一种煤制油净化合成气制取液化天然气的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤制油净化合成气制取液化天然气的方法及系统。
【背景技术】
[0002]我国煤炭资源相对丰富，是世界上少数几个以煤为主要能源的国家。“缺油、少气、富煤”(煤96%，油+气4%)是我国的基本国情，煤炭资源是我国中长期发展中可以依靠的重要能源资源。目前，我国石油需求对进口的依赖程度日益加深，至2014年底，中国石油的对外依存度接近60%，石油短缺已成为我国能源供需中主要的结构性矛盾和制约国民经济快速发展的“瓶颈”。国际石油市场供求关系中的不稳定因素、主要产油地区政治局势动荡、油价的异常波动等因素都将对中国石油和能源的供给以及社会经济的发展产生巨大的影响和冲击，从而导致中国的能源和经济安全问题日益突显。因此，从能源安全角度考虑，开发基于中国资源特征的石油替代燃料，依靠中国资源储备相对丰富的煤炭来替代一部分石油产品需求，具有深远的战略意义。
[0003]以煤生产油品符合我国的能源结构，我国煤炭资源相对丰富，是中国未来保障能源安全供应的最可靠的来源，同时也是目前最廉价的可利用能源，以煤生产油品从本质上讲是实现煤化工的综合清洁利用，同时可以延伸煤炭企业产业链、优化能源结构，并可带动相关的重化工工业的可持续发展。基于中国相对丰富的煤炭资源，利用自主研发的煤炭间接液化技术实现产业化，将会为我国的石油储备提供一个动态的、可根据需求随时进行调控的“战略石油储备库”，此项举措的具体实施无疑将对保障国家的能源安全具有深远的意义。
[0004]液化天然气(LNG)是当今世界增长最快的一种能源，LNG的生产是为了解决天然气运输和存储问题。通常LNG多存储在温度为112K、压力为0.1MPa左右的低温储罐内，其密度为标准状态下甲烷的600多倍，体积能力密度为汽油的72%，十分有利于运输和存储。LNG还广泛用于天然气调峰装置上。由于LNG临界温度低，无法仅靠加压将其液化，天然气液化技术主要是冷却介质的选择和工艺流程配置，按工艺流程分:有单混合制冷工艺流程和双复迭式制冷工艺流程;丙烷/混合制冷工艺流程工艺较复杂，设备数量多，装置占地面积较大。
[0005]净化合成气是煤制油装置的原料气，由煤气化装置产出，经低温甲醇洗脱除大部分的CO2和硫后，再去合成单元生成油品。净化合成气中含有大量的H2、CH4、CO等气体，其中CH4气体并不参加合成反应。如果不把合气中的CH4提取出来，将会造成合成单元的转化率过低，同时CH4在系统内循环增加了压缩机的负荷。传统的直接深冷法是将所有净化合成气全部通过冷箱单元，此法增大了冷箱单元的设备，多消耗了冷箱的冷量，同时损失了合成的H2和CO有效气体，还需要大量的氮气气提。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种煤制油净化合成气制取液化天然气的方法及系统，该方法通过将煤制油净化合成气中的惰性气体CH4提取出来，消除了净化合成气中CH4含量较高造成惰性气体对煤制油合成单元合成效率的影响，提高了循环压缩机有效气体的循环量，也相当于提高了合成单元的产量，提取出来的CH4脱除杂质后经过冷却可生产LNG产品，可进一步增加效益。
[0007]本发明提供的一种煤制油净化合成气制取液化天然气的方法，它包括如下步骤:
[0008](I)分离提取煤制油工艺中净化合成气中的甲烷，得富甲烷气；
[0009](2)脱除步骤(I)得到的富甲烷气中的杂质；
[0010](3)将经步骤(2)处理的富甲烷气冷却、精馏后，得液化天然气和精馏尾气。
[0011]上述的方法，步骤(I)中，所述煤制油净化合成气为煤经过气化炉生成的水煤气或煤经过焦化或者干馏后生成的焦炉气中的至少一种经净化后得到的气体;所述净化合成气中的甲烷的摩尔百分含量可大于6%(如13.81%)，一般为I %?90 % ;对于不同气源组成的净化合成气，压力参数和气体成分有所差异，但都需要除去其中大部分的二氧化碳和含硫化合物，二氧化碳的摩尔百分含量可小于0.5% (如0.01 % )，总含硫量可小于0.000143mg/L(如0.00012mg/L)。
