液氮洗滌裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于深冷分離【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，包括用于制冷的液氮管道(P1)、高壓氮?dú)饫鋮s器(E3)、一號(hào)原料氣冷卻器(E4)、二號(hào)原料氣冷卻器(E5)、用于洗滌的氮洗塔(C1)、閃蒸罐(V1)及用于甲烷回收的精餾塔(C2)。本裝置可以成功地用于回收液氮洗尾氣中的甲烷，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，并且采用液氮作為冷能，工作效率高，節(jié)能環(huán)保，安全系數(shù)高。
【專利說(shuō)明】液氮洗滌裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于深冷分離【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種利用液氮冷能的液氮洗滌裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]液氮洗滌裝置是在合成氨裝置中用于合成氣凈化的一種深冷分離裝置，因其凈化純度高、能耗低、操作費(fèi)用少、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于大型合成氨裝置中。
[0003]液氮洗原理眾所周知，物質(zhì)均具有氣、液、固三種聚集狀態(tài)，氮洗氣中各組份也不例外。在常溫常壓下，它們呈氣態(tài)，在101.3kpa下，氫被冷卻到20.3K(_252.73°C)，氮被冷卻到 77.4KC-195.65°C)，C0 被冷卻至Ij 81K(_192.00。。)，甲烷被冷卻到 111.6Κ(_161.4°C),Ar被冷卻到87.3Κ (-185.7°C)時(shí)它們分別都變成液態(tài)。當(dāng)用液氮來(lái)洗滌凈化氣時(shí)，其中的Η2冷凝溫度很低，仍呈氣態(tài)存在，從而達(dá)到分離的目的，這就是氮洗除去C0、CH4、Ar的理論基礎(chǔ)。進(jìn)一步分析，液氮洗滌在除去CO的同時(shí)，亦將CH4、Ar予以清除，這對(duì)提高氨的合成率和避免CH4、Ar在合成回路中循環(huán)累積，減少動(dòng)力消耗無(wú)疑作用巨大。液氮洗滌是利用空分裝置所得到的高純氮?dú)?，在氮洗塔中吸收氮洗氣中少量CO的分離過(guò)程。液氮由塔頂加入，氮洗氣由塔底通入，進(jìn)行逆流操作。在洗滌過(guò)程中，由于CO、CH4和Ar的冷凝溫度都比氮高，因此，當(dāng)這些組分氣體與低溫液氮接觸，溫度降低而被冷凝下來(lái)，溶解在液氮中，在塔頂?shù)玫郊儍舻臍涞獨(dú)狻?br> [0004]在現(xiàn)有的液氮洗滌裝置中，洗滌塔底部富含一氧化碳及甲烷的液體，在經(jīng)過(guò)換熱器富熱后，被送往燃料氣系統(tǒng)，其中甲烷作為低品位燃料使用。隨著能源的日趨緊張，回收該部分燃料氣中的甲烷，不僅可以達(dá)到環(huán)保節(jié)能、減排增效循環(huán)利用的效果，而且還會(huì)帶來(lái)良好的社會(huì)效益和企業(yè)效益。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)甲烷回收的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種冷量利用率高、節(jié)能環(huán)保、工作效率高和/或安全系數(shù)高的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案得以解決:
[0007]利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，包括:用于制冷的液氮管道Pl和深冷分離冷箱，其特征在于:所述深冷分離冷箱包括依次通過(guò)管道連接的高壓氮?dú)饫鋮s器E3、一號(hào)原料氣冷卻器E4、二號(hào)原料氣冷卻器E5、用于洗漆的氮洗塔Cl、閃蒸罐Vl及用于甲烷回收的精餾塔C2 ;洗滌凈化后合格的合成氣從氮洗塔Cl頂部抽出，復(fù)熱后送出界區(qū)；閃蒸罐Vl的液相經(jīng)節(jié)流閥Fl節(jié)流后送入精餾塔C2進(jìn)行精餾，高純度(大于99%)的液態(tài)甲烷在精餾塔C2底部抽出。所述液態(tài)甲烷可以直接送入液體貯存系統(tǒng)。
