本實(shí)用新型涉及化工深冷凈化分離裝置，尤其涉及一種結(jié)合混合冷劑系統(tǒng)的防凍堵聯(lián)產(chǎn)LNG液氮洗裝置。

背景技術(shù)：

天然氣處理裝置多采用低溫冷凝法對(duì)天然氣進(jìn)行冷凝分離，裝置的許多部位在正常運(yùn)行下多處在-20℃-89℃的低溫狀態(tài)，輕度凍結(jié)使管線堵塞不暢，影響裝置開(kāi)工及正常生產(chǎn)，嚴(yán)重使設(shè)備、管線及閥門(mén)凍裂，可能造成天然氣大量泄漏，引起人身中毒、設(shè)備爆炸、著火等一系列事故。

天然氣水合物的形成除與天然氣的組分和游離水含量有關(guān)外，還需要一定的熱力學(xué)條件，即一定的溫度和壓力。概括起來(lái)講，天然氣形成水合物必須具備以下條件:1)具有能形成水合物的氣體分子，如小分子烴類物質(zhì)和H2S,C02等酸性組分;2)有液態(tài)水存在，天然氣溫度必須低于天然氣的水露點(diǎn);3)低溫，系統(tǒng)溫度低于水合物生成的相平衡溫度;4)高壓，系統(tǒng)壓力高于水合物生成的相平衡壓力;5)其它輔助條件，如氣體流速和流向的突變產(chǎn)生的擾動(dòng)、壓力的波動(dòng)和晶種的存在。

液體甲烷（LNG）是一種優(yōu)質(zhì)能源，具有熱值高、潔凈、燃燒污染小等特點(diǎn)，且便于運(yùn)輸，是21世紀(jì)中國(guó)城市民用燃?xì)馐走x燃料。LNG可以作為優(yōu)質(zhì)的車用燃料，與汽油相比，它具有熱值高、抗爆性好、燃燒完全、排氣污染小、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng)、降低運(yùn)輸成本等優(yōu)點(diǎn)，即使與壓縮天然氣相比，它也具有儲(chǔ)存效率高、加一次氣續(xù)行程遠(yuǎn)，車裝鋼瓶壓力小、重量輕、數(shù)量小、建站不受供氣管網(wǎng)的限制等優(yōu)勢(shì)。有利于環(huán)境保護(hù)，減少城市污染。

合成氨一直是化工產(chǎn)業(yè)的能耗大戶。合成氨的凈化根據(jù)總體工藝的不同而采用不用的方法，大都采用液氮洗，常規(guī)的處理方法是將大部分的含量較高的氫和氮回收利用，將洗滌后的含甲烷等返流氣燃燒或者直接排放。這樣不僅浪費(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。隨著能源的日趨緊張，回收其中的甲烷將帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

常規(guī)的液氮洗是通過(guò)高壓氮?dú)獾墓?jié)流和外部補(bǔ)進(jìn)液氮來(lái)提供冷量，需要大量的消耗液氮。而且常規(guī)氮洗塔沒(méi)有底部精餾部分，原料氣直接進(jìn)塔底部，容易發(fā)生甲烷、二氧化碳等冷凝氣體的凍堵問(wèn)題。目前很多企業(yè)通常將液氮洗凈化合成氣和液化分離制得LNG分成兩套系統(tǒng)，這樣不僅占用空間大而且效率低、能耗高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)合混合冷劑系統(tǒng)的防凍堵聯(lián)產(chǎn)LNG液氮洗裝置及其方法。

一種結(jié)合混合冷劑系統(tǒng)的防凍堵聯(lián)產(chǎn)LNG液氮洗裝置包括分子篩單元的再生氣體加熱器、第一氣動(dòng)閥、第二氣動(dòng)閥、第三氣動(dòng)閥、第四氣動(dòng)閥、第五氣動(dòng)閥、第六氣動(dòng)閥、第七氣動(dòng)閥、第八氣動(dòng)閥、第九氣動(dòng)閥、第一吸附器、第二吸附器和再生氣體冷卻器，以及液氮洗單元的高壓氮?dú)饫鋮s器、第一節(jié)流閥、第二節(jié)流閥、第三節(jié)流閥、第四節(jié)流閥、第五節(jié)流閥、第六節(jié)流閥、第七節(jié)流閥、第八節(jié)流閥、1號(hào)原料氣體冷卻器、氣體混合器、原料氣分離器、2號(hào)原料氣體冷卻器、氮洗塔、甲烷精餾塔和甲烷塔底再沸器；

