專利名稱：利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成氨尾氣回收及綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣LNG的方法。
背景技術(shù)：
合成氨裝置排放出的尾氣中含甲烷(含量約為40%)、氮?dú)?含量約為39. 2%)、氫氣(含量約為20%)、氬氣(含量約為O. 8%)及氨氣等可利用資源，同時(shí)合成氨生產(chǎn)中還排放二氧化碳。對于合成氨排放出的尾氣國內(nèi)大部分廠家將該部分尾氣送到鍋爐燃燒回收利用，既不經(jīng)濟(jì)又不環(huán)保。將合成氨尾氣采用燃燒或者直接放空的方法，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。其中含有的有益的甲烷與氬氣無法得到回收利用。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，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)界急需一種有效處理合成氨尾氣的有益方法，可以將尾氣中的可利用資源回收利用，變廢為寶，避免環(huán)境的污染及能源的浪費(fèi)。目前關(guān)于合成氨尾氣的綜合利用也有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。例如1、申請?zhí)枮?01010034235. 4、發(fā)明名稱為“利用合成氨尾氣制取液化甲烷的方法及裝置”的發(fā)明專利，該專利公開的制取方法包括步驟I :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裝置，并將液化甲烷從甲烷液化裝置中分離出來，貯存充裝。該方法回收了放空尾氣中的能源，并減少了溫室氣體排放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣LNG的方法。本發(fā)明技術(shù)方案能夠有效解決合成氨尾氣燃燒或放空造成的污染環(huán)境、浪費(fèi)能源、加重溫室效應(yīng)等問題，并且制備出了高純度的液化天然氣LNG。本發(fā)明方法是采用低溫精餾的方式將合成氨尾氣中的甲烷分離出來，生產(chǎn)出高純度的液化天然氣LNG，所得產(chǎn)品液化天然氣中甲烷純度大于99. 9998%，其他雜質(zhì)如氮、氬、氫總含量小于2ppm。所得產(chǎn)品高純度液化天然氣LNG產(chǎn)品可廣泛用于工業(yè)、民用等領(lǐng)域，特別是在目前全球能源緊張的環(huán)境下更加具有重大的開發(fā)利用價(jià)值。其余含氫廢氣返回鍋爐燃燒，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保、減排增效的目的。為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
本發(fā)明提供一種利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，所述方法包括以下步驟
a、尾氣的凈化處理首先將合成氨裝置排出的尾氣通入分子篩吸附器進(jìn)行吸附分離，經(jīng)過分子篩吸附器吸附分離，除去尾氣中含有的微量水和微量氨；
b、尾氣的冷卻處理將步驟a經(jīng)過凈化處理的尾氣依次送入主換熱器和蒸發(fā)器進(jìn)行冷卻，所述蒸發(fā)器位于產(chǎn)品精餾塔的底部，經(jīng)過凈化的尾氣首先送入主換熱器進(jìn)行初步冷卻，然后再進(jìn)入蒸發(fā)器被冷卻，冷卻至液化溫度；
C、尾氣初步精餾將步驟b經(jīng)過冷卻的尾氣進(jìn)入脫氫精餾塔的下部，脫氫精餾塔的頂部是來自主換熱器的液氮，通過脫氫精餾塔的精餾，使其來自于脫氫精餾塔塔底的氣相組分中甲烷的含量越來越少，尾氣中的氫氣、氬氣和氮?dú)饨M分隨著氣相在精餾塔內(nèi)的精餾，最終在脫氫精餾塔頂部排出，排出富氫氣體；來自于脫氫精餾塔頂部噴淋的液相隨著精餾的不斷進(jìn)行，液相組分中的甲烷含量越來越多，液相中含有的氫氣、氮?dú)夂蜌鍤庠絹碓缴?，精餾結(jié)束后在脫氫精餾塔底部得到富甲烷液體；
