CN103398547B - 一种利用液化天然气冷能的合成氨驰放气处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用LNG冷能的驰放气处理工艺，是将低温LNG液体依次通过一次换热***，二次换热***，三次换热***与驰放气进行换热后升温；驰放气经通过三次换热***换热后降温至-70℃左右，绝大部分氨气液化后进入液氨分离罐分离并从罐底引出，罐顶气体进入二次换热***后经换热降温至-130℃左右,排出气体的氨含量低于120ppm；来自二次换热***的驰放气，送入一次换热***与低温LNG进一步换热，并经补充制冷使温度达到-175℃左右，进入低温精馏塔进行分离；塔底产品为氮气和甲烷，塔顶产品为氢气含量70%以上的气体。本发明有助于解决合成氨能耗过高的问题，同时也将LNG冷能梯级利用，提高了能源利用效率。

Description

一种利用液化天然气冷能的合成氨驰放气处理工艺
技术领域
本发明属于能源综合利用技术领域，涉及一种利用LNG(液化天然气)冷能的合成氨驰放气处理***。
背景技术
天然气在从气田开采后经过净化和超低温处理，体积骤缩600倍转变为超低温液体，形成液化天然气(LNG)。经净化、液化而成的-162℃低温LNG液体，通过LNG运输船大规模的运往全球的天然气市场。
在天然气市场，低温的LNG液体无法直接使用，需要进行再汽化转变为气态压缩天然气(CNG)通过管网送到最终用户。LNG汽化所需的热量，以往是通过与海水换热或者通过燃烧天然气补充加热的方式提供。如此巨量的冷能不仅没有被科学的利用，而且破坏了海洋生态环境甚至消耗了天然气资源。
目前各国已经充分重视了天然气的冷能利用，在新建的LNG接收站附近，都配套有空气分离，轮胎粉碎、发电、冷库、煤气化、轻烃分离等项目。然而，然而LNG的冷能温度低达为-162℃，从常温到-162℃具有很宽的温位范围。按照热力学的理论分析，如果单独利用某个温度范围会对剩余的冷能利用不够充分，造成冷能的利用效率低下。因此，在高效的利用冷能需要将从常温到-162℃具有很宽的温位范围进行划分，在不同温位都进行合理利用，只有这样才能达到最佳能量利用效率和经济效益。
据***2005年发布的《节能中长期专项规划》统计，2000年大中型合成氨综合能耗比国际先进水平高出31.2％，具有巨大的节能潜力。《化肥工业“十二五”发展规划》指出“十二五”期间，产能置换、优化布局、技术升级、节能减排将是我国合成氨行业的发展重点。
目前合成氨工艺技术的发展多重点集中在降低能耗和提高能源利用效率上。经过多年持续的努力合成氨工业的节能潜力已经挖掘殆尽，如何在此基础上进一步降低合成氨生产能耗成为难题。合成氨的驰放气中含有氨、氢气、氮气、甲烷和氩气等气体，这些气体排放后不仅对环境造成污染，而且也浪费了宝贵的资源。对驰放气进行分离回用，不仅可以极大的降低废气对环境的影响，而且可以回收利用资源，减少合成氨的能耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种合成氨驰放气处理工艺，将LNG的冷能划分为不同的温位，梯级对口地利用到驰放气的处理工艺中，利用LNG气化时释放的冷能将驰放气中的氨、氢气、氮气、甲烷和氩气在不同温度段分别液化后通过深冷精馏法分离回用。既减少了合成氨的废气排放，也可为LNG的气化提供热量。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案:
一种利用LNG冷能的驰放气处理工艺，来自LNG储罐的低温LNG液体依次通过一次换热***，二次换热***，三次换热***共三级按照温度对口的原则与驰放气进行换热后升温；
合成氨装置排放的驰放气逆向地依次经过三次换热***、二次换热***、一次换热***后降温；
其中,通过三次换热***后降温至-68℃～-74℃，将驰放气中的绝大部分氨气液化后进入液氨分离罐；
在液氨分离罐中对液态的液氨进行分离并从罐底引出，含有氢气、氮气、甲烷、氩气和极少量氨气等气体从罐顶引出，进入二次换热***；
在二次换热***与低温天然气逆流换热降温至-125℃～-137℃,将气体中残留的微量氨气冷冻为固体后附着于二次换热***的管壁，使得流出二次换热***的气体的氨含量低于120ppm；当冷冻的固体氨在换热***管壁积累使得换热器进出流体压降大于0.01MPa时将气体输送管道的阀门关闭，打开与液氨分离罐连接管道的阀门，对冷冻在换热***管壁的固体氨进行加热熔化后输送至液氨分离罐。在二次换热***未配备备用设备时此除垢过程将影响整个处理过程的连续操作。因此，为了实现整个工艺的连续运行，需要在二次换热***中配置1-2台备用换热设备，从而在某台主设备进行除垢时有备用设备启动保证整个工艺的连续运行。