再生氣體加熱器一端通過(guò)管道與低壓氮?dú)馔ü苓B接，另一端分別與第一吸附器和第二吸附器的進(jìn)口端連接，再生氣體冷卻器一端通過(guò)管道與氮?dú)鈱?dǎo)出口連接，另一端分成兩條支路分別連接第八氣動(dòng)閥和第九氣動(dòng)閥，第八氣動(dòng)閥與第一吸附器的接口端連接，第九氣動(dòng)閥與第二吸附器的接口端連接；

第一吸附器的凈化氣輸送管道上設(shè)置有第一氣動(dòng)閥，第二吸附器的凈化氣輸送管道上設(shè)置有第四氣動(dòng)閥，再生加熱氮?dú)廨斎牍艿肋B接吸附器端分為兩個(gè)支路，與第一吸附器之間設(shè)有第二氣動(dòng)閥，與第二吸附器之間設(shè)置有第三氣動(dòng)閥，兩吸附器再生加熱氮?dú)廨斎牍艿乐g還設(shè)置有第五氣動(dòng)閥；

甲醇洗原料氣輸入管道分為兩條支路分別與第六氣動(dòng)閥和第七氣動(dòng)閥相連，第六氣動(dòng)閥與第一吸附器的接口端連接，第七氣動(dòng)閥與第二吸附器的接口端連接；

凈化氣輸送管道貫穿1號(hào)原料氣體冷卻器和2號(hào)原料氣冷卻器，與原料氣分離器相連，原料器分離器下端管道與甲烷蒸餾塔相連，之間設(shè)置有第四節(jié)流閥，原料分離器的上端管道穿過(guò)2號(hào)原料氣體冷卻器與氮洗塔連接；低壓液相冷劑管道進(jìn)入段和液相混合冷劑管道進(jìn)入段分別貫穿高壓氮?dú)饫鋮s器，穿過(guò)之后分別安裝第一節(jié)流閥和第二節(jié)流閥，氣相混合冷劑管道進(jìn)入段貫穿高壓氮?dú)饫鋮s器、1號(hào)原料氣冷卻器和2號(hào)原料氣冷卻器，在2號(hào)原料氣冷卻器之后安裝第五節(jié)流閥，其回流段分別穿過(guò)1號(hào)原料氣體冷卻器和2號(hào)原料氣體冷卻器；在高壓氮?dú)饫鋮s器和1號(hào)原料氣體冷卻器之間，低壓液相冷劑回流段、液相混合冷劑回流段與氣相混和冷劑回流段三個(gè)支路匯合成一路管道，并貫穿高壓氮?dú)饫鋮s器通向冷劑壓縮機(jī)；高壓氮?dú)夤艿肋M(jìn)入段分別貫穿高壓氮?dú)饫鋮s器和1號(hào)原料氣體冷卻器，之后分成兩路，一路通過(guò)第三節(jié)流閥并連接氣體混合器，另一路繼續(xù)貫穿2號(hào)原料氣體冷卻器并連接氮洗塔上部，2號(hào)原料氣體冷卻器和氮洗塔之間還設(shè)置有第六節(jié)流閥，氣體混合器下端連接氮洗塔頂端，氣體混合器上端安裝合成氣輸送管道連接合成裝置；氮?dú)馑虏吭O(shè)置兩條管道連接甲烷精餾塔，甲烷精餾塔頂部設(shè)置一條輸送管道連接液氮系統(tǒng)、一條回流管道和兩條輸出管道，甲烷精餾塔底部安裝有甲烷塔底再沸器并通過(guò)管道連接LNG儲(chǔ)罐。

所述的第一吸附器和第二吸附器內(nèi)裝分子篩，是由程序控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，保證一臺(tái)使用另一臺(tái)再生。

所述的原料氣分離器頂部連接氮洗塔底部，在塔中原料氣用液氮洗滌，氣體中CO、CH₄、Ar等雜質(zhì)氣體被液氮吸收并能從氮洗塔頂部出來(lái)進(jìn)入氣體混合器使其氫氮比為3：1。

所述的配置氣體混合器和氮洗塔的液氮洗凈化合成氣系統(tǒng)與混合制冷劑循環(huán)制冷系統(tǒng)以及配置甲烷精餾塔的液化分離系統(tǒng)集成結(jié)合在一起。

