从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的装置及方法。装置包括混合冷剂压缩机制冷系统、预冷系统、液化冷箱系统；方法包括混合冷剂循环过程和净化焦炉煤气液化及分离过程。本发明采用单一混合制冷与单塔精馏流程，可只采用一台冷剂压缩机和一台精馏塔，与原有的包含两台冷剂压缩机和两台精馏塔的焦炉煤气分离液化装置，设备投资费用及系统的能耗均降低，且开停车操作便捷，从综合经济效益上考虑，此装置适合于净化后焦炉煤气压力较高（≥2.3MPa）、焦炉煤气处理规模不大的液化装置（≤100万标方/天净化焦炉煤气），设备投资少、单位能耗更低、操作更简单。
【专利说明】从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的装置及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的装置及方法。
【背景技术】
[0002]制取富甲烷气较为常见的是焦炉煤气通过甲烷化反应来提高热值，使绝大部分一氧化碳、二氧化碳转化成甲烷，所得的合成气再经水洗涤脱油洗萘、脱硫后的净化后得到的甲烷体积分数为40?50%以上，另富含氢气和氮气。富甲烷气再经低温液化、低温精馏制备出LNG和富氢产品。富甲烷化的焦炉煤气经过净化、液化分离制备出液化天然气不仅可缓解国内天然气短缺的问题，而且可以促进焦化与能源行业的技术进步与产业发展，发展焦炉煤气制LNG项目可产生明显的经济效益、环境效益与社会效益，对焦炉煤气回收利用产业具有重要意义。
[0003]富甲烷气与常规天然气组成有较大的区别，氮气、氢气含量相对较高，因此液化和分离工艺更复杂、单位产品能耗更高。
[0004]现有的从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的工艺，包含两台冷剂压缩机和两台精馏塔，设备投入大，能耗高。
[0005]申请号为200810135211.0、名称为焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺和设备的中国专利，申请号为201010592131.5、名称为一种由焦炉煤气生产液化天然气的方法的中国专利，这些现有技术在制冷效果、焦炉煤气液化及分离效果等方面仍存在不足，单位能耗较高，而且对富氢气体制取不足，易造成浪费。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、节能、成本低的从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的装置及方法。
[0007]本发明解决上述问题所采用的技术方案是:
一种从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的装置，包括混合冷剂压缩机制冷系统、预冷系统、液化冷箱系统；所述的混合冷剂压缩机制冷系统包括混合冷剂压缩机、中间冷却器、末级冷却器、中间气液分离罐；混合冷剂压缩机具有压缩一段和压缩二段；所述的预冷系统包括预冷换热器、冷剂气液分离器；所述的液化冷箱系统包括冷却换热器、液化换热器、脱氢气液分离器、设有塔底再沸器和塔顶气液分离器的脱氮精馏塔；
混合冷剂压缩机的压缩一段、中间冷却器、中间气液分离罐、混合冷剂压缩机的压缩二段、末级冷却器、预冷换热器的热流体段、冷剂气液分离器的混合料进口依次接通；冷剂气液分离器的气体出口、冷却换热器的热流体段、液化换热器的热流体段、液化换热器的冷流体段、冷却换热器的冷流体段依次接通；冷剂气液分离器的液体出口、冷却换热器的热流体段、冷却换热器的冷流体段依次接通；冷却换热器的冷流体段与混合冷剂压缩机的压缩一段接通；这部分结构构成了混合冷剂的循环线路；
预冷换热器的热流体段、冷却换热器的热流体段、液化换热器的热流体段、塔底再沸器依次接通；脱氢气液分离器的混合料进口与塔底再沸器接通，液体出口与脱氮精馏塔的进料口接通，脱氢气液分离器的气体出口、液化换热器的冷流体段、冷却换热器的冷流体段、预冷换热器的冷流体段依次接通；脱氮精馏塔的塔顶、液化换热器的热流体段、塔顶气液分离器的进料口依次接通；塔顶气液分离器的气体出口、液化换热器的冷流体段、冷却换热器的冷流体段、预冷换热器的冷流体段依次接通；塔顶气液分离器的液体出口与脱氮精馏塔的回流液入口接通；脱氮精馏塔的塔底与液化换热器的热流体段接通；这部分结构构成了焦炉煤气液化及分离的线路。
[0008]本发明所述的预冷换热器、冷却换热器、液化换热器均为板翅式换热器。
[0009]一种采用上述装置从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的方法，包括混合冷剂循环过程和净化焦炉煤气液化及分离过程；
混合冷剂循环过程为:混合工质进入混合冷剂压缩机，经压缩一段压缩至0.8?
