一種液氮洗制取合成氨原料氣和lng的裝置及其制取方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及制備純度合格的合成氨原料氣并聯(lián)產LNG，特別是一種液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的裝置及其制取方法。
【背景技術】
[0002]在焦爐煤氣或煤制氣中，除了含有一氧化碳、氫外，還有少部分甲烷、氬和氮等，而原料氣中微量的一氧化碳、甲烷和氬等惰性氣都會使合成氨觸媒中毒。因此在合成氨工序前，需要設置液氮洗裝置脫除這些雜質并配置氮氫比約1:3 (V/V)的原料氣。
[0003]常規(guī)液氮洗工藝將裝置產生的富烴氣體作為燃料氣或因熱值不穩(wěn)定而直接放空。從環(huán)保和經(jīng)濟效益考慮，有必要將這些富烴氣體進行回收，而低溫精餾并生產更易貯存、運輸?shù)腖NG是一個比較經(jīng)濟、可靠的方法。本方法和裝置就是采用液氮洗和LNG精餾的集成工藝。
[0004]中國專利CN103121662A中公開了一種液氮洗凈化制氨合成新鮮氣并聯(lián)產SNG或LNG的方法及裝置，該方法包括換熱器、氮洗塔、甲烷精餾塔、甲烷精餾塔塔頂冷凝器、甲烷精餾塔塔底再沸器、原料氣閃蒸罐、CO富液罐、液甲烷栗、甲烷精餾塔回流罐、氮氣壓縮機組和氮氣膨脹機組等。在氮洗塔頂部得到合成氨新鮮氣，在甲烷精餾塔底部得到LNG。該方法氮洗塔底部的含烴液體沒有進入LNG精餾塔，導致裝置LNG的回收率降低5~10% ;當生產LNG時，該方法采用氮氣壓縮、膨脹制冷工藝，使得LNG單位能耗高10~20% ;且沒有設置合成氣調溫系統(tǒng)，當裝置負荷變化時，氮洗塔的操作穩(wěn)定性較差；同時需要補充成本較高的液氮。
[0005]中國專利CN202382518U公開了一種液氮洗滌凈化合成氣及其深冷分離回收LNG裝置，該裝置包括原料氣預處理系統(tǒng)、深冷凈化分離冷箱和混合冷劑制冷循環(huán)系統(tǒng)。該裝置與中國專利CN103121662A的工藝類似，該工藝只是用混合冷劑壓縮、制冷工藝代替了氮氣壓縮、膨脹制冷工藝。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種能夠制取合成氨原料氣、能夠高效利用回收合成氣中的甲烷等烴類制取LNG、極大以提高了環(huán)保效益和經(jīng)濟效益的液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的裝置及其制取方法。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn):一種液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的裝置及其聯(lián)產LNG的方法，它包括第一級熱換器、第二級熱換器、第三級熱換器、MR壓縮機單元、氮洗塔、塔頂冷凝器、塔頂分離器、LNG精餾塔以及設置在LNG精餾塔內的塔底蒸發(fā)器，所述的第一級熱換器內從上往下順次設置有管道A、管道B、管道C、管道D、管道E、管道F和管道G，第二級熱換器內從上往下順次設置有管道T、管道Y、管道H、管道1、管道J、管道K、管道M、管道N和管道S，第三級熱換器內從上往下順次設置有管道0、管道P、管道Q、管道R和管道W ;所述的管道A的出口端與管道T的入口端連接，管道A的入口端與MR壓縮機單元的氣相出口連接，管道T的出口端與塔底蒸發(fā)器的入口端C連接，管道C的入口端與管道H的出口端連接，管道C的出口端與MR壓縮機單元的入口端連接，管道B的出口端經(jīng)調節(jié)閥I連接在管道C和管道H之間，管道B的入口端與MR壓縮機單元的液相出口連接，管道H的入口端與管道Y的一端連接，管道Y的另一端與塔底蒸發(fā)器的出口端d連接，管道D與管道I連接，管道I與管道O連接，管道E與管道J連接，管道F與管道K連接，管道K與管道P連接，管道G與管道M連接，管道M與管道Q連接且管道M與管道Q之間連接有混合器，混合器上連接有調節(jié)閥II，調節(jié)閥II的入口端連接在管道K和管道P之間，管道N與管道R連接，管道R的出口端與氮洗塔的入口端b連接；所述的氮洗塔的底端與管道W的一端連接，管道W的另一端與LNG精餾塔的入口端f連接，氮洗塔的頂端部與管道Q連接，氮洗塔的入口端a和塔頂冷凝器的入口端η均與管道P連接，所述的LNG精餾塔的頂端部與塔頂冷凝器的入口端g連接，塔頂冷凝器的出口端m、出口端h分別與塔頂分離器的入口端P、管道O連接，塔頂分離器的底端部、頂部部分別與LNG精餾塔的入口端e連接、管道J連接，LNG精餾塔的底端部與管道S的一端連接。
