王建龍

(河北陽煤正元化工集團(tuán), 石家莊 050050)

天然氣是一種清潔、高效能源，面對日趨嚴(yán)重的環(huán)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(chǎn)品,年產(chǎn)量為1 200萬m3。固定床生產(chǎn)合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇工藝中合成工段產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過膜提氫崗位回收氫氣[2]，氫氣回壓縮機(jī)三段加壓后返回系統(tǒng)重復(fù)使用，提氫尾氣送往三廢爐為吹風(fēng)氣回收燃燒助燃。液氨儲罐產(chǎn)生的弛放氣也送膜提氫崗位[3]。

1 生產(chǎn)原理

原料氣分離的基本原理是利用原料氣中各組分沸點(diǎn)的不同,對各組分進(jìn)行分離[4]。經(jīng)干燥凈化的原料氣在主換熱器、蒸發(fā)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(jìn)入精餾塔。在精餾塔中上升蒸汽中高沸點(diǎn)組分如甲烷被冷凝，下流液體中低沸點(diǎn)組分如氫和氮被蒸發(fā)。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(chǎn)品——?dú)涞旌蠚?；剩余的氮組分和氬組分被精餾II塔進(jìn)一步精餾分離，在精餾II塔底得到合格的LNG產(chǎn)品。

2 工藝流程

該裝置采用分子篩吸附預(yù)凈化弛放氣、增壓透平膨脹機(jī)、填料精餾工藝。整套機(jī)組包括：氮?dú)庋a(bǔ)充(PSA)系統(tǒng)、氮?dú)庋h(huán)壓縮系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、液體貯存氣化系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等。工藝流程見圖1。

2.1 氮?dú)獾闹迫?/h3>

氮?dú)庥?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(tǒng)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(tǒng)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(huán)節(jié)發(fā)生錯誤，則程序暫停，并發(fā)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(jìn)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(fā)器冷卻，然后再進(jìn)入主換熱器進(jìn)一步冷卻，最后依次進(jìn)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(chǎn)品液體經(jīng)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?；旌蠚夥謩e通過過冷器和主換熱器復(fù)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(jī)；從精餾II塔得到的污氮?dú)膺M(jìn)入分子篩純化系統(tǒng)。

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?jǐn)?shù)見表1。

表1 膜分離提氫裝置尾氣組分體積分?jǐn)?shù) %

LNG裝置設(shè)計指標(biāo)及168 h生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。由表2可以看出，LNG裝置168 h生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)均達(dá)標(biāo)。

4 LNG直接生產(chǎn)成本

甲烷化反應(yīng)為：

(1)

(2)

表2 LNG裝置設(shè)計指標(biāo)及168 h生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)

注:1)液體貯槽容積為300 m3。

按照每噸LNG折算總氨系數(shù)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(fèi)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(fèi)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(fèi)用為5.78元。綜上可得，LNG的直接成本是1 721.3元。

5 結(jié)語

LNG裝置采用氮?dú)庋h(huán)膨脹制冷技術(shù)，制冷效率高。采用氮?dú)庾鳛橹评鋭?，省去了?fù)雜的冷劑儲存系統(tǒng)和配比控制裝置。項目驗收指標(biāo)合格率為99.9%，甲烷回收率在99%以上，達(dá)到設(shè)計要求。LNG裝置產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，甲烷純度達(dá)95%以上，滿足生產(chǎn)需要。