CN109181798A - 利用合成氨系统废气制备天然气的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，包括如下步骤：合成放空气进入膜分离提氢装置分离出H2后，提氢尾气经减压阀减压至6.0MPa备用；从合成氨冷交换器出来的液氨以及从氨分离器出来的液氨进入中压闪蒸罐进行闪蒸处理产生驰放气和液氨之后进入高压氨回收装置之后通入水洗塔最后与提氢尾气混合进入甲烷分离装置，经分离后形成甲烷。本发明实现年产996×104Nm3甲烷气的生产规模，通过此次技术改造，大大的提高环境质量，增加可观的经济效益，预计年可产生经济效益1200多万元，并达到节能减排的效果。

Description

利用合成氨系统废气制备天然气的工艺
技术领域
本发明属于天然气制备技术领域，特别涉及一种利用合成氨系统废气制备天然气的工艺。
背景技术
合成氨生产的过程会产生两股富氢尾气，即合成放空气及储槽驰放气(主要成分H2、N2、CH4和NH3)，由于尾气中氮气含量较高、不方便运输，只能作为一种燃料气，严重影响了其使用价值。目前，对合成放空气和储槽驰放气的处理方式为：合成放空气经膜提氢装置提氢后尾气送锅炉燃烧，储槽驰放气经无动力氨回收装置除氨后尾气同样送锅炉燃烧，由于合成放空气及储槽驰放气中富含大量的H2和CH4，直接燃烧会造成资源的极大浪费。
比如现有技术CN200910164318.2发明人杨皓公开了焦炉气联合高炉气生产氨合成气，只公开了焦炉气分离甲烷与C2+烃类的工艺，并没有出现利用合成氨废气制备天然气的工艺。
为了回收储槽驰放气中的氢气及甲烷气，进一步提高驰放气中氢气及甲烷气的利用率，本领域技术人员积极研究，决定在合成车间新建高压氨回收装置及液氨闪蒸装置，以进一步回收驰放气中的氢气及甲烷气，提高经济效益。
有鉴于以上的问题，本发明人积极加以研究创新，以期望创设一种利用合成氨系统废气制备天然气的工艺。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，采用现代组合净化及分离工艺技术，以合成氨系统合成放空气和驰放气为原料，通过物理分割，净化并提纯CH4生产出合格的CNG产品，提取CH4后的氢氮气回原合成氨装置生产合成氨，最大程度地利用合成氨系统的合成放空气，实现产品结构调整，改变合成氨系统产品单一的现状，更好的适应市场变化及生产需求，进一步延伸合成氨的产业链，提高能源的利用效率，减少排放和环境污染。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，包括如下步骤：
S01.合成氨过程产生的合成放空气进入膜分离提氢装置分离出H2后，提氢尾气经减压阀减压至6.0MPa备用；
S02.从合成氨冷交换器出来的液氨以及从氨分离器出来的液氨经减压阀减压至6.0-6.5MPa，之后进入中压闪蒸罐进行闪蒸处理，进入中压闪蒸罐的液氨闪蒸出6.5MPa的液氨和6.5MPa的驰放气；
S03.步骤S02中闪蒸出的6.5MPa的液氨经减压阀减压成2.5MPa的液氨，之后进入氨储槽，经氨储槽后还会产生部分驰放气，并对该部分驰放气进行加压，产生6.5MPa的驰放气；
S04.步骤S02中闪蒸出的6.5MPa的驰放气和步骤S03中经氨储槽并经加压后产生的6.5MPa的驰放气混合之后，进入高压氨回收装置，驰放气中的气氨液化分离，且经过高压氨回收装置处理的驰放气的氨含量降至2％以下；
S05.将步骤S04中，经过高压氨回收装置处理后的驰放气通入水洗塔，使处理后的驰放气的氨含量降至100ppm以下；
S06.将步骤S01中的提氢尾气和步骤S05中经水洗塔处理后的驰放气混合进入甲烷分离装置，经分离后形成甲烷。
为解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：步骤S02中，合成氨冷交换器出来的液氨以及从氨分离器出来的液氨分两路单独经减压阀减压，且单独进入中压闪蒸罐闪蒸，之后进入高压氨回收装置。
进一步地说，经步骤S04高压氨回收装置气氨液化分离出的液氨复热变成气氨，并送至冰机。
