專利名稱:煤氣化裝置來原料氣甲烷深冷分離裝置的換熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種煤氣化裝置來原料氣的CH4深冷分離裝置的換熱系統(tǒng),屬于 低溫氣體分離技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
目前化工廠的煤氣化裝置來的原料氣,基本組分為CO、CH4, H2,由于其中甲烷氣的 存在,對(duì)利用原料氣合成氨或合成甲醇非常不利,影響產(chǎn)品的合成率并增加能耗。所以要求 將CH4和CO,H2分離,這樣就要將原料氣在換熱器內(nèi)冷卻到_165°C -160°C。以前技術(shù)多 采用單一的閉式混合冷劑制冷循環(huán)或氮?dú)馀蛎浿评溲h(huán)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種可有效分離基本組分為一氧化碳,氫氣和甲烷 的原料氣、分離液化甲烷(LNG)作為清潔能源,具有環(huán)保、節(jié)能、成本低等特點(diǎn)的煤氣化裝置 來原料氣的CH4深冷分離裝置的換熱系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種煤氣化裝置來原料氣甲烷深冷分離裝置的換熱系統(tǒng),包括有板翅式主換熱 器、閉式混合冷劑循環(huán)壓縮機(jī)及氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī),主換熱器中布置有原料氣通道、混合冷劑 通道和氮?dú)馔ǖ溃渲?,主換熱器中的原料氣通道包括原料氣進(jìn)口通道、原料氣換熱通道和 返流的合成氣通道,氮?dú)馔ǖ腊ǜ邏旱獡Q熱通道和返流的低壓氮換熱通道,從上游煤氣 化裝置來原料氣連接至主換熱器中的原料氣進(jìn)口通道,然后其輸送管路由主換熱器中部抽 出,經(jīng)管路連接至使其進(jìn)一步冷卻的再沸器,再沸器出口由管路連至主換熱器中冷卻用的 原料氣換熱通道,然后原料氣換熱通道由管路連接至洗滌塔;主換熱器中混合冷劑通道的 進(jìn)出口分別連至閉式混合冷劑循環(huán),其進(jìn)口端連接混合冷劑壓縮機(jī)末級(jí)出口的分離器,其 中分離器的液相輸出管經(jīng)冷劑泵加壓連接到進(jìn)口端,氣相輸出管直接連至進(jìn)口端,混合冷 劑通道的出口端連接混合冷劑壓縮機(jī)的吸入口 ;主換熱器中的高壓氮換熱通道的進(jìn)口連至 氮循環(huán)的氮?dú)鈮嚎s機(jī)末級(jí)冷卻器的出口,返流的低壓氮換熱通道的出口連至氮循環(huán)的氮?dú)?壓縮機(jī)的進(jìn)口 ;洗滌塔頂引出的主要組分為H2和CO的合成氣的管路連接至主換熱器中返 流的合成氣通道然后連接至合成氣輸出管網(wǎng),洗滌塔底引出的主要組分為H2和CO的液體 的管路連接至CH4 - CO精餾塔。本實(shí)用新型的附加技術(shù)方案如下。優(yōu)選地,氮循環(huán)中包括循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī),其增壓并冷卻后的氮?dú)廨敵龉苓B接主換 熱器中的高壓氮換熱通道,主換熱器的氮出口連接至J/T閥,經(jīng)過J/T閥后連接至CH4 - CO 精餾塔的冷凝器,冷凝器的氮出口連接至主換熱器中的低壓氮通道,低壓氮通道的輸出端 連接至循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)入口進(jìn)行下一次循環(huán)。。優(yōu)選地,如果采用氮?dú)馀蛎浀姆桨竸t氮循環(huán)中還包括增壓透平膨脹機(jī),循環(huán)氮?dú)?壓縮機(jī)的增壓、冷卻輸出端連接至增壓透平膨脹機(jī)的增壓端,增壓透平膨脹機(jī)的輸出端連接至主換熱器中的高壓氮換熱通道,高壓氮換熱通道上有管路連接至氮?dú)馀蛎洐C(jī),氮?dú)馀?脹機(jī)的輸出端連接至板式主換熱器的低壓氮換熱通道,主換熱器中的高壓氮換熱通道出主 換熱器后連接至J/T閥,然后經(jīng)過J/T閥連接至CH4 - CO精餾塔的冷凝器,CH4 - CO精餾 塔的冷凝器的輸出的連接至主換熱器中的低壓氮換熱通道,低壓氮換熱通道的輸出端連接 至循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)入口進(jìn)行下一次循環(huán)。