利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的工艺方法

利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的工艺方法
【专利摘要】本发明提供的利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的工艺方法利用焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨，通过合理配置将焦炉煤气制LNG、焦炉煤气制甲醇、合成氨、深冷液化分离、液氮洗等有机联系在一起，分别利用焦炉煤气中的组分甲烷生产LNG，利用焦炉煤气中的组分氢气和一氧化碳生产甲醇，利用焦炉煤气中氢气和氮气生产液氨，本申请综合利用现有工艺技术，在不需要对焦炉煤气所有组分进行彻底分离的情况下，实现焦炉煤气的最大化利用，极大的降低了操作成本。
【专利说明】
利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的工 艺方法
技术领域
[0001] 本发明属于煤化工领域，尤其涉及一种利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然 气、甲醇和液氨的工艺方法。
【背景技术】
[0002] 焦炉煤气又称焦炉气，是指炼焦用煤在炼焦炉中经高温干馏后，在产出焦炭和焦 油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。焦炉煤气的热值较高，通常 用作高温工业炉的燃料或者城市煤气。
[0003] 随着环保要求逐渐提高，新的焦化行业准入标准已明确规定焦炉煤气的利用率要 超过98%，同时焦化行业市场低迷，产能过剩严重，人们开始意识到焦炉煤气的巨大利用价 值，因此开发出了许多焦炉煤气利用技术，如焦炉煤气制液化天然气，焦炉煤气制甲醇等。
[0004] 然而，焦炉煤气的主要成分是氢气（55-60%)和甲烷(23-27%)，还有少量一氧化 碳、二氧化碳、氮气等组分，具有"富氢少碳"的特点。如仅采用单一技术生产某种产品，会导 致部分组分不能充分利用，含有部分氢气的尾气需另找出路或者只能用作燃料。另外，生产 单一产品面临较大的市场风险，可调节性较差。
[0005] 因此，综合考量焦化企业现有的资源情况(废气、废固），将现有的技术(焦炉煤气 制LNG、焦炉煤气制甲醇、合成氨、深冷液化分离、液氮洗)有机联系在一起，并采取一定的技 术手段和调节手段使得各组分达到合适的比例，从而联产多种产品，一方面可以实现资源 的高效充分利用，减少对环境的污染，另一方面可以通过调整各个产品的产量，有效应对产 品价格波动带来的影响，大大提高焦化企业抵御市场风险的能力。

【发明内容】

[0006] 有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和问题，本发明提供一种利用气化煤气和焦 炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的工艺方法。
[0007] -种利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的工艺方法，依次包 括下述步骤：
[0008]步骤SlO:将所述焦炉煤气送入气柜缓冲，使其压力稳定；
[0009] 步骤S20:将经步骤SlO中后的焦炉煤气增压至2.0~2.2Mpa;
[0010] 步骤S30:将经步骤S20后的焦炉煤气中的有机硫转化为无机硫；
[0011] 步骤S40:将经步骤S30后的焦炉煤气继续压缩至2.5~3Mpa;
[0012] 步骤S50:脱除经步骤S40后的焦炉煤气中的酸性气体，所述酸性气体包括:二氧化 硫、硫化氢、二氧化碳；
[0013] 步骤S60:脱除经步骤S50后的焦炉煤气中的水分，将其露点降至降至-65~-70°C;
[0014] 步骤S70:分离经步骤S60后的焦炉煤气中的气体组份，分别得到LNG、氢氮气、富一 氧化碳气和富氢气。
[0015] 在一些实施例中，还包括下述步骤：
[0016] 步骤S180:所述氢氮气送往氨合成系统，所述富一氧化碳气和富氢气送往甲醇合 成系统。
[0017] 在一些实施例中，步骤SlO中，所述焦炉煤气中甲烷体积分数为20~30 %，氢气体 积分数为40~60%，一氧化碳体积分数为8~15%，余量为氮气、二氧化碳，微量的有机硫、 S02、焦油、粉尘和水蒸气。
