專利名稱：利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工尾氣回收及綜合利用領(lǐng)域，尤其涉及合成氨尾氣的回收利用的方法及所利用的裝置。
背景技術(shù)：
合成氨廠排放的尾氣中含甲烷、氮?dú)?、氫氣、氬氣及氨氣等，同時(shí)合成氨生產(chǎn)中還 排放二氧化碳。而國內(nèi)還沒有較好的處理合成氨尾氣的方法，目前氮肥廠的合成氨尾氣都 采取燃燒或直接放空的方法，這種做法不僅浪費(fèi)了能源、污染了環(huán)境，同時(shí)也降低了氮肥廠 的經(jīng)濟(jì)效益。其中的有益的甲烷與氬氣無法得到回收。另外，合成氨生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化 碳通常也是直接放空，這樣必然加重了溫室效應(yīng)，破壞了環(huán)境，影響了人類的身體健康。迫于目前環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，能源的日益匱乏，業(yè)界急需一種處理合成氨尾氣 的方法，可以將尾氣中的H2、CO2轉(zhuǎn)化為有益的CH4，變廢為寶，避免環(huán)境的污染及能源的浪 費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提出一種利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法 及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)合成氨尾氣放空浪費(fèi)能源及合成氨生產(chǎn)中二氧化碳排放產(chǎn)生溫室 效應(yīng)的缺陷。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，包括以 下步驟步驟1 除去合成氨尾氣以及合成氨生產(chǎn)中排放的二氧化碳?xì)怏w中的有害氣體，將 合成氨尾氣及/或二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行增壓處理，使合成氨尾氣與二氧化碳?xì)怏w壓力一致， 之后將合成氨尾氣與二氧化碳?xì)怏w混合；步驟2 混合后的氣體送入甲烷化反應(yīng)爐進(jìn)行反 應(yīng)，使二氧化碳和氫氣反應(yīng)生產(chǎn)甲烷和水；步驟3 反應(yīng)后的氣體送入氣體凈化裝置除去其 中的水和二氧化碳；步驟4 凈化后的氣體送入甲烷液化裝置，通過冷卻、精溜工藝將甲烷 氣體液化，并將液化甲烷從甲烷液化裝置中分離出來，貯存充裝。其中，還包括步驟5 將步驟4中從甲烷液化裝置分離出來的氣體送入氬氣液化裝 置，通過冷卻、精溜工藝將其中的氬氣液化，并將液化氬氣從氬氣液化裝置中分離出來。其中，將步驟5中從氬氣液化裝置中分離出來的氣體送入氣體凈化裝置作為吸附 劑再生的再生氣使用。其中，若根據(jù)需要不制取液氬，則將步驟4中從甲烷液化裝置分離出來的氣體直 接送入氣體凈化裝置作為吸附劑再生的再生氣使用。其中，于步驟2及步驟3之間還包括步驟6 將步驟2中反應(yīng)后的氣體進(jìn)行增壓處 理，使其達(dá)到氣體凈化工藝和液化精溜工藝所要求的壓力。其中，所述甲烷液化裝置與所述氬氣液化裝置所需要的冷量由一氮?dú)馀蛎浿评湎?統(tǒng)提供。其中，于所述步驟4中，液化甲烷在封裝過程中氣化所形成的甲烷氣體返回到合成氨尾氣中，與合成氨尾氣一并進(jìn)行增壓處理，重新混合利用。其中，所述步驟2中，甲烷化反應(yīng)的反應(yīng)熱通過獨(dú)立的冷卻循環(huán)系統(tǒng)帶走，維持甲 烷化反應(yīng)爐內(nèi)的反應(yīng)溫度穩(wěn)定。其中， 于步驟1中，所述合成氨尾氣包括合成氨放空氣及合成氨弛放氣，所述合成氨 防空氣包括氮?dú)狻錃?、氬氣及甲烷，所述合成氨弛放氣包括氮?dú)?、氫氣、氬氣、甲烷及氨氣。其中，于步驟1中，所述有害氣體為氨氣及/或硫化氫氣體。