本發明涉及合成氨原料氣的凈化處理領域，特別是涉及一種利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統。

背景技術：

合成氨工藝需要的原料氣包括氮氣和氫氣，氮氫比例在3:1左右，如果合成氨的原料氣中含有液化天然氣和一氧化碳，會導致合成氨催化劑中毒，因此在獲得合成氨原料氣時，不但要控制氮氫比例，同時還要控制原料氣中的有害介質。

焦爐氣中富含甲烷、一氧化碳、氫氣、氮氣，在利用焦爐氣做合成氨的原料氣時，必須脫除焦爐氣中的甲烷和一氧化碳組分。通過低溫液氮洗的方式可以脫除焦爐氣中的甲烷和一氧化碳，因此液氮洗是凈化合成氨原料氣的重要方式?，F實生產中合成氨系統與液氮洗系統通過管路連接，當結構復雜合成氨系統因檢修或其他原因停車時，液氮洗系統也不得不停車，這樣帶來很多不必要的損失，特別是冷箱停車后啟動需要大量時間及能源，現有技術中，缺乏當合成氨系統停車時，保證系統的穩定運行的液氮洗系統。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種結構簡單的，流程可以切換的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，包括：

用于使原料氣初步降溫的第一換熱器，與原料氣氣源通過管路連接；

用于使初步降溫的原料氣再次降溫的第二換熱器，與第一換熱器通過管路連接；

用于使再次降溫后的原料氣脫氫并氣液分離的脫氫塔，與第二換熱器通過管路連接；

用于對原料氣分離出的氣相進行氮洗并排出氮氫氣的氮洗塔，與脫氫塔的氣相排出口通過管路連接；

對原料氣分離出的液相以及氮洗塔排出的液相進行精餾處理并排出液化天然氣以及富一氧化碳氣的甲烷塔，與分離器的液相排出口以及氮洗塔的液相排出口通過管路連接；

用于提供冷量的氮氣制冷系統，所述氮氣制冷系統包括用于壓縮氮氣的氮氣壓縮機單元，氮氣壓縮機單元通過第一管路向甲烷塔、脫氫塔輸送被壓縮的氮氣，甲烷塔、脫氫塔排出的氮氣通過第二管路輸至氮氣壓縮機單元，

氮氣在氮氣壓縮機單元與甲烷塔、脫氫塔之間循環，第一管路依次經過第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器，第二管路依次經過第三換熱器、第二換熱器、第一換熱器，第一管路中的氮氣在第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器冷卻，第二管路中的氮氣在第三換熱器、第二換熱器、第一換熱器中提供冷量；

中壓氮氣輸入管，所述中壓氮氣輸入管與中壓氮氣氣源連接，所述中壓氮氣輸入管經過第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器后與氮洗塔連接，中壓氮氣輸入管通過第一輸入管與第一管路連通，第一輸入管與第一管路連通點位于氮氣壓縮機單元與第一換熱器之間，第一輸入管上設置有第一閥。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，中壓氮氣輸入管通過第二輸入管與第一管路連通，第二輸入管與第一管路連通點位于氮洗塔與第三換熱器之間，第二輸入管上設置有第二閥。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，中壓氮氣輸入管上安裝第三閥，所述第三閥位于氮洗塔與第三換熱器之間。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，氮洗塔的氮氫氣排出口與第四管路連通，第四管路依次經過第三換熱器、第二換熱器、第一換熱器。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，脫氫塔的氣相排出口通過第三管路連接氮洗塔，第三管路通過第三換熱器，以使第三管路中的氣相被冷卻。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，甲烷塔的液化天然氣排出口與液化天然氣排出管連通，液化天然氣排出管經過第二換熱器后與第一節流閥的入口連通，以使液化天然氣排出管中的液化天然氣通過第二換熱器冷卻降溫后通過第一節流閥節流冷卻降溫。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，還包括用于提供冷量的冷劑制冷系統，所述冷劑制冷系統包括冷劑壓縮機單元以及第二節流閥、第三節流閥，冷劑壓縮機單元通過第五管路向第二節流閥輸送被壓縮的氣相制冷劑，氣相制冷劑被第二節流閥節流降溫后通過第七管路返回冷劑壓縮機單元，第五管路依次經過第一換熱器、甲烷塔的塔底再沸器、第二換熱器后與第二節流閥的進口連通，第七管路依次經過第二換熱器與第一換熱器，第五管路中的氣相制冷劑在第一換熱器、第二換熱器、甲烷塔的塔底再沸器中冷卻，第七管路中的氣相制冷劑在第二換熱器、第一換熱器中提供冷量，冷劑壓縮機單元通過第六管路向第三節流閥輸送被壓縮的液相制冷劑，第三節流閥與第七管路連通，液相制冷劑被第三節流閥節流降溫后通過第七管路返回冷劑壓縮機單元，第六管路經過第一換熱器。