[0008]所述的第一級熱換器、第二級熱換器和第三級熱換器均為板翅式換熱器或繞管式換熱器。
[0009]所述的氮洗塔和LNG精餾塔為規(guī)整填料塔、散裝填料塔、篩板塔中的任意一種。
[0010]所述的MR壓縮機單元為離心式壓縮機、活塞式壓縮機或螺桿式壓縮機中的任意一種。
[0011]所述的塔頂冷凝器的入口端η與管道P之間連接有調節(jié)閥III。
[0012]所述的氮洗塔的入口端a與管道P之間連接有調節(jié)閥IV。
[0013]一種液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的裝置其制取合成氨原料氣和LNG的方法，它包括以下步驟:
51、MR壓縮機單元產出的中壓液相冷劑進入管道B內，中壓液相冷劑被返流冷卻后進入調節(jié)閥I內，中壓液相冷劑經(jīng)調節(jié)閥I節(jié)流后進入管道C和管道H之間連接的管道內；
52、MR壓縮機單元產出的氣相冷劑經(jīng)管道A進入管道T內，氣相冷劑被返流冷卻并被液化，被液化后的氣相冷劑經(jīng)塔底蒸發(fā)器的入口端c后進入塔底蒸發(fā)器內，以為LNG精餾塔提供冷量，回收冷量后氣相冷劑經(jīng)塔底蒸發(fā)器的出口端d流出并進入管道Y內進行過冷，過冷后的氣相冷劑經(jīng)管道H進入管道C內，在第一級換熱器內復熱至常溫后返回進入MR壓縮機單元內；
53、向管道F通入中壓氮氣，中壓氮氣順次流過管道K和管道P，中壓氮氣在管道K和管道P內被返流冷流預冷、液化并過冷，被過冷后的一部分中壓氮氣經(jīng)調節(jié)閥IV節(jié)流后進入氮洗塔內，另一部分中壓氮氣經(jīng)調節(jié)閥III節(jié)流后塔頂冷凝器的入口端η ;
54、向管道N內通入合成氣體，合成氣體進入管道R內，合成氣體被返流冷流預冷并部分液化，液化后的合成氣體經(jīng)氮洗塔的入口端b進入氮洗塔內，液化合成與氮洗塔內的液氮換熱并換質，從而在塔底制得富烴液體，同時在塔頂制得合成氨原料氣；
55、步驟S4中的合成氨原料氣順次經(jīng)管道Q、混合器、管道M和管道G流出；
56、步驟S4中的富烴液體進入管道W內，被熱流復熱至一定溫度后從LNG精餾塔的入口端f進入LNG精餾塔內，從而在LNG精餾塔的底部精餾出合格的LNG，同時在頂部產出富氮尾氣，合格的LNG從LNG精餾塔的底部流出并進入管道S內，合格的LNG在管道S內進行冷卻，隨后作為產品輸出；
S7、步驟S6中的富氮尾氣經(jīng)塔頂冷凝器的入口端g、塔頂冷凝器的出口端m、塔頂分離器的入口端P進入塔頂分離器內，分離后的液體順次經(jīng)塔頂分離器的底部、LNG精餾塔的入口端進入LNG精餾塔內，而分離后的氣體順次經(jīng)塔頂分離器的頂部、管道J、管道E從管道E內排出。
[0014]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明在制取合成氨原料氣的同時，利用合成氣中的甲烷等烴類制取LNG，與常規(guī)富烴類氣體直接燃燒或因熱值不穩(wěn)定而直接放空的工藝相比具有更好的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益；由于設置了混合冷劑壓縮、制冷系統(tǒng)，因此，與常規(guī)液氮洗工藝相比不需要補充成本較高的液氮，同時利用混合冷劑、液氮的溫度等級優(yōu)化LNG精餾塔的工藝路線，與常規(guī)焦爐煤氣或煤制氣生產LNG相比可以取消氮氣壓縮、制冷系統(tǒng)，LNG單耗降低5%以上，還可以降低投資成本、簡化工藝路線，特別適用于中大型合成氨裝置；通過進一步優(yōu)化集成工藝，LNG回收率提高5~10%。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例一的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例二的結構示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例三的結構示意圖；
