CN103641069B - 低温污氮用闪蒸气液分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明主要应用于合成氨、合成甲醇等煤化工技术领域、低温液氮洗涤杂质气体工艺设备技术领域，即将5.2MPa、－193℃低温液态污氮采用管道内置减压节流的制冷技术方法，减压节流后闪蒸解析溶解于液态污氮中的H2，同时保留污氮中的杂质成份CO、Ar、CH4、CO2、H2O、CH3OH，使回收后的H2可再用于循环制取于合成气，用以合成甲醇、合成氨等。根据多股流减压节流制冷原理及低温污氮降压闪蒸H2工艺技术特点，发明低温污氮用闪蒸气液分离器，并使该分离器能够有效分离溶解于污氮中的H2，并实现污氮中的H2回收再利用，从而为循环制取合成气提供更多可利用的H2。
Description
技术领域
本发明主要应用于合成氨、合成甲醇等煤化工技术领域、低温液氮洗涤杂质气体工艺设备技术领域，即将5.21MPa、－193℃低温液态污氮采用管道内置减压节流的制冷技术方法，减压节流后闪蒸解析溶解于液态污氮中的H2，同时保留污氮中的杂质成份CO、Ar、CH4、CO2、H2O、CH3OH，使回收后的H2可再用于循环制取于合成气，用以合成甲醇、合成氨等。根据多股流减压节流制冷原理及低温污氮降压闪蒸H2工艺技术特点，发明低温污氮用闪蒸气液分离器技术，并使该分离器能够有效解析溶解于污氮中的H2，并实现污氮中的H2回收再利用，从而为循环制取合成气提供更多可利用的H2。
背景技术
采用低温液氮洗涤净化气的过程中产生低温污氮中含有H2、CO、Ar、CH4、CO2、H2O、CH3OH等气体，其中H2为有用气体，需要解析再利用，以免造成浪费。首先，常用的解析方式是将污氮通过一个减压阀后，直接打入气液分离罐内进行分离，由于污氮流量较大，单个大的节流阀节流后雾化程度较差，分离速度较慢，分离出的氢气较少，分离过程中容易造成累积瞬间爆沸等现象，不能有效的分离液态污氮中的氢气等情况。其次，传统的单个减压阀容易引进减压过程中的液体集聚，不能有效分离氢气，节流过程不稳定。本发明为了增加污氮在减压过程中解析更多的氢气，同时使解析过程更加稳定，发明了低温污氮用闪蒸气液分离器，将多个多股流管道内置减压节流阀应用于低温污氮用闪蒸气液分离器，节流降压的同时，增加雾化程度，加快氢气解析速度，有利于解析更多的氢气。此外，应用多个多股流管道内置减压节流阀依次连接壳体并进行分段减压节流，避免节流后污氮太集中，不易气化分离的缺点。设置合理的节流前后压比，节流后压力不能低于污氮中所含杂质成份的最低解析压力，即将5.21MPa低温过冷液态污氮节流降压至1.8MPa，以闪蒸解析氢气，解析出的氢气沿金属丝网向上并经氢气出口排出。最后，壳体内设置低温金属丝网，增加解析接触媒体表面，并设置足够大的解析空间，以加快解析过程，使解析过程更加平衡，不会出现闪蒸过程中爆析现象。雾化解析后的污氮在金属丝网内重新凝结并沿金属丝网向下流动排出，可完成整个氢气的闪蒸解析分离过程。
发明内容
根据低温污氮解析分析H2的工艺技术特点，发明了低温污氮用闪蒸气液分离器，即将5.21MPa、－193℃低温液态污氮采用管道内置多股流减压节流的制冷技术方法，减压节流后闪蒸回收溶解于液态污氮中的H2，同时保持污氮中的杂质成份CO、Ar、CH4、CO2、H2O、CH3OH持续溶解，回收后的H2循环净化后可用于合成气，用以合成甲醇、合成氨等。应用减压节流制冷原理及低温污氮降压闪蒸雾化原理，使该分离器能够有效分离溶解于污氮中的H2，并实现污氮中的H2回收再利用，从而为循环制取合成气提供更多的可利用H2。
本发明的技术解决方案：
