CN213631179U - 带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置 - Google Patents

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Abstract

带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，该装置包括分子筛吸附单元Ⅰ、氨预冷单元Ⅱ、液氮洗冷箱单元Ⅲ三部分,分子筛吸附单元Ⅰ通过管道连接自上游来的煤制合成气，所述的分子筛吸附单元Ⅰ装填新型分子筛，吸附混合气中的二氧化碳、甲醇、水等低温下易凝固组分，该装置降低了投资成本；通过氨预冷高压氮气的方式避免了工艺冷量不足的缺陷，避免了装置补充液氮，减少了液氮真空管道的铺设；液氮洗冷箱分离获得的氨合成气氢氮比3:1，其中CO、CH4的含量均小于1ppm，并将常规的液氮洗装置冷箱内的3台换热器合并为2台，降低了冷箱内配管的复杂程度，减少了工艺气在装置中的压力损失，降低了能耗。

Description

带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置
技术领域
本实用新型设计一种将从上游来的常温合成气净化并配氮，生产3:1氢氮配比的合成气，为下游的氨合成装置提供原料气的深冷分离装置及方法，属于低温气体分离领域。
背景技术
氨有广泛的用途，是世界上产量最多的无机化合物之一，本身可作为制冷剂使用，同时作为基础的化工原料广泛应用于氮肥、硝酸、铵盐及纯碱等工业。
合成氨的原料有天然气、石脑油、重质油和煤等，目前中国的合成氨主要以煤为原料。通过气化、变换、净化、压缩等装置将没转换为氨合成气，为合成氨装置提供原料气。
目前合成氨净化工艺基本都采用低温甲醇洗联合液氮洗的方式来生产合格的氨合成气，其中的液氮洗装置采用低温液氮洗涤上游来的原料气的方式将有害杂质CO、Ar、CH4等组分去除。常规液氮洗流程原料气基本都是以低温的形式来自低温甲醇洗，同时液氮洗返还低温甲醇洗基本等温位、等冷量的氨合成气，以保持二者的冷量平衡。
本实用新型的液氮洗净化合成气装置针对从上游来的原料气为常温的工况，采用前端氨预冷高压氮气的方式来弥补液氮洗装置冷量不足的状况，为老厂改造以及调峰装置的建设带来一条新的工艺选择路线。
发明内容
本实用新型的目的在于：将从上游来的常温煤制合成气净化并配氮，生产3:1氢氮配比的合成气，为下游的氨合成装置提供原料气的深冷分离装置及方法。原料气常温进液氮洗界区，分子筛部分的设备、管道、切换阀门等可以采用碳钢，降低了装置的投资成本；通过氨预冷高压氮气的方式避免了工艺冷量不足的缺陷，避免了装置补充液氮，减少了液氮真空管道的铺设；液氮洗冷箱分离获得的氨合成气氢氮比3:1，其中CO、CH4的含量均小于1ppm，并将常规的液氮洗装置冷箱内的3台换热器合并为2台，降低了冷箱内配管的复杂程度，减少了工艺气在装置中的压力损失，降低了能耗。
为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：
带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，该装置包括分子筛吸附单元、氨预冷单元、液氮洗冷箱单元三部分,所述分子筛吸附单元通过管道连接自上游的煤制合成气，所述的分子筛吸附单元装填分子筛，吸附混合气中的二氧化碳、甲醇、水等低温下易凝固组分，防止这些物质冻结管道及设备，净化后的气体与液氮洗冷箱单元的入口管道相连接，引入深冷分离装置冷箱；氨预冷单元通过管道连接自上游空分来的高压氮气，通过液氨蒸发的方式将高压氮气预冷至一定温度，预冷后的高压氮气与液氮洗冷箱单元的入口管道相连接，引入液氮洗冷箱单元。