圖中，1-第一級熱換器，2-第二級熱換器，3-第三級熱換器，4- MR壓縮機單元，5-氮洗塔，6-塔頂冷凝器，7-塔頂分離器，8- LNG精餾塔，9-塔底蒸發(fā)器，10-管道A，11-管道B，12-管道C，13-管道D，14-管道E，15-管道F，16-管道G，17-管道T，18-管道Y，19-管道H，20-管道I，21-管道J，22-管道K，23-管道M，24-管道N，25-管道S，26-管道0，27-管道P，28-管道Q，29-管道R，30-管道W，31-調節(jié)閥I，32-調節(jié)閥II，33-調節(jié)閥III，34-調節(jié)閥IV，35-混合器，301-MR低溫分離器。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的描述，本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述: 實施例一:如圖1所不，一種液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的裝置，它包括第一級熱換器1、第二級熱換器2、第三級熱換器3、MR壓縮機單元4、氮洗塔5、塔頂冷凝器6、塔頂分離器7、LNG精餾塔8以及設置在LNG精餾塔8內的塔底蒸發(fā)器9，所述的第一級熱換器I內從上往下順次設置有管道A10、管道B11、管道C12、管道D13、管道E14、管道F15和管道G16，第二級熱換器2內從上往下順次設置有管道T17、管道Y18、管道H19、管道120、管道J21、管道K22、管道M23、管道N24和管道S25，第三級熱換器3內從上往下順次設置有管道
026、管道P27、管道Q28、管道R29和管道W30 ;所述的管道AlO的出口端與管道T17的入口端連接，管道AlO的入口端與MR壓縮機單元4的氣相出口連接，管道T17的出口端與塔底蒸發(fā)器9的入口端c連接，管道C12的入口端與管道H19的出口端連接，管道C12的出口端與MR壓縮機單元4的入口端連接，管道Bll的出口端經(jīng)調節(jié)閥131連接在管道C12和管道H19之間，調節(jié)閥1132引一股中壓液氮為混合器35進行配氮。如圖1所示，管道Bll的入口端與MR壓縮機單元4的液相出口連接，管道H19的入口端與管道Y18的一端連接，管道Y18的另一端與塔底蒸發(fā)器9的出口端d連接，管道D13與管道120連接，管道120與管道026連接，管道E14與管道J21連接，管道F15與管道K22連接，管道K22與管道P27連接，管道G16與管道M23連接，管道M23與管道Q28連接且管道M23與管道Q28之間連接有混合器35，混合器35上連接有調節(jié)閥1132，調節(jié)閥1132的入口端連接在管道K22和管道P27之間，管道N24與管道R29連接，管道R29的出口端與氮洗塔5的入口端b連接；所述的氮洗塔5的底端與管道W30的一端連接，管道W30的另一端與LNG精餾塔8的入口端f連接，氮洗塔5的頂端部與管道Q28連接，氮洗塔5的入口端a和塔頂冷凝器6的入口端η均與管道Ρ27連接，所述的LNG精餾塔8的頂端部與塔頂冷凝器6的入口端g連接，塔頂冷凝器6的出口端m、出口端h分別與塔頂分離器7的入口端p、管道026連接，塔頂分離器7的底端部、頂部部分別與LNG精餾塔8的入口端e連接、管道J21連接，LNG精餾塔8的底端部與管道S25的一端連接。
[0017]所述的第一級熱換器1、第二級熱換器2和第三級熱換器3均為板翅式換熱器或繞管式換熱器。所述的氮洗塔5和LNG精餾塔8為規(guī)整填料塔、散裝填料塔、篩板塔中的任意一種。所述的MR壓縮機單元4為離心式壓縮機、活塞式壓縮機或螺桿式壓縮機中的任意一種。
[0018]如圖1所示，塔頂冷凝器6的