其中，于步驟1中，混合后的氣體中氨含量小于50ppm，硫化氫含量小于0. lppm。其中，于步驟3中，反應(yīng)后的氣體經(jīng)過氣體凈化裝置后，氣體露點(diǎn)低于-70°C，二氧 化碳含量小于50ppm。其中，于步驟4中，由甲烷液化裝置分離出來的液化甲烷的溫度為_155°C，壓力為 0. 34MPa，并且甲烷含量大于95 %。其中，于步驟5中，從氬氣液化裝置中分離出來的液化氬氣的溫度為-177°C，壓力 為0. 24MPa，并且氬含量大于99 %。而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種利用合成氨尾氣制取液化甲烷的系統(tǒng)，包 括一甲烷化反應(yīng)爐，將脫除有害氣體并進(jìn)行增壓處理后的合成氨尾氣及合成氨生產(chǎn)排出 的二氧化碳?xì)怏w輸入所述甲烷化反應(yīng)爐中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，使二氧化碳和氫氣反應(yīng)生產(chǎn)甲 烷和水；一氣體凈化裝置，與所述甲烷化反應(yīng)爐連接，經(jīng)由所述氣體凈化裝置除去甲烷化反 應(yīng)反應(yīng)后的氣體中的水和二氧化碳；一甲烷液化裝置，與所述氣體凈化裝置連接，經(jīng)所述氣 體凈化裝置凈化后的氣體由所述甲烷液化裝置冷卻、精溜，以制取液化甲烷。其中，還包括一氬氣液化裝置，與所述甲烷液化裝置連接，從甲烷液化裝置流出的 氣體經(jīng)由所述氬氣液化裝置冷卻、精溜，以制取液化氬氣。其中，還包括一氮?dú)馀蛎浿评湎到y(tǒng)，與所述甲烷液化裝置及所述氬氣液化裝置分 別連接，以提供所述甲烷液化裝置與所述氬氣液化裝置所需要的冷量。其中，還包括一冷卻循環(huán)系統(tǒng)，與所述甲烷化反應(yīng)爐連接，通過所述冷卻循環(huán)系統(tǒng) 帶走甲烷化反應(yīng)的反應(yīng)熱，維持甲烷化反應(yīng)爐內(nèi)的反應(yīng)溫度穩(wěn)定。其中，還包括一增壓裝置，連接于所述甲烷化反應(yīng)爐及所述氣體凈化裝置之間，對(duì) 經(jīng)由所述甲烷化反應(yīng)爐反應(yīng)后的氣體進(jìn)行增壓處理。其中，所述氬氣液化裝置與所述氣體凈化裝置連接。本發(fā)明的效果1、通過甲烷化反應(yīng)，能將合成氨尾氣中甲烷含量提高10% 20% ；2、通過甲烷化反應(yīng)，消耗了二氧化碳，消耗量約為合成氨尾氣中氫氣體積流量的 1/4 ；3、甲烷化反應(yīng)運(yùn)行穩(wěn)定，反應(yīng)率在85%以上；4、氬氣回收率高于90%，液氬純度大于99% ；5、甲烷回收率高于90%，液化甲烷純度大于95% ；6、降低了溫室氣體(二氧化碳、甲烷)排放量，其中二氧化碳被消耗，甲烷被回收。


圖1為本發(fā)明的利用合成氨尾氣制取液化甲烷及液氬的系統(tǒng)的示意 圖2為本發(fā)明的甲烷化反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的利用合成氨尾氣制取液化甲烷及液氬的方法的流程圖。其中，附圖標(biāo)記1:甲烷化反應(yīng)爐2:氣體凈化裝置3:甲烷液化裝置4、氬氣液化裝置5:氮?dú)馀蛎浿评湎到y(tǒng) 6、13、14:增壓裝置7、冷卻循環(huán)系統(tǒng)8、9 貯存充裝裝置10、11:運(yùn)輸槽車12、脫硫裝置15、氨洗裝置16:混合裝置17:封頭18:導(dǎo)熱油循環(huán)入口19 導(dǎo)熱油循環(huán)出口 20 導(dǎo)熱油蒸汽出口21:導(dǎo)熱油液體進(jìn)口 22:管子23 脫氧劑室24 上部管板25 下部管板26.爐體27:進(jìn)氣口28:出氣口29 通孔30 催化劑a、b、c 導(dǎo)熱油溫度測(cè)點(diǎn)口d、e:液位測(cè)點(diǎn)口f:排污口