来自二次换热***的主要含有氢气、氮气、甲烷、氩气的驰放气，送入一次换热***与低温LNG进一步换热，来自一次换热***的驰放气进入深冷制冷设备进行补充制冷，再通过深冷换热***回收出精馏塔物料的余冷，温度达到-170℃～-180℃后进入低温精馏塔进行分离。精馏塔塔底产品为氮气和甲烷，塔顶产品为氢气含量70％以上的气体。塔顶气体产品和经过节流减压阀降温的塔底液体产品依次进入深冷换热***、二次换热***、三次换热***进行余冷回收后输出到界区外。
一种利用LNG冷能的驰放气处理装置，LNG储罐经管道依次连接一次换热***、二次换热***、三次换热***；合成氨装置的驰放气排放通道逆向地依次连接三次换热***、二次换热***、二次换热***；
在驰放气输送管道上，在三次换热***与二次换热***之间设置液氨分离罐；经一次换热***后的管道连接深冷制冷设备后连接至低温精馏塔；
经二次换热***的驰放气输送管道上设置三通，其中一支输送管道连接至液氨分离罐。
低温精馏塔塔底、塔顶均经管道与驰放气逆方向地依次连接深冷换热***、二次换热***、三次换热***。
本发明将LNG的冷能按照不同温度段梯级利用到合成氨驰放气处理工艺过程中，具体而言是将LNG的冷能分三个温位对驰放气进行分级预冷，减少了在对气体压缩液化分离过程中压缩机、膨胀机消耗的电能和冷却水。同时分不同温度段对LNG冷能的综合利用，可以提高LNG冷能利用效率，减少LNG气化放出冷能对环境的负面影响。
附图说明
图1是工艺流程简图。
图中，1.LNG储罐，2.一次换热***，3.二次换热***，4.三次换热***，5.深冷换热***，6.深冷制冷设备，7.低温精馏塔，8.液氨分离罐。101.LNG输送管道，102.一次换热天然气输送管道，103.二次换热天然气输送管道，104.常温天然气输送管道，105.驰放气输送管道，106.低温驰放气输送管道，107.液氨输送管道，108.分离罐塔顶气体产品输送管道，109.氮氢甲烷组分输送管道，110.液氨回流管道，111.低温精馏塔进料管道，112.低温精馏塔塔顶产品输送管道，113.氮气输出管道，114.低温精馏塔塔底产品输送管道，115.氢气输出管道，V1-V2.液氨回流与氮氢甲烷组分输送管道切换阀组。
具体实施方式
结合图1与实施例对本专利技术进一步详细阐述：
实施例1
图1是工艺流程简图。综合利用LNG的合成氨装置，包括2，3，4三级换热***，深冷换热***5，深冷制冷设备6，低温精馏塔7，液氨分离罐8，以及各设备之间的连接管道和管件。
一次换热***2与LNG储罐通过LNG输送管道101相连，-162℃的LNG低温液体通过一次换热***2换热气化，气化后天然气分别通过一次换热天然气输送管道102和二次换热天然气输送管道103输送至二次换热***3和三次换热***4逐步升温至室温后经常温天然气输送管道104输送到界区外燃气管网。
含有氨、氢气、氮气、甲烷和氩气等气体的驰放气经驰放气输送管道105输送至三次换热***4换热至-68℃～-74℃，将氨组分降温液化后经低温驰放气输送管道106输送至液氨分离罐8。液态的氨气从罐底经管道107输送至界区外；其余气态组分从罐顶经分离罐塔顶气体产品输送管道108输送至二次换热***3。含有氢气、氮气、甲烷、氩气和极少量氨气等气体的驰放气在二次换热***3与低温天然气进行逆流换热至-125℃～-137℃，将气体中残留的微量氨气冷冻为固体后附着于二次换热***3的管壁，氨含量低于120ppm的驰放气经氮氢甲烷组分输送管道109输送至一次换热***2。当二次换热***3的管壁累积大量的固态氨后压降大于0.01MPa时通过切换阀组V1-V2将氮氢甲烷组分输送管道109关闭，将液氨回流管道110打开后，通过对换热器加热的方式将附着于换热器管壁的固态氨加热液化后由液氨回流管道110输送至液氨分离罐8。来自二次换热***3的驰放气与-162℃的LNG在一次换热***2中进行逆流换热将LNG气化。来自一次换热***2的驰放气被输送至深冷制冷设备6进一步降温后再进入深冷换热***5，与流出低温精馏塔7的塔顶和塔底产品逆流换热降温，温度达到-170℃～-180℃后进入低温精馏塔7进行分离。塔底产品主要为氮气和少量的甲烷经带节流阀的低温精馏塔塔底产品输送管道114降温后输送至深冷换热***5进行余冷回收，再经氢气输出管道115依次输送至二次换热***3和三次换热***4进行余冷回收后输送到界区外；塔顶产品为氢气含量70％以上的气体，经低温精馏塔塔顶产品输送管道112和氮气输出管道113依次输送至深冷换热***5、二次换热***3和三次换热***4进行余冷回收后输送到界区外。
以上所述仅为本专利的较佳实施例，凡依本专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本专利涵盖范围。

