【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种化工装置，尤其是一种合成氨装置，具体的说是一种耦合膜分离的合成氨装置。
技术介绍
1、合成氨是世界最重要的合成化学品之一，约85%的合成氨用于化肥制造以提高全球粮食产量。此外，作为一种无碳、稳定的储氢载体，合成氨在新能源产业链中展现巨大潜力。然而合成氨工艺为典型的高耗能工艺，反应需要在高温高压下进行，反应后的气体需冷却分离得到最终的液氨产品。目前国内的合成氨装置产出1吨的成品氨平均需要耗费约52gj能量，因此开发低能耗的合成氨工艺具有很高的现实意义。随着催化技术更新迭代，已有低于10mpa的低压合成氨工艺投入运行，通过牺牲少量的转化率来减少装置能量消耗。
2、haber-bosch制氨工艺是最为典型和常用的合成氨工艺。但是，由于热力学的限制，该工艺下的反应单次转化率仅在13%左右。因此，需对产物中的氢气和氮气分离提纯，循环反应。目前，工业中通常采用深冷法，即利用氢气、氮气与氨气的沸点差异，在高压、低温的条件下液化混合气中的氨气作为产品，并将气态的氢气和氮气再经压缩后返回反应器中，再次反应。此循环过程中，通常需要设置有多级热交换器与氨冷器，以便将反应器出口的混合气体的温度，从大于400℃降至氨气沸点以下。由此，需要花费大量的冷却剂，如冷却水和冷冻液氨等，并增大了循环功耗，不利于节能环保，
3、因此，亟需加以改进，以便低此能耗和成本，更好的满足市场需求。
技术实现思路
1、本技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种耦合膜分离的合成氨装置，可有效减少
2、本技术的技术方案是：
3、一种耦合膜分离的合成氨装置，包括合成氨反应器，所述合成氨反应器的进料口与氢氮气混合罐相连通，其出料口与膜分离器组件的进口相连；该膜分离器组件的渗透侧出口与所述氢气混合罐相连通，其渗余侧出口依次经过水冷器和氨冷器后与气液分离器相连通；所述氢氮气混合罐与氢气输入管和氮气输入管相连通。
4、进一步的，所述膜分离器组件为一个膜分离器；或，所述膜分离器组件包括两个或两个以上膜分离器，相互并联。
5、进一步的，所述膜分离器的进口处设有进料闸阀，其渗透侧出口设有渗透气闸阀，其渗余侧出口设有渗余气闸阀。
6、进一步的，还包括氢气混合罐，其出口经过氢气压缩机后与所述氢氮气混合罐的进口相连，其进口经过氢气调节阀后与氢气输入管相连。
7、进一步的，还包括第一换热器，其管程进口与所述氢氮气混合罐的出口相连，其管程出口经过调节阀组件后与所述合成氨反应器的进料口相连，其壳程进口与所述膜分离器组件的渗透侧出口相连，其壳程出口与所述氢气混合罐的进口相连。
8、进一步的，所述合成氨反应器的进料口为三个，分别对应其内部的三组催化剂，并同时连接所述第一换热器的管程出口；该合成氨反应器的出料口处设有减压阀。
9、进一步的，还包括第二换热器，其管程进口与所述气液分离器的气体出口相连，其管程出口同时连接所述氢氮气混合罐的进口和弛放气调节阀，其壳程进口与所述膜分离器处出口相连，其壳程出口与所述水冷器的进口相连。
10、进一步的，所述调节阀组件包括主路调节阀、支路调节阀和电加热器；该支路调节阀和电加热器串联后与所述主路调节阀相并联。
11、进一步的，所述氮气输入管与所述氢氮气混合罐之间管路上依序设有氮气调节阀和氮气压缩机；所述第二换热器管程出口与所述氢氮气混合罐之间管路上依序设有循环气调节阀和循环气压缩机。
12、进一步的，还包括气体组成分析仪，设置于所述氢氮气混合罐与第一换热器之间的管路上。
13、本技术的有益效果：
14、本技术设计合理，结构紧凑，运行高效，通过耦合膜分离器，将氨合成反应后的混合气进行分离，有效减少了冷却分离工段需要处理的气量，进而降低了运行能耗与冷却剂的用量，实现降本增效。同时，还可对氨合成反应中产生的热量进行充分回收，为节能环保创造有利条件。
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1.一种耦合膜分离的合成氨装置，包括合成氨反应器，其特征是，所述合成氨反应器的进料口与氢氮气混合罐相连通，其出料口与膜分离器组件的进口相连；该膜分离器组件的渗透侧出口与氢气混合罐相连通，其渗余侧出口依次经过水冷器和氨冷器后与气液分离器相连通；所述氢氮气混合罐与氢气输入管和氮气输入管相连通。
