CN103112824A - 液氮洗装置以及净化原料气体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液氮洗装置，包括冷箱，所述冷箱内设置有高压氮气冷却器、第一原料气体冷却器、第二原料气体冷却器、原料气气液分离器、氮洗塔以及多个管道，还包括设置在原料气体管道中与穿过第一原料气体冷却器的原料气体管道部分并联的温度控制旁路，温度控制旁路包括温控阀门；并且在原料气气液分离器的进口处的原料气体管道上设有温度传感器；温度传感器与温控阀门信号连通，温控阀门响应于温度传感器发出的信号打开或关闭至相应的开度。本发明还公开了一种净化原料气体的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种净化原料气体的装置，更具体地涉及液氮洗装置。本发明还涉及一种净化原料气体的方法。
背景技术
液氮洗涤方法是对粗合成气进行最终净化的技术。它主要用于脱除粗合成气中的CO、CH4等微量组分，同时还对合成气配氮使其满足氨合成对H2、N2比例的要求。其净化的原理是：用液化了的高压氮气，在氮洗塔中对原料气体进行洗涤，从而将粗合成气中的CO等微量组分予以脱除。液氮洗装置的冷量损失(即传热温差损失和冷损失)通过原料气体配氮过程中、所发生的焦耳-汤姆孙效应产生的冷效应来抵偿，在高压氮气压力较低时焦耳-汤姆孙效应产生冷量不足以抵偿冷损，还须靠液氮蒸发补充不足的冷量。该净化方法具有制得合成气的净化度高(如CO含量在2ppm左右)和运行费用低的特点。
但是现有的液氮洗装置，有些装置是针对CH4含量为微量的工艺气，对于鲁奇气化工艺产生的高CH4含量的工艺气无法处理，当CH4含量高的工艺气通过时会发生CH4冻堵的情况，更谈不上回收和综合利用；有的装置能够处理鲁奇气化工艺产生的高CH4含量的工艺气，但是工艺流程复杂，操作难度大。
发明内容
本发明的目的是提供液氮洗装置及净化原料气体的方法，能够处理高CH4含量的工艺气，在净化微量的CO同时又综合回收利用CH4，流程简单，操作简单易行。
为了实现上述目的，本发明提供了一种液氮洗装置，包括冷箱，所述冷箱内设置有高压氮气冷却器、第一原料气体冷却器、第二原料气体冷却器、原料气气液分离器、氮洗塔以及多个管道，来自吸附器的原料气体管道穿过第一原料气体冷却器，再穿过第二原料气体冷却器，并从第二原料气体冷却器的中部引出后再连接至原料气气液分离器，从原料气气液分离器引出的原料气气体管道再次穿过第二原料气体冷却器后连接至氮洗塔下部的引入口；来自界区的高压氮气管道穿过高压氮气冷却器、第一原料气体冷却器和第二原料气体冷却器后连接至氮洗塔的上部；由氮洗塔顶部引出的氮洗气管道依次穿过第二原料气体冷却器、第一原料气体冷却器和高压氮气冷却器后离开冷箱；其中，还包括设置在原料气体管道中与穿过第一原料气体冷却器的原料气体管道部分并联的温度控制旁路，温度控制旁路包括温控阀门；并且在原料气气液分离器的进口处的原料气体管道上设有温度传感器；温度传感器与温控阀门信号连通，温控阀门响应于温度传感器发出的信号打开或关闭至相应的开度。
进一步地，在冷箱中还设有氢气分离器，氢气分离器与氮洗塔中部引出的管道连通，由氢气分离器顶部引出的氢气管道穿过第二原料气体冷却器、第一原料气体冷却器和高压氮气冷却器后离开冷箱。
进一步地，还包括从氢气分离器底部引出的液体管道，液体管道连接至燃料气气液分离器，由燃料气气液分离器顶部引出的燃料气管道穿过第二原料气体冷却器、第一原料气体冷却器和高压氮气冷却器后离开冷箱。
进一步地，还包括富甲烷气液分离器，由氮洗塔底部引出的液体管道以及由原料气气液分离器底部引出的液体管道连接富甲烷气液分离器，由富甲烷气液分离器引出的管道穿过第二原料气体冷却器、第一原料气体冷却器和高压氮气冷却器后离开冷箱。
