专利名称：焦炉煤气制取液化天然气的分离设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气体液化分离设备，特别涉及一种利用焦炉煤气制取 液化天然气的分离设备。
背景技术：
我国是世界上最大的焦炭生产、消费和出口国，2004年焦炭产量为2.24 亿吨，占全球产量的56%，同时伴生700多亿立方米的焦炉煤气(尾气)。这 些焦炉煤气其中一半用于回炉助燃，另一半需要有专门的装置回收。由于我国 焦化产业只注重焦炭生产而忽略化工产品回收，焦化生产主要副产品焦炉煤气 (尾气)大量直接燃烧放散一_俗称"点天灯"。由此造成的经济损失达数百亿 元，造成稀缺资源的极大浪费；同时对环境也造成极大的污染。在山西的焦炭 集中产地，空气中都弥漫着浓浓的焦煤气味，有时候甚至遮天蔽日。据专家测 算，按照我国年焦炭总产量计算。每年自白烧掉的焦炉煤气(尾气)300多亿 立方米，相当于国家"西气东输"设计年输气量的2倍多。
焦炉煤气中含有大量的H2、 CH4、 C0等可燃气体，如果将这些气体加以合理 的利用，既可以缓解国内能源不足的现状，又可以减轻工业生产带来的环境污 染。焦炉煤气(尾气)可以作燃料，如作为城巿燃气、发电，又可以作为化工 原料，如合成氨、甲醇、二甲醚等；还可以直接还原铁，甚至用于合成油。只 要能加以综合利用，焦炉煤气(尾气)的经济价值数以百亿元计。
液化天然气(LNG)技术从上世纪六十年代开始商业化，至今已有三、四十
年的历史，是当今世界能源供应中成长速度最快的品种，在世界燃气巿场中占 6.5°/。份额。预期今后十年内LNG的年增长速度可达7%，大致为全球天然气生 产增速的两倍，为原油增长速度的3倍。到2010年可达1. 8~2亿吨/年。但是，目前还没有从焦炉煤气(尾气)或浓缩后的焦炉煤气(如提氢后的尾气)中制 取液化天然气的液化分离设备。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种从焦炉煤气(尾气)或浓缩后 的焦炉煤气(如提氢后的尾气)中制取液化天然气的液化分离的设备。使用该 设备得到的液化天然气产品纯度可以达到99.8%以上，整套设备工艺简单、操 作方便，能很好地解决焦炉煤气的回收问题。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是 一种焦炉煤气制 取液化天然气的分离设备，它包括原料气压缩设备、制冷设备和液化分离设备， 所述液化分离设备包括由换热器依次相接组成的换热器组和分馏塔，所述原料 气压缩设备与所述液化分离设备通过管道相连接，所述原料气换热器通过制冷 管路与所述制冷设备相连。
所述制冷设备为单路或双路气体膨胀制冷设备。
所述分馏塔的顶部设有冷凝器，底部设有再沸器。
所述制冷设备为混合工质制冷设备。本实用新型所能达到的有益效果是 本实用新型的焦炉煤气制取天然气的分离设备，结合我国焦炉煤气利用的现状 提出采用低温精馏液化的方法，将甲烷从焦炉煤气中分离出来，制成液化天然 气。使焦炉煤气的附加值大大提高，同时LNG产品可以极大地方便运输和利用。 液化分离的设备具有结构简单、工艺流程易操作等优点。而且得到的液化天然 气纯度可以达到99. 8%以上。
图1为本实用新型实施例一气体双路膨胀制冷循环制取LNG的结构示意图； 图2为本实用新型实施例一气体单路膨胀制冷循环制取LNG的结构示意图； 图3为本实用新型实施例二混合工质制冷循环制取LNG的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
