液氮洗滌裝置制造方法
【專利摘要】本發明屬于深冷分離【技術領域】，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)、高壓氮氣冷卻器(E3)、一號原料氣冷卻器(E4)、二號原料氣冷卻器(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，具有良好的經濟效益，并且采用液氮作為冷能，工作效率高，節能環保，安全系數高。
【專利說明】液氮洗滌裝置

【技術領域】
[0001]本發明屬于深冷分離【技術領域】，尤其涉及一種利用液氮冷能的液氮洗滌裝置。

【背景技術】
[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、操作費用少、無污染等優點被廣泛應用于大型合成氨裝置中。
[0003]液氮洗原理眾所周知，物質均具有氣、液、固三種聚集狀態，氮洗氣中各組份也不例外。在常溫常壓下，它們呈氣態，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)時它們分別都變成液態。當用液氮來洗滌凈化氣時，其中的Η2冷凝溫度很低，仍呈氣態存在，從而達到分離的目的，這就是氮洗除去C0、CH4、Ar的理論基礎。進一步分析，液氮洗滌在除去CO的同時，亦將CH4、Ar予以清除，這對提高氨的合成率和避免CH4、Ar在合成回路中循環累積，減少動力消耗無疑作用巨大。液氮洗滌是利用空分裝置所得到的高純氮氣，在氮洗塔中吸收氮洗氣中少量CO的分離過程。液氮由塔頂加入，氮洗氣由塔底通入，進行逆流操作。在洗滌過程中，由于CO、CH4和Ar的冷凝溫度都比氮高，因此，當這些組分氣體與低溫液氮接觸，溫度降低而被冷凝下來，溶解在液氮中，在塔頂得到純凈的氫氮氣。
[0004]在現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，在經過換熱器富熱后，被送往燃料氣系統，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，不僅可以達到環保節能、減排增效循環利用的效果，而且還會帶來良好的社會效益和企業效益。


【發明內容】

[0005]針對甲烷回收的技術問題，本發明的一個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。本發明的進一步的目的是提供一種冷量利用率高、節能環保、工作效率高和/或安全系數高的利用液氮冷能的帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案得以解決:
[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管道連接的高壓氮氣冷卻器E3、一號原料氣冷卻器E4、二號原料氣冷卻器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，復熱后送出界區；閃蒸罐Vl的液相經節流閥Fl節流后送入精餾塔C2進行精餾，高純度(大于99%)的液態甲烷在精餾塔C2底部抽出。所述液態甲烷可以直接送入液體貯存系統。
[0008]按照本發明的一個優選實施方案，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。其中優選所述的原料氣純化系統包括依次通過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]按照本發明的一個具體實施方案，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氣之間沸點的差異，通過精餾技術，將甲烷分離回收，所回收的甲烷純度〉99%，回收率〉96%。按照本發明的一個優選具體實施方案，得到高純度()99%)的液態甲烷，一部分直接送液體貯存系統，另一部分經二號原料氣體冷卻器E5回收冷量后返回精餾塔C2繼續參與精餾。
[0010]按照本發明的一個具體實施方案，所述的用于制冷的液氮，可以通過液氮管道Pl進入裝置，依次經過二號原料氣冷卻器E5, —號原料氣冷卻器E4及高壓氮氣冷卻器E3,復熱后送出裝置回收利用；也可以通過將液氮管道Pl與閃蒸罐Vl頂部的富氫氣管線相連進入裝置，依次經過二號原料氣冷卻器E5、一號原料氣冷卻器E4、高壓氮氣冷卻器E3,復熱后送燃料系統。
[0011]按照本發明的一個具體實施方案，所述的用于制冷的液氮為0.4MPa (G), _196°C的純液氮。
[0012]按照本發明的一個具體實施方案，所述的閃蒸罐Vl閃蒸壓力為8_14bar，優選
11.5bar。
[0013]按照本發明的一個具體實施方案，所述的節流閥Fl閥后壓力為0.8-2.3bar，優選
1.5bar。
[0014]按照本發明的一個具體實施方案，所述的高壓氮氣冷卻器E3、一號原料氣冷卻器E4和二號原料氣冷卻器E5中至少一個(例如一個、兩個、三個)為多流道板翅式換熱器。
[0015]按照本發明的一個具體實施方案，所述的高壓氮氣冷卻器E3、一號原料氣冷卻器E4、二號原料氣冷卻器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全部置于同一個冷箱內。
[0016]按照本發明的一個具體實施方案，所述的冷箱以金屬外殼覆蓋，冷箱空隙內填充隔熱材料。
[0017]上述液氮洗滌及甲烷回收均是在低溫(?-180°C)的環境下進行的，因此必須要給整個裝置補充冷能，而液氮氣化時會產生大量的冷量，蘊藏有巨大的高品質冷能。本發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，回收得到合格的液態甲烷。
[0018]本發明具有如下積極效果:
[0019]采用本發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，回收得到合格的液態甲烷；利用液氮的冷能給裝置補充冷量，與其他方式補充冷量相比，可大幅度降低電耗及水耗；同時，液氮屬于惰性物料，大大增加了整個裝置的安全性；將合成氣的凈化及甲烷的回收放在同一個冷箱中進行，降低了一次設備投資及運行成本，同時也降低了冷箱設備布置難度。
[0020]本發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、節能環保、工作效率高、安全系數高。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0021]附圖1是本發明的一種帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置結構示意圖。
[0022]附圖2是本發明的一種包括原料氣純化系統帶甲烷回收功能的液氮洗滌裝置結構示意圖。
[0023]Pl:液氮管道，E3:高壓氮氣冷卻器，E4:一號原料氣冷卻器，E5:二號原料氣冷卻器，Cl:氮洗塔，Vl:閃蒸罐，C2:精餾塔，Fl:節流閥，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。

