專利名稱：液氮洗裝置以及凈化原料氣體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凈化原料氣體的裝置，更具體地涉及液氮洗裝置。本發(fā)明還涉及一種凈化原料氣體的方法。
背景技術(shù)：
液氮洗滌方法是對粗合成氣進(jìn)行最終凈化的技術(shù)。它主要用于脫除粗合成氣中的CO、CH4等微量組分，同時(shí)還對合成氣配氮使其滿足氨合成對H2、N2比例的要求。其凈化的原理是:用液化了的高壓氮?dú)?，在氮洗塔中對原料氣體進(jìn)行洗滌，從而將粗合成氣中的CO等微量組分予以脫除。液氮洗裝置的冷量損失(即傳熱溫差損失和冷損失)通過原料氣體配氮過程中、所發(fā)生的焦耳-湯姆孫效應(yīng)產(chǎn)生的冷效應(yīng)來抵償，在高壓氮?dú)鈮毫^低時(shí)焦耳-湯姆孫效應(yīng)產(chǎn)生冷量不足以抵償冷損，還須靠液氮蒸發(fā)補(bǔ)充不足的冷量。該凈化方法具有制得合成氣的凈化度高(如CO含量在2ppm左右)和運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。但是現(xiàn)有的液氮洗裝置，有些裝置是針對CH4含量為微量的工藝氣，對于魯奇氣化工藝產(chǎn)生的高CH4含量的工藝氣無法處理，當(dāng)CH4含量高的工藝氣通過時(shí)會發(fā)生CH4凍堵的情況，更談不上回收和綜合利用； 有的裝置能夠處理魯奇氣化工藝產(chǎn)生的高CH4含量的工藝氣，但是工藝流程復(fù)雜，操作難度大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供液氮洗裝置及凈化原料氣體的方法，能夠處理高CH4含量的工藝氣，在凈化微量的CO同時(shí)又綜合回收利用CH4，流程簡單，操作簡單易行。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種液氮洗裝置，包括冷箱，所述冷箱內(nèi)設(shè)置有高壓氮?dú)饫鋮s器、第一原料氣體冷卻器、第二原料氣體冷卻器、原料氣氣液分離器、氮洗塔以及多個(gè)管道，來自吸附器的原料氣體管道穿過第一原料氣體冷卻器，再穿過第二原料氣體冷卻器，并從第二原料氣體冷卻器的中部引出后再連接至原料氣氣液分離器，從原料氣氣液分離器引出的原料氣氣體管道再次穿過第二原料氣體冷卻器后連接至氮洗塔下部的引入口 ；來自界區(qū)的高壓氮?dú)夤艿来┻^高壓氮?dú)饫鋮s器、第一原料氣體冷卻器和第二原料氣體冷卻器后連接至氮洗塔的上部；由氮洗塔頂部引出的氮洗氣管道依次穿過第二原料氣體冷卻器、第一原料氣體冷卻器和高壓氮?dú)饫鋮s器后離開冷箱；其中,還包括設(shè)置在原料氣體管道中與穿過第一原料氣體冷卻器的原料氣體管道部分并聯(lián)的溫度控制旁路，溫度控制旁路包括溫控閥門；并且在原料氣氣液分離器的進(jìn)口處的原料氣體管道上設(shè)有溫度傳感器；溫度傳感器與溫控閥門信號連通，溫控閥門響應(yīng)于溫度傳感器發(fā)出的信號打開或關(guān)閉至相應(yīng)的開度。進(jìn)一步地，在冷箱中還設(shè)有氫氣分離器，氫氣分離器與氮洗塔中部引出的管道連通，由氫氣分離器頂部引出的氫氣管道穿過第二原料氣體冷卻器、第一原料氣體冷卻器和高壓氮?dú)饫鋮s器后離開冷箱。進(jìn)一步地，還包括從氫氣分離器底部引出的液體管道，液體管道連接至燃料氣氣液分離器，由燃料氣氣液分離器頂部引出的燃料氣管道穿過第二原料氣體冷卻器、第一原料氣體冷卻器和高壓氮?dú)饫鋮s器后離開冷箱。進(jìn)一步地，還包括富甲烷氣液分離器，由氮洗塔底部引出的液體管道以及由原料氣氣液分離器底部引出的液體管道連接富甲烷氣液分離器，由富甲烷氣液分離器弓I出的管道穿過第二原料氣體冷卻器、第一原料氣體冷卻器和高壓氮?dú)饫鋮s器后離開冷箱。