[0008]按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，其中所述帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置還包括原料氣純化系統(tǒng)。其中優(yōu)選所述的原料氣純化系統(tǒng)包括依次通過(guò)管道連接的分子篩吸附器MS1、分子篩吸附器MS2，再生氣體加熱器El及再生氣體冷卻器E2。
[0009]按照本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案，所述的液氮洗滌裝置帶有甲烷回收功能，利用甲烷的與一氧化碳及氮?dú)庵g沸點(diǎn)的差異，通過(guò)精餾技術(shù)，將甲烷分離回收，所回收的甲烷純度〉99%，回收率〉96%。按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選具體實(shí)施方案，得到高純度()99%)的液態(tài)甲烷，一部分直接送液體貯存系統(tǒng)，另一部分經(jīng)二號(hào)原料氣體冷卻器E5回收冷量后返回精餾塔C2繼續(xù)參與精餾。
[0010]按照本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案，所述的用于制冷的液氮，可以通過(guò)液氮管道Pl進(jìn)入裝置，依次經(jīng)過(guò)二號(hào)原料氣冷卻器E5, —號(hào)原料氣冷卻器E4及高壓氮?dú)饫鋮s器E3,復(fù)熱后送出裝置回收利用；也可以通過(guò)將液氮管道Pl與閃蒸罐Vl頂部的富氫氣管線相連進(jìn)入裝置，依次經(jīng)過(guò)二號(hào)原料氣冷卻器E5、一號(hào)原料氣冷卻器E4、高壓氮?dú)饫鋮s器E3,復(fù)熱后送燃料系統(tǒng)。
[0011]按照本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案，所述的用于制冷的液氮為0.4MPa (G), _196°C的純液氮。
[0012]按照本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案，所述的閃蒸罐Vl閃蒸壓力為8_14bar，優(yōu)選
11.5bar。
[0013]按照本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案，所述的節(jié)流閥Fl閥后壓力為0.8-2.3bar，優(yōu)選
1.5bar。
[0014]按照本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案，所述的高壓氮?dú)饫鋮s器E3、一號(hào)原料氣冷卻器E4和二號(hào)原料氣冷卻器E5中至少一個(gè)(例如一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè))為多流道板翅式換熱器。
[0015]按照本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案，所述的高壓氮?dú)饫鋮s器E3、一號(hào)原料氣冷卻器E4、二號(hào)原料氣冷卻器E5、用于洗滌的氮洗塔Cl、閃蒸罐Vl及用于甲烷回收的精餾塔C2全部置于同一個(gè)冷箱內(nèi)。
[0016]按照本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案，所述的冷箱以金屬外殼覆蓋，冷箱空隙內(nèi)填充隔熱材料。
