【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合成氨，尤其是涉及一种基于离子液体提高合成氨生产效率的系统及方法。
技术介绍
1、合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。由于合成氨反应单程转化率较低，为推动反应向正反应方向进行，反应生成的氨要通过氨分离工艺进行及时分离，未反应的氮气和氢气需要重新循环进行反应。
2、当前市场上主流的氨分离工艺是三级冷却分离。一级冷却器用热媒水对氨合成塔出口气进行降温，二级冷却器通过氨分离器出口的循环气与一级冷却后的合成气热交换进行二级降温，三级冷却器为氨冷器，由氨压缩制冷循环系统提供冷量，使得合成气中的部分气氨液化为液氨，气液混合物在氨分离器中分离得到摩尔浓度≥99％的液氨，液氨进液氨闪蒸罐得到摩尔浓度≥99.5％的液氨，气相闪蒸气与原料气混合。氨三级冷却分离工艺存在以下几个问题：
3、(1)氨三级冷却流程复杂，使用冰机能耗较高，设备投资大，导致合成氨流程经济性较低。
4、(2)氨回收率低，循环气中氨含量较高，进入氨合成塔抑制正向反应，单程转化率降低，最终导致相同原料进气条件下，液氨产量降低。
5、(3)弛放气量大，给环保造成较大压力。
6、因此，亟需一种提高合成氨生产效率的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于离子液体提高合成氨生产效率的系统及方法，通过离子液体在吸收塔中对氨合成塔出口气中的氨进行吸收，经过一级、二级解吸，得到气相氨，经过冷凝分离后得到产品液
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术的第一个目的是提供一种基于离子液体提高合成氨生产效率的系统，合成氨系统包括合成气压缩机、进气换热器、氨合成塔、出气换热器、吸收塔、循环气压缩机、一级解吸器、循环液冷却器、循环液泵、二级解吸器、液氨冷却器、液氨分离罐。
4、进一步地，所述合成气压缩机与进气换热器连接；所述进气换热器与氨合成塔连接；所述氨合成塔与进气换热器、出气换热器、吸收塔依次连接；所述吸收塔顶部与循环气压缩机、进气换热器依次连接；所述吸收塔底部与一级解吸器连接；所述一级解吸器顶部与合成气压缩机连接；所述一级解吸器底部与循环液冷却器、出气换热器、二级解吸器依次连接；所述二级解吸器顶部与液氨冷却器连接；所述二级解吸器底部与循环液泵、循环液冷却器、吸收塔依次连接；所述液氨冷却器与液氨分离罐连接；所述液氨分离罐顶部与合成气压缩机连接，所述液氨分离罐底部与液氨管线连接。
5、进一步地，上述各装置设备通过管线连接。
6、进一步地，所述合成氨系统还包括合成气管线、弛放气管线、液氨管线、离子液体补充液管线。
7、进一步地，所述离子液体补充液管线用于添加离子液体补充液；离子液体补充液管线与循环液泵连接。
8、进一步地，所述合成气管线用于添加合成气；合成气管线与合成气压缩机连接；液氨分离罐与合成气管线连接。
9、进一步地，所述弛放气管线用于放出弛放气；弛放气管线与吸收塔连接。
10、进一步地，所述液氨管线用于放出液氨；液氨管线与液氨分离罐连接。
11、本专利技术的第二个目的是提供一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，该方法采用上述合成氨系统，所述方法采用离子液体吸收来自氨合成塔循环气中的氨，含少量氨的循环气重回氨合成塔；吸收富液经过两级解吸得纯度较高的氨气，冷凝后得到液氨产品，解吸后贫液经换热循环回吸收塔。
12、进一步地，所述离子液体为常规离子液体，如咪唑盐类、醇铵盐类以及改性功能离子液体等的一种或几种混合物；具体如[emim][bf4]、[emim][ntf2]、[bmim][bf4]、[bmim][ntf2]或[emim][bf4]与[bmim][bf4]混合物等。
13、进一步地，所述方法包括如下工序：
14、合成：新鲜合成气与来自液氨分离罐的不凝气混合后进入合成气压缩机，同时来自一级解吸器的不凝气从合成气压缩机中部进入，压缩后与来自吸收塔的循环气混合经过进气换热器后去氨合成塔，反应后的高温高压循环气依次经进气换热器、出气换热器二级降温后去吸收工序；
15、吸收：来自合成工序的合成气从吸收塔底进入，来自二级解吸器的循环液与离子液体补充液混合后，经过循环液泵输送，循环液冷却器冷却后从吸收塔顶部进入，两者在塔内逆流传质，完成吸收过程，被吸收后的循环气分出一部分作为弛放气，其余经循环气压缩机压缩后返回合成工序，塔底吸收富液去解吸工序；
16、解吸：吸收富液先进入一级解吸器解吸出不凝气，即一级解吸的不凝气，一级解吸的不凝气回合成工序，一级解吸液先经循环液冷却器初步升温后，再进出气换热器二次升温后进入二级解吸器；二级解吸贫液回吸收工序，二级解吸气去氨冷工序；
17、氨冷：二级解吸气经过液氨冷却器冷凝后，进入液氨分离罐，分离出产品液氨以及不凝气，即氨冷却后的不凝气，氨冷却后的不凝气回氨合成工序。
18、进一步地，所述合成工序中氨合成塔的高温高压循环气包括氮气、氢气、氩气以及氨气，氨气摩尔浓度为10～30％，高温高压循环气压力为14～20mpa，降温后温度在60～100℃。
19、进一步地，所述吸收塔，可以为筛板塔、填料塔或者二者结合型式；吸收条件吸收液气比为4～5：1，压力为循环气压力，温度为40～150℃。
20、进一步地，所述吸收工序中循环气进吸收塔被吸收氨后，吸收塔顶部循环气中氨的摩尔浓度较低，不超过2％。
21、进一步地，所述解吸工序中吸收富液经一级解吸出不凝气，解吸温度60～100℃，解吸压力30～50bar。
