CN103361138B - 一种用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合成氨工序中放空气综合利用方法，具体涉及一种变压吸附提氢环节的解析废气，采用的技术手段是，一种用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法，包括以下步骤：过滤压缩工序、净化工序和液化分离工序，所述过滤压缩工序的操作条件是将提氢解析气过滤除杂后，用压缩机压缩到2.5~3.5MPa（本发明中所涉及的压力均为表压）后，冷却至40℃；所述净化工序的步骤是，来自过滤压缩工序的提氢解析气，进入吸收塔脱除酸性气体，脱出酸性气体以后经过冷却和分离，进入吸附塔进行脱水。本发明采用合成氨工序的提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气，在增加合成氨产量的同时得到液化天然气。

Description

一种用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法
技术领域
本发明属于合成氨工序中放空气综合利用方法，具体涉及一种变压吸附提氢环节的解析废气，其中含有大量的H2、CO和CH4，利用制冷液化精馏原理进行分离，用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法。本发明所涉及的合成氨原料气是指，提氢解析气采用深冷分离的方法得到LNG后，剩下的组分为CO、H2和N2的馏分气体送入合成氨工艺的变换装置作为合成氨工艺的原料气。
背景技术
以固态原料煤、焦炭、渣油及天然气为原料制取合成氨的过程包括：采用气化的方法制取粗合成气；对粗原料气进行净化处理，主要包括高低变换、脱硫、脱碳及提氢过程；氢气与氮气以一定比例进行合成，得到氨气产品。本发明所涉及的提氢解析气的定义为，采用变压吸附方法对粗原料气提氢，经过解析过程释放的一股气体。
在合成氨工序中，其工艺废气中含有高热值的可燃气体，如果只是采用燃烧的方式回收热能，不但损失了大量能源，降低原材料的利用率，而且还污染环境，不符合我国提倡的节能环保要求。去年我国合成氨产量达到5000万吨，并继续呈增长趋势，其装置排放的废气如果不加以利用，将是很大的资源浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提氢解析气的综合利用工艺，在制取液化天然气的同时获得合成氨原料气，提高原料的利用率。
为实现上述目的，本发明采用的技术手段是，一种用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法，包括以下步骤：过滤压缩工序、净化工序和液化分离工序，所述过滤压缩工序的操作条件是将提氢解析气过滤除杂后，用压缩机压缩到2.5~3.5MPa（本发明中所涉及的压力均为表压）后，冷却至40℃；所述净化工序的步骤是，来自过滤压缩工序的提氢解析气，进入吸收塔脱除酸性气体，脱出酸性气体以后经过冷却和分离，进入吸附塔进行脱水。
上述吸收塔中的吸收液可以是N-甲基二乙醇胺含量为35-50wt%的水溶液，为了提高吸收速度，吸收液中还可以加入3~5wt%的活化剂。
所述液化分离工序包括主流程工艺和制冷工艺，主流程工艺的步骤为：净化后的提氢解析气进入主换热器，被冷却至气液混合状态后进入精馏塔，然后在精馏塔底得到液化天然气，经过冷器过冷至-143℃，节流后送进LNG贮槽；从分馏塔顶部出来的是合成氨原料气，首先进入过冷器过冷液化天然气，后进主换热器复热后，送入合成氨工艺的变换装置作为合成氨工艺的原料气。
上述LNG贮罐中的闪蒸气经过主换器复热后，重新进入过滤压缩工序。
所述精馏塔可以采用规整填料塔。
所述精馏塔的压力高于变换装置的压力，合成氨原料气出冷箱后，不需要另设压缩机，可直接进变换装置。