[0017]上述液氮洗滌及甲烷回收均是在低溫(?-180°C)的環(huán)境下進(jìn)行的，因此必須要給整個(gè)裝置補(bǔ)充冷能，而液氮?dú)饣瘯r(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的冷量，蘊(yùn)藏有巨大的高品質(zhì)冷能。本發(fā)明的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，就是利用液氮的冷能，在凈化得到合格合成氣的同時(shí)，回收得到合格的液態(tài)甲烷。
[0018]本發(fā)明具有如下積極效果:
[0019]采用本發(fā)明利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，可以在凈化得到合格合成氣的同時(shí)，回收得到合格的液態(tài)甲烷；利用液氮的冷能給裝置補(bǔ)充冷量，與其他方式補(bǔ)充冷量相比，可大幅度降低電耗及水耗；同時(shí)，液氮屬于惰性物料，大大增加了整個(gè)裝置的安全性；將合成氣的凈化及甲烷的回收放在同一個(gè)冷箱中進(jìn)行，降低了一次設(shè)備投資及運(yùn)行成本，同時(shí)也降低了冷箱設(shè)備布置難度。
[0020]本發(fā)明的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置冷量利用率高、節(jié)能環(huán)保、工作效率高、安全系數(shù)高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
:
[0021]附圖1是本發(fā)明的一種帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]附圖2是本發(fā)明的一種包括原料氣純化系統(tǒng)帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]Pl:液氮管道，E3:高壓氮?dú)饫鋮s器，E4:一號(hào)原料氣冷卻器，E5:二號(hào)原料氣冷卻器，Cl:氮洗塔，Vl:閃蒸罐，C2:精餾塔，F(xiàn)l:節(jié)流閥，MSl:分子篩吸附器，MS2:分子篩吸附器，El:再生氣體加熱器，E2:再生氣體冷卻器。

【具體實(shí)施方式】
:
[0024]實(shí)施例1
[0025]如附圖1所示，利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，包括:用于制冷的液氮管道Pl及深冷分離冷箱。所述的深冷分離冷箱包括依次通過(guò)管道連接的高壓氮?dú)饫鋮s器E3、一號(hào)原料氣冷卻器E4、二號(hào)原料氣冷卻器E5,用于洗漆的氮洗塔Cl、閃蒸罐Vl及用于甲烷回收的精餾塔C2;它們?nèi)恐糜谕粋€(gè)冷箱內(nèi)，所述的冷箱以不銹鋼外殼覆蓋，冷箱空隙內(nèi)填充隔熱材料珠光砂。所述的用于制冷的液氮，通過(guò)液氮管道Pl與閃蒸罐Vl頂部的富氫氣管線相連進(jìn)入系統(tǒng),依次經(jīng)過(guò)二號(hào)原料氣冷卻器E5、一號(hào)原料氣冷卻器E4、高壓氮?dú)饫鋮s器E3,復(fù)熱后送燃料系統(tǒng)；所述的凈化后合格的合成氣從氮洗塔Cl頂部抽出，復(fù)熱后送出界區(qū)，閃蒸罐Vl的液相經(jīng)節(jié)流閥Fl節(jié)流后送入精餾塔C2進(jìn)行精餾，高純度的液態(tài)甲烷在精餾塔C2底部抽出，可以送入液體貯存系統(tǒng)。
[0026]來(lái)自純化系統(tǒng)的原料氣被送入冷箱中的一號(hào)原料氣體冷卻器E4和二號(hào)原料氣體冷卻器E5被冷卻，然后進(jìn)入氮洗塔Cl下部進(jìn)行凈化。凈化后合格的氣體自氮洗塔Cl塔頂離開，經(jīng)二號(hào)原料氣體冷卻器E5復(fù)熱后,配入高壓氮?dú)?基本達(dá)到氫氣/氮?dú)饣瘜W(xué)配比3:1后，經(jīng)過(guò)一號(hào)原料氣體冷卻器E4復(fù)熱。其中一部分引出至其他單元回收冷量；另一部分繼續(xù)在高壓氮?dú)饫鋮s器E3中復(fù)熱至環(huán)境溫度后出冷箱，并與來(lái)自所述其他單元復(fù)熱后的合成氣匯合、再經(jīng)精細(xì)配氮至N2:H2=1:3后作為產(chǎn)品氣體送入氨合成工序。
