CN101463281B - 焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺和设备。该分离工艺主要包括焦炉煤气原料气压缩冷却、进入换热器组交换热量、进入分馏塔分馏得到液化天然气等工艺步骤。本发明还提供了一种焦炉煤气制取液化天然气的分离设备，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依次连接的换热器和分馏塔，原料气压缩设备与液化分离设备连接，原料气换热器的制冷管路与制冷设备相连。本发明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，整个液化分离工艺流程易操作，设备简单。

Description

焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺和设备
技术领域
本发明涉及一种气体液化分离工艺及设备，特别涉及一种利用焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺和设备。
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——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、CO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，如作为城市燃气、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，在世界燃气市场中占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工艺及设备。
发明内容
本发明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工艺及设备。使用该工艺及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，本发明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工艺，包括如下工艺步骤：
A、焦炉煤气原料气首先经压缩制冷设备压缩冷却；
B、经过压缩冷却的焦炉煤气进入换热器组交换热量，使焦炉煤气中的甲烷大部分变为液体；
C、含有大量液体甲烷的焦炉煤气从换热器组出来后进入分馏塔分馏，得到液化天然气。
其中，所述分馏塔塔底的液体进入塔底的再沸器，再进入一过冷器，成为液化天然气产品；分馏塔上部出来的气体直接出分馏塔进入过冷器复温；所述分馏塔上部的气体进入所述换热器组复温；所述换热器组的冷量由制冷设备提供；所述制冷设备为膨胀制冷系统或混合工质制冷设备。
本发明还提供了一种焦炉煤气制取液化天然气的分离设备，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依次换热器依次相接的换热器组和分馏塔，原料气压缩设备与液化分离设备通过管道连接，原料气换热器通过制冷管路与制冷设备相连。
所述制冷设备包括气体膨胀制冷设备或混合工质制冷设备；所述分馏塔的顶部设有冷凝器，底部设有再沸器；所述分馏塔上部的气体管路进一步连接换热器组。
本发明所能达到的有益效果是：本发明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。
附图说明
图1为本发明实施例一气体双路膨胀制冷循环制取LNG的一种流程示意图；
图2为本发明实施例一气体单路膨胀制冷循环制取LNG的一种流程示意图；
图3为本发明实施例二混合工质制冷循环制取LNG的一种流程示意图。
具体实施方式
实施例一：
实施例一为采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1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。本发明中的换热器组设有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1、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的一种工艺过程，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11，经膨胀机11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，本发明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的一种工艺过程，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10。这样一来，气体中微量甲烷会被进一步冷凝下来，提高了甲烷的提取率，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11，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。
这里需要特别说明的是：图1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)进行液化分离的工艺流程图。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11的位置根据系统热平衡计算的要求而定。
由于制冷循环采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压缩以及冷凝器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。

Claims (10)

1.一种焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：
A、焦炉煤气原料气首先经压缩设备压缩冷却；
B、经过压缩冷却的焦炉煤气进入换热器组交换热量，使焦炉煤气中的甲烷大部分变为液体；
C、含有大量液体甲烷的焦炉煤气从换热器组出来后进入分馏塔分馏，分馏塔塔底的液体进入塔底的再沸器，再进入一过冷器，得到液化天然气。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺，其特征在于，所述分馏塔塔底的液体进入塔底的再沸器，再进入一过冷器，得到液化天然气产品。
3.根据权利要求2所述的一种焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺，其特征在于，分馏塔上部出来的气体直接出分馏塔进入所述过冷器复温。
4.根据权利要求1所述的一种焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺，其特征在于，所述分馏塔上部的气体进入所述换热器组复温。
5.根据权利要求1所述的一种焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺，其特征在于，所述换热器组的冷量由制冷设备提供。
6.根据权利要求5所述的一种焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺，其特征在于，所述制冷设备为膨胀制冷设备或混合工质制