本發明提供了一種利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，在制取合格的合成氨原料氣的同時，獲得高附加值的LNG產品，并且當合成氨系統停車時，可以在不生產合成氨原料時，保證本系統穩定運行。

附圖說明

圖1為本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，包括：

用于使原料氣初步降溫的第一換熱器E1，與原料氣氣源通過管路連接；

用于使初步降溫的原料氣再次降溫的第二換熱器E2，與第一換熱器E1通過管路連接；

用于使再次降溫后的原料氣脫氫并氣液分離的脫氫塔T1，與第二換熱器E2通過管路連接；

用于對原料氣分離出的氣相進行氮洗并排出氮氫氣的氮洗塔T2，與脫氫塔T1的氣相排出口通過管路連接；

對原料氣分離出的液相以及氮洗塔T2排出的液相進行精餾處理并排出液化天然氣以及富一氧化碳氣的甲烷塔T3，與脫氫塔T1的液相排出口以及氮洗塔T2的液相排出口通過管路連接；

用于提供冷量的氮氣制冷系統，氮氣制冷系統包括用于壓縮氮氣的氮氣壓縮機單元，氮氣壓縮機單元通過第一管路1向甲烷塔T3、脫氫塔T1輸送被壓縮的氮氣，甲烷塔T3、脫氫塔T1排出的氮氣通過第二管路2輸至氮氣壓縮機單元，氮氣在氮氣壓縮機單元與甲烷塔T3、脫氫塔T1之間循環，第一管路1依次經過第一換熱器E1、第二換熱器E2、第三換熱器E3，第二管路2依次經過第三換熱器E3、第二換熱器E2、第一換熱器E1，第一管路1中的氮氣在第一換熱器E1、第二換熱器E2、第三換熱器E3冷卻，第二管路2中的氮氣在第三換熱器E3、第二換熱器E2、第一換熱器E1中提供冷量；

中壓氮氣輸入管10，中壓氮氣輸入管10與中壓氮氣氣源連接，中壓氮氣輸入管10經過第一換熱器E1、第二換熱器E2、第三換熱器E3后與氮洗塔T2連接，中壓氮氣輸入管10通過第一輸入管11與第一管路1連通，第一輸入管11與第一管路1連通點位于氮氣壓縮機單元與第一換熱器E1之間，第一輸入管11上設置有第一閥V1。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，中壓氮氣輸入管10通過第二輸入管12與第一管路1連通，第二輸入管12與第一管路1連通點位于氮洗塔T2與第三換熱器E3之間，第二輸入管12上設置有第二閥V2。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，中壓氮氣輸入管10上安裝第三閥V3，第三閥V3位于氮洗塔T2與第三換熱器E3之間。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，氮洗塔T2的氮氫氣排出口與第四管路4連通，第四管路4依次經過第三換熱器E3、第二換熱器E2、第一換熱器E1。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，脫氫塔T1的氣相排出口通過第三管路3連接氮洗塔T2，第三管路3通過第三換熱器E3，以使第三管路3中的氣相被冷卻。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，甲烷塔T3的液化天然氣排出口與液化天然氣排出管30連通，液化天然氣排出管30經過第二換熱器E2后與第一節流閥V71的入口連通，以使液化天然氣排出管30中的液化天然氣通過第二換熱器E2冷卻降溫后通過第一節流閥V71節流冷卻降溫。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，還包括用于提供冷量的冷劑制冷系統，冷劑制冷系統包括冷劑壓縮機單元以及第二節流閥72、第三節流閥73，冷劑壓縮機單元通過第五管路5向第二節流閥72輸送被壓縮的氣相制冷劑，氣相制冷劑被第二節流閥72節流降溫后通過第七管路7返回冷劑壓縮機單元，第五管路5依次經過第一換熱器E1、甲烷塔T3的塔底再沸器、第二換熱器E2后與第二節流閥72的進口連通，第七管路7依次經過第二換熱器E2與第一換熱器E1，第五管路5中的氣相制冷劑在第一換熱器E1、第二換熱器E2、甲烷塔T3的塔底再沸器中冷卻，第七管路7中的氣相制冷劑在第二換熱器E2、第一換熱器E1中提供冷量，冷劑壓縮機單元通過第六管路6向第三節流閥73輸送被壓縮的液相制冷劑，第三節流閥73與第七管路7連通，液相制冷劑被第三節流閥73節流降溫后通過第七管路7返回冷劑壓縮機單元，第六管路6經過第一換熱器E1。

本發明的技術方案公開了一種可實現切換功能的一種利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統。

當本發明的技術方案工作時，原料氣經換熱器降溫后，先加入脫氫塔脫除大部分甲烷，然后進入氮洗塔，將甲烷和一氧化碳脫除至1ppm以下，最終獲得氮氫氣，原料氣中冷凝出的液相進入甲烷塔，得到LNG產品和富一氧化碳尾氣。當不需要液氮洗流程時，流程還可以切換，即氮洗塔沒有液氮進入，本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統也可以穩定運行。