【具體實施方式】
:
[0024]實施例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管道連接的高壓氮氣冷卻器E3、一號原料氣冷卻器E4、二號原料氣冷卻器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;它們全部置于同一個冷箱內，所述的冷箱以不銹鋼外殼覆蓋，冷箱空隙內填充隔熱材料珠光砂。所述的用于制冷的液氮，通過液氮管道Pl與閃蒸罐Vl頂部的富氫氣管線相連進入系統,依次經過二號原料氣冷卻器E5、一號原料氣冷卻器E4、高壓氮氣冷卻器E3,復熱后送燃料系統；所述的凈化后合格的合成氣從氮洗塔Cl頂部抽出，復熱后送出界區，閃蒸罐Vl的液相經節流閥Fl節流后送入精餾塔C2進行精餾，高純度的液態甲烷在精餾塔C2底部抽出，可以送入液體貯存系統。
[0026]來自純化系統的原料氣被送入冷箱中的一號原料氣體冷卻器E4和二號原料氣體冷卻器E5被冷卻，然后進入氮洗塔Cl下部進行凈化。凈化后合格的氣體自氮洗塔Cl塔頂離開，經二號原料氣體冷卻器E5復熱后,配入高壓氮氣,基本達到氫氣/氮氣化學配比3:1后，經過一號原料氣體冷卻器E4復熱。其中一部分引出至其他單元回收冷量；另一部分繼續在高壓氮氣冷卻器E3中復熱至環境溫度后出冷箱，并與來自所述其他單元復熱后的合成氣匯合、再經精細配氮至N2:H2=1:3后作為產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入閃蒸罐進行閃蒸，閃蒸壓力11.5bar,閃蒸后的氣相依次經過二號原料氣體冷卻器E5、一號原料氣體冷卻器E4、高壓氮氣冷卻器E3復熱后送出裝置；閃蒸后的液相經節流閥(閥后壓力1.5bar)節流后，進入精餾塔C2上部進行精餾，在精餾塔C2塔底得到高純度()99%)的液態甲烷，一部分直接送液體貯存系統，一部分經二號原料氣體冷卻器E5回收冷量后返回精餾塔C2繼續參與精餾。
[0028]本發明采用液氮為系統提供冷量，大幅降低了電耗及水耗，增加了系統安全性，并且回收的甲烷純度高(〉99%)，回收率高(〉96%)，所回收的液態甲烷可廣泛應用于車用燃料等領域，用于提供冷量的液氮經由富氫氣管線進入系統，可減少換熱器的通道，降低設備制造難度和制造成本。
[0029]實施例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、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包括依次通過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管道連接的高壓氮氣冷卻器E3、一號原料氣冷卻器E4、二號原料氣冷卻器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 ;它們全部置于同一個冷箱內，所述的冷箱以不銹鋼外殼覆蓋，冷箱空隙內填充隔熱材料珠光砂。所述的用于制冷的液氮，通過液氮管道Pl依次經過二號原料氣冷卻器E5、一號原料氣冷卻器E4、高壓氮氣冷卻器E3，復熱后回收利用；所述的凈化后合格的合成氣從氮洗塔Cl頂部抽出，復熱后送出界區，閃蒸罐Vl的液相經節流閥Fl節流后送入精餾塔C2進行精餾，高純度的液態甲烷在精餾塔C2底部抽出，送入液體貯存系統。
[0031]原料氣體首先進入分子篩吸附器MS，將其中的微量甲醇和二氧化碳脫除，以免它們在冷箱內凍結并引起低溫設備和管道的堵塞。從分子篩吸附器出來后的原料氣被送入冷箱中的一號原料氣體冷卻器E4和二號原料氣體冷卻器E5被冷卻，然后進入氮洗塔Cl下部進行凈化。凈化后合格的氣體自氮洗塔Cl塔頂離開，經二號原料氣體冷卻器E5復熱后，配入高壓氮氣，基本達到氫氣/氮氣化學配比3:1后，經過一號原料氣體冷卻器E4復熱。其中一部分引出至其他單元回收冷量；另一部分繼續在高壓氮氣冷卻器E3中復熱至環境溫度后出冷箱，并與來自其他單元復熱后的合成氣匯合、再經精細配氮至N2:H2=1:3后作為產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入閃蒸罐進行閃蒸，閃蒸壓力11.5bar,閃蒸后的氣相依次經過二號原料氣體冷卻器E5、一號原料氣體冷卻器E4、高壓氮氣冷卻器E3復熱后送出裝置；閃蒸后的液相經節流閥(閥后壓力1.5bar)節流后，進入精餾塔C2上部進行精餾，在精餾塔C2塔底得到高純度()99%)的液態甲烷，一部分直接送液體貯存系統，一部分經二號原料氣體冷卻器E5回收冷量后返回精餾塔C2繼續參與精餾。