进一步地说，步骤S01中的提氢尾气和步骤S05中经水洗塔处理后的驰放气混合后进入CNG分离的流速为3000Nm3/h。
进一步地说，步骤S06中的CNG分离依次包括干燥和深冷提甲烷，制得产品LNG(液化天然气)；
或者所述步骤S06中的CNG分离依次包括干燥和压缩，制得产品CNG(压缩天然气)。
进一步地说，将CNG分离的干燥处理和深冷提甲烷后均会产生氢气，产生的氢气输送到合成氨系统；且产生氢气的速度为840Nm3/h。
进一步地说，步骤S03中的对该部分驰放气进行加压采用压缩机。
进一步地说，所述干燥为：步骤S01中提氢尾气经减压阀减压至6.0MPa后进入冷箱，并依次进入一级板翅式换热器和二级板翅式换热器充分换热后，经过初步减压至0.8MPa。
进一步地说，所述深冷提甲烷为：干燥后的提氢尾气进入低温气液分离器，以氢气和氮气为主的气态流体从低温气液分离器顶部分离出来，进入二级换热器复热后进入气体透平膨胀机膨胀降温后，再依次进入二级换热器和一级换热器，最后出冷箱；
从气液分离器底部出来的液体经过二次减压后，进入低温蒸馏塔，甲烷从低温蒸馏塔的塔底输出。
进一步地说，从低温蒸馏塔的塔底输出的甲烷的纯度高于98％。
本发明的有益效果是：
本发明以合成氨系统合成放空气和驰放气为原料，采用循环利用技术，通过压缩、冷冻，分离出甲烷，其纯度在98％以上；提取CH4后的氢氮气回原合成氨装置生产合成氨，最大程度地利用了合成氨系统的放空气，实现产品结构调整，改变合成氨系统产品单一的现状，更好的适应市场变化及生产需求，进一步延伸合成氨的产业链，提高能源的利用效率，减少排放和环境污染；
且本发明的技术方案是在原有合成放空气处理系统中增加设备，比如水洗塔，压缩机、中压闪蒸槽和用于膜提氢尾气干燥的装置等设备，一是充分利用原有的合成放空气处理系统的各设施，降低技改成本，减小企业成本压力；二是通过原有配套设施和新增辅助设备，实现年产996×104Nm3甲烷气的生产规模，通过此次技术改造，大大的提高环境质量，增加可观的经济效益，预计年可产生经济效益1200多万元，并达到节能减排的效果；
再者，合成氨冷交换器出来的液氨以及从氨分离器出来的液氨分两路单独经减压阀减压，且单独进入中压闪蒸罐闪蒸，采用单独的两路的方式，能够保证液氨的质量；
再者，驰放气大部分直接闪蒸，可直接回收液氨储槽中约70％以上的驰放气组分，可减小驰放气压缩机的选型，大大的减少驰放气压缩机的投资，并达到驰放气回收的目的；
再者，LNG/CNG产品可根据市场需求切换，市场效益最大化：LNG/CNG产品可根据市场需求切换，以适应市场变化及生产需求，当LNG市场不好时，装置停止制冷，产品不经深冷液化，直接经压缩机加压生产CNG,销售压缩天然气，从而增加产品选择性，减少市场风险；LNG主要用于城市燃气的调峰气源、中小城镇的生活燃气、特种工业的燃料或者替代燃油，气化后作为CNG汽车的燃料，市场前景非常广阔，二者互相可以调节，以满足市场需求，实现效益的最大化。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
膜分离提氢装置1、减压阀2、合成氨冷交换器3、氨分离器4、中压闪蒸罐5、氨储槽6、压缩机7、高压氨回收装置8、水洗塔9和甲烷分离装置10。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。
实施例：一种利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，如图1所示，包括如下步骤：
S01.合成氨过程产生的合成放空气进入膜分离提氢装置1分离出H2后，提氢尾气经减压阀2减压至6.0MPa备用；
S02.从合成氨冷交换器3出来的液氨以及从氨分离器4出来的液氨经减压阀2减压至6.0-6.5MPa，之后进入中压闪蒸罐5进行闪蒸处理，进入中压闪蒸罐的液氨闪蒸出6.5MPa的液氨和6.5MPa的驰放气；
S03.步骤S02中闪蒸出的6.5MPa的液氨经减压阀2减压成2.5MPa的液氨，之后进入氨储槽6，经氨储槽后还会产生部分驰放气，并对该部分驰放气进行加压，产生6.5MPa的驰放气；