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明的利用合成氨尾氣制取液化甲烷及液氬的系統(tǒng)的示意圖，如圖1所 示，該裝置主要包括甲烷化反應(yīng)爐1，將脫除氨氣、硫化氫等有害氣體并進(jìn)行增壓處理后 的合成氨尾氣及合成氨生產(chǎn)排出的二氧化碳?xì)怏w輸入所述甲烷化反應(yīng)爐1中進(jìn)行甲烷化 反應(yīng)，使二氧化碳和氫氣反應(yīng)生產(chǎn)甲烷和水；氣體凈化裝置2，與所述甲烷化反應(yīng)爐1連接， 經(jīng)由所述氣體凈化裝置2除去甲烷化反應(yīng)反應(yīng)后的氣體中的水和二氧化碳；甲烷液化裝置 3，與所述氣體凈化裝置2連接，經(jīng)所述氣體凈化裝置2凈化后的氣體由所述甲烷液化裝置 3冷卻、液化精溜，以制取液化甲烷；氬氣液化裝置4，與所述甲烷液化裝置3連接，從甲烷液 化裝置3流出的氣體經(jīng)由所述氬氣液化裝置4冷卻、液化精溜，以制取液化氬氣。當(dāng)然，若 僅需要制取液化甲烷，可以不安裝氬氣液化裝置。另外，還包括一增壓裝置6，連接于所述 甲烷化反應(yīng)爐1及所述氣體凈化裝置2之間，對(duì)經(jīng)由所述甲烷化反應(yīng)爐1反應(yīng)后的氣體進(jìn) 行增壓處理，使其達(dá)到氣體凈化及液化精餾的壓力。一氮?dú)馀蛎浿评湎到y(tǒng)5，與所述甲烷液 化裝置3及所述氬氣液化裝置4分別連接，以提供所述甲烷液化裝置3與所述氬氣液化裝 置4所需要的冷量，并且所示甲烷液化裝置3及所述氬氣液化裝置4也分別與所述氮?dú)馀?脹制冷系統(tǒng)5連接，以構(gòu)成氮?dú)獾难h(huán)；并且一冷卻循環(huán)系統(tǒng)7，與所述甲烷化反應(yīng)爐1連 接，構(gòu)成與所述甲烷化反應(yīng)爐的循環(huán)連通，通過所述冷卻循環(huán)系統(tǒng)7帶走甲烷化反應(yīng)的反 應(yīng)熱，維持甲烷化反應(yīng)爐內(nèi)的反應(yīng)溫度穩(wěn)定。另外，所述氬氣液化裝置4與所述氣體凈化裝 置2連接。其中，還可包括增壓裝置13、14(如壓縮機(jī))、脫硫裝置12以及氨洗裝置15，所述合成氨尾氣經(jīng)過增壓裝置14進(jìn)行增壓處理并經(jīng)過氨洗裝置15進(jìn)行氨洗以除去其中的氨 氣，而合成氨生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w通過脫硫裝置12除去其中的硫化氫氣體并通過 增壓裝置13進(jìn)行增壓處理，兩種氣體經(jīng)處理后于混合裝置16中混合，所述混合裝置16與 所述甲烷化反應(yīng)爐1連接，將混合氣輸入到甲烷化反應(yīng)爐1中。其中，還可包括貯存充裝裝置8、9以及運(yùn)輸槽車10、11，貯存充裝裝置8與甲烷液 化裝置3連接，運(yùn)輸槽車10與貯存充裝裝置8連接，并且貯存充裝裝置也連接到增壓裝置 14，而貯存充裝裝置9與氬氣液化裝置4連接，并且運(yùn)輸槽車11與貯存充裝裝置9連接，使 得由甲烷液化裝置3制取的液化甲烷通過貯存充裝裝置8貯存充裝，并通過運(yùn)輸槽車10運(yùn) 走，另外，貯存充裝過程中液化甲烷可能發(fā)生氣化，氣化的甲烷氣體(BOG)與合成氨尾氣匯 合重新輸入到增壓裝置14中進(jìn)行增壓處理，循環(huán)利用。而氬氣液化裝置4中制取的液化氬 氣通過貯存充裝裝置9貯存充裝，并通過運(yùn)輸槽車11運(yùn)走。圖2為本發(fā)明的甲烷化反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，該甲烷化爐的特點(diǎn)主要 在于封頭部分脫氧劑填充、殼程導(dǎo)熱油循環(huán)、管程催化劑填充。其中，封頭部分脫氧劑填充為在甲烷化爐封頭部分填充徑高比為2 3的脫氧劑， 脫除進(jìn)入甲烷化中的合成氨尾氣與二氧化碳中含有的少量氧。殼程導(dǎo)熱油循環(huán)為在甲烷化爐的殼程充滿導(dǎo)熱油，甲烷化爐的外部設(shè)置導(dǎo)熱油循 環(huán)，一方面維持甲烷化的溫度在290 320°C左右進(jìn)行；另一方面，利用導(dǎo)熱油的蒸發(fā)潛熱 帶走甲烷化反應(yīng)所產(chǎn)生多余的熱。