專(zhuān)利名稱(chēng)：合成氨馳放氣中氬與甲烷的分離回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣體分離領(lǐng)域，具體涉及一種合成氨馳放氣中氬與甲烷的分離回收裝置。
背景技術(shù)：
合成氨生產(chǎn)工藝中所需的氮?dú)鈦?lái)自空氣，因此將隨著空氣帶入氬氣。而且由于原料中甲烷不能完全變換，或者在造氣工藝中采用了甲烷化工序，而使合成原料氣中增添了一些甲烷。由于氬和甲烷在合成系統(tǒng)中是不起反應(yīng)的，所以必然會(huì)在系統(tǒng)中積累，因此合成系統(tǒng)必須經(jīng)常抽出一部分馳放氣。在此馳放氣中除了氬和甲烷以外，很自然地將包含一定數(shù)量的氫和氮。通常會(huì)將含量較高的氫和氮大部分回收利用，將剩余含氫、氮、氬、甲烷的馳放氣去鍋爐燃燒。液體甲烷是一種優(yōu)質(zhì)能源，具有熱值高、潔凈、燃燒污染小等特點(diǎn)，且便于運(yùn)輸，是 21世紀(jì)中國(guó)城市民用燃?xì)馐走x燃料。液體甲烷可作為優(yōu)質(zhì)的車(chē)用燃料，與汽車(chē)燒汽油相比， 它具有熱值高、抗爆性好、燃燒完全、排氣污染少、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng)、降低運(yùn)輸成本等優(yōu)點(diǎn)，即使與使用壓縮天然氣的汽車(chē)相比，它也具有儲(chǔ)存效率高、加一次氣續(xù)行程遠(yuǎn)，車(chē)裝鋼瓶壓力小、重量輕、數(shù)量??；建站不受供氣管網(wǎng)的限制等優(yōu)越之處。有利于環(huán)境保護(hù)，減少城市污染；液氬廣泛應(yīng)用于冶金、石化、機(jī)械、化肥、玻璃、軍工、食品、醫(yī)療等領(lǐng)域。由于空氣中氬的含量少(0.093%)，傳統(tǒng)空分制氬，生產(chǎn)成本高。如果馳放氣中的氬和甲烷不能得到回收利用將是極大的浪費(fèi)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)目前合成氨馳放氣只回收氫、氮，而氬和甲烷不能得到分離提純的不足，本實(shí)用新型提供一種制冷量利用率高、能耗低、產(chǎn)品純度高的合成氨馳放氣中氬與甲烷的分離回收裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種合成氨馳放氣中氬與甲烷的分離回收裝置，包括冷箱、原料馳放氣管道、與原料馳放氣管道相連通的設(shè)置有第一分子篩吸附器 MSl和第二分子篩吸附器MS2的純化系統(tǒng)、提供分離液化所需冷量的制冷系統(tǒng)、逐級(jí)分離原料馳放氣的精餾系統(tǒng)，所述的制冷系統(tǒng)包括低壓循環(huán)氮壓機(jī)TC1、中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2、低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2、高溫增壓透平膨脹機(jī)ET1、主換熱器E1、液化器E2，外界的氮?dú)馔ㄟ^(guò)管道與低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl相連通，低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl通過(guò)管道分別與低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2、高溫增壓透平膨脹機(jī)ETl相連通，低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2通過(guò)管道與液化器 E2、主換熱器El相連接，主換熱器El通過(guò)管道與低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl相連接，高溫增壓透平膨脹機(jī)ETl通過(guò)管道與主換熱器El相連接，主換熱器El通過(guò)管道與低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl 相連接；所述的精餾系統(tǒng)包括閃蒸罐Si、安裝有第一冷凝器K4和第一蒸發(fā)器Kl的脫氫塔 Cl、安裝有第二冷凝器K5和第二蒸發(fā)器K2的脫氮塔C2以及安裝有第三冷凝器K6和第三蒸發(fā)器K3的產(chǎn)品塔C3，外界的馳放氣通過(guò)管道與純化系統(tǒng)相連通，純化系統(tǒng)通過(guò)穿過(guò)主換熱器El的管道與第三蒸發(fā)器K3相連接，第三蒸發(fā)器K3通過(guò)管道與液化器E2相連接，液化器E2通過(guò)管道與閃蒸罐Sl相連接通，閃蒸罐Sl通過(guò)管道與脫氫塔Cl相連接，脫氫塔Cl 