所述的高壓氮?dú)饫鋮s器、1號(hào)原料氣體冷卻器、2號(hào)原料氣體冷卻器、氮洗塔、甲烷精餾塔的保冷材料為膨脹珍珠巖，換熱器為板翅式換熱器。

本實(shí)用新型主要由分子篩吸附系統(tǒng)、冷箱分離液化系統(tǒng)及混合冷劑制冷循環(huán)系統(tǒng)組成。分子篩系統(tǒng)主要由吸附器及再生系統(tǒng)組成，采用成熟的液氮洗分子篩吸附技術(shù)脫除其中的二氧化碳和甲醇；混合冷劑系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)單元和冷劑儲(chǔ)配單元組成，壓縮機(jī)采用單一MRC離心式壓縮機(jī)，能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠；冷箱系統(tǒng)主要由板翅式換熱器組、氮洗塔及甲烷精餾塔組成。

常規(guī)氮洗塔沒(méi)有底部精餾部分，原料氣直接進(jìn)塔底部，本實(shí)用新型增加了底部精餾部分，有效解決了2個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是解決了原料氣含甲烷凍堵的問(wèn)題，同時(shí)提高了氫氣的回收率，使液氮洗裝置的H2回收率提高到99.2%。并將常規(guī)液氮洗裝置巧妙地和混合冷劑制冷循環(huán)結(jié)合起來(lái)，提高了裝置的總效率。以往項(xiàng)目通常將液氮洗凈化合成氣和液化分離制得LNG分成兩套系統(tǒng)，這樣效率低、能耗高、占地大，本實(shí)用新型將液氮洗凈化合成氣和液化分離制得LNG整合成一套裝置，節(jié)約投資，提供效率，節(jié)約能耗。

附圖說(shuō)明

圖1為一種結(jié)合混合冷劑系統(tǒng)的防凍堵聯(lián)產(chǎn)LNG液氮洗裝置的分子篩吸附單元示意圖；

圖2為一種結(jié)合混合冷劑系統(tǒng)的防凍堵聯(lián)產(chǎn)LNG液氮洗裝置的冷箱分離液化單元與混合冷劑制冷循環(huán)系統(tǒng)示意圖；

圖中，再生氣體加熱器1、第一氣動(dòng)閥2、第二氣動(dòng)閥3、第三氣動(dòng)閥4、第四氣動(dòng)閥5、第五氣動(dòng)閥6、第六氣動(dòng)閥9a、第七氣動(dòng)閥9b、第八氣動(dòng)閥10、第九氣動(dòng)閥11、第一吸附器7、第二吸附器8、再生氣體冷卻器12、高壓氮?dú)饫鋮s器13、第一節(jié)流閥14、第二節(jié)流閥15、第三節(jié)流閥17、第四節(jié)流閥20、第五節(jié)流閥21、第六節(jié)流閥23、第七節(jié)流閥25、第八節(jié)流閥26、1號(hào)原料氣體冷卻器16、氣體混合器18、原料氣分離器19、2號(hào)原料氣體冷卻器22、氮洗塔24、甲烷精餾塔27、甲烷塔底再沸器28。

具體實(shí)施方式

如圖1、2所示，一種結(jié)合混合冷劑系統(tǒng)的防凍堵聯(lián)產(chǎn)LNG液氮洗裝置包括分子篩單元的再生氣體加熱器1、第一氣動(dòng)閥2、第二氣動(dòng)閥3、第三氣動(dòng)閥4、第四氣動(dòng)閥5、第五氣動(dòng)閥6、第六氣動(dòng)閥9a、第七氣動(dòng)閥9b、第八氣動(dòng)閥10、第九氣動(dòng)閥11、第一吸附器7、第二吸附器8和再生氣體冷卻器12，以及液氮洗單元的高壓氮?dú)饫鋮s器13、第一節(jié)流閥14、第二節(jié)流閥15、第三節(jié)流閥17、第四節(jié)流閥20、第五節(jié)流閥21、第六節(jié)流閥23、第七節(jié)流閥25、第八節(jié)流閥26、1號(hào)原料氣體冷卻器16、氣體混合器18、原料氣分離器19、2號(hào)原料氣體冷卻器22、氮洗塔24、甲烷精餾塔27和甲烷塔底再沸器28；再生氣體加熱器1通過(guò)管道，一端與低壓氮?dú)馔ü苓B接，另一端分別與第一吸附器7和第二吸附器8的進(jìn)口端連接，再生氣體冷卻器12通過(guò)管道，一端與氮?dú)鈱?dǎo)出口連接，另一端分成兩條支路分別與與第一吸附器7和第二吸附器8的接口端連接，分別還設(shè)置有第八氣動(dòng)閥10和第九氣動(dòng)閥11；

