一种低压氨水生产方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种低压氨水生产方法及系统，该方法包括将氢气和氮气按比例混合后进行增压；增压后进行脱水处理；脱水处理后经换热升温，升温后的混合气体在3‑

【技术实现步骤摘要】
一种低压氨水生产方法及系统


[0001]本专利技术涉及氨合成
，具体涉及一种低压氨水生产方法及系统
。

技术介绍

[0002]氨水（
NH3·
H2O
），又称氨溶液，是氨水在水中的溶液，是一种重要的化工原料
。
工业上主要通过氢气和氮气合成氨气，然后氨气与水发生水合反应的方法进行氨水的生产
。
[0003]现有氨水生产的工艺流程主要包括：（一）合成氨：采用气态氮气和气态氢，在催化剂及
400~500℃
温度条件下和
15~25MPa
压力条件下进行反应，反应进行后分离和后处理，去除杂质提高氨气的纯度；（二）氨水制备：将氨气通入水中发生水合反应，实现吸收氨气生成氨水；对氨水进行物料分离，去除杂质和未反应的气体；然后对氨水进行浓缩和进一步的除杂处理，得到合格的氨水
。
[0004]目前工业合成氨生产反应的温度通常为
400~500℃
，压力为
15~25MPa。
其温度和压力较高，使得合成氨水的装置系统对设备材料
、
厚度
、
装置大小
、
占地面积及安全措施等的要求较高，且还存在能耗偏高和反应效率偏低的问题
。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种低压氨水生产方法及系统，该方法和系统的流程工序简单，通过合成氨反应前后的原料气和产物气进行热交换，利用合成氨的放热反应，实现对原料气的加热和产物气的冷却，省略了合成氨后再冷却液化的工段；且合成氨压力较传统生产氨水的压力更小，降低了整体装置的压力等级，可减少设备投入成本，降低运行能耗
。
[0006]为实现上述目的本专利技术提供了一种低压氨水生产方法，包括如下步骤：
[0007]步骤
S1
，将氢气和氮气按比例混合后进行增压；
[0008]步骤
S2
，增压后的混合气体进行脱水处理；
[0009]步骤
S3
，脱水后的混合气体经换热升温，升温后的混合气体在3‑
15MPa
压力下进行催化反应合成氨气，获得粗氨混合气；
[0010]步骤
S4
，将所述粗氨混合气与所述脱水后的混合气体进行换热冷却，冷却后的粗氨混合气经水洗生成氨水
。
[0011]在本申请的一种实施例中，还包括：
[0012]步骤
S5
，将所述步骤
S4
中水洗后排出的气体进行回收，回收气体进行增压后与原料混合气体一起进行脱水处理
。
[0013]在本申请的一种实施例中，在所述步骤
S1
中，所述氢气和氮气的混合气体中
O2含量小于
5ppm。
[0014]在本申请的一种实施例中，所述脱水处理包括粗脱水处理和精脱水处理，所述粗脱水处理采用气液分离罐脱水，所述精脱水处理采用变温吸附脱水；
[0015]所述精脱水处理后的混合气体中
H2O
含量小于
5ppm
，气态
NH3含量小于
100ppm
，
CO
和
CO2总含量小于
20ppm。
[0016]在本申请的一种实施例中，还包括以下一项或多项：
[0017]在所述步骤
S3
中，所述脱水后的混合气体经换热升温至
320
‑
350℃
；
[0018]在所述步骤
S3
中，所述催化反应合成氨气采用的催化剂为铁系催化剂或钌系催化剂，反应压力为5‑
8MPa
，反应过程中系统压降控制在
0.5MPa
以内，获得的所述粗氨混合气的温度为
380
‑
450℃
；
[0019]在所述步骤
S5
中，所述粗氨混合气换热冷却至
40℃
以下
。
[0020]本专利技术还提供了一种低压氨水生产系统，其特征在于，包括依次连接的原料气生产模块
、
第一增压模块
、
脱水模块
、
合成氨模块和水洗模块；
[0021]还包括热交换模块，所述热交换模块与所述脱水模块的出口端和所述合成氨模块的入口端连通，以及与所述合成氨模块的出口端和所述水洗模块的气体入口端连通；
[0022]其中：
[0023]所述原料气生产模块，用于提供氢气和氮气；