通過(guò)管道與脫氮塔C2相連接，脫氮塔C2通過(guò)管道與產(chǎn)品塔C3相連接；外界的氮?dú)馔ㄟ^(guò)管道與中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2相連接，中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2通過(guò)管道與主換熱器El相連接，主換熱器El通過(guò)管道與第二蒸發(fā)器K2相連接，第二蒸發(fā)器K2通過(guò)管道與第一蒸發(fā)器Kl相連接，第一蒸發(fā)器Kl又通過(guò)管道分別與脫氫塔Cl中的第一冷凝器K4、脫氮塔C2中的第二冷凝器K5、產(chǎn)品塔C3中的第三冷凝器K6相連接，脫氫塔Cl、脫氮塔C2、產(chǎn)品塔C3的上部分別通過(guò)管道與液化器E2相連接，液化器E2通過(guò)管道與主換熱器 El相連接，主換熱器El通過(guò)管道與中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2相連接。所述的閃蒸罐S1、主換熱器E1、液化器E2、低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2和高溫增壓透平膨脹機(jī)ETl的膨脹端均置于冷箱內(nèi)。所述的脫氮塔C2頂部通過(guò)穿過(guò)液化器E2、主換熱器El的管道與電加熱器HE相連接，電加熱器HE通過(guò)管道與純化系統(tǒng)相連接。所述的低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl通過(guò)管道與高溫透平膨脹機(jī)增壓端Bl相連接，高溫透平膨脹機(jī)增壓端Bl通過(guò)管道與第一水冷卻器WEl相連接，第一水冷卻器WEl通過(guò)管道與高溫透平膨脹機(jī)ETl相連接；所述的低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl通過(guò)管道與低溫透平膨脹機(jī)增壓端 B2相連接，低溫透平膨脹機(jī)增壓端B2通過(guò)管道與第二水冷卻器WE2相連接，第二水冷卻器 WE2穿過(guò)主換熱器El與低溫透平膨脹機(jī)ET2相連接。本實(shí)用新型具有如下的積極效果本實(shí)用新型通過(guò)雙膨脹制冷，減少有效能損失， 降低裝置能耗；通過(guò)設(shè)置三個(gè)精餾塔，使產(chǎn)品的純度高，且回收率高。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種合成氨馳放氣中氬與甲烷的分離回收裝置，包括冷箱、原料馳放氣管道1、與原料馳放氣管道1相連通的設(shè)置有第一分子篩吸附器MSl和第二分子篩吸附器MS2的純化系統(tǒng)、提供分離液化所需冷量的制冷系統(tǒng)、逐級(jí)分離原料馳放氣的精餾系統(tǒng)， 所述的制冷系統(tǒng)包括低壓循環(huán)氮壓機(jī)TC1、中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2、低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2、 高溫增壓透平膨脹機(jī)ET1、主換熱器E1、液化器E2，外界的氮?dú)馔ㄟ^(guò)管道與低壓循環(huán)氮壓機(jī) TCl相連通，低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl通過(guò)管道分別與低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2、高溫增壓透平膨脹機(jī)ETl相連通，低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2通過(guò)管道與液化器E2、主換熱器El相連接，主換熱器El通過(guò)管道與低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl相連接，高溫增壓透平膨脹機(jī)ETl相連通通過(guò)管道與主換熱器El相連接，主換熱器El通過(guò)管道與低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl相連接；所述的精餾系統(tǒng)包括閃蒸罐Si、安裝有第一冷凝器K4和第一蒸發(fā)器Kl的脫氫塔 