所述制冷工艺的步骤为：氮气首先经过三级压缩至3.5~4.5MPa，再次进入膨胀机的增压端增压至约4.5~5.5MPa，后经水冷冷却至40℃进入主换热器，被冷至-15℃从主换热器中抽出进入预冷机组，被冷至-30℃再次进入主换热器，被冷至-90℃后进入精馏塔底的再沸器，为再沸器提供热源用于加热塔底液体，后再次进入主换热器被分成两股，一股以-100 ~ -120℃抽出主换热器进入膨胀机组；另外一股被冷至-160 ~ -165℃后节流至0.7~1.2MPa，后进入精馏塔塔顶的冷凝器，与塔顶馏分气相变换热，以液氮蒸发作为塔顶冷凝器的冷源，馏分气冷凝作为精馏塔回流液，液氮蒸发后与膨胀机出来的另一股氮气混合后经主换热器复热，然后进入压缩机组进行三级压缩，完成制冷循环。
上述进入膨胀机组后的一股氮气的压力和温度分别与塔顶冷凝器氮气侧蒸发压力和温度相一致。
进入膨胀机组后的一股氮气膨胀后的压力为0.7~1.2MPa、温度为-163 ~ -172℃。
进入再沸器的氮气与塔底液体的温差维持在1.5 ~ 3℃；进入冷凝器中的液氮与塔顶气体的温差维持在1.5 ~ 3℃。
本发明所得到的产品纯度和提取率很高，甲烷纯度可达99.9%以上，回收率大于98%；合成氨原料气中甲烷含量小于10ppm，H2回收率大于99%，CO回收率大于99%，实现了提氢解析气中可燃气体全部回收利用。
本发明的有益效果是，采用合成氨工序的提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气，变废为宝，在增加合成氨产量的同时得到液化天然气，并且将LNG贮罐中的闪蒸气得以回收利用，制冷工艺采用带预冷的氮气中压膨胀循环，简单可靠，制冷效率高，因而本发明具有良好的经济效益，并具有节能减排的环境效益。
附图说明
图1为压缩和净化工序工艺流程图；
图2为液化分离工序工艺流程图。
具体实施方式
 下面结合实施例对发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此，比如对于本发明的技术方案的参数进行修改，而不脱离本技术方案的宗旨及范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。
实施例1
如图1－2所示，某年产30万吨合成氨厂，提氢解析气的量为8000Nm3/h，其组成为CH4：29.1%；H2：28%；CO：18.5%；CO2：19%；N2：5.4%。按照图1中所示的压缩和净化工艺流程图，首先进行过滤除去杂质得到洁净的原料气，后进入压缩机压缩至2.6MPa，然后冷却至40℃，来自过滤压缩工序的提氢解析气，进入吸收塔脱除酸性气体，吸收塔中的吸收液是N-甲基二乙醇胺含量为50wt%的水溶液，并含有5wt%乙醇胺作活化剂，脱出酸性气体以后经过冷却，进入分离器，然后进入吸附塔进行脱水吸附提氢解析气中可能含有的硫化物，吸附塔中所用分子筛为常规的4A分子筛，经过上述述净化工序后，提氢解析气中含有的CO2≤50ppm、H2O≤5ppm。
主流程工艺的步骤为：净化后的提氢解析气经过原料气入口1进入主换热器4，被冷却至-141℃，节流后以气液混合的形式进入精馏塔2，然后在精馏塔底得到液化天然气，经过冷器3过冷至-143℃，节流后送进LNG贮罐，LNG贮罐中的闪蒸气经过主换器复热后，重新进入过滤压缩工序；从分馏塔顶部出来的是合成氨原料气，首先进入过冷器3过冷液化天然气，后进主换热器4复热后，经原料气出口13送入合成氨工艺的变换装置作为合成氨工艺的原料气。
制冷工艺为：补充的氮气经补充氮气入口5和回收的氮气首先经过压缩机组6进行三级压缩至4MPa，再次进入膨胀机7的增压端增压至5MPa，后经冷却器8水冷冷却至40℃进入主换热器4，被冷至-15℃从主换热器4中抽出进入预冷机组9，被冷至-30℃再次进入主换热器4，被冷至-90℃后进入精馏塔底的再沸器10，为再沸器提供热源用于加热塔底液体，后再次进入主换热器被分成两股，一股以-113℃中抽出主换热器进入膨胀机组11，膨胀至压力为0.98MPa，温度为-169.5℃,；另外一股被冷至-163℃后节流至0.99MPa，后进入精馏塔塔顶的冷凝器，与塔顶馏分气进行相变换热，以液氮蒸发作为塔顶冷凝器的冷源，馏分气冷凝作为精馏塔回流液，液氮蒸发后与膨胀机组11出来的另一股氮气混合后经主换热器4复热，然后进入压缩机组6，完成制冷循环。