[0033]本發明采用液氮為系統提供冷量，大幅降低了電耗及水耗，增加了系統安全性，并且回收的甲烷純度高(〉99%)，回收率高(〉96%)，所回收的液態甲烷可廣泛應用于車用燃料等領域，用于提供冷量的液氮氣化后也可重復利用。
[0034]本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
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管道連接的高壓氮氣冷卻器(E3)、一號原料氣冷卻器(E4)、二號原料氣冷卻器(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，復熱后送出本裝置；閃蒸罐(Vl)的液相經節流閥(Fl)節流后送入精餾塔(C2)進行精餾，高純度的液態甲烷在精餾塔(C2)底部抽出。
2.根據權利要求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。
3.根據權利要求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包括依次通過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.根據權利要求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甲烷，一部分直接送液體貯存系統，另一部分經二號原料氣體冷卻器(E5)回收冷量后返回精餾塔(C2)繼續參與精餾。
5.根據權利要求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，可以通過液氮管道(Pl)進入裝置，依次經過二號原料氣冷卻器(E5)，一號原料氣冷卻器(E4)及高壓氮氣冷卻器(E3)，復熱后送出裝置回收利用；也可以通過將液氮管道(Pl)與閃蒸罐(Vl)頂部的富氫氣管線相連進入裝置，依次經過二號原料氣冷卻器(E5)、一號原料氣冷卻器(E4)、高壓氮氣冷卻器(E3),復熱后送燃料系統。
6.根據權利要求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.根據權利要求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,優選11.5bar。
8.根據權利要求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，其中所述的節流閥(Fl)閥后壓力為0.8-2.3bar，優選1.5bar。
9.根據權利要求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，其中所述的高壓氮氣冷卻器(E3)、一號原料氣冷卻器(E4)、二號原料氣冷卻器(E5)至少一個為多流道板翅式換熱器。
10.根據權利要求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，其中所述的高壓氮氣冷卻器(E3)、一號原料氣冷卻器(E4)、二號原料氣冷卻器(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)全部置于同一個冷箱內，優選所述的冷箱以金屬外殼覆蓋，冷箱空隙內填充隔熱材料。
【文檔編號】F25J3/08GK104251600SQ201310260018
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月26日 優先權日:2013年6月26日
【發明者】朱玉營, 廣翠, 韓勇, 趙靜一, 彭書 申請人:航天長征化學工程股份有限公司