一种可节约液氮的液氮洗冷箱及液氮洗冷量回收方法与流程

本发明涉及液氮洗技术领域，具体是涉及一种可节约液氮的液氮洗冷箱及液氮洗冷量回收方法。

背景技术：

氨作为重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位，其中约有80％氨用来生产化学肥料，20％为其它化工产品的原料。合成氨主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。如天然气、石脑油、重质油和煤(或焦炭)等。我国多煤少气缺油的根本现状，同时这些化石燃料资源分布极其不均，主要集中于我国的中西部。由于这些因素制约，同时煤炭运输安全便捷，因此我国沿海地区的合成氨厂多采用煤炭为原料。净化系统作为合成压缩的前工段，为合成系统提供合格的氢氮气，防止合成塔催化剂中毒。目前净化系统包括等温变换、低温甲醇洗、甲烷化或液氮洗。甲烷化和液氮洗装置用于合成氨工艺中原料气的最终净化，目的是将出甲醇洗的净化气含有的co等能够导致合成催化剂中毒的气体去除干净。甲烷化工段是将co与h2通过甲烷化反应生成甲烷，甲烷作为惰性气进入合成压缩工段，一方面增加压缩机透平的蒸汽消耗，另一方面降低合成塔出口的氨净值，降低生产效率。液氮洗工段是在低温下用液氮洗涤来自上游甲醇洗工段净化气中的co、ch4等对合成催化剂有害物质及惰性气体，同时将中压氮通过粗配氮和精配氮调节阀加入到净化中，使净化气中的氢氮比达到3：1的要求，作为合成气送至合成压缩工段。相比于甲烷化，液氮洗在一定程度上，最大限度地物理脱除有毒物质co和惰性气体ch4、ar等，降低透平蒸汽消耗，提高氨净值，因此液氮洗工艺在合成氨厂应用越来越广泛，如何高效地运转液氮洗系统成为一大难题。

技术实现要素：

一种可节约液氮的液氮洗冷箱，包括氮洗塔、氢气分离器、一号原料气冷却器、二号原料气冷却器、中压氮气冷却器、缓冲罐、混合器、通道一、通道二、通道三、通道四、通道八、通道九，所述氢气分离器底部设有通道一，所述通道一内的气体经二号原料气冷却器、一号原料气冷却器、中压氮气冷却器后排至去燃料系统，从原料气进入由通道二经一号原料气冷却器、二号原料气冷却器后进入氮洗塔下方；所述通道三内的气体经中压氮气冷却器、一号原料气冷却器、二号原料气冷却器后进入氮洗塔中上部，从氮洗塔顶部排出的气体进入所述通道四后经二号原料气冷却器后送至混合器，所述混合器的另一进气端连接有通道五，所述通道五内的气体来自通道三内经过一号原料气冷却器冷却的气体，混合器顶部设有将混合气送入通道六，所述通道六内的气体在混入甲醇洗的合成气后送至合成氨工段，氮洗塔底部设有用于向氢气分离器排液的通道七，所述通道八内的气体由氢气分离器顶部出气经二号原料气冷却器、一号原料气冷却器、中压氮气冷却器后的循环气送至去甲醇洗工序的循环气压缩机，所述通道九内气体自液氮系统，经二号原料气冷却器、一号原料气冷却器、中压氮气冷却器排至去甲醇洗装置，所述缓冲罐外接低温液体后排至去火炬气系统。

进一步地，所述通道九前端设有用于和所述通道一相通的管道一，且管道一与所述通道九之间连接有用于转换通道九流向的阀门一。

进一步地，所述缓冲罐排至去火炬系统的过程中依次接入有用于混入冷火炬气的管道二、用于混入低压蒸汽的管道三、用于混入中低压蒸汽的管道四、用于混入热力火炬气的管道五。

进一步地，所述通道六内的部分气体经过一号原料气冷却器后排入甲醇洗系统，经过中压氮气冷却器冷却后的合成气排入去火炬气系统，所述通道三中的中压氮气在进入氮洗塔前有部分气体与净化气混合后送入通道六内。