作为优选:所述分子筛吸附单元集成包括：分子筛吸附器、再生气加热器、再生气冷却器；分子筛吸附器、再生气加热器、再生气冷却器通过管道相连，所有设备、管道、阀门均采用碳钢材质，从上游来的原料气通过管道进入分子筛吸附单元，吸附脱除CO2、甲醇、水后，通过管道出分子筛吸附单元，并进入液氮洗冷箱单元。
作为优选:所述氨预冷单元集成包括：氨预冷器；从氨制冷单元来的液氨通过管道进入氨预冷单元，蒸发后通过管道出氨预冷单元，并送往氨回收系统；从空分来的高压氮气通过管道进入氨预冷单元，预冷后通过管道出氨预冷单元，并进入液氮洗冷箱单元；
作为优选:所述的液氮洗冷箱单元Ⅲ集成包括：第一主换热器、第二主换热器、氮洗塔、氢气分离器、气体混合器；其中第一主换热器设置了流道Ⅰ、流道Ⅱ、流道Ⅲ、流道Ⅳ、流道Ⅴ共 5个流道，第二主换热器设置了流道A、流道B、流道C、流道D、流道E共5个流道。
作为优选:所述的液氮洗冷箱单元接收自分子筛吸附单元来的原料气，通过管道与第一主换热器E4的流道Ⅰ相连通，并在流道Ⅰ中冷却后通过管道与第二主换热器的流道A相连通，在流道A中冷却后,通过管道进入氮洗塔下部。
作为优选:所述的液氮洗冷箱单元接收自氨预冷单元来的高压氮气，通过管道与第一主换热器的流道Ⅱ相连通，并在流道Ⅱ中冷却后通过管道出第一主换热器，然后分成两根管道，一根管道进入气体混合器粗配氮用，另一根管道与第二主换热器的流道B相连通，在流道B中冷却后,通过管道进入氮洗塔上部。
作为优选:所述的液氮洗冷箱单元的氮洗塔顶部通过管道与第二主换热器的流道D相连通，在流道D中复热后通过管道进入气体混合器，然后再通过管道与第一主换热器的流道Ⅳ相连通，在流道Ⅳ中复热到常温后通过管道出界区。
作为优选:所述的液氮洗冷箱单元Ⅲ的氮洗塔的塔釜通过管道与氢气分离器相连通，在氢气分离器中气液分离，其中氢气分离器顶部通过管道与第二主换热器的流道相连通，在流道中复热后通过管道与第一主换热器的流道Ⅴ相连通，在流道Ⅴ中复热到常温后通过管道出界区；氢气分离器的底部通过管道与第二主换热器的流道C相连通，在流道C中复热后通过管道与第一主换热器的流道Ⅲ相连通，在流道Ⅲ中复热到常温后通过管道出界区。
本实用新型的积极效果是：上述的分子筛吸附单元中原料气为常温，分子筛吸附单元的操作条件变得温和，减少了低温管道的铺设，所有的设备、管道（含管件）、阀门等均可以采用碳钢材质，降低了装置的投资成本。
本实用新型的积极效果是：上述的液氮洗冷箱单元，原料气常温进液氮洗冷箱单元中的板翅式换热器，降低了操作过程中（特别是开车过程）板翅式换热器端面温差过大导致换热器破损的风险，同时与常规低温原料气的液氮洗装置冷箱相比，换热器内的板翅式换热器由3台合并为2台，降低了冷箱内配管的复杂程度，减少了工艺气在设备中的压力损失，间接的降低了能耗。
本实用新型的积极效果是：上述的液氮洗冷箱单元，当原料气常温进液氮洗冷箱单元时，装置的冷量是不足的，正常需要通过真空管道从空分引一定量的液氮（-180℃左右）到冷箱中补充冷量，本实用新型则通过氨预冷单元将高压氮气预冷到一定温度，即可满足液氮洗冷箱单元的冷量需求，同时预冷单元可根据液氮洗冷箱单元的实际运行状况适时调整预冷温度，保证液氮洗冷箱单元的稳定运行。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作详细的介绍：如图1所示，本实用新型用于净化常温进料的氨合成气液氮洗装置，能够净化从上游来的常温煤制合成气，生产3:1氢氮配比同时CO含量低于1ppm的氨合成气，为下游的氨合成装置提供原料气，该装置包括分子筛吸附单元Ⅰ、氨预冷单元Ⅱ、液氮洗冷箱单元Ⅲ三部分，分子筛吸附单元Ⅰ通过管道连接自上游来的煤制合成气，所述的分子筛吸附单元包括：分子筛吸附器S1、再生气加热器E1、E2再生气冷却器；分子筛吸附器S1、再生气加热器E1、再生气冷却器E2，主要作用是吸附混合气中的二氧化碳、甲醇、水等低温下易凝固组分，防止这些物质冻结管道及设备；所述的氨预冷单元Ⅱ集成包括：氨预冷器E3，主要作用是利用液氨蒸发来预冷空分来的高压氮气；所述的液氮洗冷箱单元Ⅲ集成包括：第一主换热器E4设置了流道Ⅰ1a、流道Ⅱ1b、流道Ⅲ1c、流道Ⅳ1d、流道Ⅴ1e共5个通道、第二主换热器E5设置了流道A2a 、流道B2b、流道C2c、流道D2d、流道E2e共5个通道、氮洗塔T1、氢气分离器D1、混合气M1，主要作用是将原料气中CO含量净化到1ppm以下，同时对净化后的合成气进行配氮。
