CN220317710U - 一种低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，属于煤化工气体净化技术领域。低温原料气依次与第一分子筛吸附器组件、第一原料气冷却器、第二原料气冷却器和氮洗塔底部连通。常温原料气依次与第二分子筛吸附器组件、中压氮气冷却器、第一原料气冷却器、第二原料气冷却器和氮洗塔底部连通。中压氮气依次与中压氮气冷却器、第一原料气冷却器、第二原料气冷却器和氮洗塔顶部连通。氮洗塔顶部净化气出口与第二原料气冷却器、第一原料气冷却器和中压氮气冷却器连通，底部塔釜液出口与氢气分离器入口连通。本装置适用于原有前端老装置，改造后适用于两种不同温度的原料气进入液氮洗装置生产合成氨。
Description
技术领域
本实用新型属于煤化工气体净化技术领域，具体涉及一种低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置。
背景技术
在通常以煤为原料的合成氨装置中，液氮洗工艺是合成气净化过程的一个重要工艺环节。传统的工艺流程是从煤气化炉反应出来的高压原料气经前预处理工序，例如低温甲醇洗单元，进行脱硫、脱碳后温度降至-60℃左右进入液氮洗单元。经过低温甲醇洗单元的原料气中含有少量的甲醇和CO2，在进入液氮洗冷箱之前，需利用分子筛单元将其去除，否则会在板翅换热器中冻堵。
现有的装置中来自低温甲醇洗的低温(-60℃左右)原料气首先进入分子筛吸附器，将甲醇和CO2等杂质去除后，进入液氮洗冷箱内的1号原料气冷却器、2号原料气冷却器冷却。冷却后的原料气进入氮洗塔的底部。进入冷箱的中压氮气经中压氮气冷却器、1号原料气冷却器冷却后分为两路，其中一路进入2号原料气冷却器继续冷却液化成液氮进入氮洗塔的顶部与氮洗塔底部来的原料气在塔盘上充分接触，脱除掉原料气中的CO、Ar、CH4等微量组分。另一路中压氮气经节流与来自氮洗塔顶部经过2号原料气冷却器换热后的净化气混合，基本达到氢氮化学配比3：1的合成气。合成气继续经过1号原料气冷却器换热后分为两路，一路去往低温甲醇洗工序回收冷量，一路继续经过中压氮气冷却器复热至常温。两路常温合成气在冷箱外汇合后，送往合成氨装置。
现有技术中液氮洗装置往往只能满足来自低温原料气的进料，但是现有装置的规模又不能满足当前规划。而想利用现有装置的前段工序，需单独给现有装置新增一套常温进料的液氮洗系统。然后为了扩大生产规模，还需新建一条合成氨产品线，并采用低温进料的液氮洗系统，增加了投资和建设周期。因此，亟需设计一套液氮洗工艺流程，在一套液氮洗装置内即能利用低温原料气又能满足扩大企业生产规模的要求，并最大程度的节约投资规模缩短建设周期。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对目前低温甲醇洗与液氮洗设计的问题，提出一种低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，该装置满足有两种不同温度的原料气进气条件。
本实用新型所采用的具体技术方案如下：
本实用新型提供一种低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，包括第一分子筛吸附器组件、第二分子筛吸附器组件和冷箱。冷箱中包括中压氮气冷却器、第一原料气冷却器、第二原料气冷却器、氮洗塔和氢气分离器。
第一分子筛吸附器组件的入口通过管道与低温原料气连通，出口通过管道与第一原料气冷却器的第一热媒入口连通。第一原料气冷却器的第一热媒出口通过管道与第二原料气冷却器的第一热媒入口连通。第二原料气冷却器的第一热媒出口通过管道与氮洗塔的原料气入口连通。
第二分子筛吸附器组件的入口通过管道与常温原料气连通，出口通过管道与中压氮气冷却器的第一热媒入口连通。中压氮气冷却器的第一热媒出口通过管道与第一原料气冷却器的第一热媒入口连通。第一原料气冷却器的第一热媒出口通过管道与第二原料气冷却器的第一热媒入口连通。第二原料气冷却器的第一热媒出口通过管道与氮洗塔的原料气入口连通。
