一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置

专利名称：一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN202010627706.6

专利申请（专利权）人：杭氧集团股份有限公司
权利人地址：浙江省杭州市临安市青山湖街道相府路799号

专利发明（设计）人：曲涛,周启勇,柯云龙,秦燕,梁维好

专利摘要：一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，该装置包括分子筛吸附单元Ⅰ、氨预冷单元Ⅱ、液氮洗冷箱单元Ⅲ三部分,分子筛吸附单元Ⅰ通过管道连接自上游来的煤制合成气，所述的分子筛吸附单元Ⅰ装填新型分子筛，吸附混合气中的二氧化碳、甲醇、水等低温下易凝固组分，该装置降低了投资成本；通过氨预冷高压氮气的方式避免了工艺冷量不足的缺陷，避免了装置补充液氮，减少了液氮真空管道的铺设；液氮洗冷箱分离获得的氨合成气氢氮比3:1，其中CO、CH4的含量均小于1ppm，并将常规的液氮洗装置冷箱内的3台换热器合并为2台，降低了冷箱内配管的复杂程度，减少了工艺气在装置中的压力损失，降低了能耗。

主权利要求：
1.一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，该装置包括分子筛吸附单元Ⅰ、氨预冷单元Ⅱ、液氮洗冷箱单元Ⅲ三部分，其特征在于，所述分子筛吸附单元Ⅰ通过管道连接自上游的煤制合成气，所述的分子筛吸附单元Ⅰ装填分子筛，吸附混合气中的二氧化碳、甲醇、水，防止这些物质冻结管道及设备，净化后的气体与液氮洗冷箱单元Ⅲ的入口管道相连接，引入深冷分离装置冷箱Ⅲ；氨预冷单元Ⅱ通过管道连接自上游空分来的高压氮气，通过液氨蒸发的方式将高压氮气预冷至一定温度，预冷后的高压氮气与液氮洗冷箱单元Ⅲ的入口管道相连接，引入液氮洗冷箱单元Ⅲ；所述分子筛吸附单元Ⅰ集成包括：分子筛吸附器（S1）、再生气加热器（E1）、再生气冷却器（E2）；分子筛吸附器（S1）、再生气加热器（E1）、再生气冷却器（E2）通过管道相连，所有设备、管道、阀门均采用碳钢材质，从上游来的原料气通过管道进入分子筛吸附单元Ⅰ，吸附脱除CO2、甲醇、水后，通过管道流出分子筛吸附单元Ⅰ，并进入液氮洗冷箱单元Ⅲ；所述氨预冷单元Ⅱ集成包括氨预冷器（E3）；从氨制冷单元来的液氨通过管道进入氨预冷单元Ⅱ，蒸发后通过管道流出氨预冷单元Ⅱ，并送往氨回收系统；
从空分来的高压氮气通过管道进入氨预冷单元Ⅱ，预冷后通过管道流出氨预冷单元Ⅱ，并进入液氮洗冷箱单元Ⅲ；所述的液氮洗冷箱单元Ⅲ集成包括：第一主换热器（E4）、第二主换热器（E5）、氮洗塔（T1）、氢气分离器（D1）、气体混合器（M1）；其中第一主换热器（E4）设置5个流道（1A，1B，1C，1D，1E），第二主换热器（E5）设置5个流道（2A，2B，2C，2D，2E）。
2.根据权利要求1所述的一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，其特征在于，所述液氮洗冷箱单元Ⅲ接收自分子筛吸附单元Ⅰ来的原料气，通过管道与第一主换热器（E4）的流道（1A）相连通，并在流道（1A）中冷却后通过管道与第二主换热器（E5）的流道（2A）相连通，在流道（2A）中冷却后，通过管道进入氮洗塔（T1）下部。