優(yōu)選地,所述的閉式混合冷劑循環(huán)包括混合冷劑壓縮機(jī),壓縮后的混合冷劑輸出 管連接至末級(jí)冷卻器后的第一汽液分離罐,第一汽液分離罐分離出的混合冷劑液體輸出管 連接混合冷劑泵加壓后連接至主換熱器中的混合冷劑換熱通道,分離出的混合冷劑氣體輸 出管直接連接主換熱器中的混合冷劑換熱通道,在換熱器內(nèi)部入口處有使混合冷劑汽液均 勻混合的分配結(jié)構(gòu),該分配結(jié)構(gòu)輸出管連至主換熱器的每個(gè)隔層,然后引出至混合冷劑J/ T閥,再連至第二汽液分離罐,汽、液管路分別連至主換熱器中不同的通道,在經(jīng)過換熱器內(nèi) 部入口處的分配結(jié)構(gòu)后,連接至主換熱器的每個(gè)隔層,然后連至混合冷劑壓縮機(jī)的入口進(jìn) 行下一次循環(huán)。優(yōu)選地,在閉式混合冷劑循環(huán)中有補(bǔ)充混合冷劑的入口。 優(yōu)選地,在氮循環(huán)中有氮?dú)庋a(bǔ)充口,氮?dú)庋a(bǔ)充口接到循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)(NC601)入口 管上并與空氣分離設(shè)備的氮?dú)廨敵龉艿肋B接。優(yōu)選地,在氮循環(huán)中有液氮補(bǔ)充口,液氮補(bǔ)充口接到冷凝器(K601)的液氮進(jìn)口管 上并與空氣分離設(shè)備的液氮輸出管道連接。本實(shí)用新型的有益效果由于采用閉式混合冷劑制冷循環(huán)和氮?dú)庵评溲h(huán)組合的 方式,同時(shí)利用空分補(bǔ)充液氮的方法。這樣改善主換熱器的傳熱溫差,減少主換熱器的不可 逆損耗,降低整套深冷分離裝置的能耗。在氮循環(huán)系統(tǒng)用節(jié)流閥代替膨脹機(jī)時(shí),分離液化 LNG的單位能耗僅為0. 7Kw. h/Nm3. LNG,整套系統(tǒng)的可靠性高,操作更加簡便,啟停更加方 便。在氮循環(huán)系統(tǒng)用氮?dú)馀蛎洐C(jī)時(shí),其分離液化LNG的單位能耗僅為0. 67Kw. h/Nm3. LNG。 與無膨脹機(jī)的氮循環(huán)流程相比,能耗更低。
本實(shí)用新型將通過例子并參照附圖的方式說明,其中圖1是本實(shí)用新型煤氣化裝置來原料氣的CH4深冷分離裝置的換熱系統(tǒng)實(shí)施例1 的系統(tǒng)框圖。圖2是本實(shí)用新型煤氣化裝置來原料氣的CH4深冷分離裝置的換熱系統(tǒng)實(shí)施例2 的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型的具體實(shí)施例1,如圖1所示,一種煤氣化裝置來原料氣的CH4深冷分 離裝置的換熱系統(tǒng),包括有板翅式主換熱器(E601)、閉式混合冷劑循環(huán)壓縮機(jī)(MRC701)及 氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)(NC601),其中,從上游煤氣化裝置來原料氣連接至主換熱器中的原料氣進(jìn) 口通道并在其中冷卻然后從主換熱器中部抽出,經(jīng)過再沸器(K602)進(jìn)一步冷卻后再進(jìn)入主 換熱器中的原料氣換熱通道冷卻并部分冷凝到_165°C -160°C引出進(jìn)入洗滌塔(T601);主換熱器中混合冷劑換熱通道的進(jìn)出口分別連至閉式混合冷劑循環(huán),其進(jìn)口端連接混合冷 劑壓縮機(jī)(MRC701)末級(jí)出口的分離器(液相經(jīng)冷劑泵(P701)加壓進(jìn)入到進(jìn)口端,氣相直接 連至進(jìn)口端),出口端連接混合冷劑壓縮機(jī)(MRC701)的吸入口 ;主換熱器中的高壓氮換熱通 道的進(jìn)口連至氮循環(huán)的氮?dú)鈮嚎s機(jī)(NC601)末級(jí)冷卻器的出口,返流的低壓氮換熱通道的 出口連至氮循環(huán)的氮?dú)鈮嚎s機(jī)(NC601)的進(jìn)口。洗滌塔(T601)頂引出的合成氣(主要是氏 和CO)經(jīng)過主換熱器中返流的合成氣通道復(fù)熱后至合成氣輸出管網(wǎng),洗滌塔(T601)底引出 的CH4 — CO混合氣引出至CH4 — CO精餾塔(T602)。其中,主要的制冷負(fù)荷由閉式混合冷劑制冷循環(huán)提供,將進(jìn)料原料氣冷卻 至-151°C左右,并且將氮?dú)饫鋭├淠?151°C左右。冷劑由冷劑壓縮機(jī)壓縮,在換熱器中 冷卻并冷凝,通過混合冷劑節(jié)流閥(J/T閥)膨脹以及在換熱器E601內(nèi)復(fù)熱從而提供冷量。 冷劑是由氮?dú)?