采用本实施例的方法可以得到液化天然气为2290Nm3/h，合成氨原料气为4090Nm3/h，合成氨可增产2440Nm3/h，具有可观的经济效益。
实施例2
如图1－2所示，某年产60万吨合成氨厂，提氢解析气的量为14600Nm3/h，其组成为CH4：25.5%；H2：25%；CO：27%；CO2：12.5%；N2：10%。按照图1中所示的压缩和净化工艺流程图，首先进行过滤除去杂质得到洁净的原料气，后进入压缩机压缩至3.5MPa，然后冷却至40℃，来自过滤压缩工序的提氢解析气，进入吸收塔脱除酸性气体，吸收塔中的吸收液是N-甲基二乙醇胺含量为37wt%的水溶液，并含有3.5wt%乙醇胺作活化剂，脱出酸性气体以后经过冷却，进入分离器，然后进入吸附塔进行脱水吸附提氢解析气中可能含有的硫化物，吸附塔中所用分子筛为常规的4A分子筛，经过上述述净化工序后，提氢解析气中含有的CO2≤50ppm、H2O≤5ppm。
主流程工艺的步骤为：净化后的提氢解析气经过原料气入口1进入主换热器4，被冷却至-145℃，节流后以气液混合的形式进入精馏塔2，然后在精馏塔底得到液化天然气，经过冷器3过冷至-143℃，节流后送进LNG贮罐，LNG贮罐中的闪蒸气经过主换器复热后，重新进入过滤压缩工序；从分馏塔顶部出来的是合成氨原料气，首先进入过冷器3过冷液化天然气，后进主换热器4复热后，经原料气出口13送入合成氨工艺的变换装置作为合成氨工艺的原料气。
制冷工艺为：补充的氮气经补充氮气入口5和回收的氮气首先经过压缩机组6进行三级压缩至4.2MPa，再次进入膨胀机7的增压端增压至5.1MPa，后经冷却器8水冷冷却至40℃进入主换热器4，被冷至-15℃从主换热器4中抽出进入预冷机组9，被冷至-30℃再次进入主换热器4，被冷至-90℃后进入精馏塔底的再沸器10，为再沸器提供热源用于加热塔底液体，后再次进入主换热器被分成两股，一股以-118℃中抽出主换热器进入膨胀机组11，膨胀至1.19MPa，温度为-166.3℃,；另外一股被冷至-160℃后节流至1.2MPa，后进入精馏塔塔顶的冷凝器，与塔顶馏分气进行相变换热，以液氮蒸发作为塔顶冷凝器的冷源，馏分气冷凝作为精馏塔回流液，液氮蒸发后与膨胀机组11出来的另一股氮气混合后经主换热器4复热，然后进入压缩机组6，完成制冷循环。
采用本实施例的方法可以得到液化天然气为3700Nm3/h，合成氨原料气为9000Nm3/h，合成氨可增产4800Nm3/h，具有可观的经济效益。
实施例3
如图1－2所示，某年产30万吨合成氨厂，提氢解析气的量为7300Nm3/h，其组成为CH4：25.4%；H2：34.8%；CO：16.9%；CO2：13%；N2：9.9%。按照图1中所示的压缩和净化工艺流程图，首先进行过滤除去杂质得到洁净的原料气，后进入压缩机压缩至3.2MPa，然后冷却至40℃，来自过滤压缩工序的提氢解析气，进入吸收塔脱除酸性气体，吸收塔中的吸收液是N-甲基二乙醇胺含量为45wt%的水溶液，并含有4wt%乙醇胺作活化剂，脱出酸性气体以后经过冷却，进入分离器，然后进入吸附塔进行脱水吸附提氢解析气中可能含有的硫化物，吸附塔中所用分子筛为常规的4A分子筛，经过上述述净化工序后，提氢解析气中含有的CO2≤50ppm、H2O≤5ppm。
主流程工艺的步骤为：净化后的提氢解析气经过原料气入口1进入主换热器4，被冷却至-134℃，节流后以气液混合的形式进入精馏塔2，然后在精馏塔底得到液化天然气，经过冷器3过冷至-143℃，节流后送进LNG贮罐，LNG贮罐中的闪蒸气经过主换器复热后，重新进入过滤压缩工序；从分馏塔顶部出来的是合成氨原料气，首先进入过冷器3过冷液化天然气，后进主换热器4复热后，经原料气出口13送入合成氨工艺的变换装置作为合成氨工艺的原料气。