进一步地，在第一原料气体冷却器与第二原料气体冷却器之间的氮洗气管道上设置有气体混合器，并且气体混合器与高压氮气管道连通。
本发明还提供了一种净化原料气体的方法，经过吸附器处理的原料气体被引入冷箱中的第一原料气体冷却器和第二原料气体冷却器进行冷却，并在第二冷却原料气体冷却器中部被引出进入原料气气液分离器分离液态甲烷组分，经分离后的原料气体再次流经第二原料气体冷却器冷却后，进入氮洗塔，在氮洗塔内进一步通过液氮洗涤后由氮洗塔顶部引出，经第二原料气体冷却器和第一原料气体冷却器复热后送出冷箱；其中，通过控制流过第一原料气体冷却器的原料气量来控制进入原料气气液分离器的原料气体的温度，以防止CH4固化。
优选地，控制流过第一原料气体冷却器中原料气体量通过设置在原料气体管道中与穿过第一原料气体冷却器的原料气体管道部分并联的温度控制旁路来实现，温度控制旁路包括温控阀门；温控阀门与设置在连接至原料气气液分离器进口处的原料气体管道上的温度传感器信号连通，温控阀门响应于温度传感器发出的信号打开或关闭至相应的开度。
进一步地，包括回收氮洗塔中液体中的氢气。
优选地，所述回收通过如下步骤来实现：在冷箱内设置氢气分离器，通过阀门控制氢气分离器与氮洗塔底部的连通；将氢气分离器闪蒸分离的氢气引入第二原料气体冷却器、第一原料气体冷却器和高压氮气冷却器复热后送出冷箱。
本发明具有以下优点：
通过在第一原料气体冷却器处设置温度控制旁路，来控制流过第一原料气体冷却器的原料气体量，从而可以控制进入原料气气液分器的原料气体的温度，由此可以防止CH4出现固化。
通过设置氢气回收系统，能有效地回收离开氮洗塔的液相中的氢气。
而且与现有的液氮洗工艺流程相比，本发明工艺流程简单、操作灵活并且简单有效。
附图说明
图1为本发明的液氮洗装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示为根据本发明的一种液氮洗装置，包括冷箱7，冷箱7内设置有高压氮气冷却器3、第一原料气体冷却器1、第二原料气体冷却器2、原料气气液分离器6、氮洗塔4以及若干个管道。来自分子筛吸附器处理过的原料气体管道被引入冷箱1，首先引入第一原料气体冷却器1进行冷却，接着引入第二原料气体冷却器2进行冷却，原料气体管道从第二原料气体冷却器2的中部引出，接着引入原料气气液分离器6，以分离原料气体中的液态甲烷组分。由原料气气液分离器6引出的分离后的原料气体管道再次引入第二原料气体冷却器2进行冷却后，从第二原料气体冷却器2的下部引出，最后引入氮洗塔4的下部的引入口，从而在氮洗塔4内进行洗涤。来自界区外的空分装置的高压氮气管道穿过高压氮气冷却器3、第一原料气体冷却器1和第二原料气体冷却器2进行冷却液化后，引入氮洗塔4的上部，从而利用液氮对原料气体进行洗涤。通过氮洗塔4下部引入的原料气体在氮洗塔塔釜进一步分离其中的液态甲烷组分，气相通过升气帽进入塔中部，原料气中所含的一氧化碳、氩和甲烷等杂质在氮洗塔4中被由上部引入的液氮脱除，净化后的含有少量氮气的净化气自氮洗塔塔顶引出，由氮洗塔塔顶引出的氮洗气管道依次穿过第二原料气体冷却器2、第一原料气体冷却器1和高压氮气冷却器3被复热后离开冷箱7。
为了控制进入原料气气液分离器6的原料气体的温度，防止CH4固化，设置与穿过第一原料气体冷却器1的原料气体管道部分并联的温度控制旁路，温度控制旁路包括温控阀门5；温控阀门5控制流经旁路的原料气体的量，从而控制穿过第一原料气体冷却器1的原料气体量。具体地，在连接至原料气气液分离器6的进口的原料气体管道上设有温度传感器13，温度传感器13用于检测进入原料气气液分离器6的原料气体的温度；温度传感器13与温控阀门5信号连通，温度传感器13将检测到的温度信号传送到温控阀门5。温控阀门5响应于温度传感器发出的信号打开或关闭到相应的开度，通过增加或减少经过第一原料气体冷却器1的原料气体量，来控制进入原料气气液分离器6的原料气体温度，从而防止CH4固化。