[0024]所述第一增压模块，将所述原料气生产模块提供的所述氢气和氮气混合增压；
[0025]所述脱水模块，用于脱除所述第一增压模块增压后的混合气体中的水分；
[0026]所述热交换模块，将所述脱水模块脱水后的混合气体进行加热；
[0027]所述合成氨模块，将所述热交换模块加热后的高压混合气体进行催化反应合成氨气；合成的粗氨混合气经所述热交换模块进行换热冷却；
[0028]所述水洗模块，将冷却后的所述粗氨混合气进行水洗合成氨水
。
[0029]在本申请的一种实施例中，还包括第二增压模块，所述第二增压模块连接所述水洗模块的气体出口端和所述脱水模块的入口端，将所述水洗模块中排出的气体增压后排往所述脱水模块进行回收循环利用
。
[0030]在本申请的一种实施例中，所述脱水模块包括依次连接的粗脱水单元和精脱水单元
。
[0031]在本申请的一种实施例中，所述原料气生产模块包括水电解生产单元和空分单元
。
[0032]在本申请的一种实施例中，还包括脱氧单元，所述脱氧单元设置于所述原料气生产模块和所述第一增压模块之间；所述原料气生产模块生产的氢气和氮气按比例经所述脱氧单元进行脱氧处理
。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：
[0034]1、
本专利技术的低压氨水生产方法和系统，其流程工序简单，通过合成氨反应前后的原料气和产物气（即粗氨混合气）进行热交换，利用合成氨的放热反应，实现对原料气的加热和产物气的冷却，产物气（粗氨混合气）冷却后直接水洗生成氨水，省略了合成氨后再冷却液化和分离的工段；且合成氨压力较传统生产氨水的合成氨压力更小，降低了整体装置的压力等级，可减少设备投入成本，降低了能耗
。
[0035]2、
本专利技术设置脱水，并通过粗脱水和精脱水步骤，依次脱除游离水，控制混合气体中
H2O、
气态
NH3、CO
和
CO2的含量，确保后续在较低压力环境下使合成氨反应顺利高效的进行；获得的粗氨混合气冷却（
40℃
以下）后直接经脱盐水水洗液化
、
分离，无需将粗氨混合气冷却至液化（
‑
20℃
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低压氨水生产方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
S1
，将氢气和氮气按比例混合后进行增压；步骤
S2
，增压后的混合气体进行脱水处理；步骤
S3
，脱水后的混合气体经换热升温，升温后的混合气体在3‑
15MPa
压力下进行催化反应合成氨气，获得粗氨混合气；步骤
S4
，将所述粗氨混合气与所述脱水后的混合气体进行换热冷却，冷却后的粗氨混合气经水洗生成氨水
。2.
根据权利要求1所述的低压氨水生产方法，其特征在于，还包括：步骤
S5
，将所述步骤
S4
中水洗后排出的气体进行回收，回收气体进行增压后与原料混合气体一起进行脱水处理
。3.
根据权利要求1或2所述的低压氨水生产方法，其特征在于，在所述步骤
S1
中，所述氢气和氮气的混合气体中
O2含量小于
5ppm。4.
根据权利要求2所述的低压氨水生产方法，其特征在于，所述脱水处理包括粗脱水处理和精脱水处理，所述粗脱水处理采用气液分离罐脱水，所述精脱水处理采用变温吸附脱水；所述精脱水处理后的混合气体中
H2O
含量小于
5ppm
，气态
NH3含量小于
100ppm
，
CO
和
CO2总含量小于
20ppm。5.
根据权利要求1或2所述的低压氨水生产方法，其特征在于，还包括以下一项或多项：在所述步骤
S3
中，所述脱水后的混合气体经换热升温至
320
‑
350℃
；在所述步骤
S3
中，所述催化反应合成氨气采用的催化剂为铁系催化剂或钌系催化剂，反应压力为5‑
8MPa
，反应过程中系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶根银，王业勤，
申请(专利权)人：四川亚联氢能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：