S04.步骤S02中闪蒸出的6.5MPa的驰放气和步骤S03中经氨储槽并经加压后产生的6.5MPa的驰放气混合之后，进入高压氨回收装置8，驰放气中的气氨液化分离，且经过高压氨回收装置处理的驰放气的氨含量降至2％以下；
S05.将步骤S04中，经过高压氨回收装置处理后的驰放气通入水洗塔9，使处理后的驰放气的氨含量降至100ppm以下；
S06.将步骤S01中的提氢尾气和步骤S05中经水洗塔处理后的驰放气混合进入甲烷分离装置10，经分离后形成甲烷。
本实施例中，步骤S02中，合成氨冷交换器出来的液氨以及从氨分离器出来的液氨分两路单独经减压阀减压，且单独进入中压闪蒸罐闪蒸，之后进入高压氨回收装置。
经步骤S04高压氨回收装置气氨液化分离出的液氨复热变成气氨，并送至冰机。
步骤S01中的提氢尾气和步骤S05中经水洗塔处理后的驰放气混合后进入CNG分离的流速为3000Nm3/h。
步骤S06中的CNG分离依次包括干燥和深冷提甲烷，制得产品LNG；
或者所述步骤S06中的CNG分离依次包括干燥和压缩，制得产品CNG。
即不经深冷提甲烷的时候，CNG产品经压缩机加压后，经充气柱载入CNG运输车。
将CNG分离的干燥处理和深冷提甲烷后均会产生氢气，产生的氢气输送到合成氨系统；且产生氢气的速度为840Nm3/h。
步骤S03中的对该部分驰放气进行加压采用压缩机7。
所述干燥为：步骤S01中提氢尾气经减压阀减压至6.0MPa后进入冷箱，并依次进入一级板翅式换热器和二级板翅式换热器充分换热后，经过初步减压至0.8MPa。
所述深冷提甲烷为：干燥后的提氢尾气进入低温气液分离器，以氢气和氮气为主的气态流体从低温气液分离器顶部分离出来，进入二级换热器复热后进入气体透平膨胀机膨胀降温后，再依次进入二级换热器和一级换热器，最后出冷箱；
从气液分离器底部出来的液体经过二次减压后，进入低温蒸馏塔，甲烷从低温蒸馏塔的塔底输出。
从低温蒸馏塔的塔底输出的甲烷的纯度高于98％。
本实施例可以产生的经济效益：
1)从驰放气中每天可回收氢气20160Nm3，这部分氢气可全部用于生产合成氨，每天可以生产合成氨9.6吨，每天的经济效益为11360元。
计算过程如下：
①分析数据
每小时合成氨产量35吨；每生产一吨合成氨弛放气量为60Nm3；
弛放气氢气含量为40％；氢气发热量12758KJ/Nm3；
烟煤发热量21000KJ/KG；烟煤价格0.5元/KG；
合成氨2300元/吨；电价0.63元/度
②计算过程
每天产生氢气：24×35×60×40％＝20160Nm3；
20160Nm3氢气可以生产合成氨9.6吨；
20160Nm3氢气按3:1与氮气混合进入合成的总气量为26880Nm3；
26880Nm3氮氢气从2.5MPA压缩至28MPA需耗电5376度，折合3387元；
20160Nm3氢气的发热量相当于20160Nm3×12758÷21000＝12247KG烟煤的发热量折合6123元；
弛放气压缩每天需耗电80×0.63×24＝1210元；
9.6吨合成氨的售价为9.6×2300＝22080元；
每天的效益为22080元－6123元－3387元－1210元＝11360元
2)回收甲烷产生的效益
驰放气每天可回收甲烷7000Nm3，7000Nm3甲烷我公司可得到销售收入是13138元，扣除燃料成本，每天的经济效益为7388元。
膜提氢尾气每天可回收甲烷23184Nm3，23184Nm3甲烷我公司可得到销售收入是43513元，扣除燃料成本，每天的经济效益为24469元。
3)综合经济效益计算
压缩机轴功率按80千瓦计算，设备折旧按十年计，每年按330个生产日计。年综合经济效益：(11360+7388+24469-80×0.63×24)×330-12000000÷10＝1266.2万元。
由上述分析可知，如装置连续正常运转，经济效益可观，1年即可收回全部投资，年产生效益1200多万元。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S01.合成氨过程产生的合成放空气进入膜分离提氢装置(1)分离出H2后，提氢尾气经减压阀(2)减压至6.0MPa备用；
