CN102827658A

CN102827658A - 利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法

Info

Publication number: CN102827658A
Application number: CN2012103130328A
Authority: CN
Inventors: 张世田; 魏冰
Original assignee: HENAN KAIYUAN AIR SEPARATION GROUP CO Ltd
Current assignee: HENAN KAIYUAN AIR SEPARATION GROUP CO Ltd
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明公开了一种利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法。首先将合成氨尾气通入分子筛吸附器进行净化处理，净化处理后的尾气依次送入主换热器和蒸发器进行冷却，冷却后的尾气进入脱氢精馏塔进行精馏分离，分离后塔顶排出富氢气体，底部得到富甲烷液体；将富甲烷液体送入产品精馏塔进行进一步精馏分离，精馏后在产品精馏塔底部得到高纯度液化天然气LNG产品。本发明能够有效回收尾气中的甲烷、氢气等资源，使其资源得到回收再利用，减少资源浪费，变废为宝，避免环境的污染及能源的浪费。因此，本发明具有显著的经济效益和社会效益。

Description

利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法

技术领域

本发明涉及合成氨尾气回收及综合利用技术领域，尤其是涉及一种利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气LNG的方法。

背景技术

合成氨装置排放出的尾气中含甲烷（含量约为40%）、氮气（含量约为39.2%）、氢气（含量约为20%）、氩气（含量约为0.8%）及氨气等可利用资源，同时合成氨生产中还排放二氧化碳。对于合成氨排放出的尾气国内大部分厂家将该部分尾气送到锅炉燃烧回收利用，既不经济又不环保。将合成氨尾气采用燃烧或者直接放空的方法，不仅浪费了能源、污染了环境，同时也降低了氮肥厂的经济效益。其中含有的有益的甲烷与氩气无法得到回收利用。另外，合成氨生产中产生的二氧化碳通常也是直接放空，破坏了环境，影响了人类的身体健康。

迫于目前环境污染的日益严重，能源的日益匮乏，业界急需一种有效处理合成氨尾气的有益方法，可以将尾气中的可利用资源回收利用，变废为宝，避免环境的污染及能源的浪费。

目前关于合成氨尾气的综合利用也有相关的文献报道。例如：1、申请号为201010034235.4、发明名称为“利用合成氨尾气制取液化甲烷的方法及装置”的发明专利，该专利公开的制取方法包括步骤1：除去合成氨尾气以及合成氨生产中排放的二氧化碳气体中的有害气体，将合成氨尾气及/或二氧化碳气体进行增压处理，使两股气体压力一致，并混合；步骤2：混合后的气体送入甲烷反应炉进行反应，使二氧化碳和氢气反应生产甲烷和水；步骤3：反应后的气体送入气体净化装置除去其中的水和二氧化碳；步骤4：净化后的气体送入甲烷液化装置，通过冷却、精馏工艺将甲烷气体液化装置，并将液化甲烷从甲烷液化装置中分离出来，贮存充装。该方法回收了放空尾气中的能源，并减少了温室气体排放。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气LNG的方法。本发明技术方案能够有效解决合成氨尾气燃烧或放空造成的污染环境、浪费能源、加重温室效应等问题，并且制备出了高纯度的液化天然气LNG。本发明方法是采用低温精馏的方式将合成氨尾气中的甲烷分离出来，生产出高纯度的液化天然气LNG，所得产品液化天然气中甲烷纯度大于99.9998%，其他杂质如氮、氩、氢总含量小于2ppm。所得产品高纯度液化天然气LNG产品可广泛用于工业、民用等领域，特别是在目前全球能源紧张的环境下更加具有重大的开发利用价值。其余含氢废气返回锅炉燃烧，从而达到节能环保、减排增效的目的。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，所述方法包括以下步骤：

a、尾气的净化处理：首先将合成氨装置排出的尾气通入分子筛吸附器进行吸附分离，经过分子筛吸附器吸附分离，除去尾气中含有的微量水和微量氨；

b、尾气的冷却处理：将步骤a经过净化处理的尾气依次送入主换热器和蒸发器进行冷却，所述蒸发器位于产品精馏塔的底部，经过净化的尾气首先送入主换热器进行初步冷却，然后再进入蒸发器被冷却，冷却至液化温度；

c、尾气初步精馏：将步骤b经过冷却的尾气进入脱氢精馏塔的下部，脱氢精馏塔的顶部是来自主换热器的液氮，通过脱氢精馏塔的精馏，使其来自于脱氢精馏塔塔底的气相组分中甲烷的含量越来越少，尾气中的氢气、氩气和氮气组分随着气相在精馏塔内的精馏，最终在脱氢精馏塔顶部排出，排出富氢气体；来自于脱氢精馏塔顶部喷淋的液相随着精馏的不断进行，液相组分中的甲烷含量越来越多，液相中含有的氢气、氮气和氩气越来越少，精馏结束后在脱氢精馏塔底部得到富甲烷液体；