[0018] 在一些实施例中，步骤S40中，将经步骤S30后的焦炉煤气继续压缩至2.5~3Mpa， 具体为：
[0019] 采用往复式或离心式压缩机将焦炉煤气继续压缩至2.5~3MPa。
[0020] 在一些实施例中，步骤S50中，脱除经步骤S40后的焦炉煤气中的酸性气体，具体 为：
[0021] 采用湿法工艺脱除焦炉煤气中的酸性气体，所述湿法工艺中的吸收剂为MDEA溶 液。
[0022] 在一些实施例中，步骤S60中，脱除经步骤S50后的焦炉煤气中的水分，将其露点降 至-7〇°C，具体为：
[0023] 采用分子筛吸附工艺脱除焦炉煤气中的水分，将其露点降至降至-65~-70°C。
[0024] 在一些实施例中，步骤S70中，分离经步骤S60后的焦炉煤气中的气体组份，分别得 到LNG、氢氮气、富一氧化碳气和富氢气，具体为：
[0025] 采用深冷液化、低温精馏和液氮洗相结合的技术实现焦炉煤气中的气体组份分 离，得到LNG、氢氮气、富一氧化碳气和富氢气。
[0026] 在一些实施例中，采用深冷液化、低温精馏和液氮洗相结合的技术实现焦炉煤气 中的气体组份分离，得到LNG、氢氮气、富一氧化碳气和富氢气，包括下述步骤：
[0027]降温:将经步骤S60后的焦炉煤气降温至-150~_165°C ;
[0028] 脱氢:采用低温精馏的工艺将氢气和一氧化碳、氮气脱除，分离得到的富甲烷物流 送往脱甲烷塔进一步精制;分离得到的富氢气一部分送至液氮洗精制，另一部分送至甲醇 合成系统；
[0029] 脱甲烷:采用低温精馏的工艺将富甲烷物流中的杂质脱除，甲烷塔塔底得到纯净 的LNG产品，脱甲烷塔塔顶尾气为一氧化碳，所述杂质包括氢气、氮气、一氧化碳；
[0030] 液氮洗:液氮洗脱除工艺气中的一氧化碳、甲烷气体，得到纯净的氢气和氮气混合 气-氢氮气，富氢尾气经液氮洗处理后，氢氮气送至氨合成系统;液氮洗尾气则汇入脱甲烷 尾气送至甲醇合成系统。
[0031] 在一些实施例中，在进行步骤SlO前，还依次包括下述步骤：
[0032]富碳气补充:在所述焦炉煤气中补充富碳气体，所述富碳气体为焦炭气化气、转炉 煤气、高炉煤气、煤合成气其中的一种或几种混合；
[0033] 氮气补充:需要补充的氮气送至液化分离装置，经降温液化后，再送至液氮洗作为 吸收剂使用，同时汇入氢氮气中作为合成氨系统的原料；
[0034] 氮气微调:经液氮洗得到的氢氮气，补充适量的氮气；
[0035] 二氧化碳微调:在液化分离装置得到的富CO气体中补充适量的二氧化碳。
[0036] 本发明提供的利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的工艺方法 利用焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨，通过合理配置将焦炉煤气制LNG、焦炉煤气制 甲醇、合成氨、深冷液化分离、液氮洗等有机联系在一起，分别利用焦炉煤气中的组分甲烷 生产LNG，利用焦炉煤气中的组分氢气和一氧化碳生产甲醇，利用焦炉煤气中氢气和氮气生 产液氨，相对于现有技术，本发明具有下述优点：
[0037] (1)、本申请综合利用现有工艺技术，在不需要对焦炉煤气所有组分进行彻底分离 的情况下，实现焦炉煤气的最大化利用，极大的降低了操作成本。同时，因为现有工艺全部 是成熟工艺，这就保证了工艺路线的可行性。
[0038] (2)、本申请将液氮洗技术引入深冷分离工艺中，保证了原料气的纯度，避免将一 氧化碳、甲烷等惰性气体带入氨合成系统。
[0039] (3)、本申请提出了多组分补充微调系统，增强了整套工艺系统的可调节性和适应 性，适应范围广泛。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明提供的低温利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨 的工艺方法的步骤流程图。
[0041] 图2为本发明提供的低温利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨 的工艺方法的工艺原理图。
[0042] 图3为采用深冷液化、低温精馏和液氮洗相结合的技术实现焦炉煤气中的气体组 份分离的步骤流程图。
[0043]图4为本发明提供的图2是深冷分离工艺原理图。