低温污氮用闪蒸气液分离器，包括氢气出口接管(1)、上封头(2)、筒体(3)、第一节流阀接管(4)、第一节流阀(5)、第一接管法兰(6)、第二节流阀接管(7)、第二接管法兰(8)、第二节流阀(9)、污氮进口接管(10)、污氮进口支管(11)、第三接管法兰(12)、第三节流阀(13)、第三节流阀接管(14)、第四接管法兰(15)、第四节流阀(16)、第四节流阀接管(17)、金属丝网(18)、下封头(19)、裙座(20)、污氮出口接管(21)，所述各级节流阀包括压盖(22)、上卡箍(23)、阀体(24)、支撑圈(25)、管道(26)、下卡箍(27)、弹簧(28)、阀杆(29)、销杆卡箍(30)、销杆(31)组成，其特征在于：氢气出口接管(1)底部连接上封头(2)、上封头(2)底部连接筒体(3)；筒体(3)侧面依次连接第一节流阀接管(4)、第二节流阀接管(7)、第三节流阀接管(14)、第四节流阀接管(17)；第一节流阀接管(4)、第二节流阀接管(7)、第三节流阀接管(14)、第四节流阀接管(17)内依次安装第一节流阀(5)、第二节流阀(9)、第三节流阀(13)、第四节流阀(16)，左侧依次安装第一接管法兰(6)、第二接管法兰(8)、第三接管法兰(12)、第四接管法兰(15)；第一接管法兰(6)、第二接管法兰(8)、第三接管法兰(12)、第四接管法兰(15)左侧连接污氮进口支管(11)，污氮进口支管(11)左侧连接污氮进口接管(10)；筒体(3)底部连接下封头(19)，下封头(19)侧面连接裙座(20)，底部连接污氮出口接管(21)；筒体(3)中间安装金属丝网(18)；阀杆(29)顶部螺纹连接压盖(22)；压盖(22)安装于阀体(24)内；阀体(24)通过上卡箍(23)和下卡箍(27)固定于管道(26)内，所述管道(26)指第一节流阀接管(4)、第二节流阀接管(7)、第三节流阀接管(14)、第四节流阀接管(17)；销杆(31)穿过压盖(22)及阀杆(29)预留孔；销杆卡箍(30)安装于压盖(22)卡槽内；压盖(22)与支撑圈(25)中间安装弹簧(28)；弹簧(28)中心为阀杆(29)；弹簧(28)预紧阀杆(29)底部阀芯锥面与阀体(24)底部扩压腔内表面形成密封面。
5.21MPa、－193℃低温过冷液态污氮进入污氮进口接管(10)，经污氮进口支管(11)分配于第一节流阀接管(4)、第二节流阀接管(7)、第三节流阀接管(14)、第四节流阀接管(17)，再经第一节流阀接管(4)、第二节流阀接管(7)、第三节流阀接管(14)、第四节流阀接管(17)内的第一节流阀(5)、第二节流阀(9)、第三节流阀(13)、第四节流阀(16)节流降压后，在1.8MPa、－191.5℃时以雾化形式进入金属丝网(18)内进行降压并闪蒸解析氢气；解析出的氢气沿金属丝网(18)向上并经氢气出口接管(1)排出，雾化解析后的污氮在金属丝网(18)内重新凝结并沿金属丝网(18)向下流动，经污氮出口接管(21)排出，完成整个节流降压闪蒸解析分离氢气过程。
方案所涉及的原理问题：
首先，本发明将多股流减压节流原理应用于低温污氮用闪蒸气液分离器的气液分离过程，根据过冷污氮节流减压原理，将系统提供的5.21MPa、－193℃低温过冷液态污氮，节流降压至1.8MPa以解析污氮中所含的氢气，同时，节流后背压大于1.8MPa以确保污氮中所含的N2、CO、Ar、CH4、CO2、H2O、CH3OH持续溶解，不被析出。节流过程中过冷污氮处于液相区，节流后的温度上升至－191.5℃。为了确保节流过程更加接近理论等焓过程，节流过程中采用多股流管道内置节流阀进行节流，且设置多个节流阀，并以多段节流的形式，以强化节流雾化过程，节流后雾化效果更好，节流过程更加平衡，节流后压力分布更加均匀。其次，节流雾化后的低温污氮中所含的氢气在解析过程中需要有一定的表面媒体进行诱发解析以加快解析过程，本发明在低温污氮用闪蒸气液分离器设置低温金属丝网，并设置足够大的解析空间以加快解析过程，使解析过程更加平衡，不会出现闪蒸过程中爆析现象。最后，低温污氮用闪蒸气液分离器的高度、节流阀的数量、金属丝网的密度、丝网的高度可根据实际污氮的流量及污氮中的所含氢气的流量进行计算设置。