Claims (6)

1.利用LNG冷能的驰放气处理工艺，其特征在于来自LNG储罐的低温LNG液体依次通过一次换热***，二次换热***，三次换热***与驰放气进行换热后升温；合成氨装置排放的驰放气逆向地依次经过三次换热***、二次换热***、一次换热***后降温；
其中,通过三次换热***后驰放气中的绝大部分氨气液化后进入液氨分离罐；在液氨分离罐中对液态的液氨进行分离并从罐底引出，含有氢气、氮气、甲烷、氩气和极少量氨气的气体从罐顶引出，进入二次换热***；
在二次换热***与低温天然气逆流换热降温后,将气体中残留的微量氨气冷冻为固体后附着于二次换热***的管壁，使得流出二次换热***的气体的氨含量低于120ppm；
来自二次换热***的主要含有氢气、氮气、甲烷、氩气的驰放气，送入一次换热***与低温LNG进一步换热，来自一次换热***的驰放气进入深冷制冷设备补充制冷，再通过深冷换热***回收出精馏塔物料的余冷，进入低温精馏塔进行分离；精馏塔塔底产品为氮气和甲烷，塔顶产品为氢气含量70％以上的气体。
2.根据权利要求1所述的利用LNG冷能的驰放气处理工艺,其特征在于驰放气通过三次换热***后降温至-68℃～-74℃。
3.根据权利要求1所述的利用LNG冷能的驰放气处理工艺,其特征在于驰放气在二次换热***与低温天然气逆流换热降温至-125℃～-137℃。
4.根据权利要求1所述的利用LNG冷能的驰放气处理工艺,其特征在于当冷冻的固体氨在换热***管壁积累使得换热器进出流体压降大于0.01MPa时将气体输送管道的阀门关闭，打开与液氨分离罐连接管道的阀门，对冷冻在换热***管壁的固体氨进行加热熔化后输送至液氨分离罐。
5.根据权利要求1所述的利用LNG冷能的驰放气处理工艺,其特征在于驰放气通过深冷换热***后驰放气温度达到-170℃～-180℃。
6.根据权利要求1所述的利用LNG冷能的驰放气处理工艺,其特征在于塔顶气体产品和经过节流减压阀降温的塔底液体产品依次进入深冷换热***、二次换热***、三次换热***进行余冷回收后输出到界区外。
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合成氨生产中含氨尾气回收工艺进展;张辉等;《2009中国过程***工程年会暨中国mes年会论文集》;20091231;第125-128页 *

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