[0012]上述的方法，步骤(I)中，所述分离采用真空变压吸附技术(VPSA)，即将所述净化合成气通入真空变压吸附装置中，通过改变压力来吸附和解吸，在低压下杂质气体被吸附，抽真空解吸，具体条件如下:吸附压力可为2?6MPa，具体可为2.6MPa;解吸时抽吸压力至绝压为0.0 2?0.0 3 M P a;吸附或解吸时的温度可为2 O?5 O °C ;吸附剂可为分子筛类吸附剂、娃胶类吸附剂和活性炭类吸附剂中的至少一种，如5A分子筛、13X分子筛、碳分子筛等，视具体的原料气情况，需要采用两种或两种以上吸附剂混合使用；
[0013]所述富甲烷气中甲烷的摩尔百分含量可为60%?95%，具体可为83.02mol%，所述真空变压吸附装置吸附甲烷的回收率达到95%以上，同时真空变压吸附装置对一氧化碳的吸附率在10%以下，有利于富甲烷气压缩单元和精馏尾气压缩单元功耗的减少。
[0014]上述的方法，步骤(2)中，所述方法在所述脱除之前还包括将步骤(I)中所述富甲烷气压缩至2?6MPa的步骤，具体可为2.5MPa;所述脱除杂质采用变温吸附技术，即通过改变温度来进行吸附和解吸杂质气体，从而脱除富甲烷气中的杂质，对杂质气体进行解吸的过程剂为吸附剂再生的过程；吸附时的温度可为20?50°C，具体可为40°C，压力可为2.5MPa;解吸时的温度可为180?250°C，具体可为220°C，压力为0.3?0.9MPa，具体可为
0.6MPa;吸附剂为分子筛类吸附剂或硅胶类吸附剂，如4A分子筛、B型硅胶等，具体可由85的％的8型硅胶和15^%的4々分子筛组成;通过所述预处理脱除其中微量的酸性气体、水分及其它杂质，所述预处理后的富甲烷气的露点低于_70°C(露点，又称露点温度，是指在固定气压之下，气体中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度)(如-750C)，CO2含量 <0.0lmg/L(如0.00006mg/L)，含水量 < 0.0015mg/L(如0.0007mg/L)，总硫含量 < 15mg/Nm3 (如0.001 lmg/L)。
[0015]上述的方法，步骤(3)中，具体可采用深冷法将预处理后的富甲烷气冷却、精馏后得到液化天然气；所述液化天然气的温度可为-163?-168°C，具体可为_165°C;压力可为
0.012?0.015MPa，具体可为0.012MPa ；所述液化天然气中甲烷的摩尔百分含量大于99 % ；所述精馏尾气由一氧化碳、氢气、氮气和甲烷组成。
[0016]上述的方法，步骤(2)中，所述变温吸附装置包括变温吸附装置I和变温吸附装置Π;所述方法为下述I)或2):
[0017]I)步骤(2)中，所述吸附在所述变温吸附装置I中进行;步骤(3)中，所述精馏尾气被加热至所述解吸温度后通入所述变温吸附装置Π中，使得所述变温吸附装置Π中的吸附剂再生(杂质气体解吸)；
[0018]2)步骤(2)中，所述吸附在所述变温吸附装置Π中进行;步骤(3)中，所述精馏尾气被加热至所述解吸温度后通入所述变温吸附装置I中，使得所述变温吸附装置I中的吸附剂再生(杂质气体解吸)；
[0019]即当变温吸附装置I处于工作状态时，变温吸附装置Π进行吸附剂再生，二者交替使用，以便使得预处理过程持续不间断地进行；
[0020]I)或2)中，解吸出的杂质气体随精馏尾气被压缩后与步骤(I)中得到的脱甲烷合成气混合，进入煤制油工艺中的合成单元;所述混合后的合成气中的二氧化碳的摩尔百分含量小于0.5% ；
[0021]本发明进一步提供了一种上述方法使用的煤制油净化合成气制取液化天然气的系统，它包括:用于分离提取煤制油净化合成气中甲烷的甲烷分离提取装置;用于压缩所述富甲烷气体的富甲烷气压缩装置；用于脱除所述富甲烷气中杂质的富甲烷气预处理装置；用于冷却和精馏富甲烷气体的冷箱及液化天然气储存装置；
[0022]所述甲烷分离提取装置与所述富甲烷气压缩装置相连，所述富甲烷气压缩装置与所述富甲烷气预处理装置相连，所述富甲烷气预处理装置与所述冷箱相连，所述冷箱与所述液化天然气储存装置相连。
[0023]上述的系统中，所述甲烷分离提取装置采用真空变