例如，当温度传感器13检测到原料气气液分离器6入口处的温度低于设定温度时，设置在第一原料气体冷却器1旁路上的温控阀门5就会响应于温度传感器13反馈的信号自动增大温控阀门5的开度，从而减少通过第一原料气体冷却器1的原料气体量，由此使得进入原料气气液分离器6的原料气体温度升高；反之，当温度传感器13检测到原料气气液分离器6入口处的温度高于设定温度时，则设置在第一原料气体冷却器1旁路上的温控阀门5就会响应于温度传感器13反馈的信号自动减小温控阀门5的开度；从而增加通过第一原料气体冷却器1的原料气体量，由此使得进入原料气气液分离器6的原料气体温度降低。
由于总有一些H2及其它气体溶解于离开氮洗塔4的液体中，因此为了回收这部分H2，在本发明的另一个实施例中，在冷箱7中还可以设有氢气分离器8。氢气分离器8与氮洗塔4中部引出的管道连通，在该管道上设有液体阀门，当液体阀门打开时，由氮洗塔4中部引出的液体经过阀门减压后，进入氢气分离器8进行闪蒸，闪蒸出的气相即是要回收的氢气，回收的氢气通过氢气分离器8顶部引出的氢气管道，引入第二原料气体冷却器2、第一原料气体冷却器1和高压氮气冷却器3复热后离开冷箱7。
由氢气分离器8底部排出的液体经过从氢气分离器底部引出的液体管道，经液体阀门减压后，引入燃料气气液分离器10，由燃料气气液分离器10顶部引出的燃料气管道经过第二原料气体冷却器2、第一原料气体冷却器1和高压氮气冷却器3复热后离开冷箱7。
冷箱7中还设有富甲烷气液分离器11，由氮洗塔塔釜引出的液相管道以及由原料气气液分离器6底部引出的液相管道将它们排出的液体引入富甲烷气液分离器11，并在其中进行混合。由富甲烷气液分离器11引出的液体管道穿过第二原料气体冷却器2、第一原料气体冷却器1和高压氮气冷却器3复热后离开冷箱7，以回收使用。
在第一原料气体冷却器1与第二原料气体冷却器2之间的氮洗气管道上设置有气体混合器12，并且气体混合器12与高压氮气管道连通。高压氮气经高压氮气冷却器3和第一原料气体冷却器1冷却后，其中大部分经节流后引入气体混合器12直接与从氮洗气管道引入的氮洗气在气体混合器12中混合，基本达到氢氮气化学配比3∶1后，混合气体再经过第一原料气体冷却器1和高压氮气冷却器3后离开冷箱7。
作为补充，来自空分装置的液氮经过液氮气液分离器9分离后，通过管道穿过第二原料气冷却器2、第一原料气冷却器1和高压氮气冷却器3为整个装置补充冷量，复热后离开冷箱7，以回收使用。
本发明还提供了一种净化原料气体的方法，首先，经过吸附器处理的原料气体被引入冷箱中的第一原料气体冷却器和第二原料气体冷却器，并在第二原料气体冷却器中部引出进入原料气气液分离器分离液态甲烷组分，经分离后的原料气体再次流经第二原料气体冷却器后，进入氮洗塔，在氮洗塔内经液氮洗涤从而进一步分离了液态甲烷组分后，由氮洗塔顶部引出，经第二原料气体冷却器和第一原料气体冷却器复热后送出冷箱；其中，通过控制流过第一原料气体冷却器的原料气量来控制进入原料气气液分离器的原料气体的温度，从而防止CH4固化。在优选的实施例中，控制流过第一原料气体冷却器的原料气体量通过在原料气体管道中与穿过第一原料气体冷却器的原料气体管道部分设置并联的温度控制旁路来实现，温度控制旁路包括温控阀门；温控阀门控制流经旁路的原料气体量，从而控制穿过第一原料气体冷却器的原料气体量，并由此控制进入原料气气液分离器的原料气温度。在原料气体管道连接至原料气气液分离器的进口处设有温度传感器，用于检测进入原料气气液分离器的原料气体的温度；温度传感器与温控阀门信号连通，温度传感器将检测的温度信号传送到温控阀门。温控阀门响应于温度传感器发出的信号打开或关闭至相应的开度，由此通过增加或减少经过第一原料气体冷却器的原料气体量，来控制进入原料气气液分离器的原料气体温度，从而可以有效地防止CH4固化。
