[发明专利]合成氨驰放气中甲烷和氩气的分离回收装置及回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成氨驰放气回收的技术领域，尤其涉及了一种合成氨驰放气中甲烷和氩气的分离回收装置及其回收方法。

背景技术

液体甲烷（LNG）是一种优质能源，具有热值高、洁净、燃烧污染小等特点，且便于运输，是21世纪中国城市民用燃气首选燃料。LNG可以作为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有热值高、抗爆性好、燃烧完全、排气污染小、发动机寿命长、降低运输成本等优点，即使与压缩天然气相比，它也具有储存效率高、加一次气续行程远，车装钢瓶压力小、重量轻、数量小、建站不受供气管网的限制等优势。有利于环境保护，减少城市污染。

氩气是目前工业上应用很广的稀有气体。在飞机制造、造船、原子能工业和机械工业部门，对特殊金属，例如铝、镁、铜及其合金和不锈钢在焊接时，往往用氩作为焊接保护气，防止焊接件被空气氧化或氮化。在金属冶炼方面，氧、氩吹炼是生产优质钢的重要措施，每炼1t钢的氩气消耗量为1～3m³。此外，对钛、锆、锗等特殊金属的冶炼，以及电子工业中也需要用氩作为保护气。由于空气中氩的含量极少（0.093%），传统空分制氩，成本很高。

合成氨一直是化工产业的能耗大户。合成氨生产过程中，合成工段放空气和氨罐驰放气中共约含甲烷34.8Nm³/吨氨，氩气7.5 Nm³/吨氨，氮气30.2 Nm³/吨氨。如果按30万吨氨/年的生产规模和300天操作时间计算，以上各组分的量分别对应3.48×10⁴ Nm³/d甲烷，7500 Nm³/d氩气和3.02×10⁴ Nm³/d氮气。一般的处理方法是将大部分的含量较高的氢和氮回收利用，将剩余含氢、氮、氩、甲烷的驰放气燃烧或直接排放。这样不仅浪费了能源、污染了环境，同时也降低了氮肥厂的经济效益。国家近几年来一直致力于合成氨节能工程，这就有必要对合成氨回收过程进行优化。如果分离回收液体甲烷和液氩，氮气回合成工段，将带来极大的经济和环保效益。

目前，合成氨驰放气回收一般采用以下工艺方法，但均存在一定的缺陷：

（1）等压水洗氨回收：其工艺主要是将放空气和驰放气进行水洗变成氨水，或者进一步用蒸汽加热提纯成液氨。优点是回收后气体压力不会降低，缺点是需要大量的热蒸汽消耗或氨水的再处理。

（2）氮气双膨胀制冷回收：该技术主要是将外界的氮气分别压缩为低压氮气和中压氮气后送入换热器，出换热器的氮气再进行双膨胀后获得更低的温度，然后进换热器为其提供冷量。优点是较单一的氮气膨胀能耗低5%左右，缺点是循环氮气的使用量大。

发明内容

本发明针对现有技术中能源浪费和环境污染，以及上述合成氨驰放气处理方法的不足，本提供一种利用混合冷剂和氮气双制冷系统来分离回收合成氨驰放气中甲烷和氩气的装置及方法，可得到高纯度的甲烷和氩气，同时能够得到较高纯度的氮气和氢气。

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：

合成氨驰放气中甲烷和氩气的分离回收装置，包括冷箱、原料气管道、水冷却器                                                、水冷却器、气液分离器、气液平衡罐、节流减压阀、与原料气管道相连通的净化系统、用于提供深冷分离所需的制冷系统及用于逐级分离驰放气的精馏系统，制冷系统包括混合冷剂循环压缩机、中压循环氮压机以及主换热器，混合冷剂循环压缩机、水冷却器、气液分离器、气液平衡罐及主换热器之间通过管道相连接，中压循环氮压机通过管道分别与水冷却器及主换热器相连接；所述的精馏系统包括安装有第一冷凝器的脱氢塔、安装有第二冷凝器和第二蒸发器的甲烷精馏塔、安装有第三冷凝器和第三蒸发器的氩精馏塔，所述主换热器、脱氢塔、甲烷精馏塔、氩精馏塔通过管道连接。

作为优选，所述的净化系统包括第一分子筛吸附器和第二分子筛吸附器，所述净化系统通过管道与主换热器相连接。

作为优选，所述的中压循环氮压机通过管道与主换热器相连接，主换热器通过管道与氩精馏塔的第三蒸发器相连接，第三蒸发器通过管道分别与第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器相连接，脱氢塔、甲烷精馏塔、氩精馏塔的上部分别通过管道与主换热器相连。