利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统的制作方法

本发明涉及合成氨原料气的净化处理领域，特别是涉及一种利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统。

背景技术：

合成氨工艺需要的原料气包括氮气和氢气，氮氢比例在3:1左右，如果合成氨的原料气中含有液化天然气和一氧化碳，会导致合成氨催化剂中毒，因此在获得合成氨原料气时，不但要控制氮氢比例，同时还要控制原料气中的有害介质。

焦炉气中富含甲烷、一氧化碳、氢气、氮气，在利用焦炉气做合成氨的原料气时，必须脱除焦炉气中的甲烷和一氧化碳组分。通过低温液氮洗的方式可以脱除焦炉气中的甲烷和一氧化碳，因此液氮洗是净化合成氨原料气的重要方式。现实生产中合成氨系统与液氮洗系统通过管路连接，当结构复杂合成氨系统因检修或其他原因停车时，液氮洗系统也不得不停车，这样带来很多不必要的损失，特别是冷箱停车后启动需要大量时间及能源，现有技术中，缺乏当合成氨系统停车时，保证系统的稳定运行的液氮洗系统。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单的，流程可以切换的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，包括：

用于使原料气初步降温的第一换热器，与原料气气源通过管路连接；

用于使初步降温的原料气再次降温的第二换热器，与第一换热器通过管路连接；

用于使再次降温后的原料气脱氢并气液分离的脱氢塔，与第二换热器通过管路连接；

用于对原料气分离出的气相进行氮洗并排出氮氢气的氮洗塔，与脱氢塔的气相排出口通过管路连接；

对原料气分离出的液相以及氮洗塔排出的液相进行精馏处理并排出液化天然气以及富一氧化碳气的甲烷塔，与分离器的液相排出口以及氮洗塔的液相排出口通过管路连接；

用于提供冷量的氮气制冷系统，所述氮气制冷系统包括用于压缩氮气的氮气压缩机单元，氮气压缩机单元通过第一管路向甲烷塔、脱氢塔输送被压缩的氮气，甲烷塔、脱氢塔排出的氮气通过第二管路输至氮气压缩机单元，

氮气在氮气压缩机单元与甲烷塔、脱氢塔之间循环，第一管路依次经过第一换热器、第二换热器、第三换热器，第二管路依次经过第三换热器、第二换热器、第一换热器，第一管路中的氮气在第一换热器、第二换热器、第三换热器冷却，第二管路中的氮气在第三换热器、第二换热器、第一换热器中提供冷量；

中压氮气输入管，所述中压氮气输入管与中压氮气气源连接，所述中压氮气输入管经过第一换热器、第二换热器、第三换热器后与氮洗塔连接，中压氮气输入管通过第一输入管与第一管路连通，第一输入管与第一管路连通点位于氮气压缩机单元与第一换热器之间，第一输入管上设置有第一阀。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，中压氮气输入管通过第二输入管与第一管路连通，第二输入管与第一管路连通点位于氮洗塔与第三换热器之间，第二输入管上设置有第二阀。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，中压氮气输入管上安装第三阀，所述第三阀位于氮洗塔与第三换热器之间。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，氮洗塔的氮氢气排出口与第四管路连通，第四管路依次经过第三换热器、第二换热器、第一换热器。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，脱氢塔的气相排出口通过第三管路连接氮洗塔，第三管路通过第三换热器，以使第三管路中的气相被冷却。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，甲烷塔的液化天然气排出口与液化天然气排出管连通，液化天然气排出管经过第二换热器后与第一节流阀的入口连通，以使液化天然气排出管中的液化天然气通过第二换热器冷却降温后通过第一节流阀节流冷却降温。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，还包括用于提供冷量的冷剂制冷系统，所述冷剂制冷系统包括冷剂压缩机单元以及第二节流阀、第三节流阀，冷剂压缩机单元通过第五管路向第二节流阀输送被压缩的气相制冷剂，气相制冷剂被第二节流阀节流降温后通过第七管路返回冷剂压缩机单元，第五管路依次经过第一换热器、甲烷塔的塔底再沸器、第二换热器后与第二节流阀的进口连通，第七管路依次经过第二换热器与第一换热器，第五管路中的气相制冷剂在第一换热器、第二换热器、甲烷塔的塔底再沸器中冷却，第七管路中的气相制冷剂在第二换热器、第一换热器中提供冷量，冷剂压缩机单元通过第六管路向第三节流阀输送被压缩的液相制冷剂，第三节流阀与第七管路连通，液相制冷剂被第三节流阀节流降温后通过第七管路返回冷剂压缩机单元，第六管路经过第一换热器。

