[发明专利]一种用膜分离与深冷集成技术从合成氨放空气中回收氢气和制取LNG的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及合成氨工业领域，具体地说是一种用膜分离与深冷集成技术从合成氨放空气中回收氢气和制取LNG的方法及装置。 

背景技术

目前，合成氨是一项基础化学工业，在化工中占有重要的地位。目前我国合成氨产量超过5000万吨/年，约占全球产量的三分之一。随着全球人口的增加，人类对农作物增产的需求决定了对合成氨需求的增加，而与之相对，由于合成氨是高能耗产业，并且其生产原料是煤炭、石油、天然气等不可再生资源，在资源日趋紧张、环境污染越来越严重的今天，如何提高合成氨的能源转化率、节能减排、减少污染物排放、提高企业的经济效益，已成为当今合成氨工业生产技术的发展方向。 

在合成氨生产过程中，为了提高氨的转化率，需要排放一部分循环气来降低惰气含量，这部分排放的气体称为合成氨放空气。其含有大量的氢气和甲烷，氢气是合成氨的反应原料气，甲烷是天然气的主要成分，对这两种气体进行回收和利用是合成氨企业节能减排增效的重要措施。 

合成氨高压放空气的气体组成为H₂、N₂、CH₄、Ar、NH₃等气体，这部分气体的排放量约为200Nm³/吨氨，其中H₂的体积分数约为60%，CH₄的体积分数约为20%，其余为N₂、Ar等气体。目前，处理合成氨放空气的通常的做法是采用膜分离或PSA技术仅回收氢气，其他含有大量甲烷的气体燃烧或排放，这样就造成很大的资源浪费。由于技术本身的特征决定了不能单独采用膜分离或PSA技术同时回收氢气和甲烷，而单独采用深冷技术又由于设备投资大、能耗高、操作复杂、经济性差等原因而很少被采用。所以从放空气中同时回收氢气和甲烷的方法及装置鲜有提及。 

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种用膜分离与深冷集成技术从合成氨放空气中回收氢气和制取LNG的方法及装置。 

本发明采用的技术手段如下： 

一种用膜分离与深冷集成技术从合成氨放空气中回收氢气和制取LNG的方法，其特征在于依次经过以下三个处理单元： 

①合成氨放空气前处理单元； 

②膜分离氢回收单元； 

③深冷技术制取LNG单元。 

作为优选，所述处理单元①是将经减压后的合成氨放空气通入氨吸收塔中，用脱盐水对其进行吸收处理，然后经气液分离器进入加热器中加热。 

一般情况下，是将合成氨放空气从15.0MPa～30.0MPa减压到11.0MPa～13.0MPa，然后通入氨吸收塔中，由泵入的脱盐水对放空气中的氨进行吸收处理，经过洗氨后的气体的氨含量小于10ppm，然后通入气液分离器除去夹带的雾状液滴，然后通入套管式换热器，放空气走芯管，低压蒸汽走管套。 

作为优选，所述处理单元②是将经处理单元①处理后的气体通入膜分离器处理，其中透过膜的渗透气返回合成循环压缩机，未透过膜的尾气减压后进入处理单元③。 

所述膜分离器内的中空纤维膜能承受11.0MPa的压差和最高16.0MPa的压力。其中渗透气是指透过膜的氢气，为透过膜的气体形成尾气，尾气中的甲烷含量不小于45%为宜。 

作为优选，所述处理单元③是将经处理单元②处理后的气体通入分子筛吸附塔后通入换热器中降温，从换热器中换热出来的气体进入膨胀机继续降温后进入精馏塔。 

上述的分子筛吸附塔将气体中微量的氨和水除掉，以防气体冷冻时发生冻结。由于膜分离尾气中的水含量极低，与单独采用深冷相比也可以大大减少分子筛吸附塔的投资和操作费用。 

作为优选，所述处理单元①中通入加热器中的气体升温10℃以上至35℃～60℃。 

作为优选，所述处理单元②中渗透气压力小于等于3.5MPa，经膜分离的尾气压力与进入膜分离器的气体压力基本相当，将尾气减压至5.0～6.0MPa后作为 原料气进入处理单元③。 

作为优选，所述处理单元③中气体经换热器后温度降低到-130～-135℃；经膨胀机降温至-155～-165℃后进入精馏塔。 

通过外界加入制冷剂将进入换热器的气体温度降到-130℃左右，然后气体进入膨胀机，由5.0MPa减压到0.1MPa膨胀做功，将气体温度再降低到-160℃左右进入精馏塔，液态的甲烷从塔底排出得到LNG产品，塔顶的气体经过换热后由塔顶排出。