3.根据权利要求2所述的一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，其特征在于，所述液氮洗冷箱单元Ⅲ接收自氨预冷单元Ⅱ来的高压氮气，通过管道与第一主换热器（E4）的流道（1B）相连通，并在流道（1B）中冷却后通过管道流出第一主换热器（E4），然后分成两路管道，一路管道进入气体混合器（M1）粗配氮用，另一路管道与第二主换热器（E5）的流道（2B）相连通，在流道（2B）中冷却后，通过管道进入氮洗塔（T1）上部。
4.根据权利要求3所述的一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，其特征在于，所述液氮洗冷箱单元Ⅲ的氮洗塔（T1）顶部通过管道与第二主换热器（E5）的流道（2D）相连通，在流道（2D）中复热后通过管道进入气体混合器（M1），然后再通过管道与第一主换热器（E4）的（1D）流道相连通，在流道（1D）中复热到常温后通过管道流出界区。
5.根据权利要求4所述的一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，其特征在于，所述液氮洗冷箱单元Ⅲ的氮洗塔（T1）的塔釜通过管道与氢气分离器（D1）相连通，在氢气分离器（D1）中气液分离，其中氢气分离器（D1）顶部通过管道与第二主换热器（E5）的流道（2E）相连通，在流道（2E）中复热后通过管道与第一主换热器（E4）的流道（1E）相连通，在管道中复热到常温后通过管道流出界区；氢气分离器（D1）的底部通过管道与第二主换热器（E5）的流道（2C）相连通，在流道（2C）中复热后通过管道与第一主换热器（E4）的流道（1C）相连通，在流道（1C）中复热到常温后通过管道流出界区。 说明书 : 一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置技术领域[0001] 本发明设计一种将从上游来的常温合成气净化并配氮，生产3:1氢氮配比的合成气，为下游的氨合成装置提供原料气的深冷分离装置及方法，属于低温气体分离领域。背景技术[0002] 氨有广泛的用途，是世界上产量最多的无机化合物之一，本身可作为制冷剂使用，同时作为基础的化工原料广泛应用于氮肥、硝酸、铵盐及纯碱等工业。[0003] 合成氨的原料有天然气、石脑油、重质油和煤等，目前中国的合成氨主要以煤为原料。通过气化、变换、净化、压缩等装置将没转换为氨合成气，为合成氨装置提供原料气。[0004] 目前合成氨净化工艺基本都采用低温甲醇洗联合液氮洗的方式来生产合格的氨合成气，其中的液氮洗装置采用低温液氮洗涤上游来的原料气的方式将有害杂质CO、Ar、CH4等组分去除。常规液氮洗流程原料气基本都是以低温的形式来自低温甲醇洗，同时液氮洗返还低温甲醇洗基本等温位、等冷量的氨合成气，以保持二者的冷量平衡。[0005] 本发明的液氮洗净化合成气装置针对从上游来的原料气为常温的工况，采用前端氨预冷高压氮气的方式来弥补液氮洗装置冷量不足的状况，为老厂改造以及调峰装置的建设带来一条新的工艺选择路线。发明内容[0006] 本发明的目的在于：将从上游来的常温煤制合成气净化并配氮，生产3:1氢氮配比的合成气，为下游的氨合成装置提供原料气的深冷分离装置及方法。原料气常温进液氮洗界区，分子筛部分的设备、管道、切换阀门等可以采用碳钢，降低了装置的投资成本；通过氨预冷高压氮气的方式避免了工艺冷量不足的缺陷，避免了装置补充液氮，减少了液氮真空管道的铺设；液氮洗冷箱分离获得的氨合成气氢氮比3:1，其中CO、CH4的含量均小于1ppm，并将常规的液氮洗装置冷箱内的3台换热器合并为2台，降低了冷箱内配管的复杂程度，减少了工艺气在装置中的压力损失，降低了能耗。