[发明专利]回收合成氨尾气生产LNG的装置及工艺方法

权利要求书

1.一种回收合成氨尾气生产LNG的装置，包括进气缓冲罐(41)，其特征在于：进气缓冲罐(41)通过管道与第一换热器(1)的第一原料气进口(37)相连，第一换热器(1)的第一原料气出口(38)通过管道分别与增压膨胀机(10)的膨胀端(50)进口和再沸器(2)的原料气进口相连，增压膨胀机(10)的膨胀端(50)出口通过管道与气液分离器(8)的原料气进口相连，气液分离器(8)顶部的气相出口通过管道与第二换热器(3)的原料气进口(30)相连，第二换热器(3)的原料气出口(23)通过第一换热器(1)的第二原料气进口(19)和第一换热器(1)的第二原料气出口(15)与压缩机(9)的原料气进口相连，压缩机(9)的出口与增压膨胀机(10)的增压端(51)相连，增压膨胀机(10)的增压端(51)与液氨冷却器(11)的管程相连，液氨冷却器(11)的管程通过管道与进气缓冲罐(41)和第一换热器(1)的第一原料气进口(37)之间的管道相连，气液分离器(8)底部的液相出口通过第一节流阀(13)与精馏塔(4)中部的进口相连，精馏塔(4)顶部的不凝气体出口通过管道依次与第二换热器(3)的第一尾气进口(35)、第二换热器(3)的第一尾气出口(28)、膨胀机(7)、第二换热器(3)的第二尾气进口(36)，第二换热器(3)的第二尾气出口(29)和第一换热器(1)的第一尾气进口(21)相连，第一换热器(1)的第一尾气出口(17)与吹风炉(42)入口相连；精馏塔(4)的底部液相出口通过管道分别与第二节流阀(14)和第二换热器(3)的第二甲烷进口(32)相连，第二节流阀(14)通过管道依次与第二换热器(3)的第一甲烷进口(31)、第二换热器(3)的第一甲烷出口(24)、第一换热器(1)的第一甲烷进口(20)、第一换热器(1)的第一甲烷出口(16)、甲烷压缩机(5)，二氧化碳冷却器(6)的管程和第一换热器(1)的第二甲烷进口(39)相连，第一换热器(1)的第二甲烷出口(40)与再沸器(2)的甲烷进口相连，再沸器(2)的甲烷出口通过管道依次与第二换热器(3)的第三甲烷进口(27)，第二换热器(3)的第三甲烷出口(34)，第四节流阀(45)和LNG储罐(44)相连；所述第二换热器(3)的第二甲烷进口(32)通过第二换热器(3)的第二甲烷出口(25)和第五节流阀(43)与LNG储罐(44)相连；所述再沸器(2)的原料气进口与再沸器(2)的原料气出口相连通，再沸器(2)的原料气出口依次通过第二换热器(3)的第二原料气进口(26)，第二换热器(3)的第二原料气出口(33)和第三节流阀(12)与精馏塔(4)上部的进口相连。

2.根据权利要求1所述的回收合成氨尾气生产LNG的装置，其特征在于：所述的压缩机(9)为二级压缩，其一级压缩工段排气口与二级压缩工段的进气口之间设有第一水冷却器(52)，二级压缩工段的排气口设有第二水冷却器(53)。

3.根据权利要求1所述的回收合成氨尾气生产LNG的装置，其特征在于：所述甲烷压缩机(5)为二级压缩，其一级压缩工段排气口与二级压缩工段的进气口之间设有甲烷水冷却器(54)，二级压缩工段的排气口与二氧化碳冷却器(6)的管程之间设有液氨冷却器(55)。

4.根据权利要求1所述的回收合成氨尾气生产LNG的装置，其特征在于：所述第一换热器(1)上设有与二氧化碳储液器(46)相连的第一换热器(1)二氧化碳进口(22)和第一换热器(1)二氧化碳出口(18)，所述第一换热器(1)二氧化碳出口(18)与二氧化碳冷凝器(47)相连。

