一种焦炉尾气制LNG及富氢尾气制液氨的工艺方法与流程

本发明属于焦炉尾气资源化循环利用领域，具体来说是一种焦炉尾气制LNG及富氢尾气制液氨的工艺方法。

背景技术：

LNG是一种清洁、高效的能源，主要成分为甲烷，具有热值高和方便贮运的特点，在化工原料和然气市场上占据越来越重的位置，特别是随着大规模城市天然气改造、应用范围和用量的不断扩大，天然气供给在一定阶段内将会出现短缺，而且在短期内也没有替代品，LNG将会拥有更加光明的前景。

焦炉气是焦化厂煤炭干馏成焦过程中的主要副产物之一，主要成分有氢气、甲烷、CO、CO₂等。现有焦炉气的净化处理一般采用水洗脱油、洗萘、脱硫、脱苯等，净化后的煤气主要做为城市煤气、化工原料、工业燃气等，但仍有较多的焦化厂无煤气回收和综合利用工序，将煤气燃烧放空或直接排放，其后果是造成有毒有害气体和粉尘对大气环境的严重污染。因此，将焦炉尾气资源化利用对于节能减排大有裨益。

然而，焦炉尾气制LNG的同时会产生富氢、富氮尾气。富氢尾气易燃易爆，体积大、运输困难，并含有一定的有机物，直接排放对环境造成很大的污染；同时，富氢尾气又具有可利用的能量和价值；氮气浓度较大时导致人员呼吸困难，昏迷甚至窒息。因此，对富氮、富氢气体的妥善处理尤显重要。液氨是一种常见且重要的化工原料，在工业中运用广泛，且便于运输。因此，将焦炉尾气回收，循环制备LNG和液氨，不仅有利于环保和安全卫生，还可以节约能源，降低生产成本。

目前，用焦炉煤气制备LNG时对该过程中产生的富氮、富氢尾气缺乏资源化和循环化利用，用热交换器出去甲烷化气体中的热量，回收废热，而不是将反应过程中的热量进一步在反应中循环利用，造成热能浪费。

技术实现要素：

本发明为了达到焦炉尾气循环回收利用的目的，提出了一种焦炉尾气制LNG及富氢尾气制液氨的工艺方法。

本发明的技术方案为：一种焦炉尾气制LNG及富氢尾气制液氨的工艺方法，按以下步骤顺次进行：

a)预处理和精脱油脱萘

将焦炉煤气进行粗脱萘和焦油后储存在干式气柜中，经过往复式压缩机对气柜中气体增压至3.8MPa，随后进入精脱油脱萘工序，进一步降低萘、焦油含量，分别降至1mg/Nm³以下；

b)粗脱硫，脱苯脱氨

以 活性炭作为脱硫剂，对经过a步处理后的焦炉煤气粗脱硫，使H₂S脱至≤1mg/Nm³后，采用全干法净化工艺，进行脱苯脱氨，使苯、氨含量≤10ppm；

c)精脱硫及超精净化

将b步处理后的焦炉煤气作为原料气，换热升温后进行预加氢转化，随后依次进行三次脱硫转化，使硫转化器内原料气中的有机硫转化成无机硫，使总硫含量小于0.05ppm；

d)三级甲烷化

在催化剂作用下对c步处理后的原料气进行三级甲烷化反应，通过将每一级反应产生的热量加热原料气和副产3.9MPa饱和蒸汽的方法移去上一级甲烷化过程产生的热量，对三级甲烷化后的气体降至常温，气液分离，得到LNG粗产品气；

e)深冷液化，获得LNG

将LNG粗产品气输入冷箱内，以气液混合物作为精馏塔底部热源，进一步冷却后在高压精馏塔底部参加精馏，初次精馏后获得富甲烷液体及高压富氢气，高压富氢气经复热后送出冷箱；富甲烷液体减压精馏，获得LNG，部分LNG冷却至-162℃、降压至0.015MPa后储存LNG贮罐中，部分LNG作为燃料自用；低压精馏塔顶部获得的低压富氮气送出冷箱，循环压缩制冷；

f)合成氨工序

将富氮尾气与富氢尾气分别增压至17.7MPa，混合后进入氨合成塔；氨合成塔内反应后440～450℃的气体通过换热、副产1.3MPaG的饱和蒸汽、水冷器和冷交换器连续降温至37℃，后进入冷交换器继续降温，对冷凝后的液氨进行分离、冷却，分离出的液氨减压至3.3MPaG后进入冷冻工序，获得液氨并储存在液氨贮罐中。

进一步地，所述脱苯脱氨系统中使用的吸附器吸附饱和后，由部分净化焦炉煤气加热再生，冷却后投入下一次循环使用。

进一步地，所述LNG贮罐进液管设置有上、下进液，初次对LNG预冷时采用上进液，储罐预冷完成后采用下进液，减少BOG产生。

进一步地，所述循环制冷中混合制冷剂包括氮气、甲烷、C2、C3、C5，所述混合制冷剂压缩冷却后进入液化冷箱至-50℃，再进入精馏塔继续冷却、液化并过冷到-160℃，进入液化换热器的冷端，由下而上汽化，且该混合制冷剂可循环压缩制冷。