[0007] 为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：[0008] 一种带预冷的常温进料净化氨合成气液氮洗装置，该装置包括分子筛吸附单元Ⅰ、氨预冷单元Ⅱ、液氮洗冷箱单元Ⅲ三部分,所述分子筛吸附单元Ⅰ通过管道连接自上游的煤制合成气，所述的分子筛吸附单元Ⅰ装填分子筛，吸附混合气中的二氧化碳、甲醇、水等低温下易凝固组分，防止这些物质冻结管道及设备，净化后的气体与液氮洗冷箱单元Ⅲ的入口管道相连接，引入深冷分离装置冷箱Ⅲ；氨预冷单元Ⅱ通过管道连接自上游空分来的高压氮气，通过液氨蒸发的方式将高压氮气预冷至一定温度，预冷后的高压氮气与液氮洗冷箱单元Ⅲ的入口管道相连接，引入液氮洗冷箱单元Ⅲ。[0009] 作为优选:所述分子筛吸附单元Ⅰ集成包括：分子筛吸附器、再生气加热器、再生气冷却器；分子筛吸附器、再生气加热器、再生气冷却器通过管道相连，所有设备、管道、阀门均采用碳钢材质，从上游来的原料气通过管道进入分子筛吸附单元Ⅰ，吸附脱除CO2、甲醇、水后，通过管道出分子筛吸附单元Ⅰ，并进入液氮洗冷箱单元Ⅲ；[0010] 作为优选:所述氨预冷单元Ⅱ集成包括：氨预冷器；从氨制冷单元来的液氨通过管道进入氨预冷单元Ⅱ，蒸发后通过管道出氨预冷单元Ⅱ，并送往氨回收系统；从空分来的高压氮气通过管道进入氨预冷单元Ⅱ，预冷后通过管道出氨预冷单元Ⅱ，并进入液氮洗冷箱单元Ⅲ；[0011] 作为优选:所述的液氮洗冷箱单元Ⅲ集成包括：第一主换热器、第二主换热器、氮洗塔、氢气分离器、气体混合器；其中第一主换热器设置了1A,1B,1C,1D,1E共5个流道，第二主换热器设置了2A,2B,2C,2D,2E共5个流道。[0012] 作为优选:所述的液氮洗冷箱单元Ⅲ接收自分子筛吸附单元Ⅰ来的原料气，通过管道与第一主换热器E4的流道1A相连通，并在流道1A中冷却后通过管道与第二主换热器的流道2A相连通，在流道2A中冷却后,通过管道进入氮洗塔下部。[0013] 作为优选:所述的液氮洗冷箱单元Ⅲ接收自氨预冷单元Ⅱ来的高压氮气，通过管道与第一主换热器的流道1B相连通，并在流道1B中冷却后通过管道流出第一主换热器，然后分成两根管道，一根管道进入气体混合器粗配氮用，另一根管道与第二主换热器的流道2B相连通，在流道2B中冷却后,通过管道进入氮洗塔上部。[0014] 作为优选:所述的液氮洗冷箱单元Ⅲ的氮洗塔顶部通过管道与第二主换热器的2D流道相连通，在流道2D中复热后通过管道进入气体混合器，然后再通过管道与第一主换热器的1D流道相连通，在流道1D中复热到常温后通过管道出界区。[0015] 作为优选:所述的液氮洗冷箱单元Ⅲ的氮洗塔的塔釜通过管道与氢气分离器相连通，在氢气分离器中气液分离，其中氢气分离器顶部通过管道与第二主换热器的流道相连通，在流道中复热后通过管道与第一主换热器的1E流道相连通，在流道中复热到常温后通过管道出界区；氢气分离器的底部通过管道与第二主换热器的流道2C相连通，在流道2C中复热后通过管道与第一主换热器的1C流道相连通，在流道1C中复热到常温后通过管道出界区。[0016] 本发明的积极效果是：上述的分子筛吸附单元Ⅰ中原料气为常温，分子筛吸附单元Ⅰ的操作条件变得温和，减少了低温管道的铺设，所有的设备、管道（含管件）、阀门等均可以采用碳钢材质，降低了装置的投资成本。[0017] 本发明的积极效果是：上述的液氮洗冷箱单元Ⅲ，原料气常温进液氮洗冷箱单元Ⅲ中的板翅式换热器，降低了操作过程中（特别是开车过程）板翅式换热器端面温差过大导致换热器破损的风险，同时与常规低温原料气的液氮洗装置冷箱相比，换热器内的板翅式换热器由3台合并为2台，降低了冷箱内配管的复杂程度，减少了工艺气在设备中的压力损失，间接的降低了能耗。