d、富甲烷液体的精馏：从脱氢精馏塔底部得到的富甲烷液体送入产品精馏塔中部，产品精馏塔底部设有蒸发器，顶部设有冷凝器，富甲烷液体沿着产品精馏塔由塔体中部流向塔底，在塔底被蒸发器蒸发出来的气体沿着产品精馏塔流向塔顶；产品精馏塔顶部设置的冷凝器用来冷凝塔顶的上升气，上升到塔顶的气体一部分被冷凝成液相作为产品精馏塔顶部的回流液体，没有被冷凝下来的气体作为废气放出，这部分废气从精馏塔顶部排出，废气依次通过过冷器和主换热器，复热后送出；精馏后在产品精馏塔底部得到高纯度液化天然气LNG产品，经过过冷器冷却排出收集。

根据上述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，步骤a中所述合成氨装置排出的尾气中主要含有氢气、甲烷、氩气和氮气，其中氢气含量约为20%、甲烷含量约为40%、氩气含量约为0.8%、氮气的含量约为39.2%。

根据上述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，步骤b中所述经过净化的尾气首先送入主换热器进行初步冷却，尾气进入主换热器是被来自下一工序脱氢精馏塔及膨胀后的返流气体冷却。

根据上述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，步骤b中主换热器所需的冷量补充是由氮气在膨胀机中等熵膨胀和等温节流效应获得；膨胀氮气来自于循环氮气压缩机，经氮气压缩机压缩的氮气首先经过透平膨胀机增压端增压，增压后的氮气再经主换热器冷却，冷却后的氮气大部分进入膨胀机膨胀制冷，剩余小部分氮气被冷却成为液体，冷却后的液氮分别进入下一工序脱氢精馏塔和产品精馏塔被利用。

根据上述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，步骤c中所述富氢气体中氢气的摩尔百分含量为31～34%；甲烷摩尔百分含量≤0.2%。

根据上述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，步骤c中所述富甲烷液体中甲烷的摩尔百分含量≥82%。

根据上述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，步骤d中所述高纯度液化天然气LNG产品中甲烷的摩尔百分含量≥99.9998%。

本发明产品精馏塔精馏过程中需求的热量和冷量分别有塔底的冷凝器和塔顶所的蒸发器来提供。

本发明的积极有益效果：

1、本发明技术方案将合成氨装置排出的尾气经过分子筛吸附器净化、主换热器和蒸发器的冷却、脱氢精馏塔和产品精馏塔的精馏，最后得到高纯度液化天然气LNG，制取的高纯度液化天然气中甲烷摩尔百分含量大于99.9998%，其他杂质如氮、氩、氢总含量小于2ppm；另外经过脱氢精馏塔分离可以得到富氢气体。因此，通过本发明技术方案可以有效回收尾气中的甲烷、氢气等资源，使其资源得到回收再利用，减少资源浪费，变废为宝，避免环境的污染及能源的浪费。因此，本发明具有显著的经济效益和社会效益。

2、本发明技术方案是采用低温精馏的方式将合成氨尾气中的甲烷分离出来，生产出高纯度的液化天然气LNG，所得产品甲烷纯度大于99.9998%，其他杂质如氮、氩、氢总含量小于2ppm。所得产品高纯度液化天然气LNG可广泛用于工业、民用等领域，特别是在目前全球能源紧张的环境下更加具有重大的开发利用价值。其余含氢废气返回锅炉燃烧，从而达到节能环保、减排增效的目的。因此，本发明技术方案能够有效解决合成氨尾气燃烧或放空造成的污染环境、浪费能源等问题。

四、附图说明：

图1 本发明利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气方法的工艺流程示意图。

五、具体实施方式：

以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明的内容。

实施例：

参见附图1，图1中A为分子筛吸附器，NC为氮气压缩机，ET为膨胀机，BT为增压器，E1为主换热器，E2为过冷器，K22为蒸发器，K21为冷凝器，C1为脱氢精馏塔，C2为产品精馏塔。