进一步地，进行所述深冷液化工序之前进入脱酸干燥TSA系统，确保CO₂≤30ppm，水≤1ppm。

进一步地，所述循环压缩机为离心式压缩机，带变频器，由高压异步电机驱动，可通过转速调节进行流量调节。

进一步地，所述液氨贮罐采用大、中型合成氨装置常用的压力式球形贮罐，容积为3000m³，每期2台，共4台，球罐设计压力为2.17MPa.G。

进一步地，所述氨压缩机为螺杆式氨压缩机，氨压缩机出口的气氨冷却后，自流至液氨储槽，液氨储槽的液氨流经压缩机经济器后，蒸发制冷，循环利用。

本发明的有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、产品质量高、总硫含量少

经过加氢催化，将原料气中有机硫转化为无机硫，并通过粗脱硫和三次精脱硫，使最终产品中总硫含量在0.05ppm以下。

2、采用三级甲烷化反应，将原料气中的CO、CO₂转换成甲烷，从而变有害为有益，变废为宝。

3、用焦炉尾气制备LNG的同时收集富氢、富氮尾气，制备液氨，减少资源浪费，安全又环保。

4、三级甲烷化工序通过副产3.9MPa饱和蒸汽降低甲烷化气体的温度，并利用余热与原料气换热，节约热能。

5、脱苯脱氨系统中使用的吸附器是由部分净化焦炉煤气加热再生，循环使用，充分利用焦炉煤气。

6、本发明的工艺流程采用循环模式，原料利用率高。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是三级甲烷化工艺流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步的详细描述：

最有实施方案：

如图1所示的一种焦炉尾气制LNG及富氢尾气制液氨的工艺方法，具体操作方法如下：

一种焦炉尾气制LNG及富氢尾气制液氨的工艺方法，按以下步骤顺次进行：

b)粗脱硫，脱苯脱氨

以 活性炭作为脱硫剂，对经过a步处理后的焦炉煤气粗脱硫，使H₂S脱至≤1mg/Nm³后，采用全干法净化工艺，进行脱苯脱氨，使苯、氨含量≤10ppm；脱苯脱氨系统中使用的吸附器吸附饱和后，由部分净化焦炉煤气加热再生，冷却后投入下一次循环使用。

c)精脱硫及超精净化

将b步处理后的焦炉煤气作为原料气，换热升温后进行预加氢转化，随后依次进行三次脱硫转化，使硫转化器内原料气中的有机硫转化成无机硫，使总硫含量小于0.05ppm；

d)三级甲烷化

在催化剂作用下对c步处理后的原料气进行三级甲烷化反应，通过将每一级反应产生的热量加热原料气和副产3.9MPa饱和蒸汽的方法移去上一级甲烷化过程产生的热量，对三级甲烷化后的气体降至常温，气液分离，得到LNG粗产品气；

e)深冷液化，获得LNG

在进行深冷液化工序之前进入脱酸干燥TSA系统，确保CO₂≤30ppm，水≤1ppm；随后，将LNG粗产品气输入冷箱内，以气液混合物作为精馏塔底部热源，进一步冷却后在高压精馏塔底部参加精馏，初次精馏后获得富甲烷液体及高压富氢气，高压富氢气经复热后送出冷箱；富甲烷液体减压精馏，获得LNG，部分LNG冷却至-162℃、降压至0.015MPa后储存LNG贮罐中，LNG贮罐进液管设置有上、下进液，初次对LNG预冷时采用上进液，储罐预冷完成后采用下进液，减少BOG产生；部分LNG作为燃料自用；低压精馏塔顶部获得的低压富氮气送出冷箱，循环压缩制冷；

f)合成氨工序

来自LNG低压分离塔顶的富氮尾气，与来自LNG高压分离塔顶的富氢尾气分别压缩增压至17.7MPa后混合，进入氨合成塔；氨合成塔内反应后440～450℃的气体与二次进塔热气换热，并通过产生副产1.3MPaG的饱和蒸汽降温至220℃，继续换热降温至80℃后进入水冷器，冷却至37℃后进入冷交换器继续降温，冷凝后的液氨在氨分离段分离，并经两次分氨、冷却，回收分氨后气体的冷量后经循环压缩机加压与补充气汇合分离油分后进入下一轮循环；将分离出的液氨减压至3.3MPaG后送出界区；随后进入冷冻工序，获得液氨并放置液氨储罐内，液氨贮罐采用大、中型合成氨装置常用的压力式球形贮罐，容积为3000m³，每期2台，共4台，球罐设计压力为2.17MPa.G。

作为一种优选方式，所述循环制冷中混合制冷剂包括氮气、甲烷、C2、C3、C5，所述混合制冷剂压缩冷却后进入液化冷箱至-50℃，再进入精馏塔继续冷却、液化并过冷到-160℃，进入液化换热器的冷端，由下而上汽化，且该混合制冷剂可循环压缩制冷。

作为一种优选方式，所述循环压缩机为离心式压缩机，带变频器，由高压异步电机驱 动，可通过转速调节进行流量调节。

作为一种优选方式，所述氨压缩机为螺杆式氨压缩机，氨压缩机出口的气氨冷却后，自流至液氨储槽，液氨储槽的液氨流经压缩机经济器后，蒸发制冷，循环利用。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作为各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求的保护范围所界定的为标准。