5.根据权利要求1所述的回收合成氨尾气生产LNG的装置，其特征在于：所述液氨冷却器(11)的壳程两端分别与液氨储罐(48)和螺杆式氨制冷压缩机(49)相连。

6.根据权利要求1所述的回收合成氨尾气生产LNG的装置，其特征在于：所述二氧化碳冷却器(6)的壳程两端分别与二氧化碳储液器(46)和二氧化碳冷凝器(47)相连。

7.一种回收合成氨尾气生产LNG的工艺方法，其特征在于：该工艺方法包括如下步骤：

步骤一：进气缓冲罐(41)中的原料气通过第一换热器(1)的第一原料气进口(37)和第一换热器(1)的第一原料气出口(38)后分别进入增压膨胀机(10)的膨胀端(50)和再沸器(2)的原料气进口，所述的原料气的组成成份为：甲烷、氮气，氩气和氢气；所述原料气在第一换热器(1)的第一原料气进口(37)时的温度为：8℃～10℃，原料气在第一换热器(1)的第一原料气出口(38)的温度为：-110℃，气相分率为1；

步骤二：使上述步骤一中所述的原料气通过增压膨胀机(10)的膨胀端(50)进入气液分离器(8)内进行气液分离，气液分离后，其气相通过第二换热器(3)的原料气进口(30)进入第二换热器(3)内，其液相通过第一节流阀(13)和精馏塔(4)中部的进口进入精馏塔(4)内；所述原料气经过增压膨胀机(10)膨胀端后的温度为：-146.7℃，气相分率为0.96；所述气液分离后气相的温度为：-146.7℃～-147℃，甲烷摩尔含量为22.1％；

步骤三：使上述步骤二中进入第二换热器(3)内的原料气依次通过第二换热器(3)的原料气出口(23)、第一换热器(1)的第二原料气进口(19)、第一换热器(1)的第二原料气出口(15)、压缩机(9)，增压膨胀机(10)的增压端(51)和液氨冷却器(11)的管程进入进气缓冲罐(41)和第一换热器(1)的第一原料气进口(37)之间的管道内，所述第二换热器(3)的原料气出口(23)时原料气的温度为：-132℃，第一换热器(1)的第二原料气出口(15)时原料气的温度为：4.8℃～7℃，压缩机(9)出口时原料气的温度为：35℃～55℃，增压膨胀机(10)增压端(51)出口原料气的温度为：66℃～88℃，液氨冷却器11出口原料气的温度为：8℃～10℃；

步骤四：使步骤一中进入再沸器(2)的原料气进口的原料气依次通过再沸器(2)的原料气出口、第二换热器(3)的第二原料气进口(26)、第二换热器(3)的第二原料气出口(33)，第三节流阀(12)和精馏塔(4)上部的进口进入精馏塔(4)内；再沸器(2)的原料气出口的原料气温度为：-128℃～-130℃，气相分率为0.9～0.97；第二换热器(3)的第二原料气出口(33)的原料气温度为：-162℃～-165℃，气相分率为0.29～0.31；经过第三节流阀(12)节流降压后原料气温度为：-177℃～-179℃，气相分率为0.45～0.5；

步骤五：使步骤二和步骤四中进入精馏塔(4)的原料气进行精馏提纯，精馏提纯后的气相通过精馏塔(4)顶部的不凝气体出口和第二换热器(3)的第一尾气进口(35)进入第二换热器(3)的内部，精馏提纯后的液相通过精馏塔(4)的底部液相出口一部分通过第二节流阀(14)和第二换热器(3)的第一甲烷进口(31)进入第二换热器(3)的内部，另一部分通过第二换热器(3)的第二甲烷进口(32)进入第二换热器(3)的内部；所述精馏塔(4)顶部的不凝气体出口排出的不凝气体为尾气，尾气的温度为：-171℃～-172℃，所述精馏塔(4)的底部液相出口排出的液相物质为甲烷，甲烷的温度为：-131.9℃，甲烷摩尔含量99.2％；所述甲烷通过第二节流阀(14)节流降压后的温度为：-154.7℃，气相分率为0.178；

