[发明专利]一种合成氨原料气的净化装置及净化方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成氨生产工艺中原料气的净化领域，尤其涉及一种合成氨原料气的净化装置及净化方法。

背景技术

在合成氨装置中，合成气净化过程是一个重要工艺环节。传统的工艺流程是原料气经一段炉转化、二段炉转化、CO变换、甲烷化、干燥后进入压缩单元，然后在高压合成单元内进行合成反应生成合成氨。

由于经过预处理后的原料气中含有少量甲烷和氩气，而这些少量的甲烷和氩气在氨合成反应中不参与反应，因而就会有越来越多的甲烷和氩气累积，结果造成氮气和氢气的分压降低，影响反应速率和转化率。因此当甲烷和氩气累积到一定浓度后，要将反应气弛放掉。这样就造成大量氢气的损耗，降低了产品的收率。采用深冷布朗工艺可以将原料气中的甲烷和氩气大部分除去，从而减少了合成氨反应器中惰性气体的累积，提高了氢气分压，增加了产品的收率。

然而布朗工艺中原料气中的甲烷和氮气、氩气一起作为尾气放掉，没有得到回收。而目前能源紧张，因此对原料气中甲烷的回收就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种减少了合成氨工厂驰放气的排放量，提高了产率，降低了能耗，同时回收了原料气中甲烷的合成氨原料气的净化装置及其净化方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种合成氨原料气的净化装置，包括预冷换热器、深冷换热器、脱甲烷塔、合成氨原料气管路及氮气管路，合成氨原料气管路依次与预冷换热器、深冷换热器、脱甲烷塔相连，氮气管路依次与预冷换热器、深冷换热器、脱甲烷塔相连，所述净化装置还包括甲烷回收塔，甲烷回收塔通过管路与脱甲烷塔塔底相连。

作为优选，所述的合成氨原料气的净化装置还包括氮气膨胀机，氮气膨胀机进口与设置在预冷换热器中部的氮气管路相连，氮气膨胀机出口与深冷换热器的低压氮气出口管路相连。

作为优选，所述的合成氨原料气的净化装置还包括循环氮气压缩机，循环氮气压缩机进口与预冷换热器的低压氮气出口管路相连，循环氮气压缩机出口与预冷换热器的高压氮气进口管路相连。

本发明还提供了一种合成氨原料气的净化方法，包括如下步骤：

a、将合成氨原料气依次经过预冷换热器、深冷换热器热交换后进入到脱甲烷塔中，上述原料气在脱甲烷塔内除去大部分甲烷和氩气，且从其精馏塔顶出合成气氢气和氮气；

b、脱甲烷塔中的釜液经过节流减压后进入甲烷回收塔；

c、循环氮气压缩机产生的高压氮气依次经过预冷换热器、深冷换热器热交换后，分别节流减压进入脱甲烷塔塔顶冷凝器及甲烷回收塔塔顶冷凝器中；

d、脱甲烷塔塔顶冷凝器及甲烷回收塔塔顶冷凝器中蒸发的氮气，分别经过深冷换热器、预冷换热器，复热后进入循环氮气压缩机，增压并冷却后再返回预冷换热器，形成氮气制冷循环；

步骤e：高压氮气在预冷换热器中部抽出一股，进入氮气膨胀机膨胀制冷，膨胀后氮气返回至深冷换热器低压氮气出口管路中。

作为优选，所述的从精馏塔顶出的合成气氢气和氮气的体积比为3：1。

作为优选，所述的甲烷回收塔内的操作压力为200~800KPaG。

作为优选，所述的步骤c中的高压氮气经过预冷换热器冷却后的温度为-100~-140℃，经深冷换热器冷却后的温度为-170~-190℃。

作为优选，所述的步骤e中的高压氮气经过预冷换热器冷却后的温度为30~80℃。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

1、本发明有效地减少了合成氨工厂驰放气的排放量，产率增加，能耗降低。

2、回收了原料气中的甲烷，可作为产品LNG销售，增加了产值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图1至附图2与实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1

合成氨原料气的净化装置，如图1和图2所示，包括预冷换热器1、深冷换热器2、脱甲烷塔4、合成氨原料气管路101及氮气管路201，合成氨原料气管路101依次与预冷换热器1、深冷换热器2、脱甲烷塔4相连，氮气管路201依次与预冷换热器1、深冷换热器2、脱甲烷塔4相连，所述净化装置还包括甲烷回收塔，甲烷回收塔通过管路与脱甲烷塔4塔底相连。

本净化装置还包括氮气膨胀机3，氮气膨胀机3进口与设置在预冷换热器1中部的氮气管路202相连，氮气膨胀机3出口与深冷换热器2的低压氮气出口管路203相连。