[0027]氮洗塔底部的富含甲烷的液體進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行閃蒸，閃蒸壓力11.5bar,閃蒸后的氣相依次經(jīng)過(guò)二號(hào)原料氣體冷卻器E5、一號(hào)原料氣體冷卻器E4、高壓氮?dú)饫鋮s器E3復(fù)熱后送出裝置；閃蒸后的液相經(jīng)節(jié)流閥(閥后壓力1.5bar)節(jié)流后，進(jìn)入精餾塔C2上部進(jìn)行精餾，在精餾塔C2塔底得到高純度()99%)的液態(tài)甲烷，一部分直接送液體貯存系統(tǒng)，一部分經(jīng)二號(hào)原料氣體冷卻器E5回收冷量后返回精餾塔C2繼續(xù)參與精餾。
[0028]本發(fā)明采用液氮為系統(tǒng)提供冷量，大幅降低了電耗及水耗，增加了系統(tǒng)安全性，并且回收的甲烷純度高(〉99%)，回收率高(〉96%)，所回收的液態(tài)甲烷可廣泛應(yīng)用于車用燃料等領(lǐng)域，用于提供冷量的液氮經(jīng)由富氫氣管線進(jìn)入系統(tǒng)，可減少換熱器的通道，降低設(shè)備制造難度和制造成本。
[0029]實(shí)施例2
[0030]如附圖2所示，利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，包括:原料氣純化系統(tǒng)、用于制冷的液氮管道Pl及深冷分離冷箱。所述的原料氣純化系統(tǒng)包括依次通過(guò)管道連接的分子篩吸附器MS1、吸附器MS2，再生氣體加熱器El及再生氣體冷卻器E2;所述的深冷分離冷箱包括依次通過(guò)管道連接的高壓氮?dú)饫鋮s器E3、一號(hào)原料氣冷卻器E4、二號(hào)原料氣冷卻器E5，用于洗滌的氮洗塔Cl、閃蒸罐Vl及用于甲烷回收的精餾塔C2 ;它們?nèi)恐糜谕粋€(gè)冷箱內(nèi)，所述的冷箱以不銹鋼外殼覆蓋，冷箱空隙內(nèi)填充隔熱材料珠光砂。所述的用于制冷的液氮，通過(guò)液氮管道Pl依次經(jīng)過(guò)二號(hào)原料氣冷卻器E5、一號(hào)原料氣冷卻器E4、高壓氮?dú)饫鋮s器E3，復(fù)熱后回收利用；所述的凈化后合格的合成氣從氮洗塔Cl頂部抽出，復(fù)熱后送出界區(qū)，閃蒸罐Vl的液相經(jīng)節(jié)流閥Fl節(jié)流后送入精餾塔C2進(jìn)行精餾，高純度的液態(tài)甲烷在精餾塔C2底部抽出，送入液體貯存系統(tǒng)。
[0031]原料氣體首先進(jìn)入分子篩吸附器MS，將其中的微量甲醇和二氧化碳脫除，以免它們?cè)诶湎鋬?nèi)凍結(jié)并引起低溫設(shè)備和管道的堵塞。從分子篩吸附器出來(lái)后的原料氣被送入冷箱中的一號(hào)原料氣體冷卻器E4和二號(hào)原料氣體冷卻器E5被冷卻，然后進(jìn)入氮洗塔Cl下部進(jìn)行凈化。凈化后合格的氣體自氮洗塔Cl塔頂離開，經(jīng)二號(hào)原料氣體冷卻器E5復(fù)熱后，配入高壓氮?dú)?，基本達(dá)到氫氣/氮?dú)饣瘜W(xué)配比3:1后，經(jīng)過(guò)一號(hào)原料氣體冷卻器E4復(fù)熱。其中一部分引出至其他單元回收冷量；另一部分繼續(xù)在高壓氮?dú)饫鋮s器E3中復(fù)熱至環(huán)境溫度后出冷箱，并與來(lái)自其他單元復(fù)熱后的合成氣匯合、再經(jīng)精細(xì)配氮至N2:H2=1:3后作為產(chǎn)品氣體送入氨合成工序。
[0032]氮洗塔底部的富含甲烷的液體進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行閃蒸，閃蒸壓力11.5bar,閃蒸后的氣相依次經(jīng)過(guò)二號(hào)原料氣體冷卻器E5、一號(hào)原料氣體冷卻器E4、高壓氮?dú)饫鋮s器E3復(fù)熱后送出裝置；閃蒸后的液相經(jīng)節(jié)流閥(閥后壓力1.5bar)節(jié)流后，進(jìn)入精餾塔C2上部進(jìn)行精餾，在精餾塔C2塔底得到高純度()99%)的液態(tài)甲烷，一部分直接送液體貯存系統(tǒng)，一部分經(jīng)二號(hào)原料氣體冷卻器E5回收冷量后返回精餾塔C2繼續(xù)參與精餾。