1.3MPa后进入中间冷却器冷却至30?50°C，再进入中间气液分离罐进行气液分离；中间气液分离罐顶部分离出的气体进入混合冷剂压缩机的压缩二段，经二段压缩至2.0?
4.0MPa后进入末级冷却器冷却至30?50°C，再进入预冷换热器参与换热，被冷却至5?12°C ;预冷后的混合工质进入冷剂气液分离器内进行气液分离，冷剂气液分离器分离出的气体进入冷却换热器参与换热，被预冷至-45?_75°C后进入液化换热器参与换热，冷却至-155?-165°C，再节流至0.22?0.4MPa后返回液化换热器，为其提供冷量，被复热至-50?-80°C ;冷剂气液分离器分离出的液体进入冷却换热器参与换热，在其中被冷却至-45?-75°C，经节流至0.20?0.38MPa后与液化换热器返回的混合工质流股汇合合并反向进入冷却换热器，为其提供冷量复热至5?12°C后再进入混合冷剂压缩机的压缩一段压缩形成混合冷剂循环；
焦炉煤气液化及分离过程为:净化后的焦炉煤气经预冷换热器预冷至5?12°C后进入冷却换热器冷却至-45?_75°C，再进入液化换热器冷却至-117?-130°C后进入脱氮精馏塔的塔底再沸器继续冷却至-130?-150°C后进入脱氢气液分离器进行气液分离，脱氢气液分离器分离出的气体节流至0.6?0.7MPa后返回液化换热器、冷却换热器、预冷换热器作为冷股为换热器提供冷量，最终复热至30?40°C作为富氢产品；脱氢气液分离器底部的液体经节流后送入脱氮精馏塔精馏，脱氮精馏塔塔顶出来的气体返回液化换热器继续冷却至-160?_168°C后进入塔顶气液分离器进行气液分离，塔顶气液分离器分离出的气体返回液化换热器、冷却换热器、预冷换热器作为冷股为换热器提供冷量，最终复热至30?40°C作为富氮产品；塔顶气液分离器分离出的液体进入脱氮精馏塔，做为脱氮精馏塔的顶部低温回流液为脱氮精馏塔精馏提供冷量；脱氮精馏塔底部的馏出液为-135?-145°C、富含甲烷的液化天然气，液化天然气返回液化换热器进行过冷至-160?_170°C，节流后送入LNG储罐储存。
[0010]本发明以5?9°C的冷冻盐水作为预冷换热器的冷股为其提供冷量，被复热至7?12 °C出预冷换热器。
[0011]本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果:本发明采用单一混合制冷与单塔精馏流程，可只采用一台冷剂压缩机和一台精馏塔，与现有的包含两台冷剂压缩机和两台精馏塔的焦炉煤气分离液化装置相比，设备投资费用及系统的能耗均降低，且开停车操作便捷，从综合经济效益上考虑，此装置适合于净化后焦炉煤气压力较高O 2.3MPa)、焦炉煤气处理规模不大的液化装置(< 100万标方/天净化焦炉煤气)，设备投资少、单位能耗更低、操作更简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
[0014]参见图1，从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的装置，包括混合冷剂压缩机制冷系统、预冷系统、液化冷箱系统，及各系统及其设备之间的连接管路。从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的方法，包括混合冷剂循环过程和净化焦炉煤气液化及分离过程。
[0015]混合冷剂压缩机制冷系统包括一台电机驱动或蒸汽驱动的混合冷剂压缩机1、一台中间冷却器2、一台末级冷却器3、一台中间气液分离罐4。混合冷剂压缩机I具有压缩一段和压缩二段。
[0016]预冷系统包括一台预冷换热器5、一台冷剂气液分离器11。
液化冷箱系统包括一台冷却换热器6、一台液化换热器7、一台脱氢气液分离器9、一台设有塔底再沸器10和塔顶气液分离器12的脱氮精馏塔8。
[0017]混合冷剂循环线路:混合冷剂压缩机I的压缩一段、中间冷却器2、中间气液分离罐4、混合冷剂压缩机I的压缩二段、末级冷却器3、预冷换热器5的热流体段、冷剂气液分离器11的混合料进口依次接通。冷剂气液分离器11的气体出口、冷却换热器6的热流体段、液化换热器7的热流体段、液化换热器7的冷流体段、冷却换热器6的冷流体段依次接通。冷剂气液分离器11的液体出口、冷却换热器6的热流体段、冷却换热器6的冷流体段依次接通。冷却换热器6的冷流体段与混合冷剂压缩机I的压缩一段接通。
