撬装式合成氨系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种撬装式合成氨系统及方法，涉及氨合成技术领域。本发明专利技术包括依次连通的、且一同安装在一集装箱内部的电解水装置、氢气纯化装置和氨合成装置，同时集装箱内部还设置有为合成氨系统供电的储能模块，以及设置在集装箱外部为储能模块供电的发电模块。本发明专利技术通过将电解水装置、氢气纯化装置和氨合成装置一同安装一集装箱内部，同时集装箱内部还设置有为合成氨系统供电的储能模块，以及设置在集装箱外部为储能模块供电的发电模块，实现了小型化和集约化；能够解决可再生能源的存储问题，将有效促进可再生能源的普及应用。将有效促进可再生能源的普及应用。将有效促进可再生能源的普及应用。

【技术实现步骤摘要】
撬装式合成氨系统及方法


[0001]本专利技术属于氨合成
，特别是涉及一种撬装式合成氨系统，及一种撬装式合成氨合成系统。

技术介绍

[0002]氨作为传统的化工原料，广泛用于制造氨水、氮肥(尿素、碳铵等)、复合肥料、硝酸、铵盐、纯碱等，应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等领域；现在随着双碳目标的提出，我国面临着能源转型的重任。迫切需要清洁无污染的能源来代替化石燃料。然而越来越多的研究表明，氢并不是最合适的能源载体，其本身的诸多缺点成为阻碍其大规模推广应用的障碍。
[0003]从工业合成氨技术专利技术至今，其规模和运行模式均按照大规模稳定连续能源供应条件进行设计的，所以当下的合成氨工艺以大型氨合成工厂的形式呈现，工厂年产能在十几万吨至几十万吨之间，投资在几十亿水平，原料为空分氮气和煤制氢气或天然气制氢气，由此可见，与中小规模的可再生能源装置适配的氨合成技术处于空白状态，尤其小型化、集约化的氨合成装置的研发是急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种撬装式合成氨系统，通过将电解水装置、氢气纯化装置和氨合成装置一同安装一集装箱内部，同时所述集装箱内部还设置有为合成氨系统供电的储能模块，以及设置在集装箱外部为储能模块供电的发电模块，解决了现有
技术介绍
提出的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术为一种撬装式合成氨系统，包括依次连通的电解水装置、氢气纯化装置和氨合成装置；所述氨合成装置包括依次连通设置的预热单元、反应单元和冷却分离单元；且所述预热单元与氢气纯化装置接通；其中，所述氨合成装置为一氨合成塔，氨合成塔的进气端连通油分离器、且所述油分离器的进气端连通循环气压缩机和氢氮气压缩机；且所述电解水装置、氢气纯化装置和氨合成装置均安装一集装箱内部，同时所述集装箱内部还设置有为合成氨系统供电的储能模块，以及设置在集装箱外部为储能模块供电的发电模块。
[0007]进一步地，所述油分离器和氨合成塔之间还设置有热交换器；使用时，来自循环气压缩机的循环气与来自氢氮气压缩机的补充气混合后经油分离器分油后分为二路；其中一路连通在热交换器冷气入口处，经热交换器换热至160
‑
190℃后排入合成塔；另一路直接接通在热交换器冷气出口处，用于调节混合气体进入氨合成塔的温度。
[0008]进一步地，经热交换器处理后的混合气体分五路进入氨合成塔；依次用以调节进合成塔1#催化床入口温度至360
‑
390℃、用以调节进合成塔2#催化床入口温度至390
‑
410℃、用以调节进合成塔3#催化床入口温度至395
‑
420℃、用以调节进合成塔4#催化床入口温度至395
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420℃、以及从合成塔下部进入，与合成塔出口气体换热，加热到380
‑
415℃上升到
零米触媒层，以达到氨合成反应活性温度。
[0009]进一步地，所述五路包括氨合成塔零米副线f0、氨合成塔冷激气f1、氨合成塔冷激气f2、氨合成塔冷激气f3和氨合成塔主气；
[0010]其中，氨合成塔主气进入合成塔内部的下部换热器的壳程，与出催化剂床层气体换热，换热后的气体温度升高到380
‑
415℃经零米副线f0调节至360
‑
390℃，并沿中心管上升至催化床零米，进入1#轴向催化床反应至475
‑
495℃，经冷激气f1调节至390
‑
410℃后，再进入2#轴向催化床反应至470
‑
485℃，经冷激气f2调节至395
‑
420℃后，由外向内沿径向方向进入3#径向催化床反应至460
‑
480℃，经冷激气f3调节至395
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420℃后，由内向外沿径向方向进入4#径向催化床反应至440
‑
460℃，进入下部换热器与进入氨合成塔内合成气换热至160
‑
180℃出塔。
[0011]进一步地，所述冷却分离单元在使用时，离开离开氨合成塔的气体经水冷器冷却后温度降至40℃，再经过冷交换器，温度降至20
‑
23℃后进入氨分离器进行分氨，氨分离器产生的气氨送至循环气压缩机进行下一轮循环；
[0012]氨分离器分离的液氨减压至1.5MPaG后送入液氨闪蒸槽，液氨闪蒸槽产生的闪蒸气送入氢氮气压缩机内，产生的液氨减压送界区外氨库。
[0013]进一步地，所述液氨闪蒸槽包括一级冷冻闪蒸槽和二级冷冻闪蒸槽；其中，所述一级冷冻闪蒸槽从氨分离器的末端接出，所述二级冷冻闪蒸槽从一级冷冻闪蒸槽的末端接出；且所述二级冷冻闪蒸槽产生的闪蒸气送入氢氮气压缩机内，产生的液氨减压送界区外氨库。
[0014]进一步地，所述氨合成塔内还设置有电加热器，电加热器在原始开车或催化剂升温时，将进气体加热至400
‑
500℃后，再通过零米床层进入氨合成塔。
[0015]进一步地，所述氨合成塔采用冷壁塔结构，一部分来自热交换器排出的工艺气从氨合成塔的下部进入，沿氨合成塔外筒与内件的环隙向上流动，以此冷却塔壁，使塔壁温度低于250℃；
[0016]且氨合成塔的筒体采用多层包扎技术，其筒体内胆、外筒为Q345R材料，下部底封头、锻件材料及端部法兰均选用1Cr5Mo材料，而大盖选用20MnMo材料。
[0017]进一步地，且所述热交换器和冷交换器均为单程的卧式列管换热器。
[0018]一种撬装式合成氨的合成方法，包括：
[0019]Stp1、通过电解水装置、氢气纯化装置制备得到氢气；
[0020]Stp2、分别将氢气和氮气通过氢氮气压缩机、然后经循环气压缩机作用通入到油分离器内；
