本發明涉及一種能回收甲烷的液氮洗滌工藝，特別是甲烷回收采用雙回流甲烷濃縮塔的液氮洗滌裝置。

背景技術：

液氮洗是一個物理吸收過程。原料氣體中含有的雜質一氧化碳、甲烷、氬等在低溫下被吸收到溶劑液氮中，凈化后的原料氣再與氮氣配氣，以滿足下游氨合成裝置的氫氮比需求。

液氮洗是以煤為原料生產合成氨的重要工序之一，通過液氮洗裝置去除合成氣中的一氧化碳，二氧化碳等有害雜質，延長合成氨催化劑的壽命，同時脫除甲烷、氬氣等雜質。大部分合成氨的原料氣中都含有一定量的甲烷，在傳統的液氮洗裝置中，這部分甲烷經過粗分離后與一氧化碳、氮氣等氣體作為低熱值燃料氣一起送出裝置。隨著天然氣價格升高及能源供應的日趨緊張，回收這部分甲烷能夠達到節能減排的環保效果，并且具有顯著的經濟效益。

現有技術主要存在的問題是：在低溫和高壓的液氮洗操作條件下，常發生甲烷凝固而冰堵的現象，導致裝置的停車事故；同時實現甲烷回收和精制氨合成的工藝，能耗高、投資大，且甲烷回收率低。

技術實現要素：

針對目前存在的問題，本發明的目的是提供一種能回收甲烷的液氮洗滌裝置及其方法，通過液氮洗滌裝置，將原料氣中的甲烷成分，經由深冷過程，克服其冷凝成固體，造成冷箱堵塞的問題，經濟性地分離出來，作為天然氣使用，以提高項目的整體經濟效益。

本發明的技術方案是：一種能夠回收甲烷的液氮洗裝置，其特征在于：所述的原料氣冷卻器I和原料氣冷卻器II將原料氣體冷卻后，通過管道連接到氣液分離器I，進行氣液分離，其中氣體則重新返回原料氣冷卻器II，進行進一步的冷卻。

按照本發明的一個具體方案，所述的氣液分離器I底部的液體通過管道和閥門連接到原料氣冷卻器II，回收其中的冷量后，部分氣化，成為氣液混合物，再經由管道連接到甲烷濃縮塔的底部，其中的氣體自下而上，與來自甲烷濃縮塔頂部和中部的第一回流液體和第二回流液體逆向接觸，進一步將氣體中的甲烷液化和洗滌下來，同時第一回流液體和第二回流液體中，含有的氫氣和部分一氧化碳也會被解吸出來，進而可以成功保證甲烷濃縮塔底部液體甲烷的純度。

按照本發明的一個具體方案，所述的原料氣冷卻器II將源于氣液分離器I頂部的氣體進一步冷卻后，通過管道連接到氣液分離器II，進行氣液分離，其中液體通過管道和閥門連接到甲烷濃縮塔的中部，作為第二回流液體，氣體則通過管道連接到氮洗塔的底部，自下而上與來自氮洗塔頂部的液體氮逆向接觸，進一步洗滌掉其含有的甲烷和一氧化碳。

按照本發明的一個具體方案，所述的氮洗塔底部的液體通過管道和閥門連接到氫氣分離器，將液體中含有的氫氣和大部分一氧化碳氣化后，進行氣液分離，其中氣體通過管道與中壓氮氣冷卻器、原料氣冷卻器I和原料氣冷卻器II連接，液體則液體通過管道和閥門連接到甲烷濃縮塔的頂部，作為第一回流液體。

本發明在冷箱中設置了氣液分離器I和氣液分離器II。利用液氮洗系統中的冷量，在-150～-165℃前，把原料氣中75～90％的甲烷，在氣液分離器I中分離了出來，使得原料氣中的甲烷含量大幅度降低。之后，再在-160～-179℃前，將原料氣中剩余甲烷的65～95％，在氣液分離器II中分離出來，進而使得原料氣在進入氮洗塔前，其甲烷含量被降低至0.10～1.0％，同時，其溫度被嚴格控制在甲烷的冰點-182.5℃以上。所以，本發明有效避免了甲烷在冰點以下，固化冰堵，進而導致冷箱凍堵停車的問題，