Cl、安裝有第二冷凝器K5和第二蒸發(fā)器K2的脫氮塔C2以及安裝有第三冷凝器K6和第三蒸發(fā)器K3的產(chǎn)品塔C3，外界的馳放氣通過(guò)管道與純化系統(tǒng)相連通，純化系統(tǒng)通過(guò)穿過(guò)主換熱器El的管道與第三蒸發(fā)器K3相連接，第三蒸發(fā)器K3通過(guò)管道與液化器E2相連接，液化器E2通過(guò)管道與閃蒸罐Sl相連接通，閃蒸罐Sl通過(guò)管道與脫氫塔Cl相連接，脫氫塔Cl 通過(guò)管道與脫氮塔C2相連接，脫氮塔C2通過(guò)管道與產(chǎn)品塔C3相連接；外界的氮?dú)馔ㄟ^(guò)管道與中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2相連接，中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2通過(guò)管道與主換熱器El相連接，主換熱器El通過(guò)管道與第二蒸發(fā)器K2相連接，第二蒸發(fā)器K2通過(guò)管道與第一蒸發(fā)器Kl相連接，第一蒸發(fā)器Kl又通過(guò)管道分別與脫氫塔Cl中的第一冷凝器K4、脫氮塔C2中的第二冷凝器K5、產(chǎn)品塔C3中的第三冷凝器K6，脫氫塔Cl、脫氮塔C2、 產(chǎn)品塔C3的上部分別通過(guò)管道與液化器E2相連接，液化器E2通過(guò)管道與中壓循環(huán)氮壓機(jī) TC2相連接。所述的閃蒸罐Si、主換熱器E1、液化器E2、低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2和高溫增壓透平膨脹機(jī)ETl的膨脹端均置于冷箱內(nèi)。所述的脫氮塔C2頂部通過(guò)穿過(guò)液化器E2、主換熱器 El的管道與電加熱器HE相連接，電加熱器HE通過(guò)管道與純化系統(tǒng)相連接。所述的低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl通過(guò)管道與高溫透平膨脹機(jī)增壓端Bl相連接，高溫透平膨脹機(jī)增壓端Bl通過(guò)管道與第一水冷卻器WEl相連接，第一水冷卻器WEl通過(guò)管道與高溫透平膨脹機(jī)ETl相連接；所述的低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl通過(guò)管道與低溫透平膨脹機(jī)增壓端B2相連接，低溫透平膨脹機(jī)增壓端B2通過(guò)管道與第二水冷卻器WE2相連接，第二水冷卻器WE2穿過(guò)主換熱器El 與低溫透平膨脹機(jī)ET2相連接。一種分離氬與甲烷的方法，其方法如下1)壓力為0. 5Mpa-10. OMpa原料馳放氣通過(guò)原料馳放氣管道1進(jìn)入純化系統(tǒng)中第一分子篩吸附器MSl或第二分子篩吸附器MS2，除去馳放氣中微量的水份、二氧化碳、氨等雜質(zhì)，凈化后的馳放氣通過(guò)凈化后馳放氣管道2去主換熱器El換熱，被冷卻到氣液混合狀態(tài)，然后出主換熱器El通過(guò)第一氣液混合管道3去產(chǎn)品塔C3中的第三蒸發(fā)器K3，將液態(tài)甲烷蒸發(fā)的同時(shí)自身得到再次冷卻，冷卻后通過(guò)第二氣液混合管道4去液化器E2繼續(xù)冷卻并液化，液化后通過(guò)第一液體管道5進(jìn)閃蒸罐Sl節(jié)流閃蒸；2)所述1)中的閃蒸罐Sl將大部分的氫閃蒸分離，含氫較多的富氫通過(guò)富氫管道 6經(jīng)主換熱器El復(fù)熱后通過(guò)富氫排除管道7出冷箱，閃蒸罐底部的液體通過(guò)第二液體管道 8進(jìn)入脫氫塔Cl，在脫氫塔Cl進(jìn)行熱質(zhì)交換、冷凝蒸發(fā)，在脫氫塔Cl頂部得到廢氫氣，在脫氫塔Cl底部得到貧氫液；3)所述2、中的脫氫塔Cl頂部得到廢氫氣通過(guò)廢氫氣管道16經(jīng)液化器E2、主換熱器El復(fù)熱后通過(guò)廢氫氣排出管道17出冷箱，脫氫塔Cl底部得到貧氫液通過(guò)貧氫液管道 9送入脫氮塔C2，在脫氮塔C2中進(jìn)行熱質(zhì)交換、冷凝蒸發(fā)，在脫氮塔C2頂部得到氮?dú)?，在脫氮塔C2底部得到貧氮液；4)所述幻中脫氮塔C2頂部得到氮?dú)馔ㄟ^(guò)第一氮?dú)夤艿?4經(jīng)液化器E2、主換熱器El復(fù)熱出冷箱，通過(guò)第二氮?dú)夤艿?5在電加熱器HE中加熱至170 180°C，去第二分子篩吸附器MS2或第一分子篩吸附器MSl再生活化分子篩，然后通過(guò)消音器SL放空；脫氮塔 C2底部得到貧氮液通過(guò)貧氮液管道10送入產(chǎn)品塔C3，在產(chǎn)品塔C3中進(jìn)行熱質(zhì)交換、冷凝蒸發(fā)，在產(chǎn)品塔C3頂部得到廢氬氣通過(guò)廢氬氣管道13出冷箱，在產(chǎn)品塔C3上部得到純度為99. 