進(jìn)一步地，在第一原料氣體冷卻器與第二原料氣體冷卻器之間的氮洗氣管道上設(shè)置有氣體混合器，并且氣體混合器與高壓氮?dú)夤艿肋B通。本發(fā)明還提供了一種凈化原料氣體的方法，經(jīng)過吸附器處理的原料氣體被引入冷箱中的第一原料氣體冷卻器和第二原料氣體冷卻器進(jìn)行冷卻，并在第二冷卻原料氣體冷卻器中部被引出進(jìn)入原料氣氣液分離器分離液態(tài)甲烷組分，經(jīng)分離后的原料氣體再次流經(jīng)第二原料氣體冷卻器冷卻后，進(jìn)入氮洗塔，在氮洗塔內(nèi)進(jìn)一步通過液氮洗滌后由氮洗塔頂部引出，經(jīng)第二原料氣體冷卻器和第一原料氣體冷卻器復(fù)熱后送出冷箱；其中，通過控制流過第一原料氣體冷卻器的原料氣量來控制進(jìn)入原料氣氣液分離器的原料氣體的溫度，以防止CH4固化。優(yōu)選地，控制流過第一原料氣體冷卻器中原料氣體量通過設(shè)置在原料氣體管道中與穿過第一原料氣體冷卻器的原料氣體管道部分并聯(lián)的溫度控制旁路來實(shí)現(xiàn)，溫度控制旁路包括溫控閥門；溫控閥門與設(shè)置在連接至原料氣氣液分離器進(jìn)口處的原料氣體管道上的溫度傳感器信號連通，溫控閥門響應(yīng)于溫度傳感器發(fā)出的信號打開或關(guān)閉至相應(yīng)的開度。進(jìn)一步地，包括回收氮洗塔中液體中的氫氣。優(yōu)選地，所述回收通過如下 步驟來實(shí)現(xiàn):在冷箱內(nèi)設(shè)置氫氣分離器，通過閥門控制氫氣分離器與氮洗塔底部的連通；將氫氣分離器閃蒸分離的氫氣引入第二原料氣體冷卻器、第一原料氣體冷卻器和高壓氮?dú)饫鋮s器復(fù)熱后送出冷箱。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):通過在第一原料氣體冷卻器處設(shè)置溫度控制旁路，來控制流過第一原料氣體冷卻器的原料氣體量，從而可以控制進(jìn)入原料氣氣液分器的原料氣體的溫度，由此可以防止CH4出現(xiàn)固化。通過設(shè)置氫氣回收系統(tǒng)，能有效地回收離開氮洗塔的液相中的氫氣。而且與現(xiàn)有的液氮洗工藝流程相比，本發(fā)明工藝流程簡單、操作靈活并且簡單有效。


圖1為本發(fā)明的液氮洗裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一種液氮洗裝置，包括冷箱7，冷箱7內(nèi)設(shè)置有高壓氮?dú)饫鋮s器3、第一原料氣體冷卻器1、第二原料氣體冷卻器2、原料氣氣液分離器6、氮洗塔4以及若干個(gè)管道。來自分子篩吸附器處理過的原料氣體管道被引入冷箱1，首先引入第一原料氣體冷卻器I進(jìn)行冷卻，接著引入第二原料氣體冷卻器2進(jìn)行冷卻，原料氣體管道從第二原料氣體冷卻器2的中部引出，接著引入原料氣氣液分離器6，以分離原料氣體中的液態(tài)甲烷組分。由原料氣氣液分離器6引出的分離后的原料氣體管道再次引入第二原料氣體冷卻器2進(jìn)行冷卻后，從第二原料氣體冷卻器2的下部引出，最后引入氮洗塔4的下部的引入口，從而在氮洗塔4內(nèi)進(jìn)行洗滌。來自界區(qū)外的空分裝置的高壓氮?dú)夤艿来┻^高壓氮?dú)饫鋮s器3、第一原料氣體冷卻器I和第二原料氣體冷卻器2進(jìn)行冷卻液化后，引入氮洗塔4的上部，從而利用液氮對原料氣體進(jìn)行洗滌。通過氮洗塔4下部引入的原料氣體在氮洗塔塔釜進(jìn)一步分離其中的液態(tài)甲烷組分，氣相通過升氣帽進(jìn)入塔中部，原料氣中所含的一氧化碳、氬和甲烷等雜質(zhì)在氮洗塔4中被由上部引入的液氮脫除，凈化后的含有少量氮?dú)獾膬艋瘹庾缘此斠?