中压氮气冷却器的第二热媒入口与中压氮气连通，中压氮气冷却器的第二热媒出口分为两路，一路通过管道与第一原料气冷却器的第二热媒入口连通，另一路与经过第二原料气冷却器的净化气在配氮混合器中进行配氮。第一原料气冷却器的第二热媒出口通过管道与第二原料气冷却器的第二热媒入口连通。第二原料气冷却器的第二热媒出口通过管道与氮洗塔的液氮入口连通。
氮洗塔的净化气出口通过管道与第二原料气冷却器的第一冷媒入口连通。第二原料气冷却器的第一冷媒出口通过管道与第一原料气冷却器的第一冷媒入口连通。第一原料气冷却器的第一冷媒出口通过管道与中压氮气冷却器的第一冷媒入口连通。中压氮气冷却器的第一冷媒入口通过管道离开冷箱，去合成氨装置。氮洗塔的塔釜液出口通过管道与氢气分离器入口连通。
作为优选，上述第一分子筛吸附器组件和第二分子筛吸附器组件均包括两台并联的分子筛吸附单元。
作为优选，上述氮洗塔中设置有液氮洗涤装置。
作为优选，上述氢气分离器顶部气相出口通过管道与第二原料气冷却器的第二冷媒入口连通。第二原料气冷却器的第二冷媒出口通过管道与第一原料气冷却器的第二冷媒入口连通。第一原料气冷却器的第二冷媒出口通过管道与中压氮气冷却器的第二冷媒入口连通。中压氮气冷却器的第二冷媒出口通过管道离开冷箱，与外界甲醇洗循环气压缩机连通。
作为优选，上述氢气分离器底部液相出口通过管道与第二原料气冷却器的第三冷媒入口连通。第二原料气冷却器的第三冷媒出口通过管道与第一原料气冷却器的第三冷媒入口连通。第一原料气冷却器的第三冷媒出口通过中压氮气冷却器的第三冷媒入口连通。中压氮气冷却器的第三冷媒出口通过管道离开冷箱，与外界燃料气系统连通。
作为优选，上述中压氮气冷却器、第一原料气冷却器和第二原料气冷却器均为板翅式换热器。
作为优选，上述第一分子筛吸附器组件为低温吸附，操作温度低于-60℃。
进一步的，上述第一分子筛吸附器组件操作温度为-60℃
作为优选，上述第二分子筛吸附器组件为中温吸附，操作温度低于30℃。
进一步的，上述第二分子筛吸附器组件操作温度为30℃。
本实用新型相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
(1)本实用新型提供的液氮洗装置采用低温和常温原料气同时进料，无需考虑老装置低温甲醇洗和液氮洗的冷量平衡。该液氮洗装置设计合理，仅需一套冷箱就能满足低温和常温进料两种工况。
(2)本实用新型液氮洗装置冷量配置合理，无需对老装置的上游脱碳装置如甲醇洗单元改造。
综上，本实用新型低温和常温进料液氮洗系统能有效解决低温进料与常温进料流程配置不一致问题。能够满足需要扩大生产规模，并想利用原有装置气量的需求。
附图说明
图1为本实施例提供的一种低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置工艺流程图；
图2为低温进料液氮洗工艺流程图；
图3为常温进料液氮洗工艺流程图；
图中：第一分子筛吸附器组件1、第二分子筛吸附器组件2、中压氮气冷却器3、第一原料气冷却器4、第二原料气冷却器5、氮洗塔6、氢气分离器7、配氮混合器8。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，作为具体实施方式中的一种优选，本实施例提供一种低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，包括第一分子筛吸附器组件1、第二分子筛吸附器组件2和冷箱。冷箱中包括中压氮气冷却器3、第一原料气冷却器4、第二原料气冷却器5、氮洗塔6和氢气分离器7。
其中第一分子筛吸附器组件1和第二分子筛吸附器组件2均包括两台并联的分子筛吸附单元。第一分子筛吸附器组件1中的分子筛吸附器为低温吸附，操作温度为-60℃。第二分子筛吸附器组件2中的分子筛吸附器为中温吸附，操作温度为30℃。
如图2所示，第一分子筛吸附器组件1的入口通过管道与低温原料气连通，出口通过管道与第一原料气冷却器4的第一热媒入口连通；所述第一原料气冷却器4的第一热媒出口通过管道与第二原料气冷却器5的第一热媒入口连通；所述第二原料气冷却器5的第一热媒出口通过管道与氮洗塔6的原料气入口连通。
如图3所示，第二分子筛吸附器组件2的入口通过管道与常温原料气连通，出口通过管道与中压氮气冷却器3的第一热媒入口连通；所述中压氮气冷却器3的第一热媒出口通过管道与第一原料气冷却器4的第一热媒入口连通；所述第一原料气冷却器4的第一热媒出口通过管道与第二原料气冷却器5的第一热媒入口连通；所述第二原料气冷却器5的第一热媒出口通过管道与氮洗塔6的原料气入口连通。