2.根据权利要求1所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，所述膜分离器组件为一个膜分离器；或，所述膜分离器组件包括两个或两个以上膜分离器，相互并联。
3.根据权利要求2所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，所述膜分离器的进口处设有进料闸阀，其渗透侧出口设有渗透气闸阀，其渗余侧出口设有渗余气闸阀。
4.根据权利要求1所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，还包括氢气混合罐，其出口经过氢气压缩机后与所述氢氮气混合罐的进口相连，其进口经过氢气调节阀后与氢气输入管相连。
5.根据权利要求4所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，还包括第一换热器，其管程进口与所述氢氮气混合罐的出口相连，其管程出口经过调节阀组件后与所述合成氨反应器的进料口相连，其壳程进口
6.根据权利要求5所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，所述合成氨反应器的进料口为三个，分别对应其内部的三组催化剂，并同时连接所述第一换热器的管程出口；该合成氨反应器的出料口处设有减压阀。
7.根据权利要求1所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，还包括第二换热器，其管程进口与所述气液分离器的气体出口相连，其管程出口同时连接所述氢氮气混合罐的进口和弛放气调节阀，其壳程进口与所述膜分离器处出口相连，其壳程出口与所述水冷器的进口相连。
8.根据权利要求5所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，所述调节阀组件包括主路调节阀、支路调节阀和电加热器；该支路调节阀和电加热器串联后与所述主路调节阀相并联。
9.根据权利要求7所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，所述氮气输入管与所述氢氮气混合罐之间管路上依序设有氮气调节阀和氮气压缩机；所述第二换热器管程出口与所述氢氮气混合罐之间管路上依序设有循环气调节阀和循环气压缩机。
10.根据权利要求5所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，还包括气体组成分析仪，设置于所述氢氮气混合罐与第一换热器之间的管路上。
...【技术特征摘要】
1.一种耦合膜分离的合成氨装置，包括合成氨反应器，其特征是，所述合成氨反应器的进料口与氢氮气混合罐相连通，其出料口与膜分离器组件的进口相连；该膜分离器组件的渗透侧出口与氢气混合罐相连通，其渗余侧出口依次经过水冷器和氨冷器后与气液分离器相连通；所述氢氮气混合罐与氢气输入管和氮气输入管相连通。
2.根据权利要求1所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，所述膜分离器组件为一个膜分离器；或，所述膜分离器组件包括两个或两个以上膜分离器，相互并联。
3.根据权利要求2所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，所述膜分离器的进口处设有进料闸阀，其渗透侧出口设有渗透气闸阀，其渗余侧出口设有渗余气闸阀。
4.根据权利要求1所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，还包括氢气混合罐，其出口经过氢气压缩机后与所述氢氮气混合罐的进口相连，其进口经过氢气调节阀后与氢气输入管相连。
5.根据权利要求4所述的耦合膜分离的合成氨装置，其特征是，还包括第一换热器，其管程进口与所述氢氮气混合罐的出口相连，其管程出口经过调节阀组件后与所述合成氨反应器的进料口相连，其壳程进口与所述膜分离器组件的渗透侧出口相连，其壳程出口与...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁慕康，曹志祥，郑书东，张玉轩，吕品，
申请(专利权)人：凯普索绿色能源科技南京有限公司，
类型：新型
国别省市：
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