步骤六：使步骤五中通过第二换热器(3)的第一尾气进口(35)进入第二换热器(3)内部的尾气通过管道依次第二换热器(3)的第一尾气出口(28)、膨胀机(7)、第二换热器(3)的第二尾气进口(36)、第二换热器(3)的第二尾气出口(29)，第一换热器(1)的第一尾气进口(21)和第一换热器(1)的第一尾气出口(17)相连通，第一尾气出口(17)与吹风炉(42)入口相连；所述尾气在第二换热器(3)的第一尾气出口(28)时的温度为：-144℃，所述经膨胀机(7)膨胀制冷后的尾气温度为：-185℃，气相分率为1；所述尾气从第二换热器(3)的第二尾气出口(29)排出时的温度为：-132℃；所述尾气从第一换热器(1)的第一尾气出口(17)排出时的温度为：4.8℃～7℃；尾气中含有甲烷、氮气，氩气和氢气，其中，甲烷占原料气中甲烷的8％，氩气为原料气中氩气的97％，氮气和氢气为原料气中全部的氮气和氢气；

步骤七：使步骤五中通过第二换热器(3)的第一甲烷进口(31)进入第二换热器(3)的内部甲烷依次通过第二换热器(3)的第一甲烷出口(24)、第一换热器(1)的第一甲烷进口(20)、第一换热器(1)的第一甲烷出口(16)、甲烷压缩机(5)、二氧化碳冷却器(6)的管程、第一换热器(1)的第二甲烷进口(39)，第一换热器(1)的第二甲烷出口(40)和再沸器(2)的甲烷进口进入再沸器(2)内；所述甲烷通过第二换热器(3)的第一甲烷出口(24)排出时的温度为：-132℃，气相分率为1；所述甲烷通过第一换热器(1)的第一甲烷出口(16)排出时的温度为：4.8℃～7℃；所述甲烷通过甲烷压缩机(5)压缩后的甲烷温度为：8℃～10℃；所述甲烷通过二氧化碳冷却器(6)冷却后的温度为：-48℃～-50℃；所述甲烷通过第一换热器(1)的第二甲烷出口(40)排出时的温度为：-110℃，气相分率为1；

步骤八：使步骤七中进入再沸器(2)内的甲烷依次通过再沸器(2)的甲烷出口、第二换热器(3)的第三甲烷进口(27)，第二换热器(3)的第三甲烷出口(34)和第四节流阀(43)进入LNG储罐(44)中，所述甲烷通过再沸器(2)的甲烷出口时排出时的温度为：-129.7℃，气相分率为0；所述甲烷通过第二换热器(3)进行过冷处理，过冷处理后的甲烷温度为：-157℃～-165℃，气相分率为0；

步骤九：使步骤五中通过第二换热器(3)的第二甲烷进口(32)进入第二换热器(3)的内部甲烷通过第二换热器(3)的第二甲烷出口(25)和第五节流阀(45)进入LNG储罐(44)内；所述甲烷通过第二换热器(3)的第二甲烷出口(25)排出时的温度为：-157℃～-165℃，气相分率为0；所述步骤八和步骤九进入LNG储罐(44)内的产品甲烷纯度为：99.2％，其中，还含有0.8％的氩气；

步骤十：二氧化碳储液器(46)中的二氧化碳通过第一换热器(1)二氧化碳进口(22)和第一换热器(1)二氧化碳出口(18)进入到二氧化碳冷凝器(47)中，所述二氧化碳储液器(46)出口的二氧化碳的温度为：-48℃～-50℃，气相分率为0，所述二氧化碳在第一换热器(1)二氧化碳出口(18)时的温度为：4.8℃～7℃，气相分率为1。