999%以上的液氬通過(guò)液氬管道12出冷箱，在產(chǎn)品塔C3底部得到純度為99%以上的液體甲烷通過(guò)液化天然氣管道11出冷箱；5)低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl通過(guò)第十氮?dú)夤艿?8將來(lái)自外界的氮?dú)鈮嚎s至0.4Mpa-l. OMpa，分成兩部分，一部分氮?dú)馔ㄟ^(guò)第三氮?dú)夤艿?1去高溫透平膨脹機(jī)ETl的增壓端Bl增壓并經(jīng)第一水冷卻器TOl冷卻后，通過(guò)第一水冷卻管道22去高溫透平膨脹機(jī)ETl 膨脹，膨脹后通過(guò)第一膨脹機(jī)管道23去主換熱器El提供高溫冷量，復(fù)熱后通過(guò)第一循環(huán)管道M出冷箱，去低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl循環(huán)壓縮；另一部分氮?dú)馔ㄟ^(guò)第四氮?dú)夤艿?5去低溫透平膨脹機(jī)ET2的增壓端B2增壓并經(jīng)第二水冷卻器TO2冷卻后，通過(guò)第二水冷卻管道沈去主換熱器El進(jìn)一步降溫后抽出，通過(guò)第一主換熱器管道27去低溫透平膨脹機(jī)ET2膨脹， 膨脹后通過(guò)第二膨脹機(jī)管道觀去液化器E2、主換熱器El，提供低溫冷量，復(fù)熱后通過(guò)第二循環(huán)管道四出冷箱，去低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl循環(huán)壓縮。6)中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2通過(guò)第十一氮?dú)夤艿?9將來(lái)自外界的氮?dú)鈮嚎s至
1.5Mpa-2. 5Mpa，通過(guò)第五氮?dú)夤艿?1在主換熱器El中冷卻后抽出，通過(guò)第一液氮管道32 去脫氮塔C2作為第二蒸發(fā)器K2的熱源，將貧氮液蒸發(fā)，蒸發(fā)貧氮液的同時(shí)再次冷卻，冷卻后通過(guò)第二液氮管道33去脫氫塔Cl作為第一蒸發(fā)器Kl的熱源，將貧氫液蒸發(fā)后冷卻液化為液氮，液氮通過(guò)第六液氮管道34分成三部分，節(jié)流后分別通過(guò)第三液氮管道35、第四液氮管道37、第五液氮管道39去脫氫塔Cl、脫氮塔C2、產(chǎn)品塔C3中為第一冷凝器K4、第二冷凝器K5、第三冷凝器K6提供冷量，脫氫塔Cl、脫氮塔C2、產(chǎn)品塔C3的冷凝器中汽化后的氮?dú)馔ㄟ^(guò)第六氮?dú)夤艿?6、第七氮?dú)夤艿?8、第八氮?dú)夤艿?0合并后第九氮?dú)夤艿?1去液化器E2、主換熱器E1，復(fù)熱后出冷箱，通過(guò)第十一氮?dú)夤艿?0去中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2循環(huán)壓縮。本實(shí)用新型通過(guò)雙膨脹制冷，減少有效能損失，降低裝置能耗，較單膨脹制冷能耗降低5%左右。通過(guò)設(shè)置三個(gè)精餾塔，使產(chǎn)品的純度高，回收率高。液氬純度達(dá)99. 999%， 回收率達(dá)96% ；液體甲烷的純度99%以上，回收率99%以上。本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種合成氨馳放氣中氬與甲烷的分離回收裝置，包括冷箱、原料馳放氣管道(1)、與原料馳放氣管道(1)相連通的設(shè)置有第一分子篩吸附器MSl和第二分子篩吸附器MS2的純化系統(tǒng)、提供分離液化所需冷量的制冷系統(tǒng)、逐級(jí)分離原料馳放氣的精餾系統(tǒng)，其特征在于所述的制冷系統(tǒng)包括低壓循環(huán)氮壓機(jī)TC1、中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2、低溫增壓透平膨脹機(jī) ET2、高溫增壓透平膨脹機(jī)ET1、主換熱器E1、液化器E2，外界的氮?dú)馔ㄟ^(guò)管道與低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl相連通，低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl通過(guò)管道分別與低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2、高溫增壓透平膨脹機(jī)ETl相連通，低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2通過(guò)管道與液化器E2、主換熱器El相連接，主換熱器El通過(guò)管道與低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl相連接，高溫增壓透平膨脹機(jī)ETl通過(guò)管道與主換熱器El相連接，主換熱器El通過(guò)管道與低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl相連接；所述的精餾系統(tǒng)包括閃蒸罐Si、安裝有第一冷凝器K4和第一蒸發(fā)器Kl的脫氫塔Cl、 