本发明利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，该方法的详细步骤如下：

a、尾气的净化处理：首先将合成氨装置排出的尾气通入分子筛吸附器A进行吸附分离，经过分子筛吸附器吸附分离，除去尾气中含有的微量水和微量氨；

合成氨装置排出的尾气中主要含有氢气、甲烷、氩气和氮气，其中氢气含量约为20%、甲烷含量约为40%、氩气含量约为0.8%、氮气的含量约为39.2%；

b、尾气的冷却处理：将步骤a经过净化处理的尾气依次送入主换热器E1和蒸发器K22进行冷却，所述蒸发器K22位于产品精馏塔C2的底部，经过净化的尾气首先送入主换热器E1进行初步冷却，然后再进入蒸发器K22被冷却，冷却至液化温度；

所述经过净化的尾气首先送入主换热器E1进行初步冷却，尾气进入主换热器E1是被来自下一工序脱氢精馏塔C1及膨胀后的返流气体冷却；

所述主换热器E1所需的冷量补充是由氮气在膨胀机ET中等熵膨胀和等温节流效应获得；膨胀氮气来自于循环氮气压缩机NC，经氮气压缩机NC压缩的氮气首先经过透平膨胀机增压端增压器BT增压，增压后的氮气再经主换热器E1冷却，冷却后的氮气大部分进入膨胀机ET膨胀制冷，剩余小部分氮气被冷却成为液体，冷却后的液氮分别进入下一工序脱氢精馏塔C1和产品精馏塔C2被利用；

c、尾气初步精馏：将步骤b经过冷却的尾气进入脱氢精馏塔C1的下部，脱氢精馏塔C1的顶部是来自主换热器E1的液氮，通过脱氢精馏塔C1的精馏，使其来自于脱氢精馏塔C1塔底的气相组分中甲烷的含量越来越少，尾气中的氢气、氩气和氮气组分随着气相在精馏塔内的精馏，最终在脱氢精馏塔C1顶部排出，排出富氢气体（经检测富氢气体中氢气的摩尔百分含量为32%；甲烷摩尔百分含量约0.1%）；来自于脱氢精馏塔C1顶部喷淋的液相随着精馏的不断进行，液相组分中的甲烷含量越来越多，液相中含有的氢气、氮气和氩气越来越少，精馏结束后在脱氢精馏塔C1底部得到富甲烷液体（经检测富甲烷液体中含有甲烷的摩尔百分含量为82.7%）；

d、富甲烷液体的精馏：从脱氢精馏塔C1底部得到的富甲烷液体送入产品精馏塔C2中部，产品精馏塔C2底部设有蒸发器K22，顶部设有冷凝器K21，富甲烷液体沿着产品精馏塔C2由塔体中部流向塔底，在塔底被蒸发器K22蒸发出来的气体沿着产品精馏塔C2流向塔顶；产品精馏塔C2顶部设置的冷凝器K21用来冷凝塔顶的上升气，上升到塔顶的气体一部分被冷凝成液相作为产品精馏塔C2顶部的回流液体，没有被冷凝下来的气体作为废气放出，这部分废气从精馏塔顶部排出，废气依次通过过冷器E2和主换热器E1，复热后送出；精馏后在产品精馏塔C2底部得到高纯度液化天然气LNG产品，经过过冷器E2冷却排出收集（经检测，所得高纯度液化天然气LNG中甲烷的摩尔百分含量≥99.9998%）。

Claims

1.一种利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，其特征在于：步骤a中所述合成氨装置排出的尾气中主要含有氢气、甲烷、氩气和氮气，其中氢气含量约为20%、甲烷含量约为40%、氩气含量约为0.8%、氮气的含量约为39.2%。

3.根据权利要求1所述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，其特征在于：步骤b中所述经过净化的尾气首先送入主换热器进行初步冷却，尾气进入主换热器是被来自下一工序脱氢精馏塔及膨胀后的返流气体冷却。

4.根据权利要求1所述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，其特征在于：步骤b中主换热器所需的冷量补充是由氮气在膨胀机中等熵膨胀和等温节流效应获得；膨胀氮气来自于循环氮气压缩机，经氮气压缩机压缩的氮气首先经过透平膨胀机增压端增压，增压后的氮气再经主换热器冷却，冷却后的氮气大部分进入膨胀机膨胀制冷，剩余小部分氮气被冷却成为液体，冷却后的液氮分别进入下一工序脱氢精馏塔和产品精馏塔被利用。

5.根据权利要求1所述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，其特征在于：步骤c中所述富氢气体中氢气的摩尔百分含量为31～34%；甲烷的摩尔百分含量≤0.2%。

6.根据权利要求1所述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，其特征在于：步骤c中所述富甲烷液体中甲烷的摩尔百分含量≥82%。

7.根据权利要求1所述的利用合成氨尾气制备高纯度液化天然气的方法，其特征在于：步骤d中所述高纯度液化天然气LNG产品中甲烷的摩尔百分含量≥99.9998%。