管程催化劑填充為在反應(yīng)器多個(gè)管子22內(nèi)。在多個(gè)管子22中，在催化劑的作用 下，超過85 %的CO2轉(zhuǎn)化成CH4。續(xù)參考圖2，所述甲烷化爐包括封頭17及爐體26，所述封頭17分別位于爐體26 的兩端部，其中一端的封頭17具有進(jìn)氣口 27，另一端的封頭17具有出氣口 28，并且具有進(jìn) 氣口 27的封頭17內(nèi)對(duì)應(yīng)進(jìn)氣口 27的位置設(shè)置有一脫氧劑室23。所述脫氧劑室23中填充 有徑高比為2 3的脫氧劑，如0-345高效鈀脫氧劑，經(jīng)進(jìn)氣口 27進(jìn)入的合成氨尾氣及二 氧化碳首先經(jīng)過脫氧劑室23，在脫氧劑室23內(nèi)被脫除其中含有的少量的氧，之后進(jìn)入甲烷 化爐中以進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。并且，該甲烷化爐的爐體26的上部、下部分別設(shè)置有一上部管板24及一下部管板 25，多個(gè)管子22安插于上部管板24及下部管板25上，并且，所述進(jìn)氣口 27與所述出氣口 28通過所述多個(gè)管子22連通，即，所述爐體26與所述封頭17之間通過上部管板24及下部 管板25隔開，而僅僅多個(gè)管子22形成氣體在爐體中的通道。其中，合成氨尾氣及合成氨生 產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入到甲烷化爐，在封頭17的脫氧劑室23中與脫氧劑充分接觸， 脫除其中混有的少量02，之后進(jìn)入甲烷化爐的管程(多個(gè)管子22的內(nèi)部)，并且多個(gè)管子 22中放有甲烷化反應(yīng)的催化劑30，如M-349甲烷化催化劑，在催化劑作用下，發(fā)生甲烷化反 應(yīng)。
進(jìn)一步，所述上部管板24及所述下部管板25上分別具有多個(gè)相對(duì)應(yīng)的通孔29，所 述多個(gè)管子22通過所述上部管板24及所述下部管板25上的多個(gè)通孔29安插于所述上部 管板24及所述下部管板25上，較佳地，所述多個(gè)管子22于所述爐體26內(nèi)均勻排布，以利 反應(yīng)產(chǎn)生的熱量均勻散布。 其中，所述爐體26上具有一導(dǎo)熱油循環(huán)入口 18及一導(dǎo)熱油循環(huán)出口 19，所述導(dǎo)熱油循環(huán)入口 18及導(dǎo)熱油循環(huán)出口 19用于共同與一外部管路連接構(gòu)成導(dǎo)熱油循環(huán)管路，并 且所述外部管路上可連接有循環(huán)泵及電加熱器。該循環(huán)管路用于使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)溫度均勻。并且， 所述爐體26上還具有一導(dǎo)熱油蒸氣出口 20及一導(dǎo)熱油液體進(jìn)口 21，所述導(dǎo) 熱油蒸氣出口 20及所述導(dǎo)熱油液體進(jìn)口 21用于共同與另一外部管路連接構(gòu)成導(dǎo)熱油蒸氣 循環(huán)管路。并且，所述另一外部管路上連接有所述冷卻循環(huán)系統(tǒng)7。此循環(huán)可以利用導(dǎo)熱油 的蒸發(fā)潛熱帶走甲烷化反應(yīng)所產(chǎn)生多余的反應(yīng)熱，維持反應(yīng)溫度穩(wěn)定。另外，為監(jiān)測(cè)反應(yīng)溫度，所述爐體26上具有多個(gè)導(dǎo)熱油溫度測(cè)點(diǎn)口 a、b、c分布于 爐體的不同高度上。并且，為了檢測(cè)爐內(nèi)液位，所述爐體26上具有液位測(cè)點(diǎn)口 d、e，分布于 爐體上部。而且，為了排污，所述爐體具有排污口 f，設(shè)立于甲烷化爐的下部。