CN102491270B - 一种合成氨原料气的净化装置及净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合成氨生产工艺中的原料气净化领域，公开了一种合成氨原料气的净化装置及净化方法，该装置包括预冷换热器、深冷换热器、脱甲烷塔、甲烷回收塔。合成氨原料气通过管路与预冷换热器、深冷换热器、脱甲烷塔、甲烷回收塔顺序相连，在脱甲烷塔塔顶得到氢气与氮气配比为3:1的合成气，在甲烷回收塔塔底得到产品。本发明可解决采用甲烷化工艺的合成氨工厂驰放气排放量太大的问题，同时可以获得产品。
Description
技术领域
本发明涉及合成氨生产工艺中原料气的净化领域，尤其涉及一种合成氨原料气的净化装置及净化方法。
背景技术
在合成氨装置中，合成气净化过程是一个重要工艺环节。传统的工艺流程是原料气经一段炉转化、二段炉转化、CO变换、甲烷化、干燥后进入压缩单元，然后在高压合成单元内进行合成反应生成合成氨。
由于经过预处理后的原料气中含有少量甲烷和氩气，而这些少量的甲烷和氩气在氨合成反应中不参与反应，因而就会有越来越多的甲烷和氩气累积，结果造成氮气和氢气的分压降低，影响反应速率和转化率。因此当甲烷和氩气累积到一定浓度后，要将反应气弛放掉。这样就造成大量氢气的损耗，降低了产品的收率。采用深冷布朗工艺可以将原料气中的甲烷和氩气大部分除去，从而减少了合成氨反应器中惰性气体的累积，提高了氢气分压，增加了产品的收率。
然而布朗工艺中原料气中的甲烷和氮气、氩气一起作为尾气放掉，没有得到回收。而目前能源紧张，因此对原料气中甲烷的回收就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种减少了合成氨工厂驰放气的排放量，提高了产率，降低了能耗，同时回收了原料气中甲烷的合成氨原料气的净化装置及其净化方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种合成氨原料气的净化装置，包括预冷换热器、深冷换热器、脱甲烷塔、合成氨原料气管路及氮气管路，合成氨原料气管路依次与预冷换热器、深冷换热器、脱甲烷塔相连，氮气管路依次与预冷换热器、深冷换热器、脱甲烷塔相连，所述净化装置还包括甲烷回收塔，甲烷回收塔通过管路与脱甲烷塔塔底相连。
作为优选，所述的合成氨原料气的净化装置还包括氮气膨胀机，氮气膨胀机进口与设置在预冷换热器中部的氮气管路相连，氮气膨胀机出口与深冷换热器的低压氮气出口管路相连。
作为优选，所述的合成氨原料气的净化装置还包括循环氮气压缩机，循环氮气压缩机进口与预冷换热器的低压氮气出口管路相连，循环氮气压缩机出口与预冷换热器的高压氮气进口管路相连。
本发明还提供了一种合成氨原料气的净化方法，包括如下步骤：
a、将合成氨原料气依次经过预冷换热器、深冷换热器热交换后进入到脱甲烷塔中，上述原料气在脱甲烷塔内除去大部分甲烷和氩气，且从其精馏塔顶出合成气氢气和氮气；
b、脱甲烷塔中的釜液经过节流减压后进入甲烷回收塔；
c、循环氮气压缩机产生的高压氮气依次经过预冷换热器、深冷换热器热交换后，分别节流减压进入脱甲烷塔塔顶冷凝器及甲烷回收塔塔顶冷凝器中；
d、脱甲烷塔塔顶冷凝器及甲烷回收塔塔顶冷凝器中蒸发的氮气，分别经过深冷换热器、预冷换热器，复热后进入循环氮气压缩机，增压并冷却后再返回预冷换热器，形成氮气制冷循环；
步骤e：高压氮气在预冷换热器中部抽出一股，进入氮气膨胀机膨胀制冷，膨胀后氮气返回至深冷换热器低压氮气出口管路中。
作为优选，所述的从精馏塔顶出的合成气氢气和氮气的体积比为3：1。
作为优选，所述的甲烷回收塔内的操作压力为200~800KPaG。
作为优选，所述的步骤c中的高压氮气经过预冷换热器冷却后的温度为-100~-140℃，经深冷换热器冷却后的温度为-170~-190℃。
作为优选，所述的步骤e中的高压氮气经过预冷换热器冷却后的温度为30~80℃。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
1、本发明有效地减少了合成氨工厂驰放气的排放量，产率增加，能耗降低。
2、回收了原料气中的甲烷，可作为产品LNG销售，增加了产值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图1至附图2与实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1
