一种利用焦炉气制备液化天然气的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用焦炉气制备液化天然气的方法，主要包括甲烷化反应、低温分离和液化步骤；甲烷化后的气体进入膜分离装置，通过膜分离除去大部分Ｈ２，加压后进入低温装置，冷却后入精馏塔；塔釜再沸器用原料气加热，塔顶冷凝器由塔釜液甲烷节流蒸发提供冷量；在精馏塔的精馏作用下，塔釜得到纯度大于９９．５％的甲烷，塔顶得到Ｈ２、Ｎ２、ＣＨ４的混合物；塔釜得到的甲烷复热后作为气态产品送去液化；塔顶得到的Ｈ２、Ｎ２、ＣＨ４混合气复热后输出作为干燥器的再生气。该方法将分离和液化分开，操作平稳、灵活；冷冻剂用产品甲烷，无需外供，可减少投资及其它冷冻剂的消耗费用，并降低能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液化天然气的制备
，尤其是一种利用焦炉气制备液化天然气的方法。
技术介绍
我国是焦炭生产大国，年生产能力在3亿吨之上，每吨焦炭副产焦炉气约400m3。除 自用、民用和商用燃料外，每年放散的煤气超过200亿m3。焦炉煤气成分较为复杂，其中CH4， C0， C02， CnHm体积分数近40% ，且氢含量高(体 积分数54% 59%，下同)，通过甲烷化反应，即 C0+3H2 = CH4+H20 及C02+4H2 = CH4+2H20 将C0、 C02转化为甲烷，并使C02含量降低到50 X 10—6以下，这样焦炉气就变成主 要含(^4、112和少量^的气体混合物，通过低温气体分离和液化技术，得到液体甲烷(LNG)。 对于CH4，N2，H2的低温分离，国内上世纪60年代就已经开发，西南化工研究设计院 在70年代初完成了合成氨尾气提氬的中间试验，并通过了国家鉴定。合成氨尾气 含有H2、 N2、 Ar、 CH4四种组分，经过低温分离，分别得到含H285%以上的H2馏分，含CH495% 以上的甲烷馏分，含N295X以上的N2馏分，以及含Ar 99.99%的纯氬。采用三塔精馏，冷凝 器采用液氮蒸发。CHpK复叠式制冷。 对于天然气液化，根据不同的用途，可使用不同的制冷流程。根据制冷手册(原化 工部第四设计院主编，化工出版社出版，1979年，p385 388)介绍，对于基本负荷型液化装 置，可采用丙烷、乙烯、甲烷组成的逐渐冷冻循环液化天然气其能耗最低，但流程复杂；也可 采用闭式的混合冷冻剂冷冻循环，或预冷的混合冷冻剂冷冻循环，其能耗比前者略高，但流 程简单。这两种流程处理能力均较大，为1. 4X 106Nm3/d 4. 2X 106Nm3/d。对于高峰负荷 型天然气液化装置，可采用带膨胀的冷冻循环，利用天然气本身压力，在2. 8MPa压力下进 行等熵膨胀制冷，而使天然气液化，其液化率近10%，全部液化相当于循环比10以上，未液 化部分经压縮作为返回气输出，其规模为56X 104Nm3/d。 国内某单位引进国外技术，建设了一套日产5X10 mVd的液化天然气装置。其采用了带有引射器的高压节流技术，其天然气压力为2. 5MPa，高压甲烷压力20. OMPa，引射器起了加压部分低压气体的作用，可省去一台压縮机，但消耗了冷量，使液化率降低。 上述几种类型的冷冻循环，基于天然气本身具有较高的压力，所以总的液化能耗较低，焦炉气仅为常压，需净化加压，再经甲烷化后进行低温分离，液化生产LNG尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可降低生产能耗的、利用焦炉气制备液化天然气的新方 法。 为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下 —种利用焦炉气制备液化天然气的方法，主要包括甲烷化反应、低温分离和液化 步骤，其中 甲烷化反应步骤按照现有技术常用的焦炉气甲烷化反应方法进行，甲烷化后的气 体主要含有(^4、112、^组分； 低温分离过程包括甲烷化后的气体进入膜分离装置，通过膜分离除去大部分112，加压后进入低温装置，冷却后入精馏塔；塔釜再沸器用原料气(膜分离除去H2后进一步经过冷却后进入的气体)加热，塔顶冷凝器由塔釜液甲烷节流蒸发提供冷量；在精馏塔的精馏作用下，塔釜得到纯度大于99. 5%的甲烷，塔顶得到H2、N2、 CH4的混合物； 塔釜得到的甲烷复热后作为气态产品送去液化；塔顶得到的H2、 N2、 CH4混合气复热后输出作为干燥器的再生气。 优选地，上述低温分离过程中，原料气(通过膜分离除去H2后的气体)操作压力为 3. OMPa 4. OMpa(加压至此压力后进入低温装置)；精馏塔操作压力为2. OMPa 2.柳pa， 冷凝器冷凝温度为_152°C -165°C。 