CN105066586B - 一种液氮洗制取合成氨原料气和lng的装置及其制取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置，它包括第一级热换器（1）、第二级热换器（2）、第三级热换器（3）、MR压缩机单元（4）、氮洗塔（5）、塔顶冷凝器（6）、塔顶分离器（7）、LNG精馏塔（8），管道M（23）与管道Q（28）连接且管道M（23）与管道Q（28）之间连接有混合器（35），混合器（35）上连接有调节阀II（32），氮洗塔（5）的入口端a和塔顶冷凝器（6）的入口端n均与管道P（27）连接，LNG精馏塔（8）的顶端部与塔顶冷凝器（6）的入口端g连接；它还公开了制取方法。本发明的有益效果是：能够制取合成氨原料气、能够高效利用回收合成气中的甲烷等烃类制取LNG、极大以提高了环保效益和经济效益。

Description

一种液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置及其制取方法
技术领域
本发明涉及制备纯度合格的合成氨原料气并联产LNG，特别是一种液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置及其制取方法。
背景技术
在焦炉煤气或煤制气中，除了含有一氧化碳、氢外，还有少部分甲烷、氩和氮等，而原料气中微量的一氧化碳、甲烷和氩等惰性气都会使合成氨触媒中毒。因此在合成氨工序前，需要设置液氮洗装置脱除这些杂质并配置氮氢比约1:3（V/V）的原料气。
常规液氮洗工艺将装置产生的富烃气体作为燃料气或因热值不稳定而直接放空。从环保和经济效益考虑，有必要将这些富烃气体进行回收，而低温精馏并生产更易贮存、运输的LNG是一个比较经济、可靠的方法。本方法和装置就是采用液氮洗和LNG精馏的集成工艺。
中国专利CN103121662A中公开了一种液氮洗净化制氨合成新鲜气并联产SNG或LNG的方法及装置，该方法包括换热器、氮洗塔、甲烷精馏塔、甲烷精馏塔塔顶冷凝器、甲烷精馏塔塔底再沸器、原料气闪蒸罐、CO富液罐、液甲烷泵、甲烷精馏塔回流罐、氮气压缩机组和氮气膨胀机组等。在氮洗塔顶部得到合成氨新鲜气，在甲烷精馏塔底部得到LNG。该方法氮洗塔底部的含烃液体没有进入LNG精馏塔，导致装置LNG的回收率降低5~10%；当生产LNG时，该方法采用氮气压缩、膨胀制冷工艺，使得LNG单位能耗高10~20%；且没有设置合成气调温系统，当装置负荷变化时，氮洗塔的操作稳定性较差；同时需要补充成本较高的液氮。
中国专利CN202382518U公开了一种液氮洗涤净化合成气及其深冷分离回收LNG装置，该装置包括原料气预处理系统、深冷净化分离冷箱和混合冷剂制冷循环系统。该装置与中国专利CN103121662A的工艺类似，该工艺只是用混合冷剂压缩、制冷工艺代替了氮气压缩、膨胀制冷工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能够制取合成氨原料气、能够高效利用回收合成气中的甲烷等烃类制取LNG、极大以提高了环保效益和经济效益的液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置及其制取方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置及其联产LNG的方法，它包括第一级热换器、第二级热换器、第三级热换器、MR压缩机单元、氮洗塔、塔顶冷凝器、塔顶分离器、LNG精馏塔以及设置在LNG精馏塔内的塔底蒸发器，所述的第一级热换器内从上往下顺次设置有管道A、管道B、管道C、管道D、管道E、管道F和管道G，第二级热换器内从上往下顺次设置有管道T、管道Y、管道H、管道I、管道J、管道K、管道M、管道N和管道S，第三级热换器内从上往下顺次设置有管道O、管道P、管道Q、管道R和管道W；所述的管道A的出口端与管道T的入口端连接，管道A的入口端与MR压缩机单元的气相出口连接，管道T的出口端与塔底蒸发器的入口端c连接，管道C的入口端与管道H的出口端连接，管道C的出口端与MR压缩机单元的入口端连接，管道B的出口端经调节阀I连接在管道C和管道H之间，管道B的入口端与MR压缩机单元的液相出口连接，管道H的入口端与管道Y的一端连接，管道Y的另一端与塔