实施例一为釆用气体膨胀制冷循环对焦炉煤气(尾气)进行液化分离的工 艺流程示意图。如图l所示，该套设备主要包括原料气压缩设备、制冷设备和 液化分离设备，其中制冷设备为气体膨胀制冷设备，液化分离设备包括换热器
5、 6、 7依次相连的换热器组和分馏塔9，原料气压缩设备与所述液化分离设 备通过管道相连接，所述原料气换热器通过制冷管路与所述制冷设备相连。本 实用新型中的换热器组设有3个换热器，工程中根据实际需求，选择适合的换 热器个数。分馏塔9底部连接一再沸器18和过冷器10,进一步提高氨的纯度。 该套设备还包括对焦炉煤气预处理的压缩机l、 3和冷凝器2、 4。 其工艺流程如下
A、 焦炉煤气首先经过压缩机和冷凝器压缩冷却，再进入膨胀机的增压端再 次增压、冷却；
B、 经过步骤A处理后的焦炉煤气依次进入换热器交换热量，被冷流体冷却， 温度逐级降低，从换热器出来后，此时焦炉煤气(尾气)中的甲烷已经基 本变成液态；
C、 经过步骤B后的焦炉煤气进入分馏塔，液体自上而下流动，气体自下 而上流动，越往下，液体中的甲烷含量越高，越往上，气体中的甲烷含量
越低；液体流到塔底后，进入塔底的再沸器，液体中微量的o2、 N2、 co、
H2等被加热进一步闪蒸出来，使得从分馏塔出来的液体甲烷(LNG)纯度进 一步提高，可达99. 8%以上，最后进入过冷器，被从塔顶出来的气体进一 步冷却，成为LNG产品。
如图1所示，为双路膨胀制冷循环制取LNG的一种工艺结构示意图，从最 上面一块塔板(或填料最上面)出来的气体可直接出分馏塔9进入过冷器10 复温。从过冷器10复温出来的气体，可直接进入膨胀机ll,经膨胀机ll膨胀 后的气体温度和压力进一步降低，然后依次进入换热器组，本实用新型的换热器包括换热器7、 6、 5，为系统提供冷量，最后制冷气体出系统。制冷气体经 过压缩机12压缩以及冷凝器13进行冷却后，进入膨胀机的增压端14进一步增 压，以及冷凝器15进行冷却，然后进入换热器5进行冷却。从换热器5出来的 制冷气体分为两路第一路进入换热器6继续冷却，出来后进入膨胀机17,膨 胀后进入换热器7的冷端；第二路进入膨胀机16膨胀后出来的气体，与第一路 从换热器7的热端出来的制冷气体混合，然后再依次进入换热器6、 5，出来后 再进入压缩机12压缩，然后进入下一个增压、冷却以及膨胀的循环过程。
如图2所示，为单路膨胀制冷循环制取LNG的结构示意图，与上述图1 所述的双路膨胀制冷循环工艺相比，区别在于气体进入塔顶冷凝器91,然后 再去过冷器IO。这样一来，气体中微量甲垸会被进一步冷凝下来，提髙了甲烷 的提取率，但能耗会有所增加。从过冷器10出来后，先进入换热器6，进一步 复温后再进入膨胀机ll,膨胀后再返回换热器6、 5,换热器5出来的制冷气体 经过压缩机12压缩以及冷凝器13进行冷却后，进入膨胀机的增压端14进一步 增压，以及冷凝器15进行冷却，然后进入换热器5。从换热器5出来的制冷气 体全部进入膨胀机16，故为单路膨胀。气体依次进入换热器6、 5，以及进入压 缩机12压缩。然后进入下一个增压、冷却、膨胀的循环制冷过程。 综上所述，用气体膨胀制冷设备制取LNG的工艺流程如下
A、 焦炉煤气首先经过压缩机和冷凝器压缩冷却，再进入膨胀机的增压端再 次增压、冷却；
B、 经过步骤A处理后的焦炉煤气依次进入换热器交换热量，被冷流体冷却， 温度逐级降低，从换热器出来后，此时焦炉煤气(尾气)中的甲烷已经基 本变成液态；