【具体实施方式】
[0044] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中 给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专 利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间 接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
[0045] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语"及/或"包括一个或多个 相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0046] 请参阅图1和图2,本发明一较佳实施例提供一种利用气化煤气和焦炉煤气联产液 化天然气、甲醇和液氨的工艺方法，依次包括下述步骤：
[0047] 步骤SlO:将所述焦炉煤气送入气柜缓冲，使其压力稳定；
[0048] 优选地，所述焦炉煤气中甲烧含量(体积分数)为20~30%，氢气含量为40~60%， 一氧化碳含量为8~15%，余量为氮气、二氧化碳，微量的有机硫、S02、焦油、粉尘和水蒸气。 [0049]可以理解，为保证后续工序的稳定，将焦炉煤气送入气柜缓冲，可以保证压力稳 定，使得后续工艺稳定可靠；
[0050] 步骤S20:将经步骤SlO中后的焦炉煤气增压至2.0~2.2Mpa;
[0051] 可以理解，通过压缩工艺可以将经步骤SlO中后的焦炉煤气增压至2.0~2.2Mpa。
[0052]步骤S30:将经步骤S20后的焦炉煤气中的有机硫转化为无机硫；
[0053]可以理解，通过加氢转化能够实现焦炉煤气中的有机硫转化为无机硫。
[0054] 步骤S40:将经步骤S30后的焦炉煤气继续压缩至2.5~3Mpa;
[0055] 优选地，采用往复式或离心式压缩机将焦炉煤气继续压缩至2.5~3MPa。
[0056] 步骤S50:脱除经步骤S40后的焦炉煤气中的酸性气体，所述酸性气体包括:二氧化 硫、硫化氢、二氧化碳；
[0057]优选地，采用湿法工艺脱除焦炉煤气中的酸性气体，所述湿法工艺中的吸收剂为 MDEA溶液。
[0058] 步骤S60:脱除经步骤S50后的焦炉煤气中的水分，将其露点降至-65~-70°C;
[0059] 优选地，采用分子筛吸附工艺脱除焦炉煤气中的水分，将其露点降至-70°C。
[0060] 步骤S70:分离经步骤S60后的焦炉煤气中的气体组份，分别得到LNG、氢氮气、富一 氧化碳气和富氢气。
[0061] 可以理解，上述得到的LNG作为产品出售;氢氮气送往氨合成系统，用于生产液氨 产品；富一氧化碳气先增压至2.0~2.5MPa(压力与富氢气匹配），与富氢气混合后送至甲醇 合成系统，用于生产甲醇产品，甲醇驰放气送回炼焦炉。
[0062] 优选地，采用深冷液化、低温精馏和液氮洗相结合的技术实现焦炉煤气中的气体 组份分离，得到LNG、氢氮气、富一氧化碳气和富氢气。
[0063] 具体地，请参阅图3,采用深冷液化、低温精馏和液氮洗相结合的技术实现焦炉煤 气中的气体组份分离，得到LNG、氢氮气、富一氧化碳气和富氢气，包括下述步骤：
[0064] 步骤S71:降温:将经步骤S60后的焦炉煤气降温至-150~-165°C ;
[0065] 步骤S72:脱氢:采用低温精馏的工艺将氢气和一氧化碳、氮气脱除，分离得到的富 甲烷物流送往脱甲烷塔进一步精制；分离得到的富氢气一部分送至液氮洗精制，另一部分 送至甲醇合成系统；
[0066] 步骤S73:脱甲烷:采用低温精馏的工艺将富甲烷物流中的杂质脱除，甲烷塔塔底 得到纯净的LNG产品，脱甲烷塔塔顶尾气为一氧化碳，所述杂质包括氢气、氮气、一氧化碳；
[0067] 步骤S74:液氮洗:液氮洗脱除工艺气中的一氧化碳、甲烷气体，得到纯净的氢气和 氮气混合气-氢氮气，富氢尾气经液氮洗处理后，氢氮气送至氨合成系统;液氮洗尾气则汇 入脱甲烷尾气送至甲醇合成系统。
[0068] 进一步地，请参阅图4,在进行步骤SlO前，还依次包括下述步骤：