第一吸附器7的凈化氣輸送管道上設(shè)置有第一氣動(dòng)閥2，第二吸附器3的凈化氣輸送管道上設(shè)置有第四氣動(dòng)閥5，再生加熱氮?dú)廨斎牍艿肋B接吸附器端分為兩個(gè)支路，與第一吸附器7之間設(shè)有第二氣動(dòng)閥3，與第二吸附器8之間設(shè)置有第三氣動(dòng)閥4，兩吸附器再生加熱氮?dú)廨斎牍艿乐g還設(shè)置有第五氣動(dòng)閥6；

甲醇洗原料氣輸入吸附器管道分為兩條支路，分別與第一吸附器7和第二吸附器8的接口端連接，兩條支路上還分別設(shè)置有第六氣動(dòng)閥9a和第七氣動(dòng)閥9b；

凈化氣輸送管道貫穿1號(hào)原料氣體冷卻器16和2號(hào)原料氣冷卻器22，與原料氣分離器19相連，原料器分離器19下端管道與甲烷蒸餾塔27相連，之間設(shè)置有第四節(jié)流閥20，原料分離器19的上端管道穿過(guò)2號(hào)原料氣體冷卻器22與氮洗塔24連接；低壓液相冷劑管道進(jìn)入段和液相混合冷劑管道進(jìn)入段分別貫穿高壓氮?dú)饫鋮s器13，穿過(guò)之后分別安裝第一節(jié)流閥14和第二節(jié)流閥15，氣相混合冷劑管道進(jìn)入段貫穿高壓氮?dú)饫鋮s器13、1號(hào)原料氣冷卻器16和2號(hào)原料氣冷卻器22，在2號(hào)原料氣冷卻器22之后安裝第五節(jié)流閥21，其回流段分別穿過(guò)1號(hào)原料氣體冷卻器16和2號(hào)原料氣體冷卻器22；在高壓氮?dú)饫鋮s器13和1號(hào)原料氣體冷卻器16之間，低壓液相冷劑回流段、液相混合冷劑回流段與氣相混和冷劑回流段三個(gè)支路匯合成一路管道，并貫穿高壓氮?dú)饫鋮s器13通向冷劑壓縮機(jī)；高壓氮?dú)夤艿肋M(jìn)入段分別貫穿高壓氮?dú)饫鋮s器13和1號(hào)原料氣體冷卻器，之后分成兩路，一路通過(guò)第三節(jié)流閥17，連接氣體混合器17，另一路繼續(xù)貫穿2號(hào)原料氣體冷卻器22并連接氮洗塔上部，兩者之間還設(shè)置有第六節(jié)流閥23，氣體混合器17下端連接氮洗塔24頂端，氣體混合器17上端安裝合成氣輸送管道連接合成裝置；氮?dú)馑?4下部設(shè)置兩條管道連接甲烷精餾塔27，甲烷精餾塔27頂部設(shè)置一條輸送管道連接液氮系統(tǒng)，一條回流管道，兩條輸出管道，甲烷精餾塔27底部安裝有甲烷塔底再沸器28并通過(guò)管道連接LNG儲(chǔ)罐。

如圖1所示，本實(shí)用新型第一吸附器7和第二吸附器8內(nèi)裝分子篩，是由程序控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，保證一臺(tái)使用另一臺(tái)再生。

如圖2所示，所述的原料氣分離器19頂部連接氮洗塔24底部，在塔中原料氣用液氮洗滌，氣體中CO、CH₄、Ar等雜質(zhì)氣體被液氮吸收并能從氮洗塔頂部出來(lái)進(jìn)入氣體混合器使其氫氮比為3：1。

如圖2所示，所述的配置氣體混合器18和氮洗塔24的液氮洗凈化合成氣系統(tǒng)與混合制冷劑循環(huán)制冷系統(tǒng)以及配置甲烷精餾塔27的液化分離系統(tǒng)集成結(jié)合在一起。

如圖2所示，所述的高壓氮?dú)饫鋮s器13、1號(hào)原料氣體冷卻器16、2號(hào)原料氣體冷卻器22、氮洗塔24、甲烷精餾塔27的保冷材料為膨脹珍珠巖，換熱器為板翅式換熱器。