、和Cl至C5的碳?xì)浠衔锝M成的混合物。氮循環(huán)中,氮?dú)饨?jīng)循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)(NC601)增壓并冷卻后進(jìn)入主換熱器中的高壓 氮換熱通道,氮?dú)庠谄渲欣鋮s、液化并過冷后出主換熱器,進(jìn)J/T閥,液氮經(jīng)過J/T閥后進(jìn)入 CH4 - CO精餾塔(T602)的冷凝器(K601),然后進(jìn)入主換熱器中的低壓氮通道復(fù)熱出冷箱匯 入循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)(NC601)入口進(jìn)行下一次循環(huán)。液氮為CH4 - CO精餾塔T602回流冷凝器 K601提供充分的冷量同時(shí)返流氮?dú)庖矊⒃蠚鈴腳151°C進(jìn)一步冷卻到-165°C — -160°C。 如果利用空分的液氮給冷凝器K601提供部分冷量同時(shí)在主換熱器E601復(fù)熱,可以進(jìn)一步 降低能耗。上述實(shí)施例的工作流程如下經(jīng)凈化處理的原料氣在主換熱器E601中冷卻 到-165°C — -160°C ;混合冷劑從主換熱器E601中復(fù)熱出來(壓力2 4bar)與冷劑補(bǔ)充 系統(tǒng)來的冷劑混合后進(jìn)混合冷劑壓縮機(jī)壓縮后(壓力 40Bar),再經(jīng)冷卻器TO701冷卻 進(jìn)汽液分離罐V701 (如果壓縮機(jī)段間有冷卻器則需增設(shè)段間汽液分離罐和段間冷劑液體 泵),分離后的氣相進(jìn)主換熱器E601,液相進(jìn)冷劑泵P701加壓后進(jìn)主換熱器,汽、液分別從 不同的通道進(jìn)入主換熱器E601在換熱器內(nèi)部入口處一個(gè)特殊分配結(jié)構(gòu)中使汽液均勻混 合后,進(jìn)入主換熱器的每個(gè)隔層;汽液混合后的冷劑在主換熱器E601內(nèi)冷卻液化并過冷 到-151°C通過混合冷劑J/T閥節(jié)流膨脹到2 4bar,在經(jīng)過汽液分離罐(V702),混合后返 回到主換熱器E601復(fù)熱到進(jìn)行下一個(gè)循環(huán);氮?dú)鈴闹鲹Q熱器E601中復(fù)熱出來(壓力5 6bar)與空氣分離設(shè)備中的空分下塔來的補(bǔ)充壓力氮?dú)饣旌虾筮M(jìn)氮?dú)鈮嚎s機(jī)NC601壓縮 冷卻后到壓力 40Bar,進(jìn)主換熱器E601與返流氣換熱,氮?dú)庠趽Q熱器內(nèi)冷卻液化并過冷 到-165°C — _160°C,經(jīng)第一節(jié)流閥后節(jié)流壓力變?yōu)? 6bar,進(jìn)冷凝器K601蒸發(fā)后進(jìn)主換 熱器復(fù)熱出冷箱進(jìn)行下一個(gè)循環(huán);可以采用從空氣分離裝置中補(bǔ)充液氮(液氮流量可以根 據(jù)空分的液體產(chǎn)量來調(diào)節(jié))進(jìn)冷凝器K601蒸發(fā)后進(jìn)主換熱器E601復(fù)熱出冷箱并入氮?dú)庵?冷循環(huán)的氮?dú)鈮嚎s機(jī)NC601入口。本實(shí)用新型的具體實(shí)施例2,如圖2所示,一種煤氣化裝置來原料氣的CH4深冷分 離裝置的換熱系統(tǒng),包括有板翅式主換熱器(E601)、閉式混合冷劑循環(huán)壓縮機(jī)(MRC701)及 氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)(NC601),如果采用氮?dú)馀蛎泟t還有氮?dú)庠鰤和钙脚蛎洐C(jī)(ET601),主換 熱器E601中布置有原料氣換熱通道、混合冷劑換熱通道和氮換熱通道,其中,原料氣換熱 部分和混合冷劑換熱部分與實(shí)施例1中相同,不同在于氮循環(huán)中增加了增壓透平膨脹機(jī) ET601,氮循環(huán)包括氮?dú)饨?jīng)循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)(NC601)增壓并冷卻后并經(jīng)膨脹機(jī)的增壓端增壓后進(jìn)入主換熱器中的高壓氮換熱通道,氮?dú)饫鋮s到一定溫度大部分抽出進(jìn)入氮?dú)馀蛎洐C(jī), 膨脹后的氮?dú)膺M(jìn)入板式的低壓氮換熱通道,一小部分氮?dú)庠诶^續(xù)冷卻、液化并過冷后出主 換熱器,經(jīng)J/T閥,液氮經(jīng)過J/T閥后進(jìn)入CH4 - CO精餾塔(T602)的冷凝器(K601),然后 進(jìn)入主換熱器中的低壓氮換熱通道復(fù)熱出冷箱匯入循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)(NC601)入口進(jìn)行下一 次循環(huán)。