合成氨化工尾气的深冷精馏液化系统及方法技术方案

本发明专利技术属于深冷技术领域，具体涉及一种合成氨化工尾气的深冷精馏液化系统及方法。本发明专利技术系统包括氮气循环压缩机组以及设置在冷箱内的主换热器、增压透平膨胀机、脱氢精馏塔和甲烷精馏塔；利用此系统分别在低电价阶段和高电价阶段采用不同工况运行，改进技术方案，不但节约了电费，提高了生产效益，还能结余部分液氮，作为副产品出售。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于深冷
，具体涉及一种。本专利技术系统包括氮气循环压缩机组以及设置在冷箱内的主换热器、增压透平膨胀机、脱氢精馏塔和甲烷精馏塔；利用此系统分别在低电价阶段和高电价阶段采用不同工况运行，改进技术方案，不但节约了电费，提高了生产效益，还能结余部分液氮，作为副产品出售。【专利说明】
本专利技术属于深冷
，具体涉及一种。
技术介绍
合成氨化工尾气主要含有甲烷、氢、氩、氮等组分，并含有微量的水、氨、二氧化碳。其中，氢、氮是合成氨的原料，回收之后，可以进一步提高合成氨的产量。甲烷则是天然气的主要成分，具有很好的再回收价值，可深冷液化得到液化天然气产品。对于深冷液化装置，主要依靠电力提供能量以实现产品的液化。而在日常生产过程中，工业用电一般都存在较大的昼夜电价差异。若不考虑分阶段电价运行深冷装置，会造成电费成本的浪费，降低生产效益。由于合成氨尾气的排放是连续的，且是高压、易爆介质，储存的成本很高，所以无法简单地通过提高或降低装置的处理尾气量来实现差异电价的利用。另外，传统的装置一般按照单一工况设计，不具备变工况的能力，也无法实现差异电价的利用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种。本专利技术针对分阶段电价，改进技术方案，不但节约了电费，提高了生产效益，还能结余部分液氮，作为副产品出售。本专利技术通过以下技术方案实现: 一种合成氨化工尾气的深冷精馏液化系统，包括氮气循环压缩机组、液氮储存装置以及设置在冷箱内的主换热器、增压透平膨胀机、脱氢精馏塔和甲烷精馏塔；所述主换热器设有高压氮气入口、高压氮气出口、返流气入口、液氮出口、尾气入口、冷却尾气出口、冷却尾气入口、液化尾气出口、富氢气入口、富氮气入口、低压氮气出口、富氮气出口和富氢气出口 ；所述氮气循环压缩机组入口连通氮气源及主换热器的低压氮气出口，其出口连通增压透平膨胀机增压端入口，增压透平膨胀机增压端出口再连通主换热器高压氮气入口，主换热器高压氮气出口连通增压透平膨胀机膨胀端入口，增压透平膨胀机膨胀端出口再连通主换热器返流气入口，主换热器液氮出口分别连通脱氢精馏塔上部、甲烷精馏塔上部和冷箱外的液氮储存装置；所述液氮储存装置又连通甲烷精馏塔上部液氮入口 ；所述主换热器尾气入口连通合成氨尾气源，其冷却尾气出口连通甲烷精馏塔蒸发器，甲烷精馏塔蒸发器再回来连通主换热器冷却尾气入口 ；所述主换热器的液化尾气出口连通脱氢精馏塔入口，脱氢精馏塔底部液体馏分出口再经脱氢精馏塔蒸发器连通甲烷精馏塔入口，甲烷精馏塔底部液化天然气出口经甲烷精馏塔蒸发器最后再连通冷箱外的液化天然气储存装置；所述脱氢精馏塔顶部富氢气出口连通主换热器富氢气入口，所述甲烷精馏塔顶部的富氮气出口连通主换热器的富氮气入口。所述各设备之间通过管线连通，各段管线上设有阀门及仪控测点。所述液氮储存装置与甲烷精馏塔之间设有压缩机。—种合成氨化工尾气的深冷精馏液化方法，包括以下步骤: A.低电价阶段运行: (1)冷量制取: 氮气进入冷箱内，首先通过氮气循环压缩机组加压至2.8^3.2MPa，再进入增压透平膨胀机增压至4.2^4.6MPa，然后，进入主换热器；在主换热器内90、5%的氮气被返流气体冷却至17(T185K，然后从主换热器引出进入增压透平膨胀机膨胀至0.35、.40MPa，膨胀后的氮气再作为低温返流气体返回主换热器参与换热；同时，剩余5~10%氮气在主换热器内继续冷却液化，所得液氮部分通入脱氢精馏塔和甲烷精馏塔提供塔顶喷淋液体，部分进入储存装置备用； (2)尾气处理: 将合成氨化工尾气经前期预处理脱除水、二氧化碳、氨等组份后，送入冷箱；尾气首先进入主换热器，初步冷却至13(T135K后进入甲烷精馏塔蒸发器进一步冷却，同时，释放出来的热量作为甲烷精馏塔的蒸发热负荷；从甲烷精馏塔蒸发器出来的尾气回到主换热器内再进一步冷却液化，然后进入脱氢精馏塔底部，经脱氢精馏塔精馏后在塔底得到富含甲烷的液体馏份，液体馏分经蒸发器再进入甲烷精馏塔，再经过甲烷塔的精馏，甲烷塔底部的馏分再经甲烷精馏塔蒸发器后可获得高纯液化天然气产品； (3)处理气排出:主换热器内参与换热的氮气换热后成为低压氮气返回氮气循环压缩机组入口循环使用，尾气处理所得富氮气体和富氢气体排出后，回收作为合成氨阶段原料； B.