底蒸发器的出口端d连接，管道D与管道I连接，管道I与管道O连接，管道E与管道J连接，管道F与管道K连接，管道K与管道P连接，管道G与管道M连接，管道M与管道Q连接且管道M与管道Q之间连接有混合器，混合器上连接有调节阀II，调节阀II的入口端连接在管道K和管道P之间，管道N与管道R连接，管道R的出口端与氮洗塔的入口端b连接；所述的氮洗塔的底端与管道W的一端连接，管道W的另一端与LNG精馏塔的入口端f连接，氮洗塔的顶端部与管道Q连接，氮洗塔的入口端a和塔顶冷凝器的入口端n均与管道P连接，所述的LNG精馏塔的顶端部与塔顶冷凝器的入口端g连接，塔顶冷凝器的出口端m、出口端h分别与塔顶分离器的入口端p、管道O连接，塔顶分离器的底端部、顶部部分别与LNG精馏塔的入口端e连接、管道J连接，LNG精馏塔的底端部与管道S的一端连接。
所述的第一级热换器、第二级热换器和第三级热换器均为板翅式换热器或绕管式换热器。
所述的氮洗塔和LNG精馏塔为规整填料塔、散装填料塔、筛板塔中的任意一种。
所述的MR压缩机单元为离心式压缩机、活塞式压缩机或螺杆式压缩机中的任意一种。
所述的塔顶冷凝器的入口端n与管道P之间连接有调节阀III。
所述的氮洗塔的入口端a与管道P之间连接有调节阀IV。
一种液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置其制取合成氨原料气和LNG的方法，它包括以下步骤：
S1、MR压缩机单元产出的中压液相冷剂进入管道B内，中压液相冷剂被返流冷却后进入调节阀I内，中压液相冷剂经调节阀I节流后进入管道C和管道H之间连接的管道内；
S2、MR压缩机单元产出的气相冷剂经管道A进入管道T内，气相冷剂被返流冷却并被液化，被液化后的气相冷剂经塔底蒸发器的入口端c后进入塔底蒸发器内，以为LNG精馏塔提供冷量，回收冷量后气相冷剂经塔底蒸发器的出口端d流出并进入管道Y内进行过冷，过冷后的气相冷剂经管道H进入管道C内，在第一级换热器内复热至常温后返回进入MR压缩机单元内；
S3、向管道F通入中压氮气，中压氮气顺次流过管道K和管道P，中压氮气在管道K和管道P内被返流冷流预冷、液化并过冷，被过冷后的一部分中压氮气经调节阀IV节流后进入氮洗塔内，另一部分中压氮气经调节阀III节流后塔顶冷凝器的入口端n；
S4、向管道N内通入合成气体，合成气体进入管道R内，合成气体被返流冷流预冷并部分液化，液化后的合成气体经氮洗塔的入口端b进入氮洗塔内，液化合成与氮洗塔内的液氮换热并换质，从而在塔底制得富烃液体，同时在塔顶制得合成氨原料气；
S5、步骤S4中的合成氨原料气顺次经管道Q、混合器、管道M和管道G流出；
S6、步骤S4中的富烃液体进入管道W内，被热流复热至一定温度后从LNG精馏塔的入口端f进入LNG精馏塔内，从而在LNG精馏塔的底部精馏出合格的LNG，同时在顶部产出富氮尾气，合格的LNG从LNG精馏塔的底部流出并进入管道S内，合格的LNG在管道S内进行冷却，随后作为产品输出；
S7、步骤S6中的富氮尾气经塔顶冷凝器的入口端g、塔顶冷凝器的出口端m、塔顶分离器的入口端p进入塔顶分离器内，分离后的液体顺次经塔顶分离器的底部、LNG精馏塔的入口端进入LNG精馏塔内，而分离后的气体顺次经塔顶分离器的顶部、管道J、管道E从管道E内排出。
本发明具有以下优点：本发明在制取合成氨原料气的同时，利用合成气中的甲烷等烃类制取LNG，与常规富烃类气体直接燃烧或因热值不稳定而直接放空的工艺相比具有更好的环保效益和经济效益；由于设置了混合冷剂压缩、制冷系统，因此，与常规液氮洗工艺相比不需要补充成本较高的液氮，同时利用混合冷剂、液氮的温度等级优化LNG精馏塔的工艺路线，与常规焦炉煤气或煤制气生产LNG相比可以取消氮气压缩、制冷系统，LNG单耗降低5%以上，还可以降低投资成本、简化工艺路线，特别适用于中大型合成氨装置；通过进一步优化集成工艺，LNG回收率提高5~10%。
附图说明
图1 为本发明实施例一的结构示意图；
图2 为本发明实施例二的结构示意图；
图3 为本发明实施例三的结构示意图；