本發(fā)明主要是提出一種利用合成氨尾氣制取液化甲烷及液氬的方法，并且本發(fā)明 的方法包括以下幾個(gè)部分合成氨尾氣增壓及預(yù)處理、甲烷化反應(yīng)、反應(yīng)后氣體增壓、氣體 凈化、氣體液化精溜、氮?dú)馀蛎浿评溲h(huán)系統(tǒng)。圖3為本發(fā)明的利用合成氨尾氣制取液化甲烷及液氬的方法的流程圖，如圖3所 示，該方法包括步驟1 除去合成氨尾氣以及合成氨生產(chǎn)中排放的二氧化碳?xì)怏w中的有害氣體， 將合成氨尾氣及/或二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行增壓處理，使合成氨尾氣與二氧化碳?xì)怏w壓力一 致，之后將合成氨尾氣與二氧化碳?xì)怏w混合；步驟2 混合后的氣體送入甲烷化反應(yīng)爐進(jìn)行反應(yīng)，使二氧化碳和氫氣反應(yīng)生產(chǎn) 甲烷和水；步驟3 反應(yīng)后的氣體送入氣體凈化裝置除去其中的水和二氧化碳；步驟4:凈化后的氣體送入甲烷液化裝置，通過冷卻、精溜工藝將甲烷氣體液化， 并將液化甲烷從甲烷液化裝置中分離出來，貯存充裝。步驟5 將步驟4中從甲烷液化裝置分離出來的氣體送入氬氣液化裝置，通過冷 卻、精溜工藝將其中的氬氣液化，并將液化氬氣從氬氣液化裝置中分離出來。其中，于步驟1中，所述合成氨尾氣包括合成氨放空氣及合成氨弛放氣，所述合成 氨防空氣包括氮?dú)?、氫氣、氬氣及甲烷，所述合成氨弛放氣包括氮?dú)?、氫氣、氬氣、甲烷及?氣。所述有害氣體為氨氣及/或硫化氫氣體。其中，步驟5中從氬氣液化裝置中分離出來的氣體(氮?dú)?、氫?輸入氣體凈化裝 置作為吸附劑再生的再生氣使用。本發(fā)明的上述方法可以僅用于制取液化甲烷，此時(shí)，可以不包括步驟5，并且將步 驟4中從甲烷液化裝置分離出來的氣體(氮?dú)?、氬氣、氫?送入氣體凈化裝置作為吸附劑 再生的再生氣使用。其中，于步驟2及步驟3之間還包括步驟6 將步驟2中反應(yīng)后的氣體進(jìn)行增壓處 理，使其達(dá)到氣體凈化工藝和液化精溜工藝所要求的壓力。并且，所述甲烷液化裝置與所述氬氣液化裝置所需要的冷量由一氮?dú)馀蛎浿评湎?統(tǒng)提供。并且，于所述步驟4中，液化甲烷在封裝過程中氣化所形成的甲烷氣體返回到合 成氨尾氣中，與合成氨尾氣一并進(jìn)行增壓處理，重新混合利用。其中，所述步驟2中，甲烷化反應(yīng)的反應(yīng)熱通過與其連接的獨(dú)立的冷卻循環(huán)系統(tǒng)帶走，維持甲烷化反應(yīng)爐內(nèi)的反應(yīng)溫度穩(wěn)定。其中，于步驟1中，混合后的氣體中氨含量小于50ppm，硫化氫含量小于0. lppm。于步驟3中，反應(yīng)后的氣體經(jīng)過氣體凈化裝置后，氣體露點(diǎn)低于-70°C，二氧化碳含量小 于50ppm。于步驟4中，由甲烷液化裝置分離出來的液化甲烷的溫度為-155°C，壓力為 0. 34MPa，并且甲烷含量大于95%。于步驟5中，從氬氣液化裝置中分離出來的液化氬氣的 溫度為_177°C，壓力為0. 24MPa，并且氬含量大于99%。同時(shí)參考圖1及圖3，以下對(duì)本發(fā)明的上述方法具體說明如下，圖1中合成氨排放 的尾氣分為兩股，分別為馳放氣與放空氣。其中放空氣壓力較高，馳放氣壓力較低，并且馳 放氣中含有約2% 8%的氨氣。合成氨生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳為常壓，并且根據(jù)合成 氨生產(chǎn)原料不同，二氧化碳中含有一定量的硫化氫。首先對(duì)馳放氣于增壓裝置14及氨洗裝置15中分別進(jìn)行增壓和氨洗處理，壓力提 高到放空氣壓力等級(jí)；將二氧化碳于脫硫裝置12及增壓裝置13中進(jìn)行脫硫和增壓處理，壓 力提高到放空氣壓力等級(jí)。這樣三股氣體壓力相同，可以進(jìn)行混合?；旌虾蟮臍怏w中氨含 量小于50ppm，硫化氫含量小于0. lppm。對(duì)于不同的合成氨生產(chǎn)工藝，排放的尾氣不一定為兩股，壓力參數(shù)和氣體成分也 有所差異。