本发明的技术特点：
将多股流管道内置减压节流阀应用于低温污氮闪蒸气液分离器，节流降压的同时增加雾化程度，加快氢气的解析速度，有利于更多的氢气解析；应用多个多股流管道内置减压节流阀依次连接壳体并进行分段减压节流，避免节流后污氮过于集中且不易气化分离的缺点；壳体内设置低温金属丝网以增加解析触媒面积，并设置足够大的解析空间以加快解析过程，使解析过程更加平衡，不会出现闪蒸爆析现象；节流前后的压比设置合理，节流后压力不能低于污氮中所含杂质成份N2、CO、Ar、CH4、CO2、H2O、CH3OH的最低解析压力，即将5.21MPa低温过冷液态污氮节流降压至1.8MPa以上用以闪蒸解析氢气，解析出的氢气沿金属丝网向上并经氢气出口排出，雾化解析后的污氮在金属丝网内重新凝结并沿金属丝网向下流动排出，完成整个节流降压闪蒸解析过程。
附图说明
图1所示为低温污氮用闪蒸气液分离器的主要部件结构及位置关系。
图2所示为管道内置多股流减压节流阀主要部件结构及位置关系。
具体实施方式
加工制造低温污氮用闪蒸气液分离器，其中部件包括氢气出口接管(1)、上封头(2)、筒体(3)、第一节流阀接管(4)、第一节流阀(5)、第一接管法兰(6)、第二节流阀接管(7)、第二接管法兰(8)、第二节流阀(9)、污氮进口接管(10)、污氮进口支管(11)、第三接管法兰(12)、第三节流阀(13)、第三节流阀接管(14)、第四接管法兰(15)、第四节流阀(16)、第四节流阀接管(17)、金属丝网(18)、下封头(19)、裙座(20)、污氮出口接管(21)，所述各级节流阀包括压盖(22)、上卡箍(23)、阀体(24)、支撑圈(25)、管道(26)、下卡箍(27)、弹簧(28)、阀杆(29)、销杆卡箍(30)、销杆(31)，其特征在于：氢气出口接管(1)底部连接上封头(2)、上封头(2)底部连接筒体(3)；筒体(3)侧面依次连接第一节流阀接管(4)、第二节流阀接管(7)、第三节流阀接管(14)、第四节流阀接管(17)；第一节流阀接管(4)、第二节流阀接管(7)、第三节流阀接管(14)、第四节流阀接管(17)内依次安装第一节流阀(5)、第二节流阀(9)、第三节流阀(13)、第四节流阀(16)，左侧依次安装第一接管法兰(6)、第二接管法兰(8)、第三接管法兰(12)、第四接管法兰(15)；第一接管法兰(6)、第二接管法兰(8)、第三接管法兰(12)、第四接管法兰(15)左侧连接污氮进口支管(11)，污氮进口支管(11)左侧连接污氮进口接管(10)；筒体(3)底部连接下封头(19)，下封头(19)侧面连接裙座(20)，底部连接污氮出口接管(21)；筒体(3)中间安装金属丝网(18)；阀杆(29)顶部螺纹连接压盖(22)；压盖(22)安装于阀体(24)内；阀体(24)通过上卡箍(23)和下卡箍(27)固定于管道(26)内，所述管道(26)指第一节流阀接管(4)、第二节流阀接管(7)、第三节流阀接管(14)、第四节流阀接管(17)；销杆(31)穿过压盖(22)及阀杆(29)预留孔；销杆卡箍(30)安装于压盖(22)卡槽内；压盖(22)与支撑圈(25)中间安装弹簧(28)；弹簧(28)中心为阀杆(29)；弹簧(28)预紧阀杆(29)底部阀芯锥面与阀体(24)底部扩压腔内表面形成密封面。
