[發(fā)明專利]合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310523565.3
• 申請(qǐng)日: 2013-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103557675A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張世田;賈軍;彭明揚(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南開(kāi)元空分集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): F25J3/02
• 分類號(hào): F25J3/02;C01B3/50
• 代理公司: 鄭州大通專利商標(biāo)代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于深冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)及方法。?

背景技術(shù)

合成氨化工尾氣主要含有甲烷、氫、氬、氮等組分，并含有微量的水、氨、二氧化碳。其中，氫、氮是合成氨的原料，回收之后，可以進(jìn)一步提高合成氨的產(chǎn)量。甲烷則是天然氣的主要成分，具有很好的再回收價(jià)值，可深冷液化得到液化天然氣產(chǎn)品。

對(duì)于深冷液化裝置，主要依靠電力提供能量以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的液化。而在日常生產(chǎn)過(guò)程中，工業(yè)用電一般都存在較大的晝夜電價(jià)差異。若不考慮分階段電價(jià)運(yùn)行深冷裝置，會(huì)造成電費(fèi)成本的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)效益。由于合成氨尾氣的排放是連續(xù)的，且是高壓、易爆介質(zhì)，儲(chǔ)存的成本很高，所以無(wú)法簡(jiǎn)單地通過(guò)提高或降低裝置的處理尾氣量來(lái)實(shí)現(xiàn)差異電價(jià)的利用。另外，傳統(tǒng)的裝置一般按照單一工況設(shè)計(jì)，不具備變工況的能力，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)差異電價(jià)的利用。?

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)及方法。本發(fā)明針對(duì)分階段電價(jià)，改進(jìn)技術(shù)方案，不但節(jié)約了電費(fèi)，提高了生產(chǎn)效益，還能結(jié)余部分液氮，作為副產(chǎn)品出售。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)，包括氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)組、液氮儲(chǔ)存裝置以及設(shè)置在冷箱內(nèi)的主換熱器、增壓透平膨脹機(jī)、脫氫精餾塔和甲烷精餾塔；所述主換熱器設(shè)有高壓氮?dú)馊肟凇⒏邏旱獨(dú)獬隹凇⒎盗鳉馊肟凇⒁旱隹凇⑽矚馊肟凇⒗鋮s尾氣出口、冷卻尾氣入口、液化尾氣出口、富氫氣入口、富氮?dú)馊肟凇⒌蛪旱獨(dú)獬隹凇⒏坏獨(dú)獬隹诤透粴錃獬隹冢凰龅獨(dú)庋h(huán)壓縮機(jī)組入口連通氮?dú)庠醇爸鲹Q熱器的低壓氮?dú)獬隹冢涑隹谶B通增壓透平膨脹機(jī)增壓端入口，增壓透平膨脹機(jī)增壓端出口再連通主換熱器高壓氮?dú)馊肟冢鲹Q熱器高壓氮?dú)獬隹谶B通增壓透平膨脹機(jī)膨脹端入口，增壓透平膨脹機(jī)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(chǔ)存裝置；所述液氮儲(chǔ)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(fā)器，甲烷精餾塔蒸發(fā)器再回來(lái)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(jīng)脫氫精餾塔蒸發(fā)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(jīng)甲烷精餾塔蒸發(fā)器最后再連通冷箱外的液化天然氣儲(chǔ)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?dú)獬隹谶B通主換熱器的富氮?dú)馊肟凇?/p>

所述各設(shè)備之間通過(guò)管線連通，各段管線上設(shè)有閥門(mén)及儀控測(cè)點(diǎn)。

所述液氮儲(chǔ)存裝置與甲烷精餾塔之間設(shè)有壓縮機(jī)。

一種合成氨化工尾氣的深冷精餾液化方法，包括以下步驟：

A．低電價(jià)階段運(yùn)行：

（1）冷量制取：

氮?dú)膺M(jìn)入冷箱內(nèi)，首先通過(guò)氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)組加壓至2.8~3.2MPa，再進(jìn)入增壓透平膨脹機(jī)增壓至4.2~4.6MPa，然后，進(jìn)入主換熱器；在主換熱器內(nèi)90~95%的氮?dú)獗环盗鳉怏w冷卻至170~185K，然后從主換熱器引出進(jìn)入增壓透平膨脹機(jī)膨脹至0.35~0.40MPa，膨脹后的氮?dú)庠僮鳛榈蜏胤盗鳉怏w返回主換熱器參與換熱；同時(shí)，剩余5~10%氮?dú)庠谥鲹Q熱器內(nèi)繼續(xù)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(jìn)入儲(chǔ)存裝置備用；

（2）尾氣處理：

將合成氨化工尾氣經(jīng)前期預(yù)處理脫除水、二氧化碳、氨等組份后，送入冷箱；尾氣首先進(jìn)入主換熱器，初步冷卻至130~135K后進(jìn)入甲烷精餾塔蒸發(fā)器進(jìn)一步冷卻，同時(shí)，釋放出來(lái)的熱量作為甲烷精餾塔的蒸發(fā)熱負(fù)荷；從甲烷精餾塔蒸發(fā)器出來(lái)的尾氣回到主換熱器內(nèi)再進(jìn)一步冷卻液化，然后進(jìn)入脫氫精餾塔底部，經(jīng)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(jīng)蒸發(fā)器再進(jìn)入甲烷精餾塔，再經(jīng)過(guò)甲烷塔的精餾，甲烷塔底部的餾分再經(jīng)甲烷精餾塔蒸發(fā)器后可獲得高純液化天然氣產(chǎn)品；

（3）處理氣排出：主換熱器內(nèi)參與換熱的氮?dú)鈸Q熱后成為低壓氮?dú)夥祷氐獨(dú)庋h(huán)壓縮機(jī)組入口循環(huán)使用，尾氣處理所得富氮?dú)怏w和富氫氣體排出后，回收作為合成氨階段原料；

B．高電價(jià)階段運(yùn)行：

（1）冷量制取：