[發明專利]合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統及方法

有效

• 申請號: 201310523565.3
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103557675A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 張世田;賈軍;彭明揚
• 申請（專利權）人: 河南開元空分集團有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02;C01B3/50
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

1.一種合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統，其特征在于：包括氮氣循環壓縮機組、液氮儲存裝置以及設置在冷箱內的主換熱器、增壓透平膨脹機、脫氫精餾塔和甲烷精餾塔；所述主換熱器設有高壓氮氣入口、高壓氮氣出口、返流氣入口、液氮出口、尾氣入口、冷卻尾氣出口、冷卻尾氣入口、液化尾氣出口、富氫氣入口、富氮氣入口、低壓氮氣出口、富氮氣出口和富氫氣出口；所述氮氣循環壓縮機組入口連通氮氣源及主換熱器的低壓氮氣出口，其出口連通增壓透平膨脹機增壓端入口，增壓透平膨脹機增壓端出口再連通主換熱器高壓氮氣入口，主換熱器高壓氮氣出口連通增壓透平膨脹機膨脹端入口，增壓透平膨脹機膨脹端出口再連通主換熱器返流氣入口，主換熱器液氮出口分別連通脫氫精餾塔上部、甲烷精餾塔上部和冷箱外的液氮儲存裝置；所述液氮儲存裝置又連通甲烷精餾塔上部液氮入口；所述主換熱器尾氣入口連通合成氨尾氣源，其冷卻尾氣出口連通甲烷精餾塔蒸發器，甲烷精餾塔蒸發器再回來連通主換熱器冷卻尾氣入口；所述主換熱器的液化尾氣出口連通脫氫精餾塔入口，脫氫精餾塔底部液體餾分出口再經脫氫精餾塔蒸發器連通甲烷精餾塔入口，甲烷精餾塔底部液化天然氣出口經甲烷精餾塔蒸發器最后再連通冷箱外的液化天然氣儲存裝置；所述脫氫精餾塔頂部富氫氣出口連通主換熱器富氫氣入口，所述甲烷精餾塔頂部的富氮氣出口連通主換熱器的富氮氣入口。

2.根據權利要求1所述的合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統，其特征在于：所述各設備之間通過管線連通，各段管線上設有閥門及儀控測點。

3.根據權利要求1或2所述的合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統，其特征在于：所述液氮儲存裝置與甲烷精餾塔之間設有壓縮機。

4.一種合成氨化工尾氣的深冷精餾液化方法，其特征在于，包括以下步驟：

A．低電價階段運行：

（1）冷量制取：

氮氣進入冷箱內，首先通過氮氣循環壓縮機組加壓至2.8~3.2MPa，再進入增壓透平膨脹機增壓至4.2~4.6MPa，然后，進入主換熱器；在主換熱器內90~95%的氮氣被返流氣體冷卻至170~185K，然后從主換熱器引出進入增壓透平膨脹機膨脹至0.35~0.40MPa，膨脹后的氮氣再作為低溫返流氣體返回主換熱器參與換熱；同時，剩余5~10%氮氣在主換熱器內繼續冷卻液化，所得液氮部分通入脫氫精餾塔和甲烷精餾塔提供塔頂噴淋液體，部分進入儲存裝置備用；

（2）尾氣處理：

將合成氨化工尾氣經前期預處理脫除水、二氧化碳、氨等組份后，送入冷箱；尾氣首先進入主換熱器，初步冷卻至130~135K后進入甲烷精餾塔蒸發器進一步冷卻，同時，釋放出來的熱量作為甲烷精餾塔的蒸發熱負荷；從甲烷精餾塔蒸發器出來的尾氣回到主換熱器內再進一步冷卻液化，然后進入脫氫精餾塔底部，經脫氫精餾塔精餾后在塔底得到富含甲烷的液體餾份，液體餾分經蒸發器再進入甲烷精餾塔，再經過甲烷塔的精餾，甲烷塔底部的餾分再經甲烷精餾塔蒸發器后可獲得高純液化天然氣產品；

（3）處理氣排出：主換熱器內參與換熱的氮氣換熱后成為低壓氮氣返回氮氣循環壓縮機組入口循環使用，尾氣處理所得富氮氣體和富氫氣體排出后，回收作為合成氨階段原料；

B．高電價階段運行：

（1）冷量制取：

氮氣進入冷箱內，首先通過氮氣循環壓縮機組加壓至2.8~3.2MPa，再進入增壓透平膨脹機增壓至4.2~4.6MPa，然后，進入主換熱器；在主換熱器內93~98%的氮氣被返流氣體冷卻至170~185K，然后從主換熱器引出進入增壓透平膨脹機膨脹至0.35~0.40MPa，膨脹后的氮氣再作為低溫返流氣體返回主換熱器參與換熱；同時，剩余2~7%氮氣在主換熱器內繼續冷卻液化，所得液氮通入脫氫精餾塔，作為精餾塔頂噴淋液；同時，低電價階段儲存的液氮通入甲烷精餾塔頂部，作為精餾塔頂噴淋液；此時，制冷系統所需低溫液氮量減少，可以降低氮氣循環壓縮機組的流量，降低電耗；

（2）尾氣處理步驟與低電價階段相同；

（3）處理氣排出步驟與低電價階段相同。

5.根據權利要求4所述的合成氨化工尾氣的深冷精餾液化方法，其特征在于：所述高壓氮氣進入主換熱器前，要經循環水冷卻。

6.根據權利要求4所述的合成氨化工尾氣的深冷精餾液化方法，其特征在于：所述低電價階段儲存的液氮要經增壓后，再通入甲烷精餾塔。