进一步地，所述中压氮气冷却器冷却后的合成气并入经甲醇洗换热后的合成气管道六、一起送至合成氨工序的管道七。

进一步地，所述通道一的气体在进入二号原料气冷却器前连接有阀门二，所述阀门一用于将通道一中的气体导入经过二号原料气冷却器冷却后的通道二中。

进一步地，所述通道五在进入混合器前连接有用于调节混合量的阀门三。

进一步地，所述通道六在经过一号原料气冷却器后接入有用于排入甲醇洗工序的管道八

一种可节约液氮液氮洗冷箱的液氮洗冷量回收方法，包括以下步骤：

s1：检测并确保分子筛处于冷却阶段时出氮洗塔的净化气中co微量低于1ppm；

s2：通过逐步调节氮洗塔的液氮洗涤量，观察冷箱中各温度测点温度的变化以及空分液氮的用量情况，进行参数优化，根据实际用量数据寻找冷热量的平衡点；通过提高单位质量氮所获取的冷量，使进入一号原料气冷却器的中压氮获取总体冷量下降；

s3：提高燃料气压力，减少相同温度下燃料气所在液氮管线的挥发量，从而减少冷量供给。

进一步地，所述优化参数时必须建立在以下基础上：出冷箱的净化气中co微量低于1ppm；氮洗塔液位维持在80％以上；氮洗塔不会出现液泛现象，严格控制；确保合成气的氢氮配比为3:1。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的方法，优化液氮洗工艺参数，避免冷量急剧，提高换热器换热效率，从而减小对外部提供冷能的依赖，节约冷量，降低成本。

(2)本发明通过通过液氮洗参数优化，合理分配冷箱内部冷量，降低空分液氮供应量，减少生产成本。

(3)本发明的回收方法在冷箱内不发生冷量集聚，冷量上移、氮洗塔不液泛以及净化气微量不超标等现象，能有效节约液氮消耗。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

其中，1-氮洗塔、2-氢气分离器、3-一号原料气冷却器、4-二号原料气冷却器、5-中压氮气冷却器、6-缓冲罐、61-管道二、62-管道三、63-管道四、64-管道五、7-混合器、11-通道一、12-通道二、13-通道三、14-通道四、15-通道五、151-阀门三、16-通道六、161-管道六、162-管道七、163-管道八、17-通道七、18-通道八、19-通道九、191-管道一、192-阀门一、41-阀门二。

具体实施方式

如图1所示，一种可节约液氮的液氮洗冷箱，包括氮洗塔1、氢气分离器2、一号原料气冷却器3、二号原料气冷却器4、中压氮气冷却器5、缓冲罐6、混合器7、通道一11、通道二12、通道三13、通道四14、通道八18、通道九19，氢气分离器2底部设有通道一11，通道一11内的气体经二号原料气冷却器4、一号原料气冷却器3、中压氮气冷却器5后排至去燃料系统和去火炬系统，从原料气系统排出的气体进入通道二12后经一号原料气冷却器3、二号原料气冷却器4后排入氮洗塔1中下方；通道三13内的气体由中压氮气系统出气后经中压氮气冷却器5一号原料气冷却器3、二号原料气冷却器4后排至氮洗塔1中上部，从氮洗塔1顶部排出的气体进入通道四14后经二号原料气冷却器4后排至混合器7的进气端，混合器7的另一进气端连接有通道五15，通道五15内的气体来自通道三13内经过一号原料气冷却器3冷却的气体，，混合器7顶部设有用于排放混合后气体的通道六16，通道六16内的气体在混入甲醇洗的合成气后送至合成氨工段，氮洗塔1底部设有用于向氢气分离器2排液的通道七17，通道八18内的气体由氢气分离器2顶部出气经二号原料气冷却器4、一号原料气冷却器3、中压氮气冷却器5后的循环气送至去甲醇洗工序的循环气压缩机，通道九19内的气体来自液氮系统，经二号原料气冷却器4、一号原料气冷却器3、中压氮气冷却器5排至去甲醇洗装置，缓冲罐6外接低温液体后排至去火炬气系统。