但都需要除去尾氣中以及二氧化碳中的有害成分，并通過增壓使各股氣體壓力 相等然后混合?；旌虾蟮臍怏w中，硫化氫含量小于0. lppm、氨氣含量小于50ppm?；旌虾蟮臍怏w送入甲烷化反應(yīng)爐1進(jìn)行反應(yīng)，在催化劑作用下二氧化碳和氫氣迅 速反應(yīng)生產(chǎn)甲烷和水。反應(yīng)后氣體體積流量減小，甲烷含量提高10% 20%。甲烷化反應(yīng) 在290 320°C下進(jìn)行。該反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱通過獨(dú)立的冷卻循環(huán)系統(tǒng)7帶走，維 持反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)溫度穩(wěn)定。冷卻循環(huán)系統(tǒng)7采用導(dǎo)熱油蒸發(fā)帶著反應(yīng)熱進(jìn)行循環(huán)冷卻。反應(yīng)后的氣體通過增壓裝置6被增壓到氣體凈化工藝和液化精溜工藝要求的壓 力，為2 6Mpa，較佳為4MPa。增壓后的氣體送入氣體凈化裝置2除去其中的水和二氧化 碳。經(jīng)過處理后的氣體露點(diǎn)低于-70°C，二氧化碳含量小于50ppm。若反應(yīng)后的氣體仍保持較高壓力，滿足氣體凈化工藝和液化精溜工藝要求，則不 必進(jìn)行增壓，可以直接送入氣體凈化裝置2。凈化后的氣體送入甲烷液化裝置3，通過冷卻、精溜工藝將其中的甲烷與其余氣體 (氫氣、氮?dú)狻鍤?分離，并在精餾塔底部得到液化甲烷(LNG)。其余氣體(氫氣、氮?dú)狻?氣)仍為氣態(tài)，從精餾塔頂部流出。甲烷液化裝置流出的液化甲烷參數(shù)為_155°C，0. 34MPa，其中甲烷含量大于95 %， 被送入LNG貯存充裝裝置8被貯存于LNG貯罐中。從甲烷液化裝置流出的氣體(氫氣、氮?dú)?、氬?被送入氬氣液化裝置4，通過冷 卻、精溜工藝將其中的氬氣與其余氣體(氫氣、氮?dú)?分離，并在精餾塔底部得到液氬。其 余氣體(氫氣、氮?dú)?仍為氣態(tài)，從精餾塔頂部流出。氬氣液化裝置流出的液氬參數(shù)為_177°C，0. 24MPa，其中氬含量大于99%，被送入 液氬貯存充裝裝置9被貯存于液氬貯罐中。從氬氣液化裝置流出的氣體(氫氣、氮?dú)?被回收冷量后，溫度恢復(fù)為常溫，然后 送入氣體凈化裝置2用于吸附劑再生。該工藝中，可以僅生產(chǎn)液化甲烷而不生產(chǎn)液氬，此時(shí)甲烷液化裝置3流出的氣體(氫氣、氮?dú)?、氬?直接被回收冷量溫度恢復(fù)為常溫，然后送入氣體凈化裝置2用于吸附劑 再生。 該工藝的冷量由氮?dú)馀蛎浿评湎到y(tǒng)5提供。氮?dú)獗粔嚎s機(jī)增壓到IMPa后送入膨 脹機(jī)膨脹或通過節(jié)流閥節(jié)流，氮?dú)鈮毫?jīng)過膨脹或節(jié)流后降為常壓，同時(shí)氮?dú)鉁囟纫步档停?最低達(dá)到-192°C。低溫氮?dú)庠诩淄?氬氣液化裝置中將工藝氣體冷卻液化，自身溫度升高 到常溫狀態(tài)，然后回到壓縮機(jī)入口重新被壓縮，并再次具備膨脹能力。這樣就形成氮?dú)馀蛎?制冷循環(huán)，源源不斷地提供冷量。本發(fā)明的方法回收了放空尾氣中的能源，并減少了溫室氣體排放。有效的回收了 合成氨尾氣中的甲烷，制得了液化甲烷；并且回收了合成氨尾氣中的氬氣，制得了液氬；同 時(shí)消耗了合成氨廠排放的二氧化碳，減少了合成氨廠二氧化碳和甲烷排放量，降低了污染。