图中，1-第一级热换器，2-第二级热换器，3-第三级热换器，4- MR压缩机单元，5-氮洗塔，6-塔顶冷凝器，7-塔顶分离器，8- LNG精馏塔，9-塔底蒸发器，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O，27-管道P，28-管道Q，29-管道R，30-管道W，31-调节阀I，32-调节阀II，33-调节阀III，34-调节阀IV，35-混合器，301-MR低温分离器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
实施例一：如图1所示，一种液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置，它包括第一级热换器1、第二级热换器2、第三级热换器3、MR压缩机单元4、氮洗塔5、塔顶冷凝器6、塔顶分离器7、LNG精馏塔8以及设置在LNG精馏塔8内的塔底蒸发器9，所述的第一级热换器1内从上往下顺次设置有管道A10、管道B11、管道C12、管道D13、管道E14、管道F15和管道G16，第二级热换器2内从上往下顺次设置有管道T17、管道Y18、管道H19、管道I20、管道J21、管道K22、管道M23、管道N24和管道S25，第三级热换器3内从上往下顺次设置有管道O26、管道P27、管道Q28、管道R29和管道W30；所述的管道A10的出口端与管道T17的入口端连接，管道A10的入口端与MR压缩机单元4的气相出口连接，管道T17的出口端与塔底蒸发器9的入口端c连接，管道C12的入口端与管道H19的出口端连接，管道C12的出口端与MR压缩机单元4的入口端连接，管道B11的出口端经调节阀I31连接在管道C12和管道H19之间，调节阀II32引一股中压液氮为混合器35进行配氮。如图1所示，管道B11的入口端与MR压缩机单元4的液相出口连接，管道H19的入口端与管道Y18的一端连接，管道Y18的另一端与塔底蒸发器9的出口端d连接，管道D13与管道I20连接，管道I20与管道O26连接，管道E14与管道J21连接，管道F15与管道K22连接，管道K22与管道P27连接，管道G16与管道M23连接，管道M23与管道Q28连接且管道M23与管道Q28之间连接有混合器35，混合器35上连接有调节阀II32，调节阀II32的入口端连接在管道K22和管道P27之间，管道N24与管道R29连接，管道R29的出口端与氮洗塔5的入口端b连接；所述的氮洗塔5的底端与管道W30的一端连接，管道W30的另一端与LNG精馏塔8的入口端f连接，氮洗塔5的顶端部与管道Q28连接，氮洗塔5的入口端a和塔顶冷凝器6的入口端n均与管道P27连接，所述的LNG精馏塔8的顶端部与塔顶冷凝器6的入口端g连接，塔顶冷凝器6的出口端m、出口端h分别与塔顶分离器7的入口端p、管道O26连接，塔顶分离器7的底端部、顶部部分别与LNG精馏塔8的入口端e连接、管道J21连接，LNG精馏塔8的底端部与管道S25的一端连接。
所述的第一级热换器1、第二级热换器2和第三级热换器3均为板翅式换热器或绕管式换热器。所述的氮洗塔5和LNG精馏塔8为规整填料塔、散装填料塔、筛板塔中的任意一种。所述的MR压缩机单元4为离心式压缩机、活塞式压缩机或螺杆式压缩机中的任意一种。
如图1所示，塔顶冷凝器6的入口端n与管道P27之间连接有调节阀III33。所述的氮洗塔5的入口端a与管道P27之间连接有调节阀IV34。
如图1所示，一种液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置其制取合成氨原料气和LNG的方法，它包括以下步骤：
S1、MR压缩机单元4产出的中压液相冷剂进入管道B11内，中压液相冷剂被返流冷却后进入调节阀I31内，中压液相冷剂经调节阀I31节流后进入管道C12和管道H19之间连接的管道内，MR压缩机单元4的入口压力控制在0.1~0.3MPa(G)的范围内，MR压缩机单元4的出口压力控制在1.5~4.5MPa(G)的范围内；
S2、MR压缩机单元4产出的气相冷剂经管道A10进入管道T17内，气相冷剂被返流冷却并被液化，被液化后的气相冷剂经塔底蒸发器9的入口端c后进入塔底蒸发器9内，以为LNG精馏塔8提供冷量，回收冷量后气相冷剂经塔底蒸发器9的出口端d流出并进入管道Y18内进行过冷，过冷后的气相冷剂经管道H19进入管道C12内，在第一级换热器内复热至常温后返回进入MR压缩机单元4内；