液化步骤中液化装置采用有预冷的高压甲烷节流制冷，并采用二次节流；将甲 烷加压到10MPa 20MPa，预冷到_45 °C -55 °C ，与返回气换热冷却， 一次节流到压力 2. 5 3. OMPa，进入第一气液分离器，未液化的甲烷冷却原料甲烷而复热到常温，进入压縮 机的相应级数；液体甲烷过冷后，节流到0. 35 0. 45MPa，进入第二气液分离器，液甲烷作 为产品输出，气化的甲烷冷却原料气甲烷(如图3中的原料气甲烷)复热到常温后进入压 縮机相应级数。 结合附图l-3，本专利技术方法流程可如下 如图l所示，己甲烷化的焦炉气由管线1进入膜分离装置M，渗透气氢气由管线3 输出，未渗透气由管线2进入压縮机C0M，压縮到3. OMPa 4. OMPa压力，冷却后由管线4进 入干燥器D，由管线5送入低温装置(见图2)作为原料气。 如图2所示，干燥脱水后的原料气由管线1进入换热器E1，冷却到一定温度进入 管线4，在再沸器R中作为热源蒸发液甲烷，同时被冷却，进入管线5，在换热器E2中进一步 冷却，进入管线6，节流到2. OMPa 2. 8MPa，经管线7进入精馏塔T。在精馏作用下，塔顶 为含少量甲烷的氢氮气，进入管线8，节流至0. 14MPa，经换热器E2、管线9、换热器El冷却 原料气，本身被复热后输出。塔釜得到纯度99.5%以上甲烷。塔釜液甲烷通过管线节流至 0. 14MPa，通过管线11入塔冷凝器作冷源蒸发，蒸发甲烷由管线12、换热器E2、管线13、换热 器E1冷却原料气，复热后输出，送液化装置。 如图3所示，需要液化的甲烷由管线1进入压縮机COM —段，出一段后与循环的低 压甲烷混合进入压縮机二级，再加压到2. 5MPa 3. OMPa，与返回的高压甲烷混合，最后压 縮到10MPa 20MPa，由管线2进入换热器El冷却，通过管线3进入换热器E2预冷，冷却 到-45°C -55t:进入管线4，在换热器E3中进一步冷却进入管线5，节流到2. 5 3. 0MPa， 通过管线6进入气液分离器V1，未液化的甲烷气经管线15进入换热器E3、管线16、换热器 El冷却高压甲烷，本身复热后由管线17进入压縮机相应级数，循环压縮。由气液分离器V1 得到的LNG经换热器E4冷却，经管线8节流到0. 35MPa 0. 45MPa MPa，由管线9进入气液 分离器V2，LNG由管线10输入冷箱外贮槽。气化的部分甲烷由管线11过冷高压LNG，经管线12、换热器E3、管线13、换热器E1，由管线14进入压縮机二级，循环压縮。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是 (1)分离步骤和液化步骤分开，使操作平稳、灵活，既可输出LNG，也可输出气体甲 烷； (2)预冷系统采用成熟的工业冷冻机组，冷冻剂为氨及R22，而冷冻循环冷冻剂用 甲烷，就是产品，无需外供，可减少投资及其它冷冻剂的消耗费用，并降低能耗； (3)优选方案中采用高压甲烷节流制冷，二次节流，低温部分无运动部件，减少维 修费用； (4)精馏前采用常温膜分离装置除去大部分氢气，有利于低温分离，可以在较高温 度下操作，并得到较高的甲烷收率。附图说明 图1是本专利技术方法中的精馏分离流程示意图，并作为实施例1的精馏分离流程示 意图； 图2是本专利技术实施例1的精馏分离流程示意图； 图3是本专利技术方法中的液化流程示意图，并作为实施例1和2的液化流程示意图。 图1-3中，M是膜分离器，COM是压縮机，D是干燥器，El本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用焦炉气制备液化天然气的方法，主要包括甲烷化反应、低温分离和液化步骤，其特征在于：　　低温分离过程包括：甲烷化后的气体进入膜分离装置，通过膜分离除去大部分Ｈ↓［２］，加压后进入低温装置，冷却后入精馏塔；塔釜再沸器用原料气即通过膜分离除去Ｈ↓［２］后进一步经过冷却后的气体加热，塔顶冷凝器由塔釜液甲烷节流蒸发提供冷量；在精馏塔的精馏作用下，塔釜得到纯度大于９９．５％的甲烷，塔顶得到Ｈ↓［２］、Ｎ↓［２］、ＣＨ↓［４］的混合物；　　塔釜得到的甲烷复热后作为气态产品送去液化；塔顶得到的Ｈ↓［２］、Ｎ↓［２］、ＣＨ↓［４］混合气复热后输出作为干燥器的再生气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冉崇慧，陶鹏万，黄维柱，杨先忠，钟曾玲，周君，王少楠，
申请(专利权)人：四川天一科技股份有限公司，西南化工研究设计院，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]