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 除去合成氨尾氣以及合成氨生產(chǎn)中排放的二氧化碳?xì)怏w中的有害氣體，將合 成氨尾氣及/或二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行增壓處理，使合成氨尾氣與二氧化碳?xì)怏w壓力一致，之 后將合成氨尾氣與二氧化碳?xì)怏w混合；步驟2 混合后的氣體送入甲烷化反應(yīng)爐進(jìn)行反應(yīng)，使二氧化碳和氫氣反應(yīng)生產(chǎn)甲烷 和水；步驟3 反應(yīng)后的氣體送入氣體凈化裝置除去其中的水和二氧化碳；步驟4:凈化后的氣體送入甲烷液化裝置，通過冷卻、精溜工藝將甲烷氣體液化，并將 液化甲烷從甲烷液化裝置中分離出來，貯存充裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，還包括 步驟5 將步驟4中從甲烷液化裝置分離出來的氣體送入氬氣液化裝置，通過冷卻、精溜工 藝將其中的氬氣液化，并將液化氬氣從氬氣液化裝置中分離出來。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，將步驟5 中從氬氣液化裝置中分離出來的氣體送入氣體凈化裝置作為吸附劑再生的再生氣使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，在不制 取液氬的情況下，將步驟4中從甲烷液化裝置分離出來的氣體送入氣體凈化裝置作為吸附 劑再生的再生氣使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，于步 驟2及步驟3之間還包括步驟6 將步驟2中反應(yīng)后的氣體進(jìn)行增壓處理，使其達(dá)到氣體凈 化工藝和液化精溜工藝所要求的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，所述甲 烷液化裝置與所述氬氣液化裝置所需要的冷量由一氮?dú)馀蛎浿评湎到y(tǒng)提供。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，于所 述步驟4中，液化甲烷在封裝過程中氣化所形成的甲烷氣體返回到合成氨尾氣中，與合成 氨尾氣一并進(jìn)行增壓處理，重新混合利用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，所述 步驟2中，甲烷化反應(yīng)的反應(yīng)熱通過獨(dú)立的冷卻循環(huán)系統(tǒng)帶走，維持甲烷化反應(yīng)爐內(nèi)的反 應(yīng)溫度穩(wěn)定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，于步 驟1中，所述合成氨尾氣包括合成氨放空氣及合成氨弛放氣，所述合成氨防空氣包括氮?dú)狻?氫氣、氬氣及甲烷，所述合成氨弛放氣包括氮?dú)狻錃?、氬氣、甲烷及氨氣?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，于 步驟1中，所述有害氣體為氨氣及/或硫化氫氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，于步 驟1中，混合后的氣體中氨含量小于50ppm，硫化氫含量小于0. lppm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，于步驟 3中，反應(yīng)后的氣體經(jīng)過氣體凈化裝置后，氣體露點(diǎn)低于_70°C，二氧化碳含量小于50ppm。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，于步驟 4中，由甲烷液化裝置分離出來的液化甲烷的溫度為-155°C，壓力為0. 34MPa,并且甲烷含量大于95%。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法，其特征在于，于步驟 5中，從氬氣液化裝置中分離出來的液化氬氣的溫度為_177°C，壓力為0. 24MPa，并且氬含 量大于99%。