本實(shí)施例的工作循環(huán)和流程與實(shí)施例1類似,不同僅在氮循環(huán)中增加了膨脹機(jī), 在該流程中氮?dú)鈴闹鲹Q熱器E601中復(fù)熱出來(壓力5 6bar)與空分下塔來的補(bǔ)充壓力氮 氣混合后進(jìn)氮?dú)鈮嚎s機(jī)NC601壓縮冷卻后到壓力 27Bar,進(jìn)增壓透平膨脹機(jī)ET601增壓后 進(jìn)主換熱器E601與返流氮?dú)鈸Q熱,氮?dú)庠趽Q熱器內(nèi)冷卻到大約-110°C,大部分氮?dú)膺M(jìn)膨脹 機(jī),膨脹到5 6bar,其余氮?dú)庠谥鲹Q熱器內(nèi)液化并過冷到(-160°C -165°C )流出,經(jīng)J/T 閥后節(jié)流(壓力5 6bar)進(jìn)冷凝器K601蒸發(fā)后與膨脹后氮?dú)鈪R合后進(jìn)主換熱器E601復(fù) 熱出冷箱進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。本說明書中公開的所有特征,或公開的所有方法或過程中的步驟,除了互相排斥 的特征和/或步驟以外,均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征,除非特別敘 述,均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即,除非特別敘述,每個(gè)特征只 是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本實(shí)用新型,凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種煤氣化裝置來原料氣甲烷深冷分離裝置的換熱系統(tǒng),包括有板翅式主換熱器、閉式混合冷劑循環(huán)壓縮機(jī)及氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī),主換熱器中布置有原料氣通道、混合冷劑通道和氮?dú)馔ǖ溃渲?,主換熱器中的原料氣通道包括原料氣進(jìn)口通道、原料氣換熱通道和返流的合成氣通道,氮?dú)馔ǖ腊ǜ邏旱獡Q熱通道和返流的低壓氮換熱通道,從上游煤氣化裝置來原料氣連接至主換熱器中的原料氣進(jìn)口通道,然后其輸送管路由主換熱器中部抽出,經(jīng)管路連接至使其進(jìn)一步冷卻的再沸器,再沸器出口由管路連至主換熱器中冷卻用的原料氣換熱通道,然后原料氣換熱通道由管路連接至洗滌塔;主換熱器中混合冷劑通道的進(jìn)出口分別連至閉式混合冷劑循環(huán),其進(jìn)口端連接混合冷劑壓縮機(jī)末級(jí)出口的分離器,其中分離器的液相輸出管經(jīng)冷劑泵加壓連接到進(jìn)口端,氣相輸出管直接連至進(jìn)口端,混合冷劑通道的出口端連接混合冷劑壓縮機(jī)的吸入口;主換熱器中的高壓氮換熱通道的進(jìn)口連至氮循環(huán)的氮?dú)鈮嚎s機(jī)末級(jí)冷卻器的出口,返流的低壓氮換熱通道的出口連至氮循環(huán)的氮?dú)鈮嚎s機(jī)的進(jìn)口;洗滌塔頂引出的主要組分為H2和CO的合成氣的管路連接至主換熱器中返流的合成氣通道然后連接至合成氣輸出管網(wǎng),洗滌塔底引出的主要組分為H2和CO的液體的管路連接至CH4-CO精餾塔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤氣化裝置來原料氣甲烷深冷分離裝置的換熱系統(tǒng),其特征 在于,所述的閉式混合冷劑循環(huán)包括混合冷劑壓縮機(jī),壓縮后的混合冷劑輸出管連接至末 級(jí)冷卻器后的第一汽液分離罐,第一汽液分離罐分離出的混合冷劑液體輸出管連接混合冷 劑泵加壓后連接至主換熱器中的混合冷劑換熱通道,分離出的混合冷劑氣體輸出管直接連 接主換熱器中的混合冷劑換熱通道,在換熱器內(nèi)部入口處有使混合冷劑汽液均勻混合的分 配結(jié)構(gòu),該分配結(jié)構(gòu)輸出管連至主換熱器的每個(gè)隔層,然后引出至混合冷劑J/T閥,再連至 第二汽液分離罐,汽、液管路分別連至主換熱器中不同的通道,在經(jīng)過換熱器內(nèi)部入口處的 分配結(jié)構(gòu)后,連接至主換熱器的每個(gè)隔層,然后連至混合冷劑壓縮機(jī)的入口進(jìn)行下一次循 