安裝有第二冷凝器K5和第二蒸發(fā)器K2的脫氮塔C2以及安裝有第三冷凝器K6和第三蒸發(fā)器K3的產(chǎn)品塔C3，外界的馳放氣通過(guò)管道與純化系統(tǒng)相連通，純化系統(tǒng)通過(guò)穿過(guò)主換熱器 El的管道與第三蒸發(fā)器K3相連接，第三蒸發(fā)器K3通過(guò)管道與液化器E2相連接，液化器E2 通過(guò)管道與閃蒸罐Sl相連接通，閃蒸罐Sl通過(guò)管道與脫氫塔Cl相連接，脫氫塔Cl通過(guò)管道與脫氮塔C2相連接，脫氮塔C2通過(guò)管道與產(chǎn)品塔C3相連接；外界的氮?dú)馔ㄟ^(guò)管道與中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2相連接，中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2通過(guò)管道與主換熱器El相連接，主換熱器El通過(guò)管道與第二蒸發(fā)器K2相連接，第二蒸發(fā)器K2通過(guò)管道與第一蒸發(fā)器Kl相連接，第一蒸發(fā)器Kl又通過(guò)管道分別與脫氫塔Cl中的第一冷凝器 K4、脫氮塔C2中的第二冷凝器K5、產(chǎn)品塔C3中的第三冷凝器K6相連接，脫氫塔Cl、脫氮塔 C2、產(chǎn)品塔C3的上部分別通過(guò)管道與液化器E2相連接，液化器E2通過(guò)管道與主換熱器El 相連接，主換熱器El通過(guò)管道與中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成氨馳放氣中氬與甲烷的分離回收裝置，其特征在于所述的閃蒸罐Si、主換熱器E1、液化器E2、低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2和高溫增壓透平膨脹機(jī) ETl的膨脹端均置于冷箱內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成氨馳放氣中氬與甲烷的分離回收裝置，其特征在于所述的脫氮塔C2頂部通過(guò)穿過(guò)液化器E2、主換熱器El的管道與電加熱器HE相連接，電加熱器HE通過(guò)管道與純化系統(tǒng)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成氨馳放氣中氬與甲烷的分離回收裝置，其特征在于所述的低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl通過(guò)管道與高溫透平膨脹機(jī)增壓端Bl相連接，高溫透平膨脹機(jī)增壓端Bl通過(guò)管道與第一水冷卻器WEl相連接，第一水冷卻器WEl通過(guò)管道與高溫透平膨脹機(jī)ETl相連接；所述的低壓循環(huán)氮壓機(jī)TCl通過(guò)管道與低溫透平膨脹機(jī)增壓端B2相連接， 低溫透平膨脹機(jī)增壓端B2通過(guò)管道與第二水冷卻器WE2相連接，第二水冷卻器WE2穿過(guò)主換熱器El與低溫透平膨脹機(jī)ET2相連接。專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種合成氨馳放氣中氬與甲烷的分離回收裝置，包括冷箱、原料馳放氣管道、與原料馳放氣管道相連通的設(shè)置有第一分子篩吸附器MS1和第二分子篩吸附器MS2的純化系統(tǒng)、提供分離液化所需冷量的制冷系統(tǒng)、逐級(jí)分離原料馳放氣的精餾系統(tǒng)，所述的制冷系統(tǒng)包括低壓循環(huán)氮?dú)鍣C(jī)TC1、中壓循環(huán)氮壓機(jī)TC2、低溫增壓透平膨脹機(jī)ET2、高溫增壓透平膨脹機(jī)ET1、主換熱器E1、液化器E2，所述的精餾系統(tǒng)包括閃蒸罐S1、安裝有第一冷凝器K4和第一蒸發(fā)器K1的脫氫塔C1、安裝有第二冷凝器K5和第二蒸發(fā)器K2的脫氮塔C2以及安裝有第三冷凝器K6和第三蒸發(fā)器K3的產(chǎn)品塔C3，本實(shí)用新型產(chǎn)品的純度高，回收率高。
文檔編號(hào)F25J3/02GK201945138SQ201020544058
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者劉景武, 湯廣斌, 裴紅珍, 鄭小平, 馬源 申請(qǐng)人:開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司