从上游装置来的含H2≥90%的原料气通过管道A01进入分子筛吸附单元Ⅰ，吸附脱除CO2、甲醇、水后，通过管道B02出分子筛吸附单元Ⅰ，并进入液氮洗冷箱单元Ⅲ。
从氨制冷单元来的液氨通过管道C03进入氨预冷单元Ⅱ，蒸发后通过管道D04出氨预冷单元Ⅱ，并送往氨回收系统；从空分来的高压氮气通过管道E05进入氨预冷单元Ⅱ，预冷后通过管道F06出氨预冷单元Ⅱ，并进入液氮洗冷箱单元Ⅲ。
从分子筛吸附单元Ⅰ来的原料气通过管道B02与第一主换热器E4的流道Ⅰ1a相连通，并在流道Ⅰ1a中冷却后通过管道G07与第二主换热器E5的流道A2a相连通，在流道A2a中冷却后,通过管道H08进入氮洗塔T1下部；从氨预冷单元Ⅱ来的高压氮气通过管道F06与第一主换热器E4的流道Ⅱ1b相连通，并在流道Ⅱ1b中冷却后通过管道M13出第一主换热器E4，然后分成两根管道N14与管道O15，一根管道N14进入气体混合器M1，另一根管道O15与第二主换热器E5的流道B2b相连通，在流道B2b中冷却后,通过管道P16进入氮洗塔T1上部。
氮洗塔T1顶部通过管道I09与第二主换热器E5的流道D2d相连通，在流道D2d中复热后通过管道J10进入气体混合器M1，然后再通过管道K11与第一主换热器E4的流道Ⅳ1d相连通，在流道Ⅳ1d中复热到常温后通过管道L12出界区；氮洗塔T1的塔釜通过管道Q17与氢气分离器D1相连通，在氢气分离器D1中气液分离，其中氢气分离器D1顶部通过管道R18与第二主换热器E5的流道E2e相连通，在流道E2e中复热后通过管道S19与第一主换热器E4的1E流道相连通，在流道S19中复热到常温后通过管道T20出界区；氢气分离器D1的底部通过管道U21与第二主换热器E5的流道C2c相连通，在流道C2c中复热后通过管道V22与第一主换热器E4的流道Ⅲ1c相连通，在流道Ⅲ1c中复热到常温后通过管道W23出界区。
上述实施例是本实用新型的具体实施方式。对于带预冷的常温进料净化氨合成气的液氮洗装置及方法可以做出多种等同的组合或变化，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，该装置包括分子筛吸附单元（Ⅰ）、氨预冷单元（Ⅱ）、液氮洗冷箱单元（Ⅲ）三部分,其特征在于所述分子筛吸附单元（Ⅰ）通过管道连接自上游的煤制合成气，所述的分子筛吸附单元（Ⅰ）装填分子筛，吸附混合气中的二氧化碳、甲醇、水低温下易凝固组分，防止这些物质冻结管道及设备，净化后的气体与液氮洗冷箱单元（Ⅲ）的入口管道相连接，引入深冷分离装置冷箱；氨预冷单元（Ⅱ）通过管道连接自上游空分来的高压氮气，通过液氨蒸发的方式将高压氮气预冷至一定温度，预冷后的高压氮气与液氮洗冷箱单元（Ⅲ）的入口管道相连接，引入液氮洗冷箱单元（Ⅲ）。
2.根据权利要求1所述的带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，其特征在于所述分子筛吸附单元（Ⅰ）集成包括：分子筛吸附器（S1）、再生气加热器（E1）、再生气冷却器（E2）；分子筛吸附器（S1）、再生气加热器（E1）、再生气冷却器（E2）通过管道相连，所有设备、管道、阀门均采用碳钢材质，从上游来的原料气通过管道A(01）进入分子筛吸附单元（Ⅰ），吸附脱除CO2、甲醇、水后，通过管道B(02)出分子筛吸附单元（Ⅰ），并进入液氮洗冷箱单元（Ⅲ）。
3.根据权利要求1所述的带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，其特征在于所述氨预冷单元（Ⅱ）集成包括：氨预冷器（E3）；从氨制冷单元来的液氨通过管道C(03)进入氨预冷单元（Ⅱ），蒸发后通过管道D（04）出氨预冷单元（Ⅱ），并送往氨回收系统；从空分来的高压氮气通过管道E（05）进入氨预冷单元（Ⅱ），预冷后通过管道F(06)出氨预冷单元（Ⅱ），并进入液氮洗冷箱单元（Ⅲ）。