15.一種利用合成氨尾氣制取液化甲烷的系統(tǒng)，其特征在于，包括一甲烷化反應(yīng)爐，將脫除有害氣體并進(jìn)行增壓處理后的合成氨尾氣及合成氨生產(chǎn)排出 的二氧化碳?xì)怏w輸入所述甲烷化反應(yīng)爐中進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，使二氧化碳和氫氣反應(yīng)生產(chǎn)甲 烷和水；一氣體凈化裝置，與所述甲烷化反應(yīng)爐連接，經(jīng)由所述氣體凈化裝置除去甲烷化反應(yīng) 反應(yīng)后的氣體中的水和二氧化碳；一甲烷液化裝置，與所述氣體凈化裝置連接，經(jīng)所述氣體凈化裝置凈化后的氣體由所 述甲烷液化裝置冷卻、精溜，以制取液化甲烷。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所要求保護(hù)的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的系統(tǒng)，其特征在 于，還包括一氬氣液化裝置，與所述甲烷液化裝置連接，從甲烷液化裝置流出的氣體經(jīng)由所 述氬氣液化裝置冷卻、精溜，以制取液化氬氣。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所要求保護(hù)的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的系統(tǒng)，其特征在 于，還包括一氮?dú)馀蛎浿评湎到y(tǒng)，與所述甲烷液化裝置及所述氬氣液化裝置分別連接，以提 供所述甲烷液化裝置與所述氬氣液化裝置所需要的冷量。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16所要求保護(hù)的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的系統(tǒng)，其特征 在于，還包括一冷卻循環(huán)系統(tǒng)，與所述甲烷化反應(yīng)爐連接，通過所述冷卻循環(huán)系統(tǒng)帶走甲烷 化反應(yīng)的反應(yīng)熱，維持甲烷化反應(yīng)爐內(nèi)的反應(yīng)溫度穩(wěn)定。
19.根據(jù)權(quán)利要求15或16所要求保護(hù)的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的系統(tǒng)，其特征 在于，還包括一增壓裝置，連接于所述甲烷化反應(yīng)爐及所述氣體凈化裝置之間，對(duì)經(jīng)由所述 甲烷化反應(yīng)爐反應(yīng)后的氣體進(jìn)行增壓處理。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所要求保護(hù)的利用合成氨尾氣制取液化甲烷的系統(tǒng)，其特征在 于，所述氬氣液化裝置與所述氣體凈化裝置連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法及裝置，該方法包括步驟1除去合成氨尾氣以及合成氨生產(chǎn)中排放的二氧化碳?xì)怏w中的有害氣體，將合成氨尾氣及/或二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行增壓處理，使兩股氣體壓力一致，并混合；步驟2混合后的氣體送入甲烷化反應(yīng)爐進(jìn)行反應(yīng)，使二氧化碳和氫氣反應(yīng)生產(chǎn)甲烷和水；步驟3反應(yīng)后的氣體送入氣體凈化裝置除去其中的水和二氧化碳；步驟4凈化后的氣體送入甲烷液化裝置，通過冷卻、精餾工藝將甲烷氣體液化，并將液化甲烷從甲烷液化裝置中分離出來，貯存充裝。另外，還可將從甲烷液化裝置分離出來的氣體送入氬氣液化裝置，制取液氬。該方法回收了放空尾氣中的能源，并減少了溫室氣體排放。
文檔編號(hào)C07C1/12GK102126905SQ20101003423
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者朱淼鑫, 朱菁, 李波, 楊二愿, 王占法, 胡浩雷, 齊德強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京長征天民高科技有限公司