S02.从合成氨冷交换器(3)出来的液氨以及从氨分离器(4)出来的液氨经减压阀(2)减压至6.0-6.5MPa，之后进入中压闪蒸罐(5)进行闪蒸处理，进入中压闪蒸罐的液氨闪蒸出6.5MPa的液氨和6.5MPa的驰放气；
S03.步骤S02中闪蒸出的6.5MPa的液氨经减压阀(2)减压成2.5MPa的液氨，之后进入氨储槽(6)，经氨储槽后还会产生部分驰放气，并对该部分驰放气进行加压，产生6.5MPa的驰放气；
S04.步骤S02中闪蒸出的6.5MPa的驰放气和步骤S03中经氨储槽并经加压后产生的6.5MPa的驰放气混合之后，进入高压氨回收装置(8)，驰放气中的气氨液化分离，且经过高压氨回收装置处理的驰放气的氨含量降至2％以下；
S05.将步骤S04中，经过高压氨回收装置处理后的驰放气通入水洗塔(9)，使处理后的驰放气的氨含量降至100ppm以下；
S06.将步骤S01中的提氢尾气和步骤S05中经水洗塔处理后的驰放气混合进入甲烷分离装置(10)，经分离后形成甲烷。
2.根据权利要求1所述的利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，其特征在于：步骤S02中，合成氨冷交换器出来的液氨以及从氨分离器出来的液氨分两路单独经减压阀减压，且单独进入中压闪蒸罐闪蒸。
3.根据权利要求1所述的利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，其特征在于：经步骤S04高压氨回收装置气氨液化分离出的液氨复热变成气氨，并送至冰机。
4.根据权利要求1所述的利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，其特征在于：步骤S01中的提氢尾气和步骤S05中经水洗塔处理后的驰放气混合后进入CNG分离的流速为3000Nm3/h。
5.根据权利要求1所述的利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，其特征在于：步骤S06中的CNG分离依次包括干燥和深冷提甲烷，制得产品LNG；
或者所述步骤S06中的CNG分离依次包括干燥和压缩，制得产品CNG。
6.根据权利要求5所述的利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，其特征在于：将CNG分离的干燥处理和深冷提甲烷后均会产生氢气，产生的氢气输送到合成氨系统；且产生氢气的速度为840Nm3/h。
7.根据权利要求1所述的利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，其特征在于：步骤S03中的对该部分驰放气进行加压采用压缩机(7)。
8.根据权利要求5所述的利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，其特征在于：所述干燥为：步骤S01中提氢尾气经减压阀减压至6.0MPa后进入冷箱，并依次进入一级板翅式换热器和二级板翅式换热器充分换热后，经过初步减压至0.8MPa。
9.根据权利要求8所述的利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，其特征在于：所述深冷提甲烷为：干燥后的提氢尾气进入低温气液分离器，以氢气和氮气为主的气态流体从低温气液分离器顶部分离出来，进入二级换热器复热后进入气体透平膨胀机膨胀降温后，再依次进入二级换热器和一级换热器，最后出冷箱；
从气液分离器底部出来的液体经过二次减压后，进入低温蒸馏塔，甲烷从低温蒸馏塔的塔底输出。
10.根据权利要求9所述的利用合成氨系统废气制备天然气的工艺，其特征在于：从低温蒸馏塔的塔底输出的甲烷的纯度高于98％。
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