[发明专利]低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备

说明书

技术领域

本发明主要应用于合成氨低温液氮工艺设备技术领域，涉及低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备技术，应用低温液氮工艺中气液分离器分离出的－191.5℃、1.8MPa H₂、洗涤塔顶流出的－193.4℃、5.19MPa N₂—H₂合成气及洗涤塔顶流出的－191.5℃、0.18MPa N₂—A_r—CO—CH₄污氮、补充高压LN₂冷却－127.2℃、5.7MPa N₂至－188℃、5.6MPa LN₂及冷却来自低温甲醇工艺的H₂—N₂—CO—A_r—CH₄净化气至－188.2℃、5.21MPa，即应用洗涤后的N₂—H₂合成气、高压H₂及污氮的冷量回热冷却液化来流高压N₂、低温甲醇洗后的净化气，给洗涤塔提供低温液氮洗涤低温净化气的温度条件；其结构紧凑，换热效率高，可用于42℃～－193.4℃气体带相变低温回热换热领域，解决低温液氮一、二、三级连续回热制冷技术难题，提高低温液氮工艺系统的低温回热换热效率。

背景技术

合成氨低温液氮洗工艺中的主换热设备为多股流螺旋缠绕管式换热器，主换热工艺流程主要包括三个阶段，主要由三个不同换热温区的换热器组成，其中，第一个阶段是将压缩后的高压氮气进行预冷，即将42℃高压氮气预冷至－63.6℃，第二个阶段是将高压氮气及低温甲醇工艺来的净化气从－63.6℃冷却至－127.2℃，为低温液化做准备，第三个阶段是将－127.2℃高压氮气冷却至－188℃并液化及将－127.2℃净化气冷却至－188.2℃，三个过程连续运行并连接成为一整体式低温液氮回热换热装备。目前，大多低温液氮洗工艺系统采用整体换热方式，将三段制冷过程连接为一整体，换热器高度可达60～80米，换热效率得到明显提高。此外，由于普通列管式换热器采用管板连接平行管束方式，结构简单，自收缩能力较差，一般为单股流换热，换热效率较低，体积较大，温差较小，若要将高压N₂在一个流程内冷却并液化，需要多台列管式换热器连接换热，换热器数量众多，不宜管理。另外，传统的补充液氮的方法是将制氮系统生产的液氮在0.18MPa饱和状态下直接注入污氮中降低整个回流温度，加速启动扩散制冷过程，但汽化后的氮气与污氮一起排出系统燃烧后排入大气，造成氮气浪费。本发明采用5.9MPa高压过冷液氮直接打入壳体反向冷却缠绕管束，气化后与壳程高压氮气混合，可直接起到加速气氮液化作用，推动洗涤塔内扩散制冷过程，补充液氮也可有效应用于合成氨气体的配比这程，节流了氮气的使用量。最后，传统的精配合成气中的氮氢含量方法是另外补充高压氮气配平，本发明直接从二级制冷段引出精配氮气，直接加入到二级合成气管束的方法精确配平合成气氮氢比例，操作方便。本发明根据低温液氮洗工艺技术特点及液氮三级低温液化特点，采用三段各自独立的螺旋缠绕管式换热器做为主要换热设备，分段独立制冷，重点针对低温液氮用多股流缠绕管式主回热换热装备回热制冷工艺流程，研究开发温区介于42℃～－188℃之间的三级制冷工艺技术及缠绕管式换热装备结构及回热换热工艺流程，解决三级高压氮气低温回热液化与净化气预冷核心技术问题，即LN₂低温液化一、二、三级多股流缠绕管式换热装备结构及工艺流程问题。

发明内容

本发明主要针对高压氮气一、二、三级42℃～－188℃分段低温液化问题，采用具有体积小、换热效率高、换热温差大、具有自紧收缩调整功能的一、二、三级多股流缠绕管式主回热换热器做为主换热设备，应用－191.5℃、1.8MPa H₂、－193.4℃、5.19MPa N₂—H₂混合气体及－191.5℃、0.18MPa N₂—A_r—CO—CH₄混合气体回热制冷工艺流程，控制相变制冷流程，进而控制高压氮气及净化气预冷温度及压力，提高换热效率，解决高压氮气一、二、三级低温回热液化及净化气预冷问题，为低温液氮洗涤提供低温流体条件。

本发明的技术解决方案：