[0018] 本发明的积极效果是：上述的液氮洗冷箱单元Ⅲ，当原料气常温进液氮洗冷箱单元Ⅲ时，装置的冷量是不足的，正常需要通过真空管道从空分引一定量的液氮（‑180℃左右）到冷箱中补充冷量，本发明则通过氨预冷单元Ⅱ将高压氮气预冷到一定温度，即可满足液氮洗冷箱单元Ⅲ的冷量需求，同时预冷单元可根据液氮洗冷箱单元Ⅲ的实际运行状况适时调整预冷温度，保证液氮洗冷箱单元Ⅲ的稳定运行。附图说明[0019] 图1是本发明的结构示意图。具体实施方式[0020] 下面将结合附图对本发明作详细的介绍：如图1所示，本发明用于净化常温进料的氨合成气液氮洗装置，能够净化从上游来的常温煤制合成气，生产3:1氢氮配比同时CO含量低于1ppm的氨合成气，为下游的氨合成装置提供原料气，该装置包括分子筛吸附单元Ⅰ、氨预冷单元Ⅱ、液氮洗冷箱单元Ⅲ三部分，分子筛吸附单元Ⅰ通过管道连接自上游来的煤制合成气，所述的分子筛吸附单元包括：分子筛吸附器S1、再生气加热器E1、E2再生气冷却器；分子筛吸附器S1、再生气加热器E1、再生气冷却器E2，主要作用是吸附混合气中的二氧化碳、甲醇、水等低温下易凝固组分，防止这些物质冻结管道及设备；所述的氨预冷单元Ⅱ集成包括：氨预冷器E3，主要作用是利用液氨蒸发来预冷空分来的高压氮气；所述的液氮洗冷箱单元Ⅲ集成包括：第一主换热器E4设置了1A,1B,1C,1D,1E共5个通道、第二主换热器E5设置了2A,2B,2C,2D,2E共5个通道、氮洗塔T1、氢气分离器D1、气体混合器M1，主要作用是将原料气中CO含量净化到1ppm以下，同时对净化后的合成气进行配氮。[0021] 从上游装置来的含H2≥90%的原料气通过管道01进入分子筛吸附单元Ⅰ，吸附脱除CO2、甲醇、水后，通过管道02出分子筛吸附单元Ⅰ，并进入液氮洗冷箱单元Ⅲ。[0022] 从氨制冷单元来的液氨通过管道03进入氨预冷单元Ⅱ，蒸发后通过管道04出氨预冷单元Ⅱ，并送往氨回收系统；从空分来的高压氮气通过管道05进入氨预冷单元Ⅱ，预冷后通过管道06出氨预冷单元Ⅱ，并进入液氮洗冷箱单元Ⅲ。[0023] 从分子筛吸附单元Ⅰ来的原料气通过管道02与第一主换热器E4的流道1A相连通，并在流道1A中冷却后通过管道07与第二主换热器E5的流道2A相连通，在流道2A中冷却后,通过管道08进入氮洗塔T1下部；从氨预冷单元Ⅱ来的高压氮气通过管道06与第一主换热器E4的流道1B相连通，并在流道1B中冷却后通过管道流出第一主换热器E4，然后分成两根管道14与15，一根管道14进入气体混合器M1，另一根管道15与第二主换热器E5的流道2B相连通，在流道2B中冷却后,通过管道16进入氮洗塔T1上部。[0024] 氮洗塔T1顶部通过管道09与第二主换热器E5的2D流道相连通，在流道2D中复热后通过管道10进入气体混合器M1，然后再通过管道11与第一主换热器E4的1D流道相连通，在流道1D中复热到常温后通过管道12出界区；氮洗塔T1的塔釜通过管道17与氢气分离器D1相连通，在氢气分离器D1中气液分离，其中氢气分离器D1顶部通过管道18与第二主换热器E5的流道2E相连通，在流道2E中复热后通过管道19与第一主换热器E4的1E流道相连通，在管道19中复热到常温后通过管道20出界区；氢气分离器D1的底部通过管道21与第二主换热器E5的流道2C相连通，在流道2C中复热后通过管道22与第一主换热器E4的1C流道相连通，在流道1C中复热到常温后通过管道23出界区。[0025] 上述实施例是本发明的具体实施方式。对于一种带预冷的常温进料净化氨合成气的液氮洗装置及方法可以做出多种等同的组合或变化，均属于本发明的保护范围。

专利地区：浙江

专利申请日期：2020-07-02

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN111879062B