[0021]Stp3、经油分离器分油后分为二路；其中一路连通在热交换器冷气入口处，经热交换器换热至160
‑
190℃后排入合成塔；另一路直接接通在热交换器冷气出口处；
[0022]Stp4、经热交换器处理后的混合气体分五路进入氨合成塔；五路包括氨合成塔零米副线f0、氨合成塔冷激气f1、氨合成塔冷激气f2、氨合成塔冷激气f3和氨合成塔主气；
[0023]其中，氨合成塔主气进入合成塔内部的下部换热器的壳程，与出催化剂床层气体换热，换热后的气体温度升高到380
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415℃经零米副线f0调节至360
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390℃，并沿中心管上升至催化床零米，进入1#轴向催化床反应至475
‑
495℃，经冷激气f1调节至390
‑
410℃后，再进入2#轴向催化床反应至470
‑
485℃，经冷激气f2调节至395
‑
420℃后，由外向内沿径向方
向进入3#径向催化床反应至460
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480℃，经冷激气f3调节至395
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.撬装式合成氨系统，其特征在于：包括依次连通的电解水装置、氢气纯化装置和氨合成装置；所述氨合成装置包括依次连通设置的预热单元、反应单元和冷却分离单元；且所述预热单元与氢气纯化装置接通；其中，所述氨合成装置为一氨合成塔，氨合成塔的进气端连通油分离器、且所述油分离器的进气端连通循环气压缩机和氢氮气压缩机；且所述电解水装置、氢气纯化装置和氨合成装置均安装一集装箱内部，同时所述集装箱内部还设置有为合成氨系统供电的储能模块，以及设置在集装箱外部为储能模块供电的发电模块。2.根据权利要求1所述的一种撬装式合成氨系统，其特征在于，所述油分离器和氨合成塔之间还设置有热交换器；使用时，来自循环气压缩机的循环气与来自氢氮气压缩机的补充气混合后经油分离器分油后分为二路；其中一路连通在热交换器冷气入口处，经热交换器换热至160
‑
190℃后排入合成塔；另一路直接接通在热交换器冷气出口处，用于调节混合气体进入氨合成塔的温度。3.根据权利要求2所述的一种撬装式合成氨系统，其特征在于，经热交换器处理后的混合气体分五路进入氨合成塔；依次用以调节进合成塔1#催化床入口温度至360
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390℃、用以调节进合成塔2#催化床入口温度至390
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410℃、用以调节进合成塔3#催化床入口温度至395
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420℃、用以调节进合成塔4#催化床入口温度至395
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420℃、以及从合成塔下部进入，与合成塔出口气体换热，加热到380
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415℃上升到零米触媒层，以达到氨合成反应活性温度。4.根据权利要求3所述的一种撬装式合成氨系统，其特征在于，所述五路包括氨合成塔零米副线f0、氨合成塔冷激气f1、氨合成塔冷激气f2、氨合成塔冷激气f3和氨合成塔主气；其中，氨合成塔主气进入合成塔内部的下部换热器的壳程，与出催化剂床层气体换热，换热后的气体温度升高到380
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415℃经零米副线f0调节至360
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390℃，并沿中心管上升至催化床零米，进入1#轴向催化床反应至475
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495℃，经冷激气f1调节至390
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410℃后，再进入2#轴向催化床反应至470
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485℃，经冷激气f2调节至395
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420℃后，由外向内沿径向方向进入3#径向催化床反应至460
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480℃，经冷激气f3调节至395
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420℃后，由内向外沿径向方向进入4#径向催化床反应至440
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460℃，进入下部换热器与进入氨合成塔内合成气换热至160
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180℃出塔。5.根据权利要求2
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4任一项所述的一种撬装式合成氨系统，其特征在于，所述冷却分离单元在使用时，离开氨合成塔的气体经水冷器冷却后温度降至40℃，再经过冷交换器，温度降至20
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23℃后进入氨分离器进行分氨，氨分离器产生的气氨送至循环气压缩机进行下一轮循环；氨分离器分离的液氨减压至1.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：章文扬，李洋，韩京辉，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：