中压氮气冷却器3的第二热媒入口与中压氮气连通，中压氮气冷却器3的第二热媒出口通过管道与第一原料气冷却器4的第二热媒入口连通；所述中压氮气冷却器3的第二热媒出口分为两路，一路通过管道与第一原料气冷却器4的第二热媒入口连通，另一路与经过第二原料气冷却器5的净化气在配氮混合器8中进行配氮；所述第二原料气冷却器5的第二热媒出口通过管道与氮洗塔6的液氮入口连通。氮洗塔6中设置有液氮洗涤装置。
所述氮洗塔6的净化气出口通过管道与第二原料气冷却器5的第一冷媒入口连通；所述第二原料气冷却器5的第一冷媒出口通过管道与第一原料气冷却器4的第一冷媒入口连通；所述第一原料气冷却器4的第一冷媒出口通过管道与中压氮气冷却器3的第一冷媒入口连通；所述中压氮气冷却器3的第一冷媒入口通过管道离开冷箱，去合成氨装置；所述氮洗塔6的塔釜液出口通过管道与氢气分离器7入口连通。
氢气分离器7顶部气相出口通过管道与第二原料气冷却器5的第二冷媒入口连通；所述第二原料气冷却器5的第二冷媒出口通过管道与第一原料气冷却器4的第二冷媒入口连通；所述第一原料气冷却器4的第二冷媒出口通过管道与中压氮气冷却器3的第二冷媒入口连通；所述中压氮气冷却器3的第二冷媒出口通过管道离开冷箱，与外界甲醇洗循环气压缩机连通。
氢气分离器7底部液相出口通过管道与第二原料气冷却器5的第三冷媒入口连通；所述第二原料气冷却器5的第三冷媒出口通过管道与第一原料气冷却器4的第三冷媒入口连通；所述第一原料气冷却器4的第三冷媒出口通过中压氮气冷却器3的第三冷媒入口连通；所述中压氮气冷却器3的第三冷媒出口通过管道离开冷箱，与外界燃料气系统连通。
本实施例中，中压氮气冷却器3、第一原料气冷却器4和第二原料气冷却器5均为板翅式换热器。
本实施例提供的低温和常温同时进料的液氮洗装置工作原理如下：
低温原料气进入第一分子筛吸附器组件1，将CO2、CH3OH等杂质去除后进入冷箱。常温原料气首先进入第二分子筛吸附器组件2，将CO2、CH3OH等杂质去除后进入冷箱中的中压氮气冷却器3的第一热媒入口，在中压氮气冷却器3内温度降至低于-60℃出中压氮气冷却器3的第一热媒出口。
上述去除杂质的低温原料气以及经过中压氮气冷却器3降温的常温原料气在冷箱内汇合后依次通过第一原料气冷却器4、第二原料气冷却器5换热降温。降温后的原料气离开第二原料气冷却器5的第一热媒出口，进入氮洗塔6底部的液氮入口。在氮洗塔6内原料气经过液氮的洗涤，脱除掉CO、Ar、CH4等杂质成为净化气。从氮洗塔6顶部净化气出口出来的净化气经过第二原料气冷却器5换热后，进入配氮混合器8，与经过中压氮气冷却器3和第一原料气冷却器4的中压氮气进行配氮，然后经第一原料气冷却器4、中压氮气冷却器3回收冷量后离开冷箱，去合成氨装置。
从界外来的常温中压氮气进入冷箱，依次经过中压氮气冷却器3、第一原料气冷却器4、第二原料气冷却器5换热后分为两路，一路对从氮洗塔6顶部净化气出口出来的净化气进行配氮，另一路进入第二原料气冷却器5换热降温后转变为液氮进入氮洗塔6作为洗涤氮。
氮洗塔6底部的尾液通过塔釜液出口减压后进入氢气分离器7进行气液分离。分离后，气相从氢气分离器7顶部依次经过第二原料气冷却器5、第一原料气冷却器4、中压氮气冷却器3换热复温至常温，离开冷箱去往甲醇洗循环气压缩机回收氢；液相从氢气分离器7底部减压后，依次经过第二原料气冷却器5、第一原料气冷却器4、中压氮气冷却器3换热复温至常温，离开冷箱去往燃料气系统。
以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，其特征在于，包括第一分子筛吸附器组件（1）、第二分子筛吸附器组件（2）和冷箱；冷箱中包括中压氮气冷却器（3）、第一原料气冷却器（4）、第二原料气冷却器（5）、氮洗塔（6）和氢气分离器（7）；
所述第一分子筛吸附器组件（1）的入口通过管道与低温原料气连通，出口通过管道与第一原料气冷却器（4）的第一热媒入口连通；所述第一原料气冷却器（4）的第一热媒出口通过管道与第二原料气冷却器（5）的第一热媒入口连通；所述第二原料气冷却器（5）的第一热媒出口通过管道与氮洗塔（6）的原料气入口连通；
