2）循环制冷；S5)经上述步骤S4冷凝后的循环气通过一级节流阀（5）压力和温度均下降后进入一级液氨分离器Ⅰ（6），分离出的液氨进氨库；未凝的循环气再经二级节流阀（7）降压降温；S6)循环气经上述步骤S5二级节流膨胀制冷后其中的气氨全部冷凝为液氨并通过二级液氨分离器Ⅱ（8）分离进入氨库；未凝的剩余循环气再次通入循环冷凝器（1）使用。2.根据权利要求1所述合成氨循环气冷凝分离液氨的方法，其特征在于：上述步骤S1中，所述CO2气体的初始压力P1为1.85~1.88MPa，温度T1为-20~-18℃，经压缩机（2）压缩后所述CO2气体压力P2为2.60~2.65MPa、温度T2为48~55℃。3.根据权利要求1所述合成...

【专利技术属性】
技术研发人员：林迥，何树文，李思华，李强，袁宽，刘兴平，胡茂龙，李华，
申请(专利权)人：山东润银生物化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37