，由氮洗塔塔頂引出的氮洗氣管道依次穿過第二原料氣體冷卻器2、第一原料氣體冷卻器I和高壓氮?dú)饫鋮s器3被復(fù)熱后離開冷箱7。為了控制進(jìn)入原料氣氣液分離器6的原料氣體的溫度，防止CH4固化，設(shè)置與穿過第一原料氣體冷卻器I的原料氣體管道部分并聯(lián)的溫度控制旁路，溫度控制旁路包括溫控閥門5 ;溫控閥門5控制流經(jīng)旁路的原料氣體的量，從而控制穿過第一原料氣體冷卻器I的原料氣體量。具體地，在連接至原料氣氣液分離器6的進(jìn)口的原料氣體管道上設(shè)有溫度傳感器13，溫度傳感器13用于檢測進(jìn)入原料氣氣液分離器6的原料氣體的溫度；溫度傳感器13與溫控閥門5信號連通，溫度傳感器13將檢測到的溫度信號傳送到溫控閥門5。溫控閥門5響應(yīng)于溫度傳感器發(fā)出的信號打開或關(guān)閉到相應(yīng)的開度，通過增加或減少經(jīng)過第一原料氣體冷卻器I的原料氣體量，來控制進(jìn)入原料氣氣液分離器6的原料氣體溫度，從而防止CH4固化。例如，當(dāng)溫度傳感器13檢測到原料氣氣液分離器6入口處的溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，設(shè)置在第一原料氣體冷卻器I旁路上的溫控閥門5就會響應(yīng)于溫度傳感器13反饋的信號自動增大溫控閥門5的開度，從而減少通過第一原料氣體冷卻器I的原料氣體量，由此使得進(jìn)入原料氣氣液分離器6的原料氣體溫度升高；反之，當(dāng)溫度傳感器13檢測到原料氣氣液分離器6入口處的溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，則設(shè)置在第一原料氣體冷卻器I旁路上的溫控閥門5就會響應(yīng)于溫度傳感器13反饋的信號自動減小溫控閥門5的開度；從而增加通過第一原料氣體冷卻器I的原料氣體量，由此使得進(jìn)入原料氣氣液分離器6的原料氣體溫度降低。 由于總有一些H2及其它氣體溶解于離開氮洗塔4的液體中，因此為了回收這部分H2，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在冷箱7中還可以設(shè)有氫氣分離器8。氫氣分離器8與氮洗塔4中部引出的管道連通，在該管道上設(shè)有液體閥門，當(dāng)液體閥門打開時(shí)，由氮洗塔4中部引出的液體經(jīng)過閥門減壓后，進(jìn)入氫氣分離器8進(jìn)行閃蒸，閃蒸出的氣相即是要回收的氫氣，回收的氫氣通過氫氣分離器8頂部引出的氫氣管道，引入第二原料氣體冷卻器2、第一原料氣體冷卻器I和高壓氮?dú)饫鋮s器3復(fù)熱后離開冷箱7。由氫氣分離器8底部排出的液體經(jīng)過從氫氣分離器底部引出的液體管道，經(jīng)液體閥門減壓后，引入燃料氣氣液分離器10，由燃料氣氣液分離器10頂部引出的燃料氣管道經(jīng)過第二原料氣體冷卻器2、第一原料氣體冷卻器I和高壓氮?dú)饫鋮s器3復(fù)熱后離開冷箱7。冷箱7中還設(shè)有富甲烷氣液分離器11，由氮洗塔塔釜引出的液相管道以及由原料氣氣液分離器6底部引出的液相管道將它們排出的液體引入富甲烷氣液分離器11，并在其中進(jìn)行混合。由富甲烷氣液分離器11引出的液體管道穿過第二原料氣體冷卻器2、第一原料氣體冷卻器I和高壓氮?dú)饫鋮s器3復(fù)熱后離開冷箱7，以回收使用。在第一原料氣體冷卻器I與第二原料氣體冷卻器2之間的氮洗氣管道上設(shè)置有氣體混合器12，并且氣體混合器12與高壓氮?dú)夤艿肋B通。高壓氮?dú)饨?jīng)高壓氮?dú)饫鋮s器3和第一原料氣體冷卻器I冷卻后，其中大部分經(jīng)節(jié)流后引入氣體混合器12直接與從氮洗氣管道引入的氮洗氣在氣體混合器12中混合，基本達(dá)到氫氮?dú)饣瘜W(xué)配比3: I后，混合氣體再經(jīng)過第一原料氣體冷卻器I和高壓氮?dú)饫鋮s器3后離開冷箱7。
