用于氨和二氧化碳混合气体的分离系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于氨和二氧化碳混合气体的分离系统，该系统首先对氨和二氧化碳混合气体进行压缩，使压力升至15-25bar后再送入二氧化碳分离塔，然后再依次进入水分离塔和氨分离塔，这样设置的优点在于压缩尾气所消耗的电能转化为尾气的焓，尾气中的氨气在碳分离塔中被吸收时所放出的大量热量得到有效利用；同时本发明专利技术从所述水分离塔的侧线分离出稀氨碳水溶液，从而大大降低了水分离塔的负荷，减少了能耗。此外，本发明专利技术还将混合气体的压缩分为多段，段间冷却采用直接喷液冷却法，而非传统的间接水冷法，其优点是显热转化为潜热，但物流的总焓值保持不变。本发明专利技术的第四个优点是采用空冷器代替以循环冷却水为冷却介质的冷却器，从而降低了能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体分离领域，具体涉及一种用于氨和二氧化碳混合气体的分离系统。
技术介绍
在合成尿素以及用尿素合成三聚氰胺的过程中会产生大量含氨、二氧化碳的混合气体，为了进一步利用气体中的氨和二氧化碳，通常要对气体进行分离。氨、二氧化碳、水三元系统的相平衡关系十分复杂，它不遵循拉烏尔定律，只能用根据实验数据作出的相图来表示。附图一是一张该系统的等压相图的示意图。三角形的三个顶点分别代表氨、二氧化碳和水，分别称为氨角、碳角、水角。曲线III称为液相顶脊线，代表共沸混合物。曲线III左上方的区域称为I区即氨精馏区，曲线III右下方的区域称为II区即二氧化碳精馏区。虚线IV称为结晶线，其右、上方为气液固三相共存区。当组成位于I区的氨碳水溶液进行蒸馏时，随着氨气的不断蒸出，剩余液相的组成移向并最后到达液相顶脊线；当组成位于II区的氨碳水溶液进行蒸馏时，随着二氧化碳气的不断蒸出，剩余的液相的组成也移向并最后到达液相顶脊线；对组成位于液相顶脊线III上的氨碳水溶液进行蒸馏，气相和液相的氨与二氧化碳的质量比相同，即无法进行氨碳分离。若继续蒸馏，则液相组成沿液相顶脊线向水角移动，直至液相成为纯水为止。已知的氨碳混合物的分离方法如稀释法(dilution process)、差压法(pressuredifferential process)等，都以上述氨、二氧化碳、水三元系统的等压相图为理论基础，这些方法都包括下列三个部分在相图的I区操作的氨分离部分、在相图的II区操作的二氧化碳分离部分、在相图的液相顶脊线III上操作的解吸部分(水分离部分)。对于氨和二氧化碳的分离次序，当氨碳水溶液的组成位于相图的氨精馏区时，则此混合物首先被引入氨分离区进行分离，如美国专利文献US4163648公开了分离氨气和二氧化碳的方法，其中一种方法包括(I)将混合气体送入氨分离塔，将分离出的氨气移出；(2)将经步骤(I)分离 后剩余的含有氨气、二氧化碳和水的液体送入二氧化碳分离塔，将分离出的二氧化碳移出；(3)将经步骤(2)分离后剩余的含有氨气、二氧化碳和水的液体送入解析塔，将解析出的含氨气、二氧化碳和水蒸汽的气体再返回氨分离塔进行分离。上述方法中，氨分离塔的底部操作温度为60-170°C，二氧化碳分离塔的底部操作温度为75-200°C，二氧化碳分离塔的操作压力不超过氨分离塔的两倍。除了上述首先进入氨分离区进行分离的工艺外，若氨碳水溶液的组成位于相图的碳精馏区时，则此混合物首先被引入碳分离塔进行分离。如中国专利文献CN101862577A公开了一种利用三聚氰胺尾气回收二氧化碳和液氨的方法，包括(I)将氨碳混合物以水溶液形式送入二氧化碳分离塔，塔底用蒸汽间接加热，塔顶分离出含有5%水蒸气的二氧化碳气体，塔底得到脱碳氨水；(2)将上述脱碳氨水进入水分离塔，经加热彻底解析，塔底得到的解析水，经冷却降温，送往上述三聚氰胺生产装置用作氨碳混合气体的吸收水，塔顶得到解析气；(3)将上述解析气在氨精馏塔内经精馏干燥，从塔顶得到纯氨气体，从塔底分离出的含有二氧化碳的氨水溶液再返回二氧化碳分离塔。但上述现有技术中氨碳分离的方法存在的缺陷在于，上述方法在二氧化碳分离塔需要耗费大量的蒸汽进行加热，能耗较大。尤其是对于现有技术中先将氨碳混合气体用水进行吸收，再以水溶液形式送入二氧化碳分离塔时，为了促进氨碳的吸收，需要先消耗能量将氨气和二氧化碳的溶解热移出，等氨碳水溶液进入二氧化碳分离塔后，还需要再消耗能量将二氧化碳从液相中蒸出来，这就进一步增加了分离系统的能耗，降低了分离工艺的经济效益。
技术实现思路