将5.21MPa、－193℃低温过冷液态污氮打入污氮进口接管(10)，经污氮进口支管(11)分配于第一节流阀接管(4)、第二节流阀接管(7)、第三节流阀接管(14)、第四节流阀接管(17)，再经第一节流阀接管(4)、第二节流阀接管(7)、第三节流阀接管(14)、第四节流阀接管(17)内的第一节流阀(5)、第二节流阀(9)、第三节流阀(13)、第四节流阀(16)节流降压后，在1.8MPa、－191.5℃时以雾化形式进入金属丝网(18)内进行降压并闪蒸解析氢气；解析出的氢气沿金属丝网(18)向上并经氢气出口接管(1)排出，雾化解析后的污氮在金属丝网(18)内重新凝结并沿金属丝网(18)向下流动，经污氮出口接管(21)排出，完成整个氢气的闪蒸解析过程。
Claims (2)
1.低温污氮用闪蒸气液分离器，包括氢气出口接管（1）、上封头（2）、筒体（3）、第一节流阀接管（4）、第一节流阀（5）、第一接管法兰（6）、第二节流阀接管（7）、第二接管法兰（8）、第二节流阀（9）、污氮进口接管（10）、污氮进口支管（11）、第三接管法兰（12）、第三节流阀（13）、第三节流阀接管（14）、第四接管法兰（15）、第四节流阀（16）、第四节流阀接管（17）、金属丝网（18）、下封头（19）、裙座（20）、污氮出口接管（21），所述各级节流阀包括压盖（22）、上卡箍（23）、阀体（24）、支撑圈（25）、管道（26）、下卡箍（27）、弹簧（28）、阀杆（29）、销杆卡箍（30）、销杆（31）组成，其特征在于：氢气出口接管（1）底部连接上封头（2）、上封头（2）底部连接筒体（3）；筒体（3）侧面依次连接第一节流阀接管（4）、第二节流阀接管（7）、第三节流阀接管（14）、第四节流阀接管（17）；第一节流阀接管（4）、第二节流阀接管（7）、第三节流阀接管（14）、第四节流阀接管（17）内依次安装第一节流阀（5）、第二节流阀（9）、第三节流阀（13）、第四节流阀（16），左侧依次安装第一接管法兰（6）、第二接管法兰（8）、第三接管法兰（12）、第四接管法兰（15）；第一接管法兰（6）、第二接管法兰（8）、第三接管法兰（12）、第四接管法兰（15）左侧连接污氮进口支管（11），污氮进口支管（11）左侧连接污氮进口接管（10）；筒体（3）底部连接下封头（19），下封头（19）侧面连接裙座（20），底部连接污氮出口接管（21）；筒体（3）中间安装金属丝网（18）；阀杆（29）顶部螺纹连接压盖（22）；压盖（22）安装于阀体（24）内；阀体（24）通过上卡箍（23）和下卡箍（27）固定于管道（26）内，所述管道（26）指第一节流阀接管（4）、第二节流阀接管（7）、第三节流阀接管（14）、第四节流阀接管（17）；销杆（31）穿过压盖（22）及阀杆（29）预留孔；销杆卡箍（30）安装于压盖（22）卡槽内；压盖（22）与支撑圈（25）中间安装弹簧（28）；弹簧（28）中心为阀杆（29）；弹簧（28）预紧阀杆（29）底部阀芯锥面与阀体（24）底部扩压腔内表面形成密封面。
2.根据权利要求1所述的低温污氮用闪蒸气液分离器，其特征在于：5.21MPa、－193℃低温过冷液态污氮进入污氮进口接管（10），经污氮进口支管（11）分配于第一节流阀接管（4）、第二节流阀接管（7）、第三节流阀接管（14）、第四节流阀接管（17），再经第一节流阀接管（4）、第二节流阀接管（7）、第三节流阀接管（14）、第四节流阀接管（17）内的第一节流阀（5）、第二节流阀（9）、第三节流阀（13）、第四节流阀（16）节流降压后，在1.8MPa、－191.5℃时以雾化形式进入金属丝网（18）内进行降压并闪蒸解析氢气；解析出的氢气沿金属丝网（18）向上并经氢气出口接管（1）排出，雾化解析后的污氮在金属丝网（18）内重新凝结并沿金属丝网（18）向下流动，经污氮出口接管（21）排出，完成整个节流降压并闪蒸解析氢气的过程。
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