合成氨原料气的净化装置，如图1和图2所示，包括预冷换热器1、深冷换热器2、脱甲烷塔4、合成氨原料气管路101及氮气管路201，合成氨原料气管路101依次与预冷换热器1、深冷换热器2、脱甲烷塔4相连，氮气管路201依次与预冷换热器1、深冷换热器2、脱甲烷塔4相连，所述净化装置还包括甲烷回收塔，甲烷回收塔通过管路与脱甲烷塔4塔底相连。
本净化装置还包括氮气膨胀机3，氮气膨胀机3进口与设置在预冷换热器1中部的氮气管路202相连，氮气膨胀机3出口与深冷换热器2的低压氮气出口管路203相连。
本净化装置还包括循环氮气压缩机6，循环氮气压缩机6进口与预冷换热器1的低压氮气出口管路102相连，循环氮气压缩机6出口与预冷换热器1的高压氮气进口管路103相连。
实施例2
合成氨原料气的净化方法，如图2所示，方法如下：
甲烷化后的原料气，经过预冷换热器1降温到-125℃，然后再经过深冷换热器2降温至-180℃，进入脱甲烷塔4，原料气在脱甲烷塔4内除去大部分甲烷和氩气，从精馏塔顶出去的合成气氢气和氮气体积比达到3:1。脱甲烷塔4底主要为氮、甲烷和氩的混合液体，经节流减压后进入甲烷回收塔5。甲烷回收塔5内的操作压力350KPaG，塔底得到纯度为98%的液体甲烷，塔顶主要为氮气及少量氢气和氩气。脱甲烷塔4及甲烷回收塔5的塔顶冷源通过氮气制冷循环来提供，高压氮气来自氮气压缩机6，经过预冷换热器1冷却至-50℃，一部分从预冷换热器1中部抽出进膨胀机3，经过氮气膨胀机膨胀后的氮气返回至低压氮气出口管路203，另一部分继续冷却至-125℃后出预冷换热器1，然后在深冷换热器2继续冷却至-179℃。然后分为两股分别节流后进入脱甲烷塔4和甲烷回收塔5的塔顶冷凝器中，低压液氮在脱甲烷塔4和甲烷回收塔5的塔顶冷凝器中蒸发并提供低温冷量，蒸发后的氮气分别出冷凝蒸发器后合并进入低压氮气管线，返回至深冷换热器2复热，低压氮气出深冷换热器2后与经膨胀机膨胀后的氮气混合后进入预冷换热器1，并复热至常温。复热后的低压氮气通过循环氮气压缩机6增压至3500KPaG后，再返回预冷换热器1继续降温，这样在***中循环往复，为***提供冷量。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种合成氨原料气的净化装置，包括预冷换热器（1）、深冷换热器（2）、脱甲烷塔（4）、合成氨原料气管路（101）及氮气管路（201），其特征在于：所述的合成氨原料气管路（101）依次与预冷换热器（1）、深冷换热器（2）、脱甲烷塔（4）相连，氮气管路（201）依次与预冷换热器（1）、深冷换热器（2）、脱甲烷塔（4）相连，所述净化装置还包括甲烷回收塔（5），甲烷回收塔（5）通过管路与脱甲烷塔（4）塔底相连；净化装置还包括氮气膨胀机（3），氮气膨胀机（3）进口与设置在预冷换热器（1）中部的氮气管路（202）相连，氮气膨胀机（3）出口与深冷换热器（2）的低压氮气出口管路（203）相连；净化装置还包括循环氮气压缩机（6），循环氮气压缩机（6）进口与预冷换热器（1）的低压氮气出口管路（102）相连，循环氮气压缩机（6）出口与预冷换热器（1）的高压氮气进口管路（103）相连。
2.一种合成氨原料气的净化方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将合成氨原料气依次经过预冷换热器（1）、深冷换热器（2）热交换后进入到脱甲烷塔中，上述原料气在脱甲烷塔（4）内除去大部分甲烷和氩气，且从其精馏塔顶出合成气氢气和氮气；
b、脱甲烷塔（4）中的釜液经过节流减压后进入甲烷回收塔（5）；
c、循环氮气压缩机（6）产生的高压氮气依次经过预冷换热器（1）、深冷换热器（2）热交换后，分别节流减压进入脱甲烷塔（4）塔顶冷凝器（41）及甲烷回收塔（5）塔顶冷凝器（51）中；
d、脱甲烷塔（4）塔顶冷凝器（41）及甲烷回收塔（5）塔顶冷凝器（51）中蒸发的氮气，分别经过深冷换热器（2）、预冷换热器（1），复热后进入循环氮气压缩机（6），增压并冷却后再返回预冷换热器（1），形成氮气制冷循环；
e：高压氮气在预冷换热器（1）中部抽出一股，进入氮气膨胀机（3）膨胀制冷，膨胀后氮气返回至深冷换热器（2）低压氮气出口管路（203）中；
所述的甲烷回收塔（5）内的操作压力为200~800kPaG；步骤c中的高压氮气经过预冷换热器（1）冷却后的温度为-100~-140℃，经深冷换热器（2）冷却后的温度为-170~-190℃；
所述的步骤e中的高压氮气经过预冷换热器（1）冷却后的温度为30~80℃。
3.根据权利要求2所述的合成氨原料气的净化方法，其特征在于：所述的从精馏塔顶出的合成气氢气和氮气的体积比为3：1。
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