本發明在冷箱中設置了甲烷濃縮塔。氣液分離器I底部的液體，經過減壓和原料氣冷卻器II復熱后，其壓力降為0.8～3.5MPa，溫度上升到-120～-145℃，成為氣液混合物，再經由管道連接到甲烷濃縮塔的底部；氣液分離器II底部的液體，經過減壓，其壓力降為0.8～3.5MPa，成為氣液混合物，經由管道連接到甲烷濃縮塔的中部；氫氣分離器底部的液體，經過減壓和原料氣冷卻器II復熱后，其壓力降為0.8～3.5MPa，溫度上升到-160～-175℃，成為氣液混合物，經由管道連接到甲烷濃縮塔的頂部。在甲烷濃縮塔內，氣體自下而上，與來自甲烷濃縮塔頂部和中部的第一回流液體和第二回流液體逆向接觸，進一步將氣體中的甲烷液化和洗滌下來，同時第一回流液體和第二回流液體中，含有的氫氣和部分一氧化碳也會被解吸出來，進而可以成功保證甲烷濃縮塔底部液體甲烷的純度。

本發明一種能夠回收甲烷的液氮洗裝置，出氮洗塔的氨合成氣中一氧化碳體積含量小于2×10^-6，氫氣回收率大于99％，回收的甲烷氣體中，甲烷體積含量大于98％，甲烷回收率高于99％。在實現精制氨合成氣的同時，能把原料氣中的甲烷回收作為天然氣，進而可以有效地降低能耗和投資，具有良好的經濟效益，且環保和安全系數高。

附圖說明

圖1是本發明的工藝流程圖。

附圖標號：1-中壓氮氣冷卻器，2-原料氣冷卻器I，3-原料氣冷卻器II，4-氣體混合器，5-氣液分離器I，6-氣液分離器II，7-氮洗塔，8-氫氣分離器，9-甲烷濃縮塔。

具體實施方式

實施例1

下面參照附圖，對本發明作進一步描述：

參見附圖1，一種能夠回收甲烷的液氮洗裝置，主要包括氣液分離器I5、氣液分離器II6、中壓氮氣冷卻器1、原料氣冷卻器I2、原料氣冷卻器II3、甲烷濃縮塔9、氣體混合器4、氮洗塔7和氫氣分離器8；甲烷濃縮塔內部分為第一回流洗滌與第二回流洗滌兩段，內裝填料；氮洗塔內部為液氮洗滌段，內裝填料。

來自上游系統的原料氣送入冷箱中原料氣冷卻器I2和原料氣冷卻器II3，在此被返流的合成氣、燃料氣、富氫氣和富甲烷氣冷卻，冷卻到-160℃，然后進入氣液分離器I5，分離出的液相中，甲烷成分占原料氣中甲烷的82％，再經過減壓和原料氣冷卻器II3復熱后，其壓力降為2.3MPa，溫度上升到-135℃，成為氣液混合物，再經由管道連接到甲烷濃縮塔9的底部。氣液分離器I5分離出的氣相進入原料氣冷卻器II3，在此被返流的合成氣、燃料氣、富氫氣和富甲烷氣冷卻至-175℃，然后進入氣液分離器II6，分離出的液相中，甲烷成分占原料氣中剩余甲烷的94％，再經過減壓至2.3MPa后，成為氣液混合物，經由管道連接到甲烷濃縮塔9的中部。氣液分離器II6分離出的氣相溫度為-175℃，其甲烷含量被降低至0.32％。