[0018]混合冷剂循环过程:由Cl?C5和氮气组成的混合工质经过合理配比进入混合冷剂压缩机I入口，经压缩一段压缩至0.8?1.3MPa后进入中间冷却器2冷却至30?50°C，再进入中间气液分离罐4进行气液分离；中间气液分离罐4顶部分离出的气体继续进入混合冷剂压缩机I的压缩二段入口，经二段压缩至2.0?4.0MPa后再进入末级冷却器3冷却至30?50°C，再进入预冷换热器5热流体段参与换热，被冷却至5?12°C ;预冷后的混合工质进入冷剂气液分离器11内进行气液分离，冷剂气液分离器11顶部气体出口出来的气体进入液化冷箱的冷却换热器6的热流体段参与换热，被预冷至-45?_75°C后进入液化换热器7的热流体段参与换热，冷却至-155?-165°C，再节流至0.22?0.4MPa后返回液化换热器7的冷流体段，为其提供冷量被复热至-50?-80°C。冷剂气液分离器11底部的液体出口出来的液体作为液相冷剂进入液化冷箱的冷却换热器6的热流体段参与换热，在其中被冷却至-45?-75°C，经节流至0.20?0.38MPa后与液化换热器7冷流体段返回的混合工质流股汇合合并反向进入冷却换热器6的冷流体段，为其提供冷量复热至5?12°C后再进入混合冷剂压缩机I的压缩一段入口压缩形成混合冷剂循环。
[0019]焦炉煤气液化及分离线路:预冷换热器5的热流体段、冷却换热器6的热流体段、液化换热器7的热流体段、塔底再沸器10依次接通。脱氢气液分离器9的混合料进口与塔底再沸器10接通，液体出口与脱氮精馏塔8的进料口接通，脱氢气液分离器9的气体出口、液化换热器7的冷流体段、冷却换热器6的冷流体段、预冷换热器5的冷流体段依次接通。脱氮精馏塔8的塔顶、液化换热器7的热流体段、塔顶气液分离器12的进料口依次接通。塔顶气液分离器12的气体出口、液化换热器7的冷流体段、冷却换热器6的冷流体段、预冷换热器5的冷流体段依次接通；塔顶气液分离器12的液体出口与脱氮精馏塔8的回流液入口接通。脱氮精馏塔8的塔底与液化换热器7的热流体段接通。
[0020]焦炉煤气液化及分离过程:净化后的焦炉煤气经预冷换热器5预冷至5?12 °C后进入液化冷箱的冷却换热器6冷却至-45?-75 °C，再进入液化换热器7冷却至-117?_130°C后进入脱氮精馏塔8的塔底再沸器10继续冷却至-130?_150°C后进入脱氢气液分离器9进行气液分离,脱氢气液分离器9顶部分离出的氢气含量85% (体积)以上的富氢气体节流至0.6?0.7MPa后返回液化换热器7、冷却换热器6、预冷换热器5作为冷股为换热器提供冷量，最终复热至30?40°C作为富氢产品。脱氢气液分离器9底部的液体经节流后送入脱氮精馏塔8精馏，脱氮精馏塔8塔顶出来的气体返回液化换热器7继续冷却至-160?_168°C后进入塔顶气液分离器12进行气液分离，塔顶气液分离器12顶部分离出的的富氮气体返回液化换热器7、冷却换热器6、预冷换热器5作为冷股为换热器提供冷量，最终复热至30?40°C作为富氮产品。塔顶气液分离器12底部的液体进入脱氮精馏塔8，做为脱氮精馏塔8的顶部低温回流液为脱氮精馏塔8精馏提供冷量。脱氮精馏塔8底部的馏出液为-135?_145°C、甲烷含量> 98% (体积)的液化天然气，液化天然气返回液化换热器7进行过冷至-160?-170°C，节流后送入LNG储罐储存。
[0021]冷冻盐水线路:来自溴化锂预冷机组的5?9°C的冷冻盐水作为预冷换热器5的冷股为其提供冷量，被复热至7?12°C出预冷换热器5。
[0022]以上所述的各换热器的热流体段中的流体接收冷量，温度降低；冷流体段中的流体提供冷量，温度升高，该概念为本领域的公知常识。
[0023]此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。
【权利要求】