一種如權(quán)利要求1所述的結(jié)合混合冷劑系統(tǒng)的防凍堵聯(lián)產(chǎn)LNG液氮洗裝置的控制方法包括以下步驟：

1）原料氣體來(lái)自低溫甲醇洗工序，首先進(jìn)入兩個(gè)吸附器，將其中的微量甲醇和二氧化碳脫除，以免它們?cè)诶湎鋬?nèi)凍結(jié)引起低溫設(shè)備和管道的堵塞。當(dāng)?shù)谝晃狡?工作使用時(shí)，第二吸附器8進(jìn)行再生，第一氣動(dòng)閥2、第三氣動(dòng)閥4、第六氣動(dòng)閥9a和第九氣動(dòng)閥11打開(kāi)，第二氣動(dòng)閥3、第四氣動(dòng)閥5、第五氣動(dòng)閥6、第七氣動(dòng)閥9b和第八氣動(dòng)閥10關(guān)閉，再生氣體加熱器1為第二吸附器8提供加熱到200℃的氮?dú)?，再生氣體冷卻器12冷卻分子篩再生作用后的氮?dú)?，利于氮?dú)獾幕厥眨谝晃狡?接收凈化甲醇洗的原料氣，過(guò)濾無(wú)用的廢氣，凈化氣進(jìn)入下一步工序；

當(dāng)?shù)谝晃狡?進(jìn)行再生時(shí)，第二吸附器8工作使用，第一氣動(dòng)閥2、第三氣動(dòng)閥4、第五氣動(dòng)閥6、第六氣動(dòng)閥9a和第九氣動(dòng)閥11關(guān)閉，第二氣動(dòng)閥3、第四氣動(dòng)閥5、第七氣動(dòng)閥9b和第八氣動(dòng)閥10打開(kāi)，再生氣體加熱器1為第一吸附器7提供加熱到200℃的氮?dú)猓偕鷼怏w冷卻器12冷卻分子篩再生作用后的氮?dú)?，利于氮?dú)獾幕厥?，第二吸附?接收凈化甲醇洗的原料氣，過(guò)濾無(wú)用的廢氣，凈化氣進(jìn)入下一步工序；

2）原料氣經(jīng)第一吸附器7和第二吸附器8將CO₂、CH₃OH等雜質(zhì)除去后，進(jìn)入1號(hào)冷卻器16和2號(hào)冷卻器17后與氮洗塔24頂部來(lái)的凈化氣、甲烷精餾塔27頂尾氣逆流換熱，冷卻到一定溫度后部分冷凝，進(jìn)入原料氣分離器19，原料氣分離器19頂部氣體繼續(xù)冷卻后進(jìn)入氮洗塔24底部，在塔中原料氣用液氮洗滌，氣體中CO、CH₄、Ar等被液氮吸收后得到精制氣，從氮洗塔24頂部出來(lái)經(jīng)換熱后，在氣體混合器18中氮使其氫氮比為3：1，然后繼續(xù)回收冷量送往合成裝置；

3）從空分來(lái)的高壓氮?dú)膺M(jìn)入冷箱冷卻后分成兩路，一路對(duì)精制氣配氮和補(bǔ)充冷量，另一路冷卻成液氮進(jìn)入氮洗塔作洗滌液用；

4）原料氣分離器19底部富甲烷液體和氮洗塔24底尾液減壓后進(jìn)入甲烷精餾塔27，塔頂尾氣經(jīng)液氮系統(tǒng)回收冷量復(fù)熱至常溫后出裝置，甲烷精餾塔27塔底得到LNG經(jīng)過(guò)冷后減壓進(jìn)入LNG產(chǎn)品儲(chǔ)罐；

5）系統(tǒng)的冷量由混合冷劑制冷循環(huán)提供，來(lái)自制冷劑壓縮機(jī)的混合工質(zhì)制冷劑，進(jìn)入冷箱，被預(yù)冷降溫后作為制冷劑為天然氣液化提供冷量；制冷劑被壓縮后分為氣相混合制冷劑、液相混合制冷劑兩股分別進(jìn)入冷箱，氣相經(jīng)降溫出板翅換熱器后經(jīng)過(guò)第五節(jié)流閥21后返回?fù)Q熱器為原料天然氣提供液化的冷量；液相在換熱器內(nèi)過(guò)冷后，經(jīng)過(guò)第一節(jié)流閥14和第二節(jié)流閥15后與另一股返回的氣相冷劑相混合，然后經(jīng)復(fù)溫后再返回壓縮機(jī)入口進(jìn)行閉式循環(huán)。