本发明提供了一种利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，在制取合格的合成氨原料气的同时，获得高附加值的LNG产品，并且当合成氨系统停车时，可以在不生产合成氨原料时，保证本系统稳定运行。

附图说明

图1为本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，包括：

用于使原料气初步降温的第一换热器E1，与原料气气源通过管路连接；

用于使初步降温的原料气再次降温的第二换热器E2，与第一换热器E1通过管路连接；

用于使再次降温后的原料气脱氢并气液分离的脱氢塔T1，与第二换热器E2通过管路连接；

用于对原料气分离出的气相进行氮洗并排出氮氢气的氮洗塔T2，与脱氢塔T1的气相排出口通过管路连接；

对原料气分离出的液相以及氮洗塔T2排出的液相进行精馏处理并排出液化天然气以及富一氧化碳气的甲烷塔T3，与脱氢塔T1的液相排出口以及氮洗塔T2的液相排出口通过管路连接；

用于提供冷量的氮气制冷系统，氮气制冷系统包括用于压缩氮气的氮气压缩机单元，氮气压缩机单元通过第一管路1向甲烷塔T3、脱氢塔T1输送被压缩的氮气，甲烷塔T3、脱氢塔T1排出的氮气通过第二管路2输至氮气压缩机单元，氮气在氮气压缩机单元与甲烷塔T3、脱氢塔T1之间循环，第一管路1依次经过第一换热器E1、第二换热器E2、第三换热器E3，第二管路2依次经过第三换热器E3、第二换热器E2、第一换热器E1，第一管路1中的氮气在第一换热器E1、第二换热器E2、第三换热器E3冷却，第二管路2中的氮气在第三换热器E3、第二换热器E2、第一换热器E1中提供冷量；

中压氮气输入管10，中压氮气输入管10与中压氮气气源连接，中压氮气输入管10经过第一换热器E1、第二换热器E2、第三换热器E3后与氮洗塔T2连接，中压氮气输入管10通过第一输入管11与第一管路1连通，第一输入管11与第一管路1连通点位于氮气压缩机单元与第一换热器E1之间，第一输入管11上设置有第一阀V1。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，中压氮气输入管10通过第二输入管12与第一管路1连通，第二输入管12与第一管路1连通点位于氮洗塔T2与第三换热器E3之间，第二输入管12上设置有第二阀V2。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，中压氮气输入管10上安装第三阀V3，第三阀V3位于氮洗塔T2与第三换热器E3之间。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，氮洗塔T2的氮氢气排出口与第四管路4连通，第四管路4依次经过第三换热器E3、第二换热器E2、第一换热器E1。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，脱氢塔T1的气相排出口通过第三管路3连接氮洗塔T2，第三管路3通过第三换热器E3，以使第三管路3中的气相被冷却。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，甲烷塔T3的液化天然气排出口与液化天然气排出管30连通，液化天然气排出管30经过第二换热器E2后与第一节流阀V71的入口连通，以使液化天然气排出管30中的液化天然气通过第二换热器E2冷却降温后通过第一节流阀V71节流冷却降温。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，还包括用于提供冷量的冷剂制冷系统，冷剂制冷系统包括冷剂压缩机单元以及第二节流阀72、第三节流阀73，冷剂压缩机单元通过第五管路5向第二节流阀72输送被压缩的气相制冷剂，气相制冷剂被第二节流阀72节流降温后通过第七管路7返回冷剂压缩机单元，第五管路5依次经过第一换热器E1、甲烷塔T3的塔底再沸器、第二换热器E2后与第二节流阀72的进口连通，第七管路7依次经过第二换热器E2与第一换热器E1，第五管路5中的气相制冷剂在第一换热器E1、第二换热器E2、甲烷塔T3的塔底再沸器中冷却，第七管路7中的气相制冷剂在第二换热器E2、第一换热器E1中提供冷量，冷剂压缩机单元通过第六管路6向第三节流阀73输送被压缩的液相制冷剂，第三节流阀73与第七管路7连通，液相制冷剂被第三节流阀73节流降温后通过第七管路7返回冷剂压缩机单元，第六管路6经过第一换热器E1。

本发明的技术方案公开了一种可实现切换功能的一种利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统。

当本发明的技术方案工作时，原料气经换热器降温后，先加入脱氢塔脱除大部分甲烷，然后进入氮洗塔，将甲烷和一氧化碳脱除至1ppm以下，最终获得氮氢气，原料气中冷凝出的液相进入甲烷塔，得到LNG产品和富一氧化碳尾气。当不需要液氮洗流程时，流程还可以切换，即氮洗塔没有液氮进入，本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统也可以稳定运行。