C、 经过步骤B的含有大量液体甲烷的焦炉煤气进入分馏塔，液体自上而 下流动，气体自下而上流动，越往下，液体中的甲烷含量越高，越往上， 气体中的甲烷含量越低；液体流到塔底后，进入塔底的再沸器，液体中微 量的02、 N2、 C0、 H2等被加热进一步闪蒸出来，使得从分僧塔出来的液体甲 烷(LNG)纯度进一步提高，可达99.8%以上，最后进入过冷器，被从塔顶出来的气体进一步冷却，成为LNG产品。
这里需要特别说明的是图l和图2所示的流程示意图并非固定模式，可根 据实际情况，对塔顶是否加冷凝器、制冷气体选择单路膨胀还是双路膨胀、膨 胀机11的位置等进行任意组合，灵活掌握。 实施例二
实施例二为采用混合工质制冷循环对焦炉煤气(尾气)进行液化分离的结 构示意图。该液化分离设备与实施例一的区别在于，其制冷设备为混合工质制 冷设备。其中，焦炉煤气(尾气)的压缩、液化分离过程与实施例一相同。仅 在分馏塔顶冷凝器23的选择上，选择与否决定于用户对焦炉煤气(尾气)分离 后尾气中甲烷含量的要求而定；而焦炉煤气(尾气)膨胀机ll的位置根据系统 热平衡计算的要求而定。
由于制冷系统的循环釆用能耗较低的混合工质制冷循环，混合工质经过压 缩机12、 14压縮以及冷凝器13、 15冷却后，进入气液分离器26。分离器26 底部出来的液体工质进入换热器5，被冷却后出换热器5，减压节流后，温度进 一步降低，与从换热器6热端出来的混合工质混合， 一同进入换热器5冷端， 最后出换热器组，回到压缩机12的进口。从分离器26顶部出来的气体进入压 缩机17进一步压缩，经冷却器20出来后进入换热器5，被冷却后出换热器5， 进入气液分离器19。分离器19底部出来的液体工质进入换热器6，被冷却后出 换热器6，减压节流后，温度进一步降低。分离器19顶部出来的气体依次进入 换热器6、 7，被冷却后出换热器7，减压节流后，温度进一步降低，然后进入 换热器7冷端，为系统提供冷量。分离器19下端出来的液体工质经过换热器6 和减压节流后与从分离器19上端出来的气体经过换热器6、 7热端的减压节流 后汇合，再一同进入换热器6冷端，再经过散热器5出系统，进入下一个循环 过程。
权利要求1、一种焦炉煤气制取液化天然气的分离设备，其特征在于，它包括原料气压缩设备、制冷设备和液化分离设备，所述液化分离设备包括由换热器依次相接组成的换热器组和分馏塔，所述原料气压缩设备与所述液化分离设备通过管道相连接，所述原料气换热器通过制冷管路与所述制冷设备相连。
2、 根据权利要求1所述的焦炉煤气制取液化天然气的分离设备，其特征在 于，所述制冷设备为单路或双路气体膨胀制冷设备。
3、 根据权利要求l所述的焦炉煤气制取液化天然气的分离设备，其特征在 于，所述分馏塔的顶部设有冷凝器，底部设有再沸器。
4、 根据权利要求l所述的焦炉煤气制取液化天然气的分离设备，其特征在 于，所述制冷设备为混合工质制冷设备。
专利摘要本实用新型涉及一种焦炉煤气制取液化天然气的分离设备，它包括原料气压缩设备、制冷设备和液化分离设备，所述液化分离设备包括由换热器依次相接组成的换热器组和分馏塔，所述原料气压缩设备与所述液化分离设备通过管道相连接，所述原料气换热器通过制冷管路与所述制冷设备相连。本实用新型的分离设备结合了我国焦炉煤气利用的现状提出采用低温精馏液化的设备，将甲烷从焦炉煤气中分离出来，制成液化天然气。从而使焦炉煤气的附加值大大提高，同时LNG产品可以极大地方便运输和利用，并且整个液化分离设备工艺流程易操作，设备简单。
文档编号F25J3/02GK201251346SQ20082013207
公开日2009年6月3日 申请日期2008年8月4日 优先权日2007年12月17日
发明者任小坤, 郁 孙, 武 张, 王文川, 王晓烨, 陆文军, 高元景 申请人:中国科学院理化技术研究所