[0069] 富碳气补充:在所述焦炉煤气中补充富碳气体，所述富碳气体为焦炭气化气、转炉 煤气、高炉煤气、煤合成气其中的一种或几种混合;可以理解，由于焦炉煤气具有"富氢少 碳"的特点，脱除甲烷后的尾气组成往往不能满足甲醇合成的需求，因此需要设计补碳系 统。富碳气体可以有多种来源，如转炉煤气，高炉煤气，煤合成气，焦炭气化气等。根据富碳 气体的杂质含量和压力不同，分别在合适的位置接入系统，如压力较低则补入气柜，如压力 较高可接入二次升压前或MDEA脱硫脱碳前。富碳气可以是焦炭气化气、煤合成气、转炉煤 气、高炉煤气。
[0070] 氮气补充:需要补充的氮气送至液化分离装置，经降温液化后，再送至液氮洗作为 吸收剂使用，同时汇入氢氮气中作为合成氨系统的原料；
[0071] 可以理解，补充的氮气经降温液化后，送至液氮洗作为吸收剂使用，同时又汇入氢 氮气中作为合成氨系统的原料，具有两个方面的作用。氮气可以取自空分装置。
[0072]氮气微调:经液氮洗得到的氢氮气，补充适量的氮气；
[0073]可以理解，经液氮洗得到的氢氮气，其组成不能完全满足氨合成的最佳比例，需要 补充少量氮气，用于组成微调。氮气可以取自空分装置。
[0074] 二氧化碳微调:在液化分离装置得到的富CO气体中补充适量的二氧化碳。
[0075] 可以理解，富CO气与富氢气汇合后作为甲醇合成系统的原料气，其碳氢比不能完 全满足甲醇合成的最佳比例，需要补充少量二氧化碳，用于组成微调。二氧化碳可以取自工 艺上游的脱碳装置。
[0076] 本发明提供的利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的工艺方法 利用焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨，通过合理配置将焦炉煤气制LNG、焦炉煤气制 甲醇、合成氨、深冷液化分离、液氮洗等有机联系在一起，分别利用焦炉煤气中的组分甲烷 生产LNG，利用焦炉煤气中的组分氢气和一氧化碳生产甲醇，利用焦炉煤气中氢气和氮气生 产液氨，相对于现有技术，本发明具有下述优点：
[0077] (1)、本申请综合利用现有工艺技术，在不需要对焦炉煤气所有组分进行彻底分离 的情况下，实现焦炉煤气的最大化利用，极大的降低了操作成本。同时，因为现有工艺全部 是成熟工艺，这就保证了工艺路线的可行性。
[0078] (2)、本申请将液氮洗技术引入深冷分离工艺中，保证了原料气的纯度，避免将一 氧化碳、甲烷等惰性气体带入氨合成系统。
[0079] (3)、本申请提出了多组分补充微调系统，增强了整套工艺系统的可调节性和适应 性，适应范围广泛。
[0080] 实施例
[0081 ]典型的焦炉煤气组成如表1所示，压力为1~5kPa(G)，温度约为40°C，流量为 34000Nm3/h〇
[0082]表1焦炉煤气的体积组成
[0084] 如图1所示的工艺，焦炉煤气首先送入气柜缓冲，待压力稳定后利用压缩机增压至 2. OMPa左右，进行加氢转化处理，然后进行二次升压至2. SMPa，送入MDEA脱硫脱碳装置进行 净化处理，再送至干燥装置脱除水分，然后送入深冷液化分离装置进行深度分离，所得各部 分气体分别送往氨合成系统和甲醇合成系统，同时产出LNG产品。在本实施例的进料条件 下，可生产LNGO. 858亿Nm3/a、甲醇12.34万t/a、液氨10.16万t/a。
[0085] 焦炉煤气中的氢气含量较高，而一氧化碳、氮气等含量较低，在本实施例中，拟采 用焦炭气化气进行补碳，其压力为3 . OMPa，温度为40°C，流量为82000Nm3/h，组成如表2所 不。
[0086]表2焦炭气化气的体积组成
[0088] 焦炭经加压气化得到气化气，再经变换、PSA脱碳等工序处理后，其压力约为 2.8MPa，在MDEA脱硫脱碳装置前与焦炉煤气汇合在一起。
[0089] 来自空分装置的纯氮气约7800Nm3/h，送入深冷分离装置，经换热器逐步降温液化 后，送入液氮洗塔将一氧化碳、甲烧等杂质与氢气分离，同时与氢气一起送入氨合成系统。
[0090] 另外，为调节氨合成系统的进料组成，需在氨合成系统前补充1500Nm3/h纯氮气。 为调节甲醇合成系统的进料组成，需在甲醇合成系统前补充900Nm3/h纯二氧化碳。