冷剂压缩机单元包括的混合冷剂压缩机可以为离心压缩机、螺杆压缩机、往复压缩机，驱动形式可以是蒸汽驱动、电驱动。

氮气压缩机单元包括的氮气压缩机可以为离心压缩机、螺杆压缩机、往复压缩机，驱动形式可以是蒸汽驱动、电驱动。

冷剂压缩机单元所用的混合冷剂为氮气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、异丁烯、异丁烷、异戊烷的任意组合。

脱氢塔、甲烷塔、氮洗塔可以为填料塔、板式塔、泡罩塔、筛板塔。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，其中，在中压氮气输入管10的中压氮气进口设置有切断阀V10。

本发明提供一种利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统，在制取合格的合成氨原料气的同时，获得高附加值的LNG产品，并且当合成氨系统停车时，可以在不生产合成氨原料时，本系统稳定运行，这时原料气继续进入，氮洗塔基本不工作，以节省能源和氮气，冷箱(包括第一换热器、第二换热器、第三换热器以及制冷系统)继续工作，同时本系统继续排出富一氧化碳气、合格的LNG产品以及纯度略低的氮氢气，当合成氨系统维修后重新启动，本系统可以立即接入，很快投入正常生产，由此避免大量损失。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统的制冷系统为混合冷剂制冷系统以及氮气节流制冷系统。

混合冷剂制冷系统工作时，来自冷箱的混合冷剂经压缩机压缩并冷却分离后，液相冷剂进入第一换热器，经降温降压后为第一换热器提供冷量，气相冷剂依次进入第一换热器、甲烷塔塔底、第二换热器，并经节流后为第二换热器、第一换热器提供冷量，并最终回到压缩机入口。

氮气节流制冷系统工作时，来自于冷箱的低压氮气经氮压缩机压缩后，依次进入第一换热器、第二换热器、第三换热器，出第三换热器后分成两股，一股进脱氢塔，另外一股进甲烷塔，分别为脱氢塔塔顶、甲烷塔塔顶提供冷量。

中压氮气依次进入第一换热器、第二换热器、第三换热器，出第三换热器后进入氮洗塔顶部。

原料气经第一换热器、第二换热器冷却降温后，进入脱氢塔，塔底液相进入甲烷塔，气相进第三换热器进一步降温后，从底部进入氮洗塔，在氮洗塔中，从塔顶喷入的液氮将原料气中的甲烷和一氧化碳脱除至1ppm以下，最终获得合格的氮氢气产品，复温后出系统，塔底的液相产品进入甲烷塔，在甲烷塔塔顶获得富一氧化碳气体，在塔底获得液态甲烷，并经第二换热器进一步降温后即获得合格的LNG产品。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统包括一套切换阀门，在中压氮气进口设置有切断阀V10，当合成氨系统停车，此阀关闭，第一输入管11上设置有第一阀V1，合成氨系统停车时，此阀开启，中压氮气输入管10上安装第三阀V3，合成氨系统停车时，此阀关闭，第二输入管12上设置有第二阀V2，合成氨系统停车时，此阀开启。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统的优点：此系统可以制取合成氨原料和LNG，并且当合成氨系统停车时，系统也可以稳定运行。

本发明的利用液氮洗制取合成氨原料气和LNG的系统工作时，混合冷剂经压缩机压缩并冷却分离后，液相冷剂进入第一换热器，经第三节流阀73降温降压后为第一换热器提供冷量，气相冷剂进入第一换热器、甲烷塔T3、第二换热器，经第二节流阀72降温降压后，为第二换热器提供冷量，出第二换热器后与液相冷剂汇合后出系统，并回到压缩机入口。

氮气经氮气压缩机压缩后进冷箱，依次进入第一换热器、第二换热器、第三换热器，出第三换热器后分成两股，一股进脱氢塔T1，另外一股进甲烷塔T3，分别提供冷量，并经换热器复温后出冷箱，并回到氮压缩机入口。

原料气依次进入第一换热器、第二换热器，脱氢塔T1，脱氢塔底部的液相进入甲烷塔T3，气相经第三换热器E3进一步降温后进入氮洗塔T2的底部，在氮洗塔中，原料气和液氮进行热质交换，将原料气中的甲烷和一氧化碳脱除至1ppm以下，塔底的液相进入甲烷塔，气相经换热器复温后出系统。在甲烷塔中，从塔顶获得富一氧化碳气体，复温后出系统，液相经换热器进一步降温并经第一节流阀节流后，即可获得合格的LNG产品。

当合成氨系统停车时，即不需要氮洗流程时，此时切断阀V10关闭，第一阀V1开启，第三阀V3关闭，第二阀V2开启。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。