環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤氣化裝置來原料氣甲烷深冷分離裝置的換熱系統(tǒng),其特征 在于,氮循環(huán)中包括循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī),其增壓并冷卻后的氮?dú)廨敵龉苓B接主換熱器中的高 壓氮換熱通道,主換熱器的氮出口連接至J/T閥,經(jīng)過J/T閥后連接至CH4 - CO精餾塔的 冷凝器,冷凝器的氮出口連接至主換熱器中的低壓氮通道,低壓氮通道的輸出端連接至循 環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)入口進(jìn)行下一次循環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤氣化裝置來原料氣甲烷深冷分離裝置的換熱系統(tǒng),其特 征在于,氮循環(huán)中還包括增壓透平膨脹機(jī)和循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī),循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)的增壓、冷卻 輸出端連接至增壓透平膨脹機(jī)的增壓端,增壓透平膨脹機(jī)的輸出端連接至主換熱器中的高 壓氮換熱通道,高壓氮換熱通道上有管路連接至氮?dú)馀蛎洐C(jī),氮?dú)馀蛎洐C(jī)的輸出端連接至 板式主換熱器的低壓氮換熱通道,主換熱器中的高壓氮換熱通道出主換熱器后連接至J/T 閥,然后經(jīng)過J/T閥連接至CH4 - CO精餾塔的冷凝器,CH4 - CO精餾塔的冷凝器的輸出的 連接至主換熱器中的低壓氮換熱通道,低壓氮換熱通道的輸出端連接至循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)入 口進(jìn)行下一次循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤氣化裝置來原料氣甲烷深冷分離裝置的換熱系統(tǒng),其特征 在于,在混合冷劑循環(huán)中有補(bǔ)充混合冷劑的入口。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤氣化裝置來原料氣甲烷深冷分離裝置的換熱系統(tǒng),其特征在于,在氮循環(huán)中有氮?dú)庋a(bǔ)充口,氮?dú)庋a(bǔ)充口接到循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)入口管上并與空氣分離 設(shè)備的氮?dú)廨敵龉艿肋B接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤氣化裝置來原料氣甲烷深冷分離裝置的換熱系統(tǒng),其特征 在于,在氮循環(huán)中有液氮補(bǔ)充口,液氮補(bǔ)充口接到冷凝器的液氮進(jìn)口管上并與空氣分離設(shè) 備的液氮輸出管道連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開的煤氣化裝置來原料氣CH4深冷分離裝置的換熱系統(tǒng),包括有板翅式主換熱器、混合冷劑循環(huán)壓縮機(jī)及氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī),主換熱器中布置有原料氣通道、混合冷劑通道和氮?dú)馔ǖ?,其中,從上游煤氣化裝置來原料氣首先在主換熱器中換熱,然后經(jīng)過再沸器冷卻后再進(jìn)入主換熱器進(jìn)一步冷卻并部分冷凝后到洗滌塔;主換熱器中混合冷劑換熱通道的進(jìn)出口分別連至閉式混合冷劑循環(huán)的進(jìn)出口;主換熱器中的氮換熱通道的進(jìn)/出口分別連至氮循環(huán)壓縮機(jī)的出/進(jìn)口。本實(shí)用新型由于采用閉式混合冷劑制冷循環(huán)和氮?dú)庵评溲h(huán)組合的方式,同時(shí)利用空分補(bǔ)充液氮的方法。這樣改善主換熱器的傳熱溫差,減少主換熱器的不可逆損耗,降低整套深冷分離裝置的能耗。
文檔編號(hào)F25J3/08GK201662301SQ20092030883
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者周勇, 彭正春, 王磊, 陰紅兵, 黃順泰 申請(qǐng)人:成都蜀遠(yuǎn)煤基能源科技有限公司