在优选的实施例中，还包括回收氮洗塔中液体中的氢气。氢气分离器与氮洗塔中部引出的管道连通，在该管道上设有液体阀门，当液体阀门打开时，由氮洗塔中部引出的液体经过阀门减压后，进入氢气分离器进行闪蒸，闪蒸出的气相即是要回收的氢气，回收的氢气通过氢气分离器顶部引出的氢气管道，引入第二原料气体冷却器、第一原料气体冷却器和高压氮气冷却器复热后离开冷箱。
Claims (9)
1.一种液氮洗装置，包括冷箱，所述冷箱内设置有高压氮气冷却器、第一原料气体冷却器、第二原料气体冷却器、原料气气液分离器、氮洗塔以及多个管道，来自吸附器的原料气体管道穿过第一原料气体冷却器，再穿过第二原料气体冷却器，并从第二原料气体冷却器的中部引出后再连接至原料气气液分离器，从原料气气液分离器引出的原气气体管道再次穿过第二原料冷却器后连接至氮洗塔下部的引入口；来自界区的高压氮气管道穿过高压氮气冷却器、第一原料气体冷却器和第二原料气体冷却器后连接至氮洗塔的上部；由氮洗塔顶部引出的氮洗气管道依次穿过第二原料气体冷却器、第一原料气体冷却器和高压氮气冷却器后离开冷箱；其特征在于，还包括设置在原料气体管道中与穿过第一原料气体冷却器的原料气体管道部分并联的温度控制旁路，温度控制旁路包括温控阀门；并且在原料气气液分离器的进口处的原料气体管道上设有温度传感器；温度传感器与温控阀门信号连通，温控阀门响应于温度传感器发出的信号打开或关闭至相应的开度。
2.如权利要求1所述的液氮洗装置，其特征在于，在冷箱中还设有氢气分离器，氢气分离器与氮洗塔中部引出的管道连通，由氢气分离器顶部引出的氢气管道穿过第二原料气体冷却器、第一原料气体冷却器和高压氮气冷却器后离开冷箱。
3.如权利要求2所述的液氮洗装置，其特征在于，还包括从氢气分离器底部引出的液体管道，液体管道连接至燃料气气液分离器，由燃料气气液分离器顶部引出的燃料气管道穿过第二原料气体冷却器、第一原料气体冷却器和高压氮气冷却器后离开冷箱。
4.如权利要求1所述的液氮洗装置，其特征在于，还包括富甲烷气液分离器，由氮洗塔底部引出的液体管道以及由原料气气液分离器底部引出的液体管道连接富甲烷气液分离器，由富甲烷气液分离器引出的管道穿过第二原料气体冷却器、第一原料气体冷却器和高压氮气冷却器后离开冷箱。
5.如权利要求1所述的液氮洗装置，其特征在于，在第一原料气体冷却器与第二原料气体冷却器之间的氮洗气管道上设置有气体混合器，并且气体混合器与高压氮气管道连通。
6.一种净化原料气体的方法，经过吸附器处理的原料气体被引入冷箱中的第一原料气体冷却器和第二原料气体冷却器进行冷却，并在第二原料气体冷却器中部被引出进入原料气气液分离器分离液态甲烷组分，经分离后的原料气体再次流经第二原料气体冷却器冷却后，进入氮洗塔，在氮洗塔内进一步通过液氮洗涤后由氮洗塔顶部引出，经第二原料气体冷却器和第一原料气体冷却器复热后送出冷箱；其特征在于，通过控制流过第一原料气体冷却器的原料气量来控制进入原料气气液分离器的原料气体的温度，以防止CH4固化。
7.如权利要求6所述的净化原料气体的方法，其中，控制流过第一原料气体冷却器中原料气体量通过设置在原料气体管道中与穿过第一原料气体冷却器的原料气体管道部分并联的温度控制旁路来实现，温度控制旁路包括温控阀门；温控阀门与设置在连接至原料气气液分离器进口处的原料气体管道上的温度传感器信号连通，温控阀门响应于温度传感器发出的信号打开或关闭至相应的开度。
8.如权利要求6所述的净化原料气体的方法，其中，进一步包括回收氮洗塔中液体中的氢气。
9.如权利要求8所述的净化原料气体的方法，其中所述回收通过如下步骤来实现：在冷箱内设置氢气分离器，通过阀门控制氢气分离器与氮洗塔底部的连通；将氢气分离器闪蒸分离的氢气引入第二原料气体冷却器、第一原料气体冷却器和高压氮气冷却器复热后送出冷箱。
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