22、进一步地，二级解吸出浓度较高的氨气，摩尔浓度大于99％，解吸温度100～150℃，解吸压力16～20bar，二级解吸后得到的解吸循环液，冷却后温度为40～80℃。
23、进一步地，所述合成工序中氨合成塔的高温高压循环气二级降温，其中一级用于提高新鲜合成气温度；二级用于提高解吸工序中吸收富液二级解吸的解吸温度。
24、进一步地，所述氨冷工序中二级解吸气经过冷凝后得到少量不凝气与液氨，液氨摩尔浓度大于99.5％，冷凝温度15～40℃，冷凝介质为循环冷却水、冷冻水或冷冻盐水等中的一种。
25、进一步地，所述解吸工序中一级解吸的不凝气与氨冷工序中氨冷却后的不凝气作为新鲜气补充气，重新进氨合成塔参与反应。
26、上述基于离子液体提高合成氨系统效率的方法在合成氨系统中进行。
27、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
28、1)本技术方案所提供的一种基于离子液体提高合成氨系统效率的方法，替换了传统氨三级冷却分离的工艺方法，避免了冰机的使用，减少了设备投资和能耗。
29、2)本技本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于离子液体提高合成氨生产效率的系统，其特征在于，所述系统包括合成气压缩机(1)、进气换热器(2)、氨合成塔(3)、出气换热器(4)、吸收塔(5)、循环气压缩机(6)、一级解吸器(7)、循环液冷却器(8)、循环液泵(9)、二级解吸器(10)、液氨冷却器(11)、液氨分离罐(12)；
2.一种如权利要求1所述系统的基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述方法包括如下工序：
3.根据权利要求2所述一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述离子液体选自咪唑盐类、醇铵盐类以及改性功能离子液体的一种或几种混合物。
4.根据权利要求2所述一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述合成工序中氨合成塔(3)的高温高压循环气包括氮气、氢气、氩气以及氨气，氨气摩尔浓度为10～30％，高温高压循环气压力为14～20MPa，降温后温度在60～100℃。
5.根据权利要求2所述一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述吸收塔(5)的吸收条件：吸收液气比为4～5：1，压力为循环气压力，温度为
6.根据权利要求2所述一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述吸收工序中循环气进吸收塔(5)被吸收氨后，吸收塔(5)顶部循环气中氨的摩尔浓度不超过2％。
7.根据权利要求2所述一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述解吸工序中吸收富液经一级解吸出不凝气，解吸温度60～100℃，解吸压力30～50bar；
8.根据权利要求2所述一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述合成工序中氨合成塔(3)的高温高压循环气二级降温，其中一级用于提高新鲜合成气温度；二级用于提高解吸工序中吸收富液二级解吸的解吸温度。
9.根据权利要求2所述一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述氨冷工序中二级解吸气经过冷凝后得到不凝气与液氨，液氨摩尔浓度大于99.5％，冷凝温度15～40℃，冷凝介质为循环冷却水、冷冻水或冷冻盐水中的一种。
10.根据权利要求2所述一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述解吸工序中一级解吸的不凝气与氨冷工序中氨冷却后的不凝气作为新鲜气补充气，重新进氨合成塔(3)参与反应。
...【技术特征摘要】
1.一种基于离子液体提高合成氨生产效率的系统，其特征在于，所述系统包括合成气压缩机(1)、进气换热器(2)、氨合成塔(3)、出气换热器(4)、吸收塔(5)、循环气压缩机(6)、一级解吸器(7)、循环液冷却器(8)、循环液泵(9)、二级解吸器(10)、液氨冷却器(11)、液氨分离罐(12)；
2.一种如权利要求1所述系统的基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述方法包括如下工序：
3.根据权利要求2所述一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述离子液体选自咪唑盐类、醇铵盐类以及改性功能离子液体的一种或几种混合物。
4.根据权利要求2所述一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述合成工序中氨合成塔(3)的高温高压循环气包括氮气、氢气、氩气以及氨气，氨气摩尔浓度为10～30％，高温高压循环气压力为14～20mpa，降温后温度在60～100℃。
5.根据权利要求2所述一种基于离子液体提高合成氨生产效率的方法，其特征在于，所述吸收塔(5)的吸收条件：吸收液气比为4～5：1，压力为循环气压力，温度为40～150℃。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：卫炎勋，章华勇，史克年，赵瑞霞，
申请(专利权)人：远景氢能源科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：
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