[0033]本發(fā)明采用液氮為系統(tǒng)提供冷量，大幅降低了電耗及水耗，增加了系統(tǒng)安全性，并且回收的甲烷純度高(〉99%)，回收率高(〉96%)，所回收的液態(tài)甲烷可廣泛應(yīng)用于車用燃料等領(lǐng)域，用于提供冷量的液氮?dú)饣笠部芍貜?fù)利用。
[0034]本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，包括:用于制冷的液氮管道(Pi)及深冷分離冷箱，其特征在于:所述的深冷分離冷箱包括依次通過(guò)管道連接的高壓氮?dú)饫鋮s器(E3)、一號(hào)原料氣冷卻器(E4)、二號(hào)原料氣冷卻器(E5),用于洗漆的氮洗塔(Cl)、閃蒸罐(Vl)及用于甲烷回收的精餾塔(C2);洗滌凈化后合格的合成氣從氮洗塔(Cl)頂部抽出，復(fù)熱后送出本裝置；閃蒸罐(Vl)的液相經(jīng)節(jié)流閥(Fl)節(jié)流后送入精餾塔(C2)進(jìn)行精餾，高純度的液態(tài)甲烷在精餾塔(C2)底部抽出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，其中所述裝置還包括原料氣純化系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，其中所述的原料氣純化系統(tǒng)包括依次通過(guò)管道連接的分子篩吸附器(MSI)、分子篩吸附器(MS2)，再生氣體加熱器(El)及再生氣體冷卻器(E2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，其中得到的高純度液態(tài)甲烷，一部分直接送液體貯存系統(tǒng)，另一部分經(jīng)二號(hào)原料氣體冷卻器(E5)回收冷量后返回精餾塔(C2)繼續(xù)參與精餾。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，其中所述的用于制冷的液氮，可以通過(guò)液氮管道(Pl)進(jìn)入裝置，依次經(jīng)過(guò)二號(hào)原料氣冷卻器(E5)，一號(hào)原料氣冷卻器(E4)及高壓氮?dú)饫鋮s器(E3)，復(fù)熱后送出裝置回收利用；也可以通過(guò)將液氮管道(Pl)與閃蒸罐(Vl)頂部的富氫氣管線相連進(jìn)入裝置，依次經(jīng)過(guò)二號(hào)原料氣冷卻器(E5)、一號(hào)原料氣冷卻器(E4)、高壓氮?dú)饫鋮s器(E3),復(fù)熱后送燃料系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，其中所述的用于制冷的液氮為0.4MPa (G), _196°C的純液氮。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，其中所述的閃蒸罐(Vl)閃蒸壓力為8_14bar,優(yōu)選11.5bar。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，其中所述的節(jié)流閥(Fl)閥后壓力為0.8-2.3bar，優(yōu)選1.5bar。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，其中所述的高壓氮?dú)饫鋮s器(E3)、一號(hào)原料氣冷卻器(E4)、二號(hào)原料氣冷卻器(E5)至少一個(gè)為多流道板翅式換熱器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置，其中所述的高壓氮?dú)饫鋮s器(E3)、一號(hào)原料氣冷卻器(E4)、二號(hào)原料氣冷卻器(E5)、用于洗漆的氮洗塔(Cl)、閃蒸罐(Vl)及用于甲烷回收的精餾塔(C2)全部置于同一個(gè)冷箱內(nèi)，優(yōu)選所述的冷箱以金屬外殼覆蓋，冷箱空隙內(nèi)填充隔熱材料。
【文檔編號(hào)】F25J3/08GK104251600SQ201310260018
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】朱玉營(yíng), 廣翠, 韓勇, 趙靜一, 彭書 申請(qǐng)人:航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司