一種制取富氫氣和液態(tài)甲烷的系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及氣體分離領域，特別涉及一種從合成氨或甲醇馳放氣中制取富氫氣和液態(tài)甲燒的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]氨或甲醇都是基本有機化工的重要原料之一，氨或甲醇的合成主要以煤或天然氣為原料，經(jīng)過一定的變換得到合成氣，在我國合成氨或制甲醇企業(yè)主要以煤為原料，在合成過程中除產(chǎn)生有效組分C0和4外，還產(chǎn)CHjp n2等無效氣體，隨著反應的進行大量無效組分聚集影響反應的轉化率，無效組分需排出裝置產(chǎn)生大量的合成氨或甲醇馳放氣，馳放氣主要組分包括h2，ch4，CO和n2。
[0003]目前，合成氨或甲醇馳放氣一般通過膜分離或變壓吸法提氫，氫氣提取率低，剩余氣體中還含有大量h2，ch4作為燃料燃燒，馳放氣利用仍處于一種低價值水平上進行，經(jīng)濟效益差，并且還給環(huán)境帶來污染。
[0004]液態(tài)甲烷是一種清潔、高效的能源，并且熱值高便于運輸，近幾年由于天然氣需求上升以及價格上漲，管道天然氣受管道運輸管網(wǎng)的制約，運輸成本較高，因此從合成弛放氣中分離甲烷和氫氣并制取液態(tài)甲烷，不僅合成馳放氣得到有效利用，經(jīng)濟效益也相當可觀。
[0005]申請?zhí)枮?01320852728.8、名稱為從富甲烷氣中制取液化天然氣和富氫產(chǎn)品的裝置的中國專利，雖然對申請?zhí)枮?01210065876.5、名稱為從富甲烷氣中脫氫氮并生產(chǎn)液化天然氣的工藝和裝置的中國專利和申請?zhí)枮?10010291609.5、名稱為從富甲烷氣中脫氫氣、氮氣、一氧化碳并生產(chǎn)液化天然氣的工藝的中國專利在制冷效果上有一些改善，但是是以消耗外來冷凍水為代價，而冷凍水通過溴化鋰冷氣機組冷卻制得，溴化鋰冷氣機組工作還需要消耗一部分蒸汽，因此給使用造成一定的局限性，并且造成一種浪費。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術中的不足提供一種可靠性好、運行成本低、產(chǎn)品純度高的制取富氫氣和液態(tài)甲烷的系統(tǒng)。
[0007]本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的:一種制取富氫氣和液態(tài)甲烷的系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括馳放氣凈化單元和低溫液化分離單元；所述的低溫液化分離單元包括液化冷箱系統(tǒng)、混合冷劑循環(huán)壓縮系統(tǒng)及氮氣循環(huán)壓縮系統(tǒng)；所述的液化冷箱系統(tǒng)包括第一板翅式換熱器、第二板翅式換熱器、高壓精餾塔、低壓精餾塔及廢氣膨脹機；所述的高壓精餾塔塔頂設有第一冷凝器，所述的低壓精餾塔塔底設有蒸發(fā)器、塔頂設有第二冷凝器；所述的混合冷劑循環(huán)壓縮系統(tǒng)包括一級混合冷劑壓縮機、一級冷卻器，二級混合冷劑壓縮機、二級冷卻器及分離器；所述的氮氣循環(huán)壓縮系統(tǒng)所括氮氣壓縮機和第三冷卻器。
[0008]所述的凈化單元、第一板翅式換熱器熱端、低壓精餾塔蒸發(fā)器、第二板翅式換熱器熱端、高壓精餾塔、節(jié)流閥、低壓精餾塔依次連接；低壓精餾塔底部出料口與第二板翅式換熱器熱端、節(jié)流閥依次連接；低壓精餾塔頂部出料口與第二板翅式換熱器冷端、廢氣膨脹機膨脹端、第二板翅式換熱器冷端、第一板翅式換熱器冷端依次連接；高壓精餾塔塔頂出料口與第二板翅式換熱器冷端、第一板翅式換熱器冷端依次連接。
[0009]所述的氮氣壓縮機、機后冷卻器、第一板翅式換熱器熱端、第二板翅式換熱器熱端依次連接；第二板翅式換熱器冷端、液氮節(jié)流閥、三通管、高壓精餾塔冷凝器和低壓精餾塔冷凝器連接；所述高壓精餾塔冷凝器出氣口與低壓精餾塔冷凝器出氣口、三通管、第一板翅式換熱器冷端、第二板翅式換熱器冷端、氮氣壓縮機入口連接；所述的氮氣壓縮機形成閉式循環(huán)系統(tǒng)。
[0010]所述一級混合冷劑壓縮機、一級冷卻器，二級混合冷劑壓縮機、二級冷卻器、分離器入口依次連接；所述分離器的液相出口、第一板翅式換熱器熱端、節(jié)流閥、三通管依次連接；所述分離器的氣相出口、第一板翅式換熱器熱端、第二板翅式換熱器熱端、節(jié)流閥、第二板翅式換熱器冷端、三通管依次連接；三通管、第一板翅式換熱器冷端、一級混合冷劑壓縮機入口依次連接；所述的混合冷劑壓縮機形成閉式循環(huán)系統(tǒng)。
[0011]所述的第一板翅式換熱和第二板翅式換熱器、蒸發(fā)器、第一冷凝器及第二冷凝器均為為真空釬焊板翅式換熱器，所述的高壓精餾塔和低壓精餾塔為填料塔。