制冷工艺为：补充的氮气经补充氮气入口5和回收的氮气首先经过压缩机组6进行三级压缩至3.6MPa，再次进入膨胀机7的增压端增压至4.5MPa，后经冷却器8水冷冷却至40℃进入主换热器4，被冷至-15℃从主换热器4中抽出进入预冷机组9，被冷至-30℃再次进入主换热器4，被冷至-90℃后进入精馏塔底的再沸器10，为再沸器提供热源用于加热塔底液体，后再次进入主换热器被分成两股，一股以-102℃中抽出主换热器进入膨胀机组11，膨胀至0.74MPa，温度为-172℃,；另外一股被冷至-165.1℃后节流至0.75MPa，后进入精馏塔塔顶的冷凝器，与塔顶馏分气进行相变换热，以液氮蒸发作为塔顶冷凝器的冷源，馏分气冷凝作为精馏塔回流液，液氮蒸发后与膨胀机组11出来的另一股氮气混合后经主换热器4复热，然后进入压缩机组6，完成制冷循环。 
采用本发明所述的方法可以得到液化天然气为1830Nm3/h，合成氨原料气为4460Nm3/h，合成氨可增产2390Nm3/h，具有可观的经济效益。

Claims (7)

1.一种用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法，其特征在于，包括以下步骤： 过滤压缩工序、净化工序和液化分离工序，所述过滤压缩工序的步骤是，将提氢解析气过滤除杂后，用压缩机压缩到2.5~3.5MPa后，冷却至40℃；所述净化工序的步骤是，来自过滤压缩工序的提氢解析气，进入吸收塔脱除酸性气体，脱出酸性气体以后经过冷却和分离，进入吸附塔进行脱水；所述液化分离工序包括主流程工艺和制冷工艺，主流程工艺的步骤为：净化后的提氢解析气进入主换热器，被冷却至气液混合状态后进入精馏塔，然后在精馏塔底得到液化天然气，经过冷器过冷至-143℃，节流后送进LNG贮罐；从分馏塔顶部出来的是合成氨原料气，首先进入过冷器过冷液化天然气，后进主换热器复热后，送入合成氨工艺的变换装置作为合成氨工艺的原料气；所述制冷工艺的步骤为：氮气首先经过三级压缩至绝对压力3.5~4.5MPa，再次进入膨胀机的增压端增压至4.5~5.5MPa，后经水冷冷却至40℃进入主换热器，被冷至-15℃从主换热器中抽出进入预冷机组，被冷至-30℃再次进入主换热器，被冷至-90℃后进入精馏塔底的再沸器，为再沸器提供热源用于加热塔底液体，后再次进入主换热器被分成两股，一股以-100 ~ -120℃抽出主换热器进入膨胀机组；另外一股被冷至-160 ~ -165.1℃后节流至0.7~1.2MPa，后进入精馏塔塔顶的冷凝器，与塔顶馏分气相变换热，以液氮蒸发作为塔顶冷凝器的冷源，馏分气冷凝作为精馏塔回流液，液氮蒸发后与膨胀机出来的另一股氮气混合后经主换热器复热，然后进入压缩机组进行三级压缩，完成制冷循环。
2.如权利要求1所述的用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法，其特征在于，所述吸收塔中的吸收液为N-甲基二乙醇胺含量为35-50wt%的水溶液。
3.如权利要求1所述的用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法，其特征在于，LNG贮罐中的闪蒸气经过主换器复热后，重新进入过滤压缩工序。
4.如权利要求1所述的用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法，其特征在于，所述精馏塔采用规整填料塔。
5.如权利要求1所述的用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法，其特征在于，所述进入膨胀机组后的一股氮气的压力和温度分别与塔顶冷凝器氮气侧蒸发压力和温度相一致。
6.如权利要求1或5所述的用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法，其特征在于，进入膨胀机组后的一股氮气膨胀后的压力为0.7~1.2MPa、温度为-163 ~ -172℃。
7.如权利要求1所述的用提氢解析气制取液化天然气和合成氨原料气的方法，其特征在于，进入再沸器的氮气与塔底液体的温差维持在1.5 ~ 3℃；进入冷凝器中的液氮与塔顶气体的温差维持在1.5 ~ 3℃。
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