冷劑壓縮機單元包括的混合冷劑壓縮機可以為離心壓縮機、螺桿壓縮機、往復壓縮機，驅動形式可以是蒸汽驅動、電驅動。

氮氣壓縮機單元包括的氮氣壓縮機可以為離心壓縮機、螺桿壓縮機、往復壓縮機，驅動形式可以是蒸汽驅動、電驅動。

冷劑壓縮機單元所用的混合冷劑為氮氣、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、異丁烯、異丁烷、異戊烷的任意組合。

脫氫塔、甲烷塔、氮洗塔可以為填料塔、板式塔、泡罩塔、篩板塔。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，其中，在中壓氮氣輸入管10的中壓氮氣進口設置有切斷閥V10。

本發明提供一種利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統，在制取合格的合成氨原料氣的同時，獲得高附加值的LNG產品，并且當合成氨系統停車時，可以在不生產合成氨原料時，本系統穩定運行，這時原料氣繼續進入，氮洗塔基本不工作，以節省能源和氮氣，冷箱(包括第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器以及制冷系統)繼續工作，同時本系統繼續排出富一氧化碳氣、合格的LNG產品以及純度略低的氮氫氣，當合成氨系統維修后重新啟動，本系統可以立即接入，很快投入正常生產，由此避免大量損失。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統的制冷系統為混合冷劑制冷系統以及氮氣節流制冷系統。

混合冷劑制冷系統工作時，來自冷箱的混合冷劑經壓縮機壓縮并冷卻分離后，液相冷劑進入第一換熱器，經降溫降壓后為第一換熱器提供冷量，氣相冷劑依次進入第一換熱器、甲烷塔塔底、第二換熱器，并經節流后為第二換熱器、第一換熱器提供冷量，并最終回到壓縮機入口。

氮氣節流制冷系統工作時，來自于冷箱的低壓氮氣經氮壓縮機壓縮后，依次進入第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器，出第三換熱器后分成兩股，一股進脫氫塔，另外一股進甲烷塔，分別為脫氫塔塔頂、甲烷塔塔頂提供冷量。

中壓氮氣依次進入第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器，出第三換熱器后進入氮洗塔頂部。

原料氣經第一換熱器、第二換熱器冷卻降溫后，進入脫氫塔，塔底液相進入甲烷塔，氣相進第三換熱器進一步降溫后，從底部進入氮洗塔，在氮洗塔中，從塔頂噴入的液氮將原料氣中的甲烷和一氧化碳脫除至1ppm以下，最終獲得合格的氮氫氣產品，復溫后出系統，塔底的液相產品進入甲烷塔，在甲烷塔塔頂獲得富一氧化碳氣體，在塔底獲得液態甲烷，并經第二換熱器進一步降溫后即獲得合格的LNG產品。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統包括一套切換閥門，在中壓氮氣進口設置有切斷閥V10，當合成氨系統停車，此閥關閉，第一輸入管11上設置有第一閥V1，合成氨系統停車時，此閥開啟，中壓氮氣輸入管10上安裝第三閥V3，合成氨系統停車時，此閥關閉，第二輸入管12上設置有第二閥V2，合成氨系統停車時，此閥開啟。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統的優點：此系統可以制取合成氨原料和LNG，并且當合成氨系統停車時，系統也可以穩定運行。

本發明的利用液氮洗制取合成氨原料氣和LNG的系統工作時，混合冷劑經壓縮機壓縮并冷卻分離后，液相冷劑進入第一換熱器，經第三節流閥73降溫降壓后為第一換熱器提供冷量，氣相冷劑進入第一換熱器、甲烷塔T3、第二換熱器，經第二節流閥72降溫降壓后，為第二換熱器提供冷量，出第二換熱器后與液相冷劑匯合后出系統，并回到壓縮機入口。

氮氣經氮氣壓縮機壓縮后進冷箱，依次進入第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器，出第三換熱器后分成兩股，一股進脫氫塔T1，另外一股進甲烷塔T3，分別提供冷量，并經換熱器復溫后出冷箱，并回到氮壓縮機入口。

原料氣依次進入第一換熱器、第二換熱器，脫氫塔T1，脫氫塔底部的液相進入甲烷塔T3，氣相經第三換熱器E3進一步降溫后進入氮洗塔T2的底部，在氮洗塔中，原料氣和液氮進行熱質交換，將原料氣中的甲烷和一氧化碳脫除至1ppm以下，塔底的液相進入甲烷塔，氣相經換熱器復溫后出系統。在甲烷塔中，從塔頂獲得富一氧化碳氣體，復溫后出系統，液相經換熱器進一步降溫并經第一節流閥節流后，即可獲得合格的LNG產品。

當合成氨系統停車時，即不需要氮洗流程時，此時切斷閥V10關閉，第一閥V1開啟，第三閥V3關閉，第二閥V2開啟。

以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。