4.根据权利要求1或2或3所述的带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，其特征在于所述的液氮洗冷箱单元（Ⅲ）集成包括：第一主换热器（E4）、第二主换热器(E5)、氮洗塔(T1)、氢气分离器(D1)、气体混合器(M1)；其中第一主换热器(E4)设置了流道Ⅰ(1a) 、流道Ⅱ（1b）、流道Ⅲ（1c）、流道Ⅳ（1d）、流道Ⅴ（1e）共 5个流道，第二主换热器(E5)设置了流道A(2a) 、流道B（2b）、流道C（2c）、流道D（2d）、流道E（2e）共5个流道。
5.根据权利要求4所述的带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，其特征在于所述的液氮洗冷箱单元（Ⅲ）接收自分子筛吸附单元（Ⅰ）来的原料气，通过管道B(02)与第一主换热器(E4)的流道Ⅰ(1a)相连通，并在流道Ⅰ(1a)中冷却后通过管道G(07)与第二主换热器(E5)的流道A(2a)相连通，在流道A (2a)中冷却后,通过管道H（08）进入氮洗塔(T1)下部。
6.根据权利要求5所述的带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，其特征在于所述的液氮洗冷箱单元（Ⅲ）接收自氨预冷单元（Ⅱ）来的高压氮气，通过管道F(06)与第一主换热器（E4）的流道Ⅱ(1b)相连通，并在流道Ⅱ（1b）中冷却后通过管道M（13）出第一主换热器（E4），然后分成两根管道N(14)与管道O(15)，一根管道N（14）进入气体混合器（M1）粗配氮用，另一根管道O（15）与第二主换热器（E5）的流道B（2b）相连通，在流道B（2b）中冷却后,通过管道P（16）进入氮洗塔（T1）上部。
7.根据权利要求6所述的带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，其特征在于所述的液氮洗冷箱单元（Ⅲ）的氮洗塔(T1)顶部通过管道I(09)与第二主换热器(E5)的流道D（2d）相连通，在流道D (2d)中复热后通过管道J(10)进入气体混合器(M1)，然后再通过管道K(11)与第一主换热器(E4）的流道Ⅳ(1d)相连通，在流道Ⅳ(1d)中复热到常温后通过管道L(12)出界区。
8.根据权利要求7所述的带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，其特征在于所述的液氮洗冷箱单元（Ⅲ）的氮洗塔(T1)的塔釜通过管道Q(17)与氢气分离器(D1)相连通，在氢气分离器(D1)中气液分离，其中氢气分离器(D1)顶部通过管道R(18)与第二主换热器(E5)的流道E(2e)相连通，在流道E(2e)中复热后通过管道S(19)与第一主换热器(E4)的流道Ⅴ(1e)相连通，在管道S(19)中复热到常温后通过管道T(20)出界区；氢气分离器(D1)的底部通过管道U(21)与第二主换热器(E5)的流道C(2c)相连通，在流道C (2c)中复热后通过管道V(22)与第一主换热器(E4)的流道Ⅲ(1c)相连通，在流道Ⅲ(1c)中复热到常温后通过管道W(23)出界区。
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CN111879062A (zh) * 2020-07-02 2020-11-03 杭州制氧机集团股份有限公司 一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置

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