關于合成氨放空氣、弛放氣(兩氣)回收LNG裝置的生產運行總結

王建龍

(河北陽煤正元化工集團, 石家莊 050050)

天然氣是一種清潔、高效能源，面對日趨嚴重的環境污染問題,天然氣的需求量越來越大[1]。為了高效利用天然氣能源，石家莊正元化肥有限公司新上1套合成氨放空氣、弛放氣回收液化天然氣(LNG)裝置(簡稱LNG裝置)，2014年7月出產品,年產量為1 200萬m3。固定床生產合成氨聯產甲醇工藝中合成工段產生的尾氣經過膜提氫崗位回收氫氣[2]，氫氣回壓縮機三段加壓后返回系統重復使用，提氫尾氣送往三廢爐為吹風氣回收燃燒助燃。液氨儲罐產生的弛放氣也送膜提氫崗位[3]。

1 生產原理

原料氣分離的基本原理是利用原料氣中各組分沸點的不同,對各組分進行分離[4]。經干燥凈化的原料氣在主換熱器、蒸發器中與返流低溫氣體換熱而被部分液化，被部分液化后的原料氣進入精餾塔。在精餾塔中上升蒸汽中高沸點組分如甲烷被冷凝，下流液體中低沸點組分如氫和氮被蒸發。原料氣中的絕大部分氫組分和大部分氮組分通過精餾I塔精餾后被分離出來，得到副產品——氫氮混合氣；剩余的氮組分和氬組分被精餾II塔進一步精餾分離，在精餾II塔底得到合格的LNG產品。

2 工藝流程

該裝置采用分子篩吸附預凈化弛放氣、增壓透平膨脹機、填料精餾工藝。整套機組包括：氮氣補充(PSA)系統、氮氣循環壓縮系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、液體貯存氣化系統、儀控系統、電控系統等。工藝流程見圖1。

2.1 氮氣的制取

氮氣由1套變壓吸附制氮裝置來制取。

2.2 原料氣的純化

分子篩純化系統由2臺分子篩吸附器組成，吸附原料氣中的水分和氣氨。2臺分子篩吸附器交替工作，一臺工作，另一臺再生。切換系統在2臺分子篩吸附器間切換時，由程序控制，保證等壓力的情況下的無差壓切換。如果程序的任何一個環節發生錯誤，則程序暫停，并發出報警。

2.3 原料氣的精餾

出分子篩吸附器的原料氣直接進入主換熱器初步冷卻后，從主換熱器中部抽出先通過精餾II塔的蒸發器冷卻，然后再進入主換熱器進一步冷卻，最后依次進入2個精餾塔參與精餾。最終在精餾II塔底得到合格的LNG，產品液體經檢驗合格后送入液體貯槽。

圖1 LNG工藝流程

從2臺精餾塔的頂部得到混合氣。混合氣分別通過過冷器和主換熱器復熱后送出冷箱。從精餾I塔得到的氫氮混合氣送回合成氨壓縮機；從精餾II塔得到的污氮氣進入分子篩純化系統。

3 提氫尾氣氣量及組分

1#膜分離提氫裝置的氣體體積流量約為2 100 m3/h，2#膜分離提氫裝置的氣體體積流量約為1 200 m3/h，3#膜分離提氫裝置的氣體體積流量約為1 000 m3/h，其組分體積分數見表1。

表1 膜分離提氫裝置尾氣組分體積分數 %

LNG裝置設計指標及168 h生產運行數據見表2。由表2可以看出，LNG裝置168 h生產運行數據均達標。

4 LNG直接生產成本

甲烷化反應為：

(1)

(2)

表2 LNG裝置設計指標及168 h生產運行數據

注:1)液體貯槽容積為300 m3。

按照每噸LNG折算總氨系數為1.35，原料煤價格為900元/t，噸總氨耗原料煤為1.2 t計算，每噸LNG耗原料煤費用為800元。每噸LNG耗電1 950 kW·h，電價為0.47元/(kW·h)，則每噸LNG耗電費用為916.5元。每噸LNG耗蒸汽0.052 5 t，蒸汽成本按照110元/t計算，則每噸LNG耗蒸汽費用為5.78元。綜上可得，LNG的直接成本是1 721.3元。

5 結語

LNG裝置采用氮氣循環膨脹制冷技術，制冷效率高。采用氮氣作為制冷劑，省去了復雜的冷劑儲存系統和配比控制裝置。項目驗收指標合格率為99.9%，甲烷回收率在99%以上，達到設計要求。LNG裝置產品質量穩定，甲烷純度達95%以上，滿足生產需要。