作為補(bǔ)充，來自空分裝置的液氮經(jīng)過液氮?dú)庖悍蛛x器9分離后，通過管道穿過第二原料氣冷卻器2、第一原料氣冷卻器I和高壓氮?dú)饫鋮s器3為整個(gè)裝置補(bǔ)充冷量,復(fù)熱后離開冷箱7，以回收使用。本發(fā)明還提供了一種凈化原料氣體的方法，首先，經(jīng)過吸附器處理的原料氣體被引入冷箱中的第一原料氣體冷卻器和第二原料氣體冷卻器，并在第二原料氣體冷卻器中部引出進(jìn)入原料氣氣液分離器分離液態(tài)甲烷組分，經(jīng)分離后的原料氣體再次流經(jīng)第二原料氣體冷卻器后，進(jìn)入氮洗塔，在氮洗塔內(nèi)經(jīng)液氮洗滌從而進(jìn)一步分離了液態(tài)甲烷組分后，由氮洗塔頂部引出，經(jīng)第二原料氣體冷卻器和第一原料氣體冷卻器復(fù)熱后送出冷箱；其中，通過控制流過第一原料氣體冷卻器的原料氣量來控制進(jìn)入原料氣氣液分離器的原料氣體的溫度，從而防止CH4固化。在優(yōu)選的實(shí)施例中，控制流過第一原料氣體冷卻器的原料氣體量通過在原料氣體管道中與穿過第一原料氣體冷卻器的原料氣體管道部分設(shè)置并聯(lián)的溫度控制旁路來實(shí)現(xiàn)，溫度控制旁路包括溫控閥門；溫控閥門控制流經(jīng)旁路的原料氣體量，從而控制穿過第一原料氣體冷卻器的原料氣體量，并由此控制進(jìn)入原料氣氣液分離器的原料氣溫度。在原料氣體管道連接至原料氣氣液分離器的進(jìn)口處設(shè)有溫度傳感器，用于檢測進(jìn)入原料氣氣液分離器的原料氣體的溫度；溫度傳感器與溫控閥門信號連通，溫度傳感器將檢測的溫度信號傳送到溫控閥門。溫控閥門響應(yīng)于溫度傳感器發(fā)出的信號打開或關(guān)閉至相應(yīng)的開度，由此通過增加或減少經(jīng)過第一原料氣體冷卻器的原料氣體量，來控制進(jìn)入原料氣氣液分離器的原料氣體溫度，從而可以有效地防止CH4固化。在優(yōu)選的實(shí)施例中，還包括回收氮洗塔中液體中的氫氣。氫氣分離器與氮洗塔中部引出的管道連通，在該管道上設(shè)有液體閥門，當(dāng)液體閥門打開時(shí)，由氮洗塔中部引出的液體經(jīng)過閥門減壓后，進(jìn)入氫氣分離器進(jìn)行閃蒸，閃蒸出的氣相即是要回收的氫氣，回收的氫氣通過氫氣分離器頂部引出的氫氣管道，引入第二原料氣體冷卻器、第一原料氣體冷卻器和高壓氮?dú)饫鋮s器復(fù)熱后離開冷箱。
權(quán)利要求
1.一種液氮洗裝置，包括冷箱，所述冷箱內(nèi)設(shè)置有高壓氮?dú)饫鋮s器、第一原料氣體冷卻器、第二原料氣體冷卻器、原料氣氣液分離器、氮洗塔以及多個(gè)管道，來自吸附器的原料氣體管道穿過第一原料氣體冷卻器，再穿過第二原料氣體冷卻器，并從第二原料氣體冷卻器的中部引出后再連接至原料氣氣液分離器，從原料氣氣液分離器引出的原氣氣體管道再次穿過第二原料冷卻器后連接至氮洗塔下部的引入口 ；來自界區(qū)的高壓氮?dú)夤艿来┻^高壓氮?dú)饫鋮s器、第一原料氣體冷卻器和第二原料氣體冷卻器后連接至氮洗塔的上部；由氮洗塔頂部引出的氮洗氣管道依次穿過第二原料氣體冷卻器、第一原料氣體冷卻器和高壓氮?dú)饫鋮s器后離開冷箱；其特征在于，還包括設(shè)置在原料氣體管道中與穿過第一原料氣體冷卻器的原料氣體管道部分并聯(lián)的溫度控制旁路，溫度控制旁路包括溫控閥門；并且在原料氣氣液分離器的進(jìn)口處的原料氣體管道上設(shè)有溫度傳感器；溫度傳感器與溫控閥門信號連通，溫控閥門響應(yīng)于溫度傳感器發(fā)出的信號打開或關(guān)閉至相應(yīng)的開度。
