制取高纯度液体甲烷的装置及方法与流程

本发明涉及液体甲烷制取技术领域，具体涉及一种制取高纯度液体甲烷的装置及方法。

背景技术：

随着电子行业的快速发展，高纯度甲烷也将会有爆发性需求；此外高纯度甲烷也将在航空航天领域得到高效的应用，高纯度甲烷会替代现有的航空航天发动机燃料，取代煤油+液氧的燃料方式。

目前制取高纯度甲烷大部分采用分子筛纯化器吸附再利用氮气压缩循环制冷制取高纯度甲烷。这样还需要额外的氮气做为循环制冷系统，气体介质偏多，工艺设备复杂，能耗高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种制取高纯度液体甲烷的装置及方法，以解决现有技术的不足。

本发明采用以下技术方案：

一种制取高纯度液体甲烷的装置，包括原料液体甲烷贮槽、脱轻塔、脱重塔、蒸发器i、蒸发器ii、冷凝器、过冷器、换热器、甲烷压缩机、99.999％以上高纯度液体甲烷产品贮槽，

脱轻塔、脱重塔、蒸发器i、蒸发器ii、冷凝器、过冷器、换热器设于冷箱内，原料液体甲烷贮槽、甲烷压缩机、99.999％以上高纯度液体甲烷产品贮槽设于冷箱外，蒸发器i设于脱轻塔下部，蒸发器ii设于脱重塔下部，冷凝器设于脱重塔上部；

原料液体甲烷贮槽的出口和脱轻塔的原料液体甲烷进口连接，脱轻塔顶部的轻组分废气出口和外部的放空管路连接，脱轻塔底部的较高纯度液体甲烷出口和脱重塔连接；

脱重塔底部的重组分废液出口和外部的排空管路连接，脱重塔顶部的99.999％以上高纯度气体甲烷和冷凝器连接，冷凝器的99.999％以上高纯度液体甲烷出口分别和过冷器、脱重塔顶部连接，过冷器和99.999％以上高纯度液体甲烷产品贮槽连接；

冷凝器的污气体甲烷出口和过冷器连接，过冷器和换热器连接，换热器和甲烷压缩机连接，甲烷压缩机再和换热器连接，换热器分别和蒸发器i、蒸发器ii连接，蒸发器i的出口、蒸发器ii的出口均连接至过冷器，过冷器和冷凝器连接，冷凝器的液体管路和过冷器连接。

进一步地，原料液体甲烷贮槽中原料液体甲烷的纯度为92-98％。

进一步地，甲烷压缩机其冷却器和甲烷压缩机集成或非集成。

进一步地，原料液体甲烷贮槽和99.999％以上高纯度液体甲烷产品贮槽分别设有液位计。

一种制取高纯度液体甲烷的方法，包括如下步骤：

步骤一、原料液体甲烷进入脱轻塔脱除轻组分介质，轻组分介质从脱轻塔顶部作为废气排出，脱轻塔底部得到较高纯度液体甲烷；

步骤二、较高纯度液体甲烷进入脱重塔脱除重组分介质，重组分介质从脱重塔底部作为废液排出，脱重塔顶部得到99.999％以上高纯度气体甲烷；

步骤三、99.999％以上高纯度气体甲烷进入冷凝器液化为99.999％以上高纯度液体甲烷，99.999％以上高纯度液体甲烷一部分回流至脱重塔顶部作为回流液，其余部分经过冷器过冷后进入99.999％以上高纯度液体甲烷产品贮槽；冷凝器顶部的污气体甲烷作为循环制冷剂，依次由过冷器、换热器复热后进入甲烷压缩机压缩增大压力后进入换热器冷却，冷却后的污气体甲烷一部分进入蒸发器i，另一部分进入蒸发器ii，分别给蒸发器i、蒸发器ii提供热量而液化为过冷液体甲烷，蒸发器i和蒸发器ii的过冷液体甲烷由过冷器进一步过冷后进入冷凝器作为冷源，汽化为污气体甲烷，污气体甲烷进入上述循环；冷凝器中过冷液体甲烷部分进入过冷器，给过冷器补充冷量。

进一步地，步骤一原料液体甲烷的纯度为92-98％。

本发明的有益效果：

1、本发明利用脱重塔的放空尾气即污气体甲烷为循环制冷剂，为装置提供冷量，一方面减少了氮气循环系统，工艺设备简单；另一方面能降低装置的综合能耗，节约成本。因为甲烷常压下的沸点温度为-162℃，所以只需要-162℃的冷量就可以满足装置的需求，而常规方式用氮气做制冷循环时，氮气的常压下沸点温度为-196℃，它们的温差相差34℃，温差越大，浪费的冷能就越大，也就是效率越低，能耗浪费就越大。