S3、向管道F15通入中压氮气，中压氮气顺次流过管道K22和管道P27，中压氮气在管道K22和管道P27内被返流冷流预冷、液化并过冷，被过冷后的一部分中压氮气经调节阀IV34节流后进入氮洗塔5内，另一部分中压氮气经调节阀III33节流后塔顶冷凝器6的入口端n；
S4、向管道N24内通入合成气体，合成气体进入管道R29内，合成气体被返流冷流预冷并部分液化，液化后的合成气体经氮洗塔5的入口端b进入氮洗塔5内，液化合成与氮洗塔5内的液氮换热并换质，从而在塔底制得富烃液体，同时在塔顶制得合成氨原料气；
S5、步骤S4中的合成氨原料气顺次经管道Q28、混合器35、管道M23和管道G16流出，从而实现了利用液氮洗制合成氨原料气；
S6、合格LNG的制备，将步骤S4中的富烃液体进入管道W30内，被热流复热至一定温度后从LNG精馏塔8的入口端f进入LNG精馏塔8内，LNG精馏塔8的操作压力控制在0.1~1.5MPa(G)的范围内，从而在LNG精馏塔8的底部精馏出合格的LNG，同时在顶部产出富氮尾气，合格的LNG从LNG精馏塔8的底部流出并进入管道S25内，合格的LNG在管道S25内进行冷却，随后作为产品输出，从而实现了合格LNG的制备，LNG回收率提高5~10%；
S7、步骤S6中的富氮尾气经塔顶冷凝器6的入口端g、塔顶冷凝器6的出口端m、塔顶分离器7的入口端p进入塔顶分离器7内，分离后的液体顺次经塔顶分离器7的底部、LNG精馏塔8的入口端进入LNG精馏塔8内，而分离后的气体顺次经塔顶分离器7的顶部、管道J21、管道E14从管道E14内排出。因此，本发明能够制取合成氨原料气、能够高效利用回收合成气中的甲烷等烃类制取LNG、极大以提高了环保效益和经济效益
实施例二：如图2所示，本实施例与实施例一的区别点在于：当所需配氮量较少时，可以采用第三级热换器3代替混合器35，此时，中压液氮的温度即为从管道P27中引出的温度。
实施例三：如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于：在管道T17与塔底蒸发器9的入口端c之间设置MR低温分离器301，当MR压缩机单元4在气相出口处产出的是气相和液相时，气相和液相经塔底蒸发器9的入口端c进入塔底蒸发器9内，在塔底蒸发器9内分离的气相返回到管道Y18中继续液化并过冷，而分离的液相被塔底蒸发器9回收冷量，冷量回收后返回至管道Y18中继续过冷，液相冷剂的温度在-100~-150℃之间。

Claims (4)

1.一种液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置，其特征在于：它包括第一级热换器（1）、第二级热换器（2）、第三级热换器（3）、MR压缩机单元（4）、氮洗塔（5）、塔顶冷凝器（6）、塔顶分离器（7）、LNG精馏塔（8）以及设置在LNG精馏塔（8）内的塔底蒸发器（9），所述的第一级热换器（1）内从上往下顺次设置有管道A（10）、管道B（11）、管道C（12）、管道D（13）、管道E（14）、管道F（15）和管道G（16），第二级热换器（2）内从上往下顺次设置有管道T（17）、管道Y（18）、管道H（19）、管道I（20）、管道J（21）、管道K（22）、管道M（23）、管道N（24）和管道S（25），第三级热换器（3）内从上往下顺次设置有管道O（26）、管道P（27）、管道Q（28）、管道R（29）和管道W（30）；所述的管道A（10）的出口端与管道T（17）的入口端连接，管道A（10）的入口端与MR压缩机单元（4）的气相出口连接，管道T（17）的出口端与塔底蒸发器（9）的入口端c连接，管道C（12）的入口端与管道H（19）的出口端连接，管道C（12）的出口端与MR压缩机单元（4）的入口端连接，管道B（11）的出口端经调节阀I（31）连接在管道C（12）和管道H（19）之间，管道B（11）的入口端与MR压缩机单元（4）的液相出口连接，管道H（19）的入口端与管道Y（18）的一端连接，管道Y（18）的另一端与塔底蒸发器（9）的出口端d连接，管道D（13）与管道I（20）连接，管道I（20）与管道O（26）连接，管道E（14）与管道J（21）连接，管道F（15）与管道K（22）连接，管道K（22）与管道P（27）连接，管道G（16）与管道M（23）连接，管道M（23）与管道Q（28）连接且管道M（23）与管道Q（28）之间连接有混合器（35），混合器（35）上连接有调节阀II