2.如權(quán)利要求1所述的液氮洗裝置，其特征在于，在冷箱中還設(shè)有氫氣分離器，氫氣分離器與氮洗塔中部引出的管道連通，由氫氣分離器頂部引出的氫氣管道穿過第二原料氣體冷卻器、第一原料氣體冷卻器和高壓氮?dú)饫鋮s器后離開冷箱。
3.如權(quán)利要求2所述的液氮洗裝置，其特征在于，還包括從氫氣分離器底部引出的液體管道，液體管道連接至燃料氣氣液分離器，由燃料氣氣液分離器頂部引出的燃料氣管道穿過第二原料氣體冷卻器、第一原料氣體冷卻器和高壓氮?dú)饫鋮s器后離開冷箱。
4.如權(quán)利要求1所述的液氮洗裝置，其特征在于，還包括富甲烷氣液分離器，由氮洗塔底部引出的液體管道以及由原料氣氣液分離器底部引出的液體管道連接富甲烷氣液分離器，由富甲烷氣液分離器引出的管道穿過第二原料氣體冷卻器、第一原料氣體冷卻器和高壓氮?dú)饫鋮s器后離開冷箱。
5.如權(quán)利要求1所述的液氮洗裝置，其特征在于，在第一原料氣體冷卻器與第二原料氣體冷卻器之間的氮洗氣管道上設(shè)置有氣體混合器，并且氣體混合器與高壓氮?dú)夤艿肋B通。
6.一種凈化原料氣體 的方法，經(jīng)過吸附器處理的原料氣體被引入冷箱中的第一原料氣體冷卻器和第二原料氣體冷卻器進(jìn)行冷卻，并在第二原料氣體冷卻器中部被引出進(jìn)入原料氣氣液分離器分離液態(tài)甲烷組分，經(jīng)分離后的原料氣體再次流經(jīng)第二原料氣體冷卻器冷卻后，進(jìn)入氮洗塔，在氮洗塔內(nèi)進(jìn)一步通過液氮洗滌后由氮洗塔頂部引出，經(jīng)第二原料氣體冷卻器和第一原料氣體冷卻器復(fù)熱后送出冷箱；其特征在于，通過控制流過第一原料氣體冷卻器的原料氣量來控制進(jìn)入原料氣氣液分離器的原料氣體的溫度，以防止CH4固化。
7.如權(quán)利要求6所述的凈化原料氣體的方法，其中，控制流過第一原料氣體冷卻器中原料氣體量通過設(shè)置在原料氣體管道中與穿過第一原料氣體冷卻器的原料氣體管道部分并聯(lián)的溫度控制旁路來實(shí)現(xiàn)，溫度控制旁路包括溫控閥門；溫控閥門與設(shè)置在連接至原料氣氣液分離器進(jìn)口處的原料氣體管道上的溫度傳感器信號連通，溫控閥門響應(yīng)于溫度傳感器發(fā)出的信號打開或關(guān)閉至相應(yīng)的開度。
8.如權(quán)利要求6所述的凈化原料氣體的方法，其中，進(jìn)一步包括回收氮洗塔中液體中的氫氣。
9.如權(quán)利要求8所述的凈化原料氣體的方法，其中所述回收通過如下步驟來實(shí)現(xiàn):在冷箱內(nèi)設(shè)置氫氣分離器，通過閥門控制氫氣分離器與氮洗塔底部的連通；將氫氣分離器閃蒸分離的氫氣引入第 二原料氣體冷卻器、第一原料氣體冷卻器和高壓氮?dú)饫鋮s器復(fù)熱后送出冷箱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液氮洗裝置，包括冷箱，所述冷箱內(nèi)設(shè)置有高壓氮?dú)饫鋮s器、第一原料氣體冷卻器、第二原料氣體冷卻器、原料氣氣液分離器、氮洗塔以及多個(gè)管道，還包括設(shè)置在原料氣體管道中與穿過第一原料氣體冷卻器的原料氣體管道部分并聯(lián)的溫度控制旁路，溫度控制旁路包括溫控閥門；并且在原料氣氣液分離器的進(jìn)口處的原料氣體管道上設(shè)有溫度傳感器；溫度傳感器與溫控閥門信號連通，溫控閥門響應(yīng)于溫度傳感器發(fā)出的信號打開或關(guān)閉至相應(yīng)的開度。本發(fā)明還公開了一種凈化原料氣體的方法。
文檔編號C01B3/52GK103112824SQ20131003252
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者錢軍, 柴慶波, 張文靜 申請人:北京新峰泰克工程技術(shù)有限公司