合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于深冷【技術領域】，具體涉及一種合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)。本實用新型系統(tǒng)包括氮氣循環(huán)壓縮機組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；利用此系統(tǒng)分別在低電價階段和高電價階段采用不同工況運行，改進技術方案，不但節(jié)約了電費，提高了生產(chǎn)效益，還能結余部分液氮，作為副產(chǎn)品出售。
【專利說明】合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于深冷【技術領域】，具體涉及一種合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]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值，可深冷液化得到液化天然氣產(chǎn)品。
[0003]對于深冷液化裝置，主要依靠電力提供能量以實現(xiàn)產(chǎn)品的液化。而在日常生產(chǎn)過程中，工業(yè)用電一般都存在較大的晝夜電價差異。若不考慮分階段電價運行深冷裝置，會造成電費成本的浪費，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，儲存的成本很高，所以無法簡單地通過提高或降低裝置的處理尾氣量來實現(xiàn)差異電價的利用。另外，傳統(tǒng)的裝置一般按照單一工況設計，不具備變工況的能力，也無法實現(xiàn)差異電價的利用。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述問題，本實用新型提供了一種合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)。本實用新型針對分階段電價，改進技術方案，不但節(jié)約了電費，提高了生產(chǎn)效益，還能結余部分液氮，作為副產(chǎn)品出售。
[0005]本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn):
[0006]一種合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)，包括氮氣循環(huán)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(huán)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(fā)器，甲烷精餾塔蒸發(fā)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(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。
[0007]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。[0008]所述液氮儲存裝置與甲烷精餾塔之間設有壓縮機。
[0009]本實用新型的積極有益效果:
[0010]本實用新型系統(tǒng)針對分階段電價，改進技術方案，不但節(jié)約了電費，提高了生產(chǎn)效益，還能結余部分液氮，作為副產(chǎn)品出售。
[0011](I)本實用新型實現(xiàn)了制冷系統(tǒng)多工況設計，能夠在保持尾氣處理和LNG生產(chǎn)穩(wěn)定的條件下，利用液氮，實現(xiàn)差異電價的有效利用。
[0012](2)在合成氨尾氣不足時，本實用新型可增加液氮產(chǎn)量作為副產(chǎn)品直接銷售。提高了裝置有效利用率，降低了設備投資風險。
[0013](3)由于可以反流液氮參與低溫精餾，極端條件下，合成氨尾氣超過設計處理量時，還可以提高裝置的處理能力上限。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型實施例1系統(tǒng)示意圖。
[0015]圖中I為主換熱器，2為氮氣循環(huán)壓縮機組，3為增壓透平膨脹機，31為增壓端，32為膨脹端，4為脫氫精餾塔，5為脫氫精餾塔蒸發(fā)器，6為甲烷精餾塔，7為甲烷精餾塔蒸發(fā)器，8液氮儲存裝置；N為氮氣管線，LN為液氮管線，YL為尾氣管線，為富氫管線，F(xiàn)N為富氮管線，LA富甲烷液體管線，LNG為液化天然氣管線。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體實施例對本實用新型進一步詳細說明，但本實用新型不限于這些實施例。
[0017]實施例1
[0018]本實施例合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)包括氮氣循環(huán)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(huán)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(fā)器，甲烷精餾塔蒸發(fā)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(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。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。所述液氮儲存裝置與甲烷精餾塔之間還可增設壓縮機。
[0019]利用本實施例系統(tǒng)合成氨化工尾氣的深冷精餾液化方法，包括以下步驟:[0020]A.低電價階段運行:
[0021](1)冷量制取:
[0022]氮氣進入冷箱內，首先通過氮氣循環(huán)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、5%的氮氣被返流氣體冷卻至170-185Κ，然后從主換熱器引出進入增壓透平膨脹機膨脹至0.35、.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(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，部分進入儲存裝置備用；
[0023](2)尾氣處理:
[0024]將合成氨化工尾氣經(jīng)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130-135Κ后進入甲烷精餾塔蒸發(fā)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(fā)熱負荷；從甲烷精餾塔蒸發(fā)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(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)器再進入甲烷精餾塔，再經(jīng)過甲烷塔的精餾，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；
[0025](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(huán)壓縮機組入口循環(huán)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；
[0026]B.高電價階段運行:
[0027](1)冷量制取:
[0028]氮氣進入冷箱內，首先通過氮氣循環(huán)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、8%的氮氣被返流氣體冷卻至170-185Κ，然后從主換熱器引出進入增壓透平膨脹機膨脹至0.35、.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(xù)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(tǒng)所需低溫液氮量減少，可以降低氮氣循環(huán)壓縮機組的流量，降低電耗；
[0029](2)尾氣處理部分與低電價階段相同；
[0030](3)處理氣排出部分與低電價階段相同。
[0031]以某合成氨化工廠流量為5250Nm3/h、壓強為1.8Mpa尾氣為例，為滿足兩個不同工況對循環(huán)氮氣的需求，將實施例1氮氣循環(huán)壓縮機組配置三臺壓縮機，每臺流量為5500Nm3/h，每臺軸功率為500kw，完全與裝置運行工況相匹配，實現(xiàn)節(jié)能降耗目的。低電價階段運行參數(shù)見表1，運行三臺壓縮機，保持氮氣循環(huán)量為16500 Nm3/h，除滿足液化天然氣冷量需求之外還可同時制取430 Nm3/h的液氮，這部分液氮貯存于液氮貯槽內。高電價階段運行參數(shù)見表2，運行兩臺氮氣循環(huán)壓縮機組，保持氮氣循環(huán)量為11000 Nm3/h，為滿足液化天然氣冷量需求，還需要補充一部分冷量來滿足裝置需求，補充冷量以回灌液氮形式來補充，液氮補充量為400 Nm3/h，這部分液氮來自低電價階段制取的多余液氮。
[0032]如不考慮分階段電價，每臺壓縮機流量仍按照5500 NmVh,因沒有液氮的補充，也不存在液氮制取，壓縮機排氣壓力降為2.4MPa，單臺軸功率為440kw。[0033]每天低電價階段按照12小時計算，電價為0.35元/度，高電價階段按照12小時計算，電價為0.95元/度，效益對比如表3。
[0034]
[0035]
【權利要求】
1.一種合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)，其特征在于:包括氮氣循環(huán)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(huán)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(fā)器，甲烷精懼塔蒸發(fā)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(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(jù)權利要求1所述的合成氨化工尾氣的深冷精餾液化系統(tǒng)，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(jù)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(tǒng)，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。
【文檔編號】C01B3/50GK203572140SQ201320675777
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權日:2013年10月30日
【發(fā)明者】張世田, 賈軍, 彭明揚 申請人:河南開元空分集團有限公司