通道九19前端设有用于和通道一11相通的管道一191，且管道一与通道九19之间连接有用于转换通道九流向的阀门一192。

缓冲罐6排至去火炬系统的过程中依次接入有用于混入冷火炬气的管道二61、用于混入低压蒸汽的管道三62、用于混入中低压蒸汽的管道四63、用于混入热力火炬气的管道五64。

通道六16在经过一号原料气冷却器3后接入有用于排入甲醇洗工序的管道八163；通道六16内的部分气体经过一号原料气冷却器3后排入甲醇洗系统，经过中压氮气冷却器5冷却后的合成气送至合成氨工段，通道三13中的中压氮气在进入氮洗塔1前有部分气体与合成气混合后回流至通道六16内；中压氮气冷却器5冷却后的合成气在排入去火炬气系统前，依次接入有用于混入甲醇洗工序合成气的管道六161、用于送合成气至去合成氨工段的管道七162。

通道一11的气体在进入二号原料气冷却器4前连接有阀门二41，阀门一41用于将通道一11中的气体导入经过二号原料气冷却器4冷却后的通道二12中。

通道五15在进入混合器7前连接有用于调节混合量的阀门三151。

一种可节约液氮液氮洗冷箱的液氮洗冷量回收方法，包括以下步骤：

s1：检测并确保分子筛处于冷却阶段时出氮洗塔1的净化气中co微量低于1ppm；

s2：通过逐步调节氮洗塔1的液氮洗涤量，观察冷箱中各温度测点温度的变化以及空分液氮的用量情况，进行参数优化，根据实际用量数据寻找冷热量的平衡点；通过提高单位质量氮所获取的冷量，使进入一号原料气冷却器3的中压氮获取总体冷量下降；优化参数时必须建立在以下基础上：出冷箱的净化气中co微量低于1ppm；氮洗塔1液位维持在80％以上；氮洗塔1不会出现液泛现象，严格控制；确保合成气的氢氮配比为3:1；

s3：提高燃料气压力，减少相同温度下燃料气所在液氮管线的挥发量，从而减少冷量供给。

本发明一体化装置的工作原理为：

液氮洗系统是利用原料气中氢气与其他组分气体的液化点差异，通过低温液态氮在氮洗塔中将ch4、co、ar等气体洗涤下来，产生的热量被部分液态氮以相变的形式从塔顶带走。液氮洗冷箱中有三台换热器，分别为中压氮冷却器5、一号原料气冷却器3和二号原料气冷却器4，由于分子筛运行状态切换原因，使得入冷箱的原料气温度波动，从而引起一号原料气冷却器3和二号原料气冷却器4之间温度不稳定，呈现下降趋势。具体表现为：一号原料气冷却器3和二号原料气冷却器4之间温度下降、入氮洗塔1的原料气温度上升、入氮洗塔1的中压氮温度下降、外部提供的液氮量增加等。本项目通过优化液氮洗工艺参数，调整中压氮分配方式，改善换热器的换热能力，从而减少对外供冷量的总量，达到节约能源的目的；

本发明在确保分子筛处于冷却阶段时出氮洗塔1的净化气中co微量不超标前提下，降低氮洗塔1氮洗涤量。此时，进入一号原料气冷却器3中压氮获取的总体冷量就会减少，单位质量的氮获取的冷量是增加的，其余的冷量将被工艺气获取，使得入氮洗塔1的中压氮和工艺气温度都下降，一定程度上减少氮洗塔1内液氮挥发量，降低液泛可能性。另外，提高燃料气压力，减少相同温度下燃料气所在液氮管线的挥发量，从而减少冷量供给。两种方式可以改善液氮洗一号原料气冷却器3、二号原料气冷却器4间的冷量积聚，提高换热器的换热能力，减小液氮洗系统对外界冷量的需求，节约空分提供的液氮。