d、富甲烷液體的精餾從脫氫精餾塔底部得到的富甲烷液體送入產(chǎn)品精餾塔中部，產(chǎn)品精餾塔底部設(shè)有蒸發(fā)器，頂部設(shè)有冷凝器，富甲烷液體沿著產(chǎn)品精餾塔由塔體中部流向塔底，在塔底被蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的氣體沿著產(chǎn)品精餾塔流向塔頂；產(chǎn)品精餾塔頂部設(shè)置的冷凝器用來冷凝塔頂?shù)纳仙龤猓仙剿數(shù)臍怏w一部分被冷凝成液相作為產(chǎn)品精餾塔頂部的回流液體，沒有被冷凝下來的氣體作為廢氣放出，這部分廢氣從精餾塔頂部排出，廢氣依次通過過冷器和主換熱器，復(fù)熱后送出；精餾后在產(chǎn)品精餾塔底部得到高純度液化天然氣LNG產(chǎn)品，經(jīng)過過冷器冷卻排出收集。 根據(jù)上述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，步驟a中所述合成氨裝置排出的尾氣中主要含有氫氣、甲燒、IS氣和氮?dú)?，其中氫氣含量約為20%、甲燒含量約為40%、氬氣含量約為O. 8%、氮?dú)獾暮考s為39. 2%。根據(jù)上述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，步驟b中所述經(jīng)過凈化的尾氣首先送入主換熱器進(jìn)行初步冷卻，尾氣進(jìn)入主換熱器是被來自下一工序脫氫精餾塔及膨脹后的返流氣體冷卻。根據(jù)上述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，步驟b中主換熱器所需的冷量補(bǔ)充是由氮?dú)庠谂蛎洐C(jī)中等熵膨脹和等溫節(jié)流效應(yīng)獲得；膨脹氮?dú)鈦碜杂谘h(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)，經(jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)壓縮的氮?dú)馐紫冉?jīng)過透平膨脹機(jī)增壓端增壓，增壓后的氮?dú)庠俳?jīng)主換熱器冷卻，冷卻后的氮?dú)獯蟛糠诌M(jìn)入膨脹機(jī)膨脹制冷，剩余小部分氮?dú)獗焕鋮s成為液體，冷卻后的液氮分別進(jìn)入下一工序脫氫精餾塔和產(chǎn)品精餾塔被利用。根據(jù)上述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，步驟c中所述富氫氣體中氫氣的摩爾百分含量為31 34% ;甲燒摩爾百分含量< O. 2%。根據(jù)上述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，步驟c中所述富甲烷液體中甲烷的摩爾百分含量> 82%。根據(jù)上述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，步驟d中所述高純度液化天然氣LNG產(chǎn)品中甲烷的摩爾百分含量彡99. 9998%。本發(fā)明產(chǎn)品精餾塔精餾過程中需求的熱量和冷量分別有塔底的冷凝器和塔頂所的蒸發(fā)器來提供。本發(fā)明的積極有益效果I、本發(fā)明技術(shù)方案將合成氨裝置排出的尾氣經(jīng)過分子篩吸附器凈化、主換熱器和蒸發(fā)器的冷卻、脫氫精餾塔和產(chǎn)品精餾塔的精餾，最后得到高純度液化天然氣LNG，制取的高純度液化天然氣中甲烷摩爾百分含量大于99. 9998%，其他雜質(zhì)如氮、氬、氫總含量小于2ppm ；另外經(jīng)過脫氫精餾塔分離可以得到富氫氣體。因此，通過本發(fā)明技術(shù)方案可以有效回收尾氣中的甲烷、氫氣等資源，使其資源得到回收再利用，減少資源浪費(fèi)，變廢為寶，避免環(huán)境的污染及能源的浪費(fèi)。因此，本發(fā)明具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2、本發(fā)明技術(shù)方案是采用低溫精餾的方式將合成氨尾氣中的甲烷分離出來，生產(chǎn)出高純度的液化天然氣LNG，所得產(chǎn)品甲烷純度大于99. 9998%，其他雜質(zhì)如氮、氬、氫總含量小于2ppm。所得產(chǎn)品高純度液化天然氣LNG可廣泛用于工業(yè)、民用等領(lǐng)域，特別是在目前全球能源緊張的環(huán)境下更加具有重大的開發(fā)利用價(jià)值。其余含氫廢氣返回鍋爐燃燒，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保、減排增效的目的。因此，本發(fā)明技術(shù)方案能夠有效解決合成氨尾氣燃燒或放空造成的污染環(huán)境、浪費(fèi)能源等問題。四

圖I本發(fā)明利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣方法的工藝流程示意圖。五具體實(shí)施例方式 以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。實(shí)施例