[0091] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的工艺方法，其特征在 于，依次包括下述步骤： 步骤S10:将所述焦炉煤气送入气柜缓冲，使其压力稳定； 步骤S20:将经步骤S10中后的焦炉煤气增压至2.0~2.2Mpa; 步骤S30:将经步骤S20后的焦炉煤气中的有机硫转化为无机硫； 步骤S40:将经步骤S30后的焦炉煤气继续压缩至2.5~3Mpa; 步骤S50:脱除经步骤S40后的焦炉煤气中的酸性气体，所述酸性气体包括:二氧化硫、 硫化氢、二氧化碳； 步骤S60:脱除经步骤S50后的焦炉煤气中的水分，将其露点降至-65~-70°C ; 步骤S70:分离经步骤S60后的焦炉煤气中的气体组份，分别得到LNG、氢氮气、富一氧化 碳气和富氢气； 在进行步骤S10前，还依次包括下述步骤： 富碳气补充：在所述焦炉煤气中补充富碳气体，所述富碳气体为焦炭气化气、转炉煤 气、高炉煤气、煤合成气其中的一种或几种混合； 氮气补充：需要补充的氮气送至液化分离装置，经降温液化后，再送至液氮洗作为吸收 剂使用，同时汇入氢氮气中作为合成氨系统的原料； 氮气微调:经液氮洗得到的氢氮气，补充适量的氮气； 二氧化碳微调:在液化分离装置得到的富CO气体中补充适量的二氧化碳。2. 如权利要求1所述的低温利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的 工艺方法，其特征在于，还包括下述步骤： 步骤S180:所述氢氮气送往氨合成系统，所述富一氧化碳气和富氢气送往甲醇合成系 统。3. 如权利要求1所述的低温利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的 工艺方法，其特征在于，步骤S10中，所述焦炉煤气中甲烷体积分数为20~30 %，氢气体积分 数为40~60%，一氧化碳体积分数为8~15%，余量为氮气、二氧化碳，微量的有机硫、S02、 焦油、粉尘和水蒸气。4. 如权利要求1所述的低温利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的 工艺方法，其特征在于，步骤S40中，将经步骤S30后的焦炉煤气继续压缩至2.5~3Mpa，具体 为： 采用往复式或离心式压缩机将焦炉煤气继续压缩至2.5~3MPa。5. 如权利要求1所述的低温利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的 工艺方法，其特征在于，步骤S50中，脱除经步骤S40后的焦炉煤气中的酸性气体，具体为： 采用湿法工艺脱除焦炉煤气中的酸性气体，所述湿法工艺中的吸收剂为MDEA溶液。6. 如权利要求1所述的低温利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的 工艺方法，其特征在于，步骤S60中，脱除经步骤S50后的焦炉煤气中的水分，将其露点降至-65~-70°C，具体为： 采用分子筛吸附工艺脱除焦炉煤气中的水分，将其露点降至_70°C。7. 如权利要求1所述的低温利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的 工艺方法，其特征在于，步骤S70中，分离经步骤S60后的焦炉煤气中的气体组份，分别得到 LNG、氢氮气、富一氧化碳气和富氢气，具体为： 采用深冷液化、低温精馏和液氮洗相结合的技术实现焦炉煤气中的气体组份分离，得 到LNG、氢氮气、富一氧化碳气和富氢气。8.如权利要求7所述的低温利用气化煤气和焦炉煤气联产液化天然气、甲醇和液氨的 工艺方法，其特征在于，采用深冷液化、低温精馏和液氮洗相结合的技术实现焦炉煤气中的 气体组份分离，得到LNG、氢氮气、富一氧化碳气和富氢气，包括下述步骤： 降温:将经步骤S60后的焦炉煤气降温至-150~-165 °C ; 脱氢:采用低温精馏的工艺将氢气和一氧化碳、氮气脱除，分离得到的富甲烷物流送往 脱甲烷塔进一步精制;分离得到的富氢气一部分送至液氮洗精制，另一部分送至甲醇合成 系统； 脱甲烷:采用低温精馏的工艺将富甲烷物流中的杂质脱除，甲烷塔塔底得到纯净的LNG 产品，脱甲烷塔塔顶尾气为一氧化碳，所述杂质包括氢气、氮气、一氧化碳； 液氮洗:液氮洗脱除工艺气中的一氧化碳、甲烷气体，得到纯净的氢气和氮气混合气-氢氮气，富氢尾气经液氮洗处理后，氢氮气送至氨合成系统;液氮洗尾气则汇入脱甲烷尾气 送至甲醇合成系统。
【文档编号】C07C29/151GK105861086SQ201610305951
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】任小坤, 李保平, 杨跃平, 唐守胜, 张武
【申请人】中国科学院理化技术研究所, 陕西黑猫焦化股份有限公司, 北京众联盛化工工程有限公司