在以上過程中，原料氣溫度被嚴格控制在甲烷的冰點-182.5℃以上，以有效避免甲烷在冰點以下，固化冰堵，進而導致出現冷箱凍堵停車的問題。

氣液分離器II6分離出的氣相，進入氮洗塔7下部，與氮洗塔7上部的-188℃的液氮逆流接觸，其中所含一氧化碳、氬等在被洗出，凈化后的含有少量氮氣的-194℃合成氣，自氮洗塔7塔頂離開，經過原料氣冷卻器II3復熱至-138℃，然后將中壓氮氣管線中來的氮氣配入(即氣相配氮)，基本達到氫氮氣化學配比3:1后，再經過原料氣冷卻器I2和中壓氮氣冷卻器1復熱至環境溫度后送出冷箱，再經精配氮實現正確的氫氮氣化學配比后作為產品氣體送入氨合成工序。

在以上過程中，自氮洗塔7塔頂離開的合成氣中一氧化碳體積含量小于2×10^-6，氫氣回收率大于99％。

氮洗塔7底部的-193℃的液體經減壓后，在氫氣分離器8中閃蒸，氣相作為富氫氣，經原料氣冷卻器II3、原料氣冷卻器I2和中壓氮氣冷卻器1復熱至環境溫度后送出冷箱進行回收利用。由氫氣分離器8底部排出的-189℃的液體，經原料氣冷卻器II3復熱至-168℃后，成為氣液兩相，送至甲烷濃縮塔9頂部。

來自氣液分離器I5的液體，經原料氣冷卻器II3回收冷量后，以-135℃的氣液混合物形式，送入甲烷濃縮塔9的底部，其中的氣體自下而上，與來自甲烷濃縮塔9頂部和中部的第一回流液體和第二回流液體逆向接觸，進一步將氣體中的甲烷液化并洗滌下來，同時第一回流液體和第二回流液體中，含有的氫氣和部分一氧化碳也會被解吸出來；來自氣液分離器II6的液體，減壓至2.3MPa后，以-175℃的氣液混合物形式，送入甲烷濃縮塔9的中部，其中的氣體自下而上，與來自甲烷濃縮塔9頂部的第一回流液體逆向接觸，進一步將氣體中的甲烷液化并洗滌下來，同時第一回流液體中含有的氫氣和部分一氧化碳也會被解吸出來，而液體作為第二回流液，在塔內自上而下流動；來自氫氣分離器8的液體，經原料氣冷卻器II3回收冷量后，以-168℃的氣液混合物形式，送入甲烷濃縮塔9的頂部，液體作為第一回流液，在塔內自上而下流動。

以上過程中，甲烷濃縮塔9中的所有氣體自下而上流動，在甲烷濃縮塔9塔頂匯合，再經原料氣冷卻器II3、原料氣冷卻器I2和中壓氮氣冷卻器1復熱至環境溫度后，作為燃料氣送出冷箱；所有液體自上而下流動，在甲烷濃縮塔9塔底匯合，再經原料氣冷卻器II3和原料氣冷卻器I2復熱至環境溫度后，作為甲烷產品氣送出冷箱。

中壓氮氣經中壓氮氣冷卻器1和原料氣冷卻器I2被返流氣體冷卻至-67℃后，其中大部分經節流直接與自氮洗塔7頂部來的合成氣混合，基本達到氫氮氣化學配比3:1；其余部分繼續在原料氣冷卻器II3中冷卻并液化，液氮進入氮洗塔7頂部，作為洗滌劑將原料氣體中一氧化碳、氬等雜質洗下。

在以上過程中，選用的中壓氮氣壓力為5.2MPa、42℃。原料氣的壓力為5.4MPa、-64℃。

本發明提出的一種能回收甲烷的液氮洗滌裝置已通過良好的實施例進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和范圍內，對本發明所屬的結構和技術方法進行改動或適當變更與組合來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動，對本領域技術人員來說是顯而易見的，都被視為包括在本發明精神、范圍和內容中。