为了解决现有技术中二氧化碳分离塔需要耗费大量的蒸汽进行加热，能耗较大，尤其是对于现有技术中先将氨碳混合气体用水进行吸收，再以水溶液形式送入二氧化碳分离塔时，为了促进氨碳混合气体的吸收，需要先消耗能量将氨气和二氧化碳的溶解热移出，等氨碳水溶液进入二氧化碳分离塔后，还需要再消耗能量将二氧化碳从液相中蒸出来，进一步增加分离系统能耗的问题。本专利技术提供了一种能够大幅度降低蒸汽用量，从而降低系 统能耗的氨和二氧化碳气体的分离系统。本专利技术所述的氨和二氧化碳气体的分离系统的技术方案为 一种用于氨和二氧化碳混合气体的分离系统，包括 二氧化碳分离塔； 与所述二氧化碳分离塔连接设置有水分离塔； 与所述水分离塔连接设置有氨分离塔； 所述系统还设置有对所述氨和二氧化碳混合气体进行压缩的气体压缩装置，所述气体压缩装置的出口与所述二氧化碳分离塔相连通。所述气体压缩装置出口的氨和二氧化碳混合气体的压力为15_25bar。所述二氧化碳分离塔塔釜的操作压力为15_25bar，操作温度为155_186°C。所述二氧化碳分离塔塔釜的操作压力为18bar，操作温度为165_171°C。所述氨分离塔的操作压力为2_18bar，塔釜操作温度为60_140°C。所述氨分离塔的操作压力为2_4bar,塔爸操作温度为60_85°C。所述气体压缩装置为多段气体压缩装置。所述水分离塔的顶部设置有回流冷凝器，所述回流冷凝器为空冷器。所述氨分离塔的下部和/或中部设置有循环泵和循环冷却器。所述氨分离塔的循环冷却器是空冷器。所述水分离塔的中部设置有侧线采出泵。本专利技术所述的氨和二氧化碳混合气体的分离系统的优点在于 (I)本专利技术所述的用于氨和二氧化碳混合气体的分离系统，设置有压缩装置对氨和二氧化碳混合气体进行一段或者多段压缩，使压力升至15 25bar。传统方法是先用水吸收氨碳混合气体，生成氨碳水溶液。然后将氨碳水溶液送入碳分离塔分离二氧化碳，或送入氨分离塔分离氨气。在用水吸收氨碳混合气时，大量溶解热不但得不到利用，还要用大量循环冷却水将溶解热移出；而当氨碳水溶液送入碳分离塔分离二氧化碳，或送入氨分离塔分离氨气时，又要消耗大量能量去加热氨碳水溶液，以便将二氧化碳或氨解吸出来。本专利技术进一步限定将氨碳混合气压缩至15 25bar后送入碳分离塔去分离二氧化碳。其优点是在碳分离塔内，二氧化碳已经是气态，不需要解吸；气态的氨被水吸收时放出的大量热量直接被塔内自上而下流的水或氨碳水溶液吸收，从而大大减少了再沸器的蒸汽耗量；压缩机所消耗的电能几乎全部转化为尾气的内能(焓)，压缩后的尾气与压缩前的尾气相比，其焓的增加值约等于压缩机所消耗的电能，即压缩机所消耗的电能并没有损失，而是被带入碳分离塔，得到了利用。(2)本专利技术所述的用于氨和二氧化碳混合气体的分离系统，对氨和二氧化碳混合气体进行分段压缩，并在段间使用喷液冷却法对所述混合气体进行冷却。与现有技术中惯用的间接冷却法相比其优点在于，压缩气体的显热转化为潜热，物料的总焓值保持不变，即 降温过程中能量没有损失，若采用间接冷却法，则不但压缩气体的焓值减少，还要消耗额外的能量来输送冷却介质。(3)本专利技术所述的用于氨和二氧化碳混合气体的分离系统，所述二氧化碳分离塔的操作压力为15-25bar，操作温度为160-190°C。本专利技术以氨、二氧化碳、水的等压相图为依据，给出了最佳的操作条件，在上述压力和温度范围内操作可提高二氧化碳分离塔的分离效率、降低操作系统的能耗。本专利技术设置二氧化碳分离塔的操作压力为15_25bar。压力对NH3 - C02 - H20三元等压相图中顶脊线的形状影响较大，压力越高顶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氨和ニ氧化碳混合气体的分离系统，包括 ニ氧化碳分离塔； 与所述ニ氧化碳分离塔连接设置有水分离塔； 与所述水分离塔连接设置有氨分离塔； 其特征在干， 所述系统还设置有对所述氨和ニ氧化碳混合气体进行压缩的气体压缩装置，所述气体压缩装置的出口与所述ニ氧化碳分离塔相连通。2.根据权利要求I所述的分离系统，其特征在于，所述气体压缩装置出口的氨和ニ氧化碳混合气体的压カ为15-25bar。3.根据权利要求I或2所述的分离系统，其特征在于，所述ニ氧化碳分离塔塔釜的操作压カ为15-25bar，操作温度为155_186°C。4.根据权利要求3所述的分离系统，其特征在干，所述ニ氧化碳分离塔塔釜的操作压カ为ISbar，操作温度为I65-I7It:。5.根据权利要求1-4任一所述的分离系...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐印，龚元德，刘朝慧，宋国天，陈辉，孔杰，李忠云，
申请(专利权)人：北京烨晶科技有限公司，四川金象赛瑞化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：