參見附圖1，圖I中A為分子篩吸附器，NC為氮?dú)鈮嚎s機(jī)，ET為膨脹機(jī)，BT為增壓器，El為主換熱器，E2為過冷器，K22為蒸發(fā)器，K21為冷凝器，Cl為脫氫精餾塔，C2為產(chǎn)品精餾塔。本發(fā)明利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，該方法的詳細(xì)步驟如下
a、尾氣的凈化處理首先將合成氨裝置排出的尾氣通入分子篩吸附器A進(jìn)行吸附分離，經(jīng)過分子篩吸附器吸附分離，除去尾氣中含有的微量水和微量氨；
合成氨裝置排出的尾氣中主要含有氫氣、甲燒、IS氣和氮?dú)?，其中氫氣含量約為20%、甲烷含量約為40%、氬氣含量約為O. 8%、氮?dú)獾暮考s為39. 2% ；
b、尾氣的冷卻處理將步驟a經(jīng)過凈化處理的尾氣依次送入主換熱器El和蒸發(fā)器K22進(jìn)行冷卻，所述蒸發(fā)器K22位于產(chǎn)品精餾塔C2的底部，經(jīng)過凈化的尾氣首先送入主換熱器El進(jìn)行初步冷卻，然后再進(jìn)入蒸發(fā)器K22被冷卻，冷卻至液化溫度；
所述經(jīng)過凈化的尾氣首先送入主換熱器El進(jìn)行初步冷卻，尾氣進(jìn)入主換熱器El是被來自下一工序脫氫精餾塔Cl及膨脹后的返流氣體冷卻；
所述主換熱器El所需的冷量補(bǔ)充是由氮?dú)庠谂蛎洐C(jī)ET中等熵膨脹和等溫節(jié)流效應(yīng)獲得；膨脹氮?dú)鈦碜杂谘h(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)NC，經(jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)NC壓縮的氮?dú)馐紫冉?jīng)過透平膨脹機(jī)增壓端增壓器BT增壓，增壓后的氮?dú)庠俳?jīng)主換熱器El冷卻，冷卻后的氮?dú)獯蟛糠诌M(jìn)入膨脹機(jī)ET膨脹制冷，剩余小部分氮?dú)獗焕鋮s成為液體，冷卻后的液氮分別進(jìn)入下一工序脫氫精餾塔Cl和產(chǎn)品精餾塔C2被利用；
C、尾氣初步精餾將步驟b經(jīng)過冷卻的尾氣進(jìn)入脫氫精餾塔Cl的下部，脫氫精餾塔Cl的頂部是來自主換熱器El的液氮，通過脫氫精餾塔Cl的精餾，使其來自于脫氫精餾塔Cl塔底的氣相組分中甲烷的含量越來越少，尾氣中的氫氣、氬氣和氮?dú)饨M分隨著氣相在精餾塔內(nèi)的精餾，最終在脫氫精餾塔Cl頂部排出，排出富氫氣體(經(jīng)檢測富氫氣體中氫氣的摩爾百分含量為32% ；甲烷摩爾百分含量約O. 1%);來自于脫氫精餾塔Cl頂部噴淋的液相隨著精餾的不斷進(jìn)行，液相組分中的甲烷含量越來越多，液相中含有的氫氣、氮?dú)夂蜌鍤庠絹碓缴?，精餾結(jié)束后在脫氫精餾塔Cl底部得到富甲烷液體(經(jīng)檢測富甲烷液體中含有甲烷的摩爾百分含量為82. 7%)；
d、富甲烷液體的精餾從脫氫精餾塔Cl底部得到的富甲烷液體送入產(chǎn)品精餾塔C2中部，產(chǎn)品精餾塔C2底部設(shè)有蒸發(fā)器K22，頂部設(shè)有冷凝器K21，富甲烷液體沿著產(chǎn)品精餾塔C2由塔體中部流向塔底，在塔底被蒸發(fā)器K22蒸發(fā)出來的氣體沿著產(chǎn)品精餾塔C2流向塔頂；產(chǎn)品精餾塔C2頂部設(shè)置的冷凝器K21用來冷凝塔頂?shù)纳仙龤?，上升到塔頂?shù)臍怏w一部分被冷凝成液相作為產(chǎn)品精餾塔C2頂部的回流液體，沒有被冷凝下來的氣體作為廢氣放出，這部分廢氣從精餾塔頂部排出，廢氣依次通過過冷器E2和主換熱器El，復(fù)熱 后送出；精餾后在產(chǎn)品精餾塔C2底部得到高純度液化天然氣LNG產(chǎn)品，經(jīng)過過冷器E2冷卻排出收集(經(jīng)檢測，所得高純度液化天然氣LNG中甲烷的摩爾百分含量> 99. 9998%)。
權(quán)利要求
1.一種利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 