所述第二分子筛吸附器组件（2）的入口通过管道与常温原料气连通，出口通过管道与中压氮气冷却器（3）的第一热媒入口连通；所述中压氮气冷却器（3）的第一热媒出口通过管道与第一原料气冷却器（4）的第一热媒入口连通；
所述中压氮气冷却器（3）的第二热媒入口与中压氮气连通，中压氮气冷却器（3）的第二热媒出口分为两路，一路通过管道与第一原料气冷却器（4）的第二热媒入口连通，另一路与经过第二原料气冷却器（5）的净化气在配氮混合器（8）中进行配氮；所述第一原料气冷却器（4）的第二热媒出口通过管道与第二原料气冷却器（5）的第二热媒入口连通；所述第二原料气冷却器（5）的第二热媒出口通过管道与氮洗塔（6）的液氮入口连通；
所述氮洗塔（6）的净化气出口通过管道与第二原料气冷却器（5）的第一冷媒入口连通；所述第二原料气冷却器（5）的第一冷媒出口通过管道与第一原料气冷却器（4）的第一冷媒入口连通；所述第一原料气冷却器（4）的第一冷媒出口通过管道与中压氮气冷却器（3）的第一冷媒入口连通；所述中压氮气冷却器（3）的第一冷媒入口通过管道离开冷箱，去合成氨装置；所述氮洗塔（6）的塔釜液出口通过管道与氢气分离器（7）入口连通。
2.根据权利要求1所述的低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，其特征在于，所述第一分子筛吸附器组件（1）和第二分子筛吸附器组件（2）均包括两台并联的分子筛吸附单元。
3.根据权利要求1所述的低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，其特征在于，所述氮洗塔（6）中设置有液氮洗涤装置。
4.根据权利要求1所述的低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，其特征在于，所述氢气分离器（7）顶部气相出口通过管道与第二原料气冷却器（5）的第二冷媒入口连通；所述第二原料气冷却器（5）的第二冷媒出口通过管道与第一原料气冷却器（4）的第二冷媒入口连通；所述第一原料气冷却器（4）的第二冷媒出口通过管道与中压氮气冷却器（3）的第二冷媒入口连通；所述中压氮气冷却器（3）的第二冷媒出口通过管道离开冷箱，与外界甲醇洗循环气压缩机连通。
5.根据权利要求1所述的低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，其特征在于，所述氢气分离器（7）底部液相出口通过管道与第二原料气冷却器（5）的第三冷媒入口连通；所述第二原料气冷却器（5）的第三冷媒出口通过管道与第一原料气冷却器（4）的第三冷媒入口连通；所述第一原料气冷却器（4）的第三冷媒出口通过中压氮气冷却器（3）的第三冷媒入口连通；所述中压氮气冷却器（3）的第三冷媒出口通过管道离开冷箱，与外界燃料气系统连通。
6.根据权利要求1所述的低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，其特征在于，所述中压氮气冷却器（3）、第一原料气冷却器（4）和第二原料气冷却器（5）均为板翅式换热器。
7.根据权利要求1所述的低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，其特征在于，所述第一分子筛吸附器组件（1）为低温吸附，操作温度低于-60℃。
8.根据权利要求1所述的低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，其特征在于，所述第一分子筛吸附器组件（1）操作温度为-60℃。
9.根据权利要求1所述的低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，其特征在于，所述第二分子筛吸附器组件（2）为中温吸附，操作温度低于30℃。
10.根据权利要求1所述的低温和常温原料气同时进料的液氮洗装置，其特征在于，所述第二分子筛吸附器组件（2）操作温度为30℃。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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