[其他]用一種低溫與非低溫結(jié)合的分離方法從合成氨裝置的吹掃氣中回收氬

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 87100950
• 申請(qǐng)日: 1987-02-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN87100950A
• 公開(kāi)（公告）日: 1987-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐納德L·麥克萊恩;拉曼切德瑞·克里希納姆斯;史蒂文L·蘭納
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: BOC集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): C01B23/00
• 分類號(hào): C01B23/00
• 代理公司: 上海專利事務(wù)所
• 代理人: 徐志奇

通過(guò)空分裝置，經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)氬是與生產(chǎn)等量的氮或氧或兩者相聯(lián)系的。然而，近年來(lái)對(duì)氬的需要已經(jīng)以一個(gè)較相應(yīng)的氮或氧增長(zhǎng)速率為更快的速率增長(zhǎng)。因此，氬生產(chǎn)的可供選擇的來(lái)源引起人們的關(guān)注，一個(gè)可能的來(lái)源則是來(lái)自氨合成裝置的吹掃氣。

在氨合成裝置中，為了使惰性氣體的濃度維持在規(guī)定的含量之下，有必要吹掃氣流的一個(gè)級(jí)分。較高的惰性氣體含量降低反應(yīng)物的分壓，并引起氨合成反應(yīng)平衡朝不利的方向移動(dòng)。甲烷和氬組成有關(guān)的惰性氣體。壓力達(dá)到約1900磅/英寸²（表壓）的氨吹掃氣的典型組成如下：60.5%H₂，20%N₂，4.5%Ar，13%CH₄2%NH₃。根據(jù)合成氨裝置的設(shè)計(jì)，吹掃氣可達(dá)到更高的壓力或在組成上稍有不同。

從合成氨裝置的吹掃氣中回收氬的現(xiàn)有技術(shù)采用一種低溫方法，包括脫除氨的一個(gè)預(yù)處理段和三個(gè)低溫蒸餾塔。前兩個(gè)塔是脫除原料氣中的氫和氮的，而最后一個(gè)塔是分離氬和甲烷以獲得純的液態(tài)氬及同樣純的作燃料用的甲烷。

本發(fā)明的主要目的在于改進(jìn)從氨合成裝置的吹掃氣中回收氬的方法。本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的目的在于利用非低溫和低溫有效地結(jié)合的方法改進(jìn)從氨合成裝置的吹掃氣中回收氬的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于利用一個(gè)PSA系統(tǒng)以在氨合成裝置中從吹掃氣中除去甲烷。

在本發(fā)明的以下描述中，術(shù)語(yǔ)“壓力交變吸附”或其縮寫(xiě)“PSA”涉及一種目前熟知的并之泛運(yùn)用的關(guān)于從一種氣體混合物分離某些組分的方法或裝置。一個(gè)PSA系統(tǒng)基本上包括使一種進(jìn)料氣混合物通過(guò)充填分子篩的一個(gè)或多個(gè)吸附床，此分子篩對(duì)氣體混合物的較強(qiáng)的吸附組分比對(duì)較弱的吸附組分具有更大的選擇性。在一個(gè)典型的雙床PSA系統(tǒng)的正常的操作中，配合和布置連接導(dǎo)管、閥門(mén)和定時(shí)器等，以使吸附在第一個(gè)床上發(fā)生時(shí)，再生在第二個(gè)床上發(fā)生。在通常的循環(huán)中，關(guān)于各個(gè)吸附床的接續(xù)步驟包括床層增壓法、產(chǎn)物釋放和床層再生。基本的PSA系統(tǒng)在美國(guó)專利號(hào)為2，944，627、3，801，513和3，960，522的專利中描述。

對(duì)基本的PSA方法和設(shè)備的各種變更和改進(jìn)已在文獻(xiàn)中描述了，例如在1983年11月5日出版的美國(guó)專利號(hào)4，415，340的專利及1982年7月20日出版的美國(guó)專利號(hào)為4，340，398的專利中。本發(fā)明不限于任何特定的PSA方法或設(shè)備的設(shè)計(jì)。但導(dǎo)致高氬產(chǎn)率的設(shè)計(jì)則如下實(shí)施例說(shuō)明。

業(yè)已研制出一個(gè)新的及改進(jìn)了的方法以用于從來(lái)自氨合成裝置的吹掃氣中回收氬。此方法用一種非低溫工藝，由一個(gè)進(jìn)行氬和甲烷間必要的分離、同時(shí)脫除大部分氮的壓力交吸附（PSA）單元（裝置）構(gòu)成。

本發(fā)明較已有技術(shù)三級(jí)低溫氬回收法有若干重要優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)使用一個(gè)氣相甲烷分離方法，投資費(fèi)和操作費(fèi)用得到很大的降低。事實(shí)上，在非低溫分離中，來(lái)自合成氨裝置的高壓吹掃氣可用于提供所需的大部分或全部能量。進(jìn)而，作為進(jìn)一步的節(jié)能措施，有可能使吹掃氣流通過(guò)透平機(jī)以向其后的低溫分離提供必需的冷卻。本方法的另外的優(yōu)點(diǎn)使得采用PSA單元進(jìn)行氨的分離和甲烷的分離先于采用一塊隔膜進(jìn)行氫的分離。氨吹掃氣流處在低溫（約-10°F）狀態(tài)，在此溫度下壓力交變吸附將更為有效。由于吸附熱，使來(lái)自PSA裝置的產(chǎn)物氣體將變得溫?zé)帷Ｔ谳^高的溫度（約70°F）下，隔膜操作將更為有效。這里所指的溫度是在約2000磅/英寸²（壓力）下對(duì)一個(gè)合成氨裝置操作而言的，而且萬(wàn)一設(shè)計(jì)裝置在其它壓力下操作則可能稍有不同。

本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)是在一個(gè)單級(jí)的PSA系統(tǒng)中提供分離氨、同時(shí)分離甲烷和氮的方案。當(dāng)進(jìn)料中的氨為這樣低的濃度以致于在吹掃氣中的氨的回收或再循環(huán)并非必要時(shí)，此方案仍是有利的。然后，可省卻昂貴的氨分離裝置，使此方法在成本上更加有利。最后，本方法中所用的緊湊的單元是比較輕便的，而且因此，在遍布廣大的地域范圍內(nèi)的眾多的合成氨裝置的吹掃氣可以更迅速地捕集氬，以適應(yīng)對(duì)此工業(yè)用氣體的增長(zhǎng)的需要。

本發(fā)明的方法的第一個(gè)實(shí)施例包括下列步驟：

（1）用沸石分子篩物質(zhì)，在大約1100磅/英寸²（表壓）的高壓下，通過(guò)控制吸附脫除來(lái)自氨合成裝置的吹掃氣中的氨。用在整個(gè)工藝中所產(chǎn)生的富氫氣流吹掃，對(duì)此物質(zhì)進(jìn)行再生。任意加熱此富氫氣流。吹掃伴隨著壓力降至接近400磅/英寸²（表壓）。脫除的氨可再循環(huán)至氨合成裝置。

（2）在氨吸附之后，將產(chǎn)物氣體導(dǎo)至一個(gè)PSA單元，在那兒通過(guò)用一種具有必要的選擇性的吸附劑，脫除基本上全部甲烷和大部分氮。