a、尾氣的凈化處理首先將合成氨裝置排出的尾氣通入分子篩吸附器進(jìn)行吸附分離，經(jīng)過分子篩吸附器吸附分離，除去尾氣中含有的微量水和微量氨； b、尾氣的冷卻處理將步驟a經(jīng)過凈化處理的尾氣依次送入主換熱器和蒸發(fā)器進(jìn)行冷卻，所述蒸發(fā)器位于產(chǎn)品精餾塔的底部，經(jīng)過凈化的尾氣首先送入主換熱器進(jìn)行初步冷卻，然后再進(jìn)入蒸發(fā)器被冷卻，冷卻至液化溫度； C、尾氣初步精餾將步驟b經(jīng)過冷卻的尾氣進(jìn)入脫氫精餾塔的下部，脫氫精餾塔的頂部是來自主換熱器的液氮，通過脫氫精餾塔的精餾，使其來自于脫氫精餾塔塔底的氣相組分中甲烷的含量越來越少，尾氣中的氫氣、氬氣和氮?dú)饨M分隨著氣相在精餾塔內(nèi)的精餾，最終在脫氫精餾塔頂部排出，排出富氫氣體；來自于脫氫精餾塔頂部噴淋的液相隨著精餾的不斷進(jìn)行，液相組分中的甲烷含量越來越多，液相中含有的氫氣、氮?dú)夂蜌鍤庠絹碓缴伲s結(jié)束后在脫氫精餾塔底部得到富甲烷液體； d、富甲烷液體的精餾從脫氫精餾塔底部得到的富甲烷液體送入產(chǎn)品精餾塔中部，產(chǎn)品精餾塔底部設(shè)有蒸發(fā)器，頂部設(shè)有冷凝器，富甲烷液體沿著產(chǎn)品精餾塔由塔體中部流向塔底，在塔底被蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的氣體沿著產(chǎn)品精餾塔流向塔頂；產(chǎn)品精餾塔頂部設(shè)置的冷凝器用來冷凝塔頂?shù)纳仙龤?，上升到塔頂?shù)臍怏w一部分被冷凝成液相作為產(chǎn)品精餾塔頂部的回流液體，沒有被冷凝下來的氣體作為廢氣放出，這部分廢氣從精餾塔頂部排出，廢氣依次通過過冷器和主換熱器，復(fù)熱后送出；精餾后在產(chǎn)品精餾塔底部得到高純度液化天然氣LNG產(chǎn)品，經(jīng)過過冷器冷卻排出收集。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，其特征在于步驟a中所述合成氨裝置排出的尾氣中主要含有氫氣、甲燒、IS氣和氮?dú)?，其中氫氣含量約為20%、甲烷含量約為40%、氬氣含量約為O. 8%、氮?dú)獾暮考s為39. 2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，其特征在于步驟b中所述經(jīng)過凈化的尾氣首先送入主換熱器進(jìn)行初步冷卻，尾氣進(jìn)入主換熱器是被來自下一工序脫氫精餾塔及膨脹后的返流氣體冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，其特征在于步驟b中主換熱器所需的冷量補(bǔ)充是由氮?dú)庠谂蛎洐C(jī)中等熵膨脹和等溫節(jié)流效應(yīng)獲得；膨脹氮?dú)鈦碜杂谘h(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)，經(jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)壓縮的氮?dú)馐紫冉?jīng)過透平膨脹機(jī)增壓端增壓，增壓后的氮?dú)庠俳?jīng)主換熱器冷卻，冷卻后的氮?dú)獯蟛糠诌M(jìn)入膨脹機(jī)膨脹制冷，剩余小部分氮?dú)獗焕鋮s成為液體，冷卻后的液氮分別進(jìn)入下一工序脫氫精餾塔和產(chǎn)品精餾塔被利用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，其特征在于步驟c中所述富氫氣體中氫氣的摩爾百分含量為31 34% ；甲烷的摩爾百分含量≤O. 2%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，其特征在于步驟c中所述富甲烷液體中甲烷的摩爾百分含量彡82%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法，其特征在于步驟d中所述高純度液化天然氣LNG產(chǎn)品中甲烷的摩爾百分含量> 99. 9998%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用合成氨尾氣制備高純度液化天然氣的方法。首先將合成氨尾氣通入分子篩吸附器進(jìn)行凈化處理，凈化處理后的尾氣依次送入主換熱器和蒸發(fā)器進(jìn)行冷卻，冷卻后的尾氣進(jìn)入脫氫精餾塔進(jìn)行精餾分離，分離后塔頂排出富氫氣體，底部得到富甲烷液體；將富甲烷液體送入產(chǎn)品精餾塔進(jìn)行進(jìn)一步精餾分離，精餾后在產(chǎn)品精餾塔底部得到高純度液化天然氣LNG產(chǎn)品。本發(fā)明能夠有效回收尾氣中的甲烷、氫氣等資源，使其資源得到回收再利用，減少資源浪費(fèi)，變廢為寶，避免環(huán)境的污染及能源的浪費(fèi)。因此，本發(fā)明具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號C10L3/10GK102827658SQ20121031303
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者張世田, 魏冰 申請人:河南開元空分集團(tuán)有限公司