2、本发明以纯度为92-98％的液体甲烷为原料进入脱轻塔，可利用原料液体甲烷的冷能，减少冷损，降低能耗。

附图说明

图1为本发明装置示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。

一种制取高纯度液体甲烷的装置，如图1所示，包括原料液体甲烷贮槽1、脱轻塔2、脱重塔3、蒸发器i4、蒸发器ii5、冷凝器6、过冷器7、换热器9、甲烷压缩机8、99.999％以上高纯度液体甲烷产品贮槽10；

原料液体甲烷贮槽1中原料液体甲烷的纯度为92-98％，原料液体甲烷贮槽1设有第一液位计1-1，99.999％以上高纯度液体甲烷产品贮槽10设有第二液位计10-1，甲烷压缩机8其冷却器8-1和甲烷压缩机8集成或非集成；

脱轻塔2、脱重塔3、蒸发器i4、蒸发器ii5、冷凝器6、过冷器7、换热器9设于冷箱内，原料液体甲烷贮槽1、甲烷压缩机8、99.999％以上高纯度液体甲烷产品贮槽10设于冷箱外，蒸发器i4设于脱轻塔2下部，蒸发器ii5设于脱重塔3下部，冷凝器6设于脱重塔3上部；

原料液体甲烷贮槽1的出口和脱轻塔2的原料液体甲烷进口连接，连接管路上设有第一调节阀v1，脱轻塔2顶部的轻组分废气出口和外部的放空管路连接，脱轻塔2底部的较高纯度液体甲烷出口和脱重塔3连接，连接管路上设有第四调节阀v4；

脱重塔3底部的重组分废液出口和外部的排空管路连接，脱重塔3顶部的99.999％以上高纯度气体甲烷和冷凝器6连接，冷凝器6的99.999％以上高纯度液体甲烷出口分别和过冷器7、脱重塔3顶部连接，其中和脱重塔3顶部连接管路上设有第五调节阀v5，过冷器7和99.999％以上高纯度液体甲烷产品贮槽10连接，连接管路上设有第七调节阀v7；

冷凝器6的污气体甲烷出口和过冷器7连接，过冷器7和换热器9连接，换热器9和甲烷压缩机8连接，甲烷压缩机8再和换热器9连接，换热器9分别和蒸发器i4、蒸发器ii5连接，连接管路分别设有第二调节阀v2、第三调节阀v3，蒸发器i4的出口、蒸发器ii5的出口均连接至过冷器7，过冷器7和冷凝器6连接，连接管路上设有第八调节阀v8，冷凝器7的液体管路和过冷器7连接，连接管路设有第六调节阀v6。

一种制取高纯度液体甲烷的方法，包括如下步骤：

步骤一、纯度为92-98％的原料液体甲烷由原料液体甲烷贮槽1进入脱轻塔2脱除轻组分介质，轻组分介质从脱轻塔2顶部作为废气排出，脱轻塔2底部得到较高纯度液体甲烷；

步骤二、较高纯度液体甲烷进入脱重塔3脱除重组分介质，重组分介质从脱重塔3底部作为废液排出，脱重塔3顶部得到99.999％以上高纯度气体甲烷；

步骤三、99.999％以上高纯度气体甲烷进入冷凝器6液化为99.999％以上高纯度液体甲烷，99.999％以上高纯度液体甲烷一部分回流至脱重塔3顶部作为回流液，其余部分经过冷器7过冷后进入99.999％以上高纯度液体甲烷产品贮槽10；冷凝器6顶部的污气体甲烷作为循环制冷剂，依次由过冷器7、换热器9复热后进入甲烷压缩机8压缩增大压力后进入换热器9冷却，冷却后的污气体甲烷一部分进入蒸发器i4，另一部分进入蒸发器ii5，分别给蒸发器i4、蒸发器ii5提供热量而液化为过冷液体甲烷，蒸发器i4和蒸发器ii5的过冷液体甲烷由过冷器7进一步过冷后进入冷凝器6作为冷源，汽化为污气体甲烷，污气体甲烷进入上述循环；冷凝器6中过冷液体甲烷部分进入过冷器7，给过冷器7补充冷量。

停机时过冷器7中富余过冷液体甲烷可通过外部管道排空。