一种回收lng的液氮洗装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及低温深冷分离净化技术领域，尤其涉及了一种回收LNG的液氮洗装置及其方法。
【背景技术】
[0002]液体甲烷(LNG)是一种优质能源，具有热值高、洁净、燃烧污染小等特点，且便于运输，是21世纪中国城市民用燃气首选燃料。LNG可以作为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有热值高、抗爆性好、燃烧完全、排气污染小、发动机寿命长、降低运输成本等优点，即使与压缩天然气相比，它也具有储存效率高、加一次气续行程远，车装钢瓶压力小、重量轻、数量小、建站不受供气管网的限制等优势。有利于环境保护，减少城市污染。
[0003]合成氨一直是化工产业的能耗大户。合成氨的净化根据总体工艺的不同而采用不用的方法，大都采用液氮洗，常规的处理方法是将大部分的含量较高的氢和氮回收利用，将洗涤后的含甲烷等返流气燃烧或者直接排放。这样不仅浪费了能源、污染了环境，同时也降低了氮肥厂的经济效益。随着能源的日趋紧张，回收其中的甲烷将带来极大的经济效益和环保效益。
[0004]常规的液氮洗是通过高压氮气的节流和外部补进液氮来提供冷量，需要大量的消耗液氮。改进的液氮洗工艺有通过混合制冷剂和氮气双制冷来提供冷量，混合制冷剂液化流程是以(^至C 5的碳氢化合物及N 2五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀，在不同温度段获取制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。混合制冷剂液化流程虽然降低了投资费用和功耗但其缺点是复杂，设计计算困难，混合制冷剂的合理配比比较困难。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于解决现有技术中的不足，并提供一种一种回收LNG的液氮洗装置及其方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决:
一种回收LNG的液氮洗装置，包括第一主换热器E5、第二主换热器E6、一级缓冲罐V1、一级膨胀增压机Cl、一级冷却器E1、氮气缓冲罐V2、氮压机C2、氮气冷却器E2、二级缓冲罐V3、二级膨胀增压机C3、二级冷却器E3、闪蒸气缓冲罐V4、闪蒸气压缩机C4、闪蒸气冷却器E4、氮洗塔Tl、闪蒸罐V5、LNG精馏塔T2、第二一级膨胀增压机C5、第二二级膨胀增压机C6 ;
低压氮气入口依次与一级缓冲罐V1、一级膨胀增压机Cl和一级冷却器El相连后分为两路，一路依次通过第二一级膨胀增压机C5和第一主换热器E5后与低压氮气入口相连；另一路依次通过氮气缓冲罐V2、氮压机C2、氮气冷却器E2、二级缓冲罐V3、二级膨胀增压机C3、二级冷却器E3后再次分为两路，其中一路通过第二二级膨胀增压机C6、第二主换热器E6、第一主换热器E5后接入一级膨胀增压机Cl与低压氮气入口之间的管道；另外一路通过第一主换热器E5后又一次分为两路，一路通过第二主换热器E6与氮洗塔Tl内顶部相连，另一路与合成气出口相连；
原料气入口依次通过第一主换热器E5、第二主换热器E6与氮洗塔Tl下部相连，氮洗塔Tl顶部依次通过第二主换热器E6、第一主换热器E5与合成气出口相连；氮洗塔Tl底部与闪蒸罐V5相连，闪蒸罐V5顶部依次通过第二主换热器E6、第一主换热器E5、闪蒸气缓冲罐V4、闪蒸气压缩机C4和闪蒸气冷却器E4后与原料气入口相连；闪蒸罐V5底部分为两路，一路与LNG精馏塔T2内顶部相连；另一路通过第二二级膨胀增压机C6与LNG精馏塔T2下部相连；LNG精馏塔T2顶部依次通过第二主换热器E6、第一主换热器E5与燃料气出口相连；LNG精馏塔T2底部分为两路，一路通过第二主换热器E6与LNG精馏塔T2下部相连，另一路通过第二主换热器E6与LNG产品出口相连
一种使用如权利要求1所述装置的液氮洗方法，包括如下步骤:
步骤a:原料气依次进入冷箱中的第一主换热器E5、第二主换热器E6换热，在此被返流的合成气、燃料气、膨胀后的氮气冷却到气液混合状态，然后出第二主换热器E6进入氮洗塔Tl下部，其中所含杂质在氮洗塔Tl中被顶部液氮洗出，净化后的合成气自氮洗塔Tl塔顶离开，经第二主换热器E6复热后，再进行气相配氮，之后继续进入第一主换热器E5复热至环境温度出冷箱，复热后的气体再经过精配氮实现预设的氢、氮化学比后作为产品气送入合成工序；
氮洗塔Tl底部液体节流后进入闪蒸罐V5进行闪蒸，罐顶闪蒸气依次经过第二主换热器E6、第一主换热器E5回收冷量后，再依次进入闪蒸气缓冲罐V4、闪蒸气压缩机C4、闪蒸气冷却器E4，压缩后并入入口原料气，再次进行洗涤、回收LNG ;闪蒸罐V5罐底液体分成两路，一路进入LNG精馏塔T2顶部，另一路返回第二主换热器E6回收部分冷量后进入LNG精馏塔T2下部，在LNG精馏塔T2塔底部得到LNG产品；LNG精馏塔T2塔顶气相依次通过第二主换热器E6、第一主换热器E5复热出冷箱，作为燃料气送至燃料气系统；
步骤b:LNG精馏塔T2底部的部分LNG产品通过采用外部热虹吸的方式送入第二主换热器E6回收冷量后作为LNG精馏塔T2的塔底热源返回LNG精馏塔T2下部，另一部分LNG精馏塔T2塔底部的LNG产品通入第二主换热器E6中过冷后通过节流阀出冷箱；
步骤c:氮洗塔Tl顶部的高压氮气来自二级膨胀增压机C3增压端，增压端的排气经第一主换热器E5被返流气体冷却后，其中部分经节流直接与自氮洗塔Tl顶部来的氮洗气混合，用于气相配氮；其余部分继续在第二主换热器E6中冷却并液化成液氮，液氮进入氮洗塔Tl顶部，作为洗涤剂，用于在氮洗塔Tl中将原料气中的杂质洗下；
步骤d:来自界外的低压氮气以及返流的低压氮气混合后，首先进入一级缓冲罐V1、一级膨胀增压机Cl增压端进行增压，然后经一级冷却器El冷却后分成两路，一路进入第一主换热器E5进行预冷，从第一主换热器E5中部抽出后进入第二一级膨胀增压机C5膨胀端膨胀制冷，返回第一主换热器E5为高温区提供冷量后出冷箱，并和第二二级膨胀增压机C6排出的经第一主换热器E5复热的返流气一起作为返流的低压氮气与界外的低压氮气进行混合；另一路继续进入氮气缓冲罐V2、氮压机C2、氮气冷却器E2进行压缩冷却成为中压氮气，再进入二级缓冲罐V3、二级膨胀增压机C3增压端、二级冷却器E3进行增压冷却成为高压氮气，高压氮气分为两路，一路进入第一主换热器E5进行冷却，抽出后进入第二二级膨胀增压机C6膨胀端膨胀制冷，再依次返回第二主换热器E6、第一主换热器E5提供冷量后出冷箱，出冷箱后再与一级膨胀增压机Cl排出的经第一主换热器E5复热后的返流气汇合回到一级缓冲罐VI，并反复循环，为系统净化和深冷分离提供冷量；
步骤e:在低压氮气入口不断地补入氮气。
[0007]作为优选，所述的一级膨胀增压机Cl增压端的出口压力为2.0MPa-3.0MPa0
[0008]作为优选，所述的氮压机C2的压力为3.5MPa-5.5MPa。
[0009]作为优选，所述的二级膨胀增压机C3增压端的出口压力为5.0MPa-l0.0MPa0
[0010]作为优选，所述的一级膨胀增压机Cl膨胀端的入口温度为-10~-50°C。
[0011]作为优选，所述的二级膨胀增压机C3膨胀端的入口温度为-70~-110°C。
[0012]作为优选，所述的氮洗塔Tl塔底节流阀后压力为0.45MPa-0.65MPa。
[0013]作为优选，所述的气相配氮的氢气、氮气体积比为3:1。
[0014]针对现有技术中能源浪费和环境污染，以及上述液氮洗流程提供冷量的处理方法的不足，本发明提供一种提供两级氮膨胀制冷系统取代混合冷剂和氮气双制冷系统来洗涤净化合成气并深冷分离回收LNG系统，利用高压氮气通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷提供冷量。流程中的关键设备是透平膨胀机。
[0015]本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果:
1、本发明通过两级氮膨胀制冷、并从增压端抽出一股高压氮气作为氮洗塔的液氮来洗涤净化合成气及其深冷分离回收LNG，降低了一次设备投资和运行成