高电价阶段运行:` (1)冷量制取: 氮气进入冷箱内，首先通过氮气循环压缩机组加压至2.8^3.2MPa，再进入增压透平膨胀机增压至4.2^4.6MPa，然后，进入主换热器；在主换热器内93、8%的氮气被返流气体冷却至17(T185K，然后从主换热器引出进入增压透平膨胀机膨胀至0.35、.40MPa，膨胀后的氮气再作为低温返流气体返回主换热器参与换热；同时，剩余2~7%氮气在主换热器内继续冷却液化，所得液氮通入脱氢精馏塔，作为精馏塔顶喷淋液；同时，低电价阶段储存的液氮通入甲烷精馏塔顶部，作为精馏塔顶喷淋液；此时，制冷系统所需低温液氮量减少，可以降低氮气循环压缩机组的流量，降低电耗； (2)尾气处理步骤与低电价阶段相同； (3)处理气排出步骤与低电价阶段相同。所述高压氮气进入主换热器前，要经循环水冷却。所述低电价阶段储存的液氮要经增压后，再通入甲烷精馏塔。 本专利技术的积极有益效果: 本专利技术针对分阶段电价，改进技术方案，不但节约了电费，提高了生产效益，还能结余部分液氮，作为副产品出售。(I)本专利技术实现了制冷系统多工况设计，能够在保持尾气处理和LNG生产稳定的条件下，利用液氮，实现差异电价的有效利用。(2)在合成氨尾气不足时，本专利技术可增加液氮产量作为副产品直接销售。提高了装置有效利用率，降低了设备投资风险。(3)由于可以反流液氮参与低温精馏，极端条件下，合成氨尾气超过设计处理量时，还可以提高装置的处理能力上限。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例1系统示意图。图中I为主换热器，2为氮气循环压缩机组，3为增压透平膨胀机，31为增压端，32为膨胀端，4为脱氢精馏塔，5为脱氢精馏塔蒸发器，6为甲烷精馏塔，7为甲烷精馏塔蒸发器，8液氮储存装置；N为氮气管线，LN为液氮管线，YL为尾气管线，为富氢管线，FN为富氮管线，LA为富甲烷液体管线，LNG为液化天然气管线。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术不限于这些实施例。实施例1 本实施例合成氨化工尾气的深冷精馏液化系统包括氮气循环压缩机组、液氮储存装置以及设置在冷箱内的主换热器、增压透平膨胀机、脱氢精馏塔和甲烷精馏塔；所述主换热器设有高压氮气入口、高压氮气出口、返流气入口、液氮出口、尾气入口、冷却尾气出口、冷却尾气入口、液化尾气出口、富氢气入口、富氮气入口、低压氮气出口、富氮气出口和富氢气出口 ；所述氮气循环压缩机组入口连通氮气源及主换热器的低压氮气出口，其出口连通增压透平膨胀机增压端入口，增压透平膨胀机增压端出口再连通主换热器高压氮气入口，主换热器高压氮气出口连通增压透平膨胀机膨胀端入口，增压透平膨胀机膨胀端出口再连通主换热器返流气入口，主换热器液氮出口分别连通脱氢精馏塔上部、甲烷精馏塔上部和冷箱外的液氮储存装置；所述液氮储存装置又连通甲烷精馏塔上部液氮入口 ；所述主换热器尾气入口连通合成氨尾气源，其冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成氨化工尾气的深冷精馏液化系统，其特征在于：包括氮气循环压缩机组、液氮储存装置以及设置在冷箱内的主换热器、增压透平膨胀机、脱氢精馏塔和甲烷精馏塔；所述主换热器设有高压氮气入口、高压氮气出口、返流气入口、液氮出口、尾气入口、冷却尾气出口、冷却尾气入口、液化尾气出口、富氢气入口、富氮气入口、低压氮气出口、富氮气出口和富氢气出口；所述氮气循环压缩机组入口连通氮气源及主换热器的低压氮气出口，其出口连通增压透平膨胀机增压端入口，增压透平膨胀机增压端出口再连通主换热器高压氮气入口，主换热器高压氮气出口连通增压透平膨胀机膨胀端入口，增压透平膨胀机膨胀端出口再连通主换热器返流气入口，主换热器液氮出口分别连通脱氢精馏塔上部、甲烷精馏塔上部和冷箱外的液氮储存装置；所述液氮储存装置又连通甲烷精馏塔上部液氮入口；所述主换热器尾气入口连通合成氨尾气源，其冷却尾气出口连通甲烷精馏塔蒸发器，甲烷精馏塔蒸发器再回来连通主换热器冷却尾气入口；所述主换热器的液化尾气出口连通脱氢精馏塔入口，脱氢精馏塔底部液体馏分出口再经脱氢精馏塔蒸发器连通甲烷精馏塔入口，甲烷精馏塔底部液化天然气出口经甲烷精馏塔蒸发器最后再连通冷箱外的液化天然气储存装置；所述脱氢精馏塔顶部富氢气出口连通主换热器富氢气入口，所述甲烷精馏塔顶部的富氮气出口连通主换热器的富氮气入口。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张世田，贾军，彭明扬，
申请(专利权)人：河南开元空分集团有限公司，
类型：发明
国别省市：