[0012]廢氣膨脹機為氣軸膨脹機或油軸膨脹機，包括增壓端和膨脹端。
[0013]—種制取富氫氣和液態(tài)甲烷的方法，該方法包括如下過程:
[0014]合成氨或甲醇弛放氣經(jīng)過凈化單元，通過凈化單元內(nèi)的吸附劑吸附后將弛放氣中的微量0)2和水脫除，脫除雜質后的弛放氣進入第一板翅式換熱器冷卻至一定溫度，進入所述的低壓精餾塔蒸發(fā)器作為熱源進一步被冷卻，冷卻后進入第二板翅式換熱器內(nèi)冷卻，冷卻后的氣體進入所述的高壓精餾塔進行精餾分離，在塔頂?shù)玫綒錃膺M入所述的第二板翅式換熱器冷端和第一板翅式換熱器冷端返流復熱得到富氫氣產(chǎn)品，高壓精餾塔塔底得到ch4純度較高的液體節(jié)流進入所述的低壓精餾塔進行精餾分離，在塔底得到純度較高的液態(tài)甲烷，液態(tài)甲烷進入第二板翅式換熱器熱端過冷節(jié)流出液化冷箱系統(tǒng)，塔頂?shù)玫綇U氣進入所述的第二板翅式換熱器冷端復熱后進入廢氣膨脹機膨脹端膨脹制冷，制冷后再次進入第二板翅式換熱器冷端復熱后進入第一板翅式換熱器冷端返流復熱出液化冷箱系統(tǒng)，進入所述的廢氣膨脹機增壓端增壓；
[0015]所述的混合冷劑循環(huán)壓縮系統(tǒng)，混合冷劑經(jīng)過所述的一級混合冷劑壓縮機、二級混合冷劑壓縮機壓縮至一定壓力后冷卻進入所述分離器，液相冷劑進入所述的第一板翅式換熱器冷卻至一定溫度節(jié)流制冷；氣相冷劑進入所述的第一板翅式換熱器、第二板翅式換熱器冷卻節(jié)流制冷，返流進入所述的第二板翅式換熱器，與液相節(jié)流后冷劑混合進入所述的第一板翅式換熱器復熱進入所述的一級混合冷劑壓縮機入口，完成混合冷劑制冷循環(huán)；
[0016]所述的氮氣循環(huán)壓縮系統(tǒng)，氮氣經(jīng)所述的氮氣壓縮機壓縮至一定壓力進入所述的第一板翅式換熱器和第二板翅式換熱器冷卻至一定溫度，節(jié)流后進入所述的高壓精餾塔冷凝器和低壓精餾塔冷凝器提供冷量，氣化后返流進入所述的第二板翅式換熱器和第一板翅式換熱器返流復熱進入所述的氮氣壓縮機，完成氮氣制冷循環(huán)。
[0017]氮氣壓縮機出口壓力為:2.0~3.0MPa;混合冷劑壓縮機二段出口壓力為
3.0?4.0MPao
[0018]混合冷劑循環(huán)壓縮系統(tǒng)中所使用冷劑介質為甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷和氮氣按一比例混合而成。
[0019]凈化單元入口壓力為:1.6MPa~7.0MPa ;所述的低壓精餾塔壓力為0.4-0.8MPa ;所述的廢氣膨脹機膨脹端出口壓力為0.035-0.05MPa。
[0020]本實用新型的技術方案產(chǎn)生的積極效果如下:
[0021]利用低壓精餾塔塔頂?shù)膹U氣膨脹制冷，可以減少混合冷劑的循環(huán)量，根據(jù)不同的原料氣組成，可節(jié)省電耗約1%~11%。
[0022]通過該兩塔流程不僅可得到高純度的富H2和液化天然氣產(chǎn)品，且H jPCH4的回收率高，H2回收率98%，CH 4回收率98.7%。
[0023]本裝置產(chǎn)品氫氣純度高，進入目前僅提取&的PSA或膜分離裝置，提高了進PSA或膜分離回收氫系統(tǒng)的H2濃度，從而提高裝置的氫氣回收率，減小PSA或膜分離系統(tǒng)的處理負荷。
[0024]所述的高壓精餾塔和低壓精餾塔采用填料塔、阻力小、精餾效果好、操作彈性大，適合于變工況操作。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型制取富氫氣和液態(tài)甲烷的系統(tǒng)的結構示意圖。
[0026]圖中標注為:1、第一板翅式換熱器；2、蒸發(fā)器；3、第二板翅式換熱器；4、高壓精餾塔；5、第二節(jié)流閥；6、低壓精餾塔；7、第一冷凝器；8、第二冷凝器；9、第一三通管；10、第二三通管；11、第三節(jié)流閥；12、第五節(jié)流閥；13、第四節(jié)流閥；14、廢氣膨脹機；15、膨脹端；16、增壓端；17、第三三通管；18、第一節(jié)流閥；19、氮氣壓縮機；20、第三冷卻器；21、一級混合冷劑壓縮機；22、一級冷卻器；23、二級混合冷劑壓縮機；24、二級冷卻器；25、分離器；26、凈化單元；27、低壓精餾塔底部出料口 ；28、低壓精餾塔塔頂部出料口 ；29、高壓精餾塔塔頂出料口 ；30、第二板翅式換熱器的冷端；31、第二板翅式換熱器的熱端；32、第一板翅式換熱器的冷端；33、第一板翅式換熱器的熱端；34、第一冷凝器出氣口 ；35、第二冷凝器出氣口 ；36、分離器液相出口 ； 37、分離器氣相出口。
【具體實施方式】
[0027]實施例一
[0028]如圖1所示，一種制取富氫氣和液態(tài)甲烷的系統(tǒng)