（32），调节阀II（32）的入口端连接在管道K（22）和管道P（27）之间，管道N（24）与管道R（29）连接，管道R（29）的出口端与氮洗塔（5）的入口端b连接；所述的氮洗塔（5）的底端与管道W（30）的一端连接，管道W（30）的另一端与LNG精馏塔（8）的入口端f连接，氮洗塔（5）的顶端部与管道Q（28）连接，氮洗塔（5）的入口端a和塔顶冷凝器（6）的入口端n均与管道P（27）连接，所述的LNG精馏塔（8）的顶端部与塔顶冷凝器（6）的入口端g连接，塔顶冷凝器（6）的出口端m、出口端h分别与塔顶分离器（7）的入口端p、管道O（26）连接，塔顶分离器（7）的底端部、顶部部分别与LNG精馏塔（8）的入口端e连接、管道J（21）连接，LNG精馏塔（8）的底端部与管道S（25）的一端连接，所述的第一级热换器（1）、第二级热换器（2）和第三级热换器（3）均为板翅式换热器或绕管式换热器；所述的塔顶冷凝器（6）的入口端n与管道P（27）之间连接有调节阀III（33）；所述的氮洗塔（5）的入口端a与管道P（27）之间连接有调节阀IV（34）。
2.根据权利要求1所述的一种液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置，其特征在于：所述的氮洗塔（5）和LNG精馏塔（8）为规整填料塔、散装填料塔、筛板塔中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置，其特征在于：所述的MR压缩机单元（4）为离心式压缩机、活塞式压缩机或螺杆式压缩机中的任意一种。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述液氮洗制取合成氨原料气和LNG的装置制取合成氨原料气和LNG的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、MR压缩机单元（4）产出的中压液相冷剂进入管道B（11）内，中压液相冷剂被返流冷却后进入调节阀I（31）内，中压液相冷剂经调节阀I（31）节流后进入管道C（12）和管道H（19）之间连接的管道内；
S2、MR压缩机单元（4）产出的气相冷剂经管道A（10）进入管道T（17）内，气相冷剂被返流冷却并被液化，被液化后的气相冷剂经塔底蒸发器（9）的入口端c后进入塔底蒸发器（9）内，以为LNG精馏塔（8）提供冷量，回收冷量后气相冷剂经塔底蒸发器（9）的出口端d流出并进入管道Y（18）内进行过冷，过冷后的气相冷剂经管道H（19）进入管道C（12）内，在第一级换热器内复热至常温后返回进入MR压缩机单元（4）内；
S3、向管道F（15）通入中压氮气，中压氮气顺次流过管道K（22）和管道P（27），中压氮气在管道K（22）和管道P（27）内被返流冷流预冷、液化并过冷，被过冷后的一部分中压氮气经调节阀IV（34）节流后进入氮洗塔（5）内，另一部分中压氮气经调节阀III（33）节流后塔顶冷凝器（6）的入口端n；
S4、向管道N（24）内通入合成气体，合成气体进入管道R（29）内，合成气体被返流冷流预冷并部分液化，液化后的合成气体经氮洗塔（5）的入口端b进入氮洗塔（5）内，液化合成与氮洗塔（5）内的液氮换热并换质，从而在塔底制得富烃液体，同时在塔顶制得合成氨原料气；
S5、步骤S4中的合成氨原料气顺次经管道Q（28）、混合器（35）、管道M（23）和管道G（16）流出；
S6、步骤S4中的富烃液体进入管道W（30）内，被热流复热至一定温度后从LNG精馏塔（8）的入口端f进入LNG精馏塔（8）内，从而在LNG精馏塔（8）的底部精馏出合格的LNG，同时在顶部产出富氮尾气，合格的LNG从LNG精馏塔（8）的底部流出并进入管道S（25）内，合格的LNG在管道S（25）内进行冷却，随后作为产品输出；
S7、步骤S6中的富氮尾气经塔顶冷凝器（6）的入口端g、塔顶冷凝器（6）的出口端m、塔顶分离器（7）的入口端p进入塔顶分离器（7）内，分离后的液体顺次经塔顶分离器（7）的底部、LNG精馏塔（8）的入口端进入LNG精馏塔（8）内，而分离后的气体顺次经塔顶分离器（7）的顶部、管道J（21）、管道E（14）从管道E（14）内排出。
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