1.一种从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的装置，其特征在于:包括混合冷剂压缩机制冷系统、预冷系统、液化冷箱系统；所述的混合冷剂压缩机制冷系统包括混合冷剂压缩机、中间冷却器、末级冷却器、中间气液分离罐；混合冷剂压缩机具有压缩一段和压缩二段；所述的预冷系统包括预冷换热器、冷剂气液分离器；所述的液化冷箱系统包括冷却换热器、液化换热器、脱氢气液分离器、设有塔底再沸器和塔顶气液分离器的脱氮精馏塔； 混合冷剂压缩机的压缩一段、中间冷却器、中间气液分离罐、混合冷剂压缩机的压缩二段、末级冷却器、预冷换热器的热流体段、冷剂气液分离器的混合料进口依次接通；冷剂气液分离器的气体出口、冷却换热器的热流体段、液化换热器的热流体段、液化换热器的冷流体段、冷却换热器的冷流体段依次接通；冷剂气液分离器的液体出口、冷却换热器的热流体段、冷却换热器的冷流体段依次接通；冷却换热器的冷流体段与混合冷剂压缩机的压缩一段接通； 预冷换热器的热流体段、冷却换热器的热流体段、液化换热器的热流体段、塔底再沸器依次接通；脱氢气液分离器的混合料进口与塔底再沸器接通，液体出口与脱氮精馏塔的进料口接通，脱氢气液分离器的气体出口、液化换热器的冷流体段、冷却换热器的冷流体段、预冷换热器的冷流体段依次接通；脱氮精馏塔的塔顶、液化换热器的热流体段、塔顶气液分离器的进料口依次接通；塔顶气液分离器的气体出口、液化换热器的冷流体段、冷却换热器的冷流体段、预冷换热器的冷流体段依次接通；塔顶气液分离器的液体出口与脱氮精馏塔的回流液入口接通；脱氮精馏塔的塔底与液化换热器的热流体段接通。
2.根据权利要求1所述的从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的装置，其特征在于:所述的预冷换热器、冷却换热器、液化换热器均为板翅式换热器。
3.一种采用权利要求1或2所述的装置从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的方法，其特征在于:包括混合冷剂循环过程和净化焦炉煤气液化及分离过程； 混合冷剂循环过程为:混合工质进入混合冷剂压缩机，经压缩一段压缩至0.8~`1.3MPa后进入中间冷却器冷却至30~50°C，再进入中间气液分离罐进行气液分离；中间气液分离罐顶部分离出的气体进入`混`合冷剂压缩机的压缩二段，经二段压缩至2.0~`4.0MPa后进入末级冷却器冷却至30~50°C，再进入预冷换热器参与换热，被冷却至5~12°C ;预冷后的混合工质进入冷剂气液分离器内进行气液分离，冷剂气液分离器分离出的气体进入冷却换热器参与换热，被预冷至-45~_75°C后进入液化换热器参与换热，冷却至-155~-165°C，再节流至0.22~0.4MPa后返回液化换热器，为其提供冷量，被复热至-50~-80°C ;冷剂气液分离器分离出的液体进入冷却换热器参与换热，在其中被冷却至-45~-75°C，经节流至0.20~0.38MPa后与液化换热器返回的混合工质流股汇合合并反向进入冷却换热器，为其提供冷量复热至5~12°C后再进入混合冷剂压缩机的压缩一段压缩形成混合冷剂循环； 焦炉煤气液化及分离过程为:净化后的焦炉煤气经预冷换热器预冷至5~12°C后进入冷却换热器冷却至-45~_75°C，再进入液化换热器冷却至-117~-130°C后进入脱氮精馏塔的塔底再沸器继续冷却至-130~-150°C后进入脱氢气液分离器进行气液分离，脱氢气液分离器分离出的气体节流至0.6~0.7MPa后返回液化换热器、冷却换热器、预冷换热器作为冷股为换热器提供冷量，最终复热至30~40°C作为富氢产品；脱氢气液分离器底部的液体经节流后送入脱氮精馏塔精馏，脱氮精馏塔塔顶出来的气体返回液化换热器继续冷却至-160~_168°C后进入塔顶气液分离器进行气液分离，塔顶气液分离器分离出的气体返回液化换热器、冷却换热器、预冷换热器作为冷股为换热器提供冷量，最终复热至30~40°C作为富氮产品；塔顶气液分离器分离出的液体进入脱氮精馏塔，做为脱氮精馏塔的顶部低温回流液为脱氮精馏塔精馏提供冷量；脱氮精馏塔底部的馏出液为-135~-145°C、富含甲烷的液化天然气，液化天然气返回液化换热器进行过冷至-160~_170°C，节流后送入LNG储罐储存。
4.根据权利要求3所述的从焦炉煤气中制取液化天然气和富氢产品的方法，其特征在于:以5~9°C的冷冻盐水作为预冷换热器的冷股为其提供冷量，被复热至7~12°C出预冷换热 器。
【文档编号】F25J3/02GK103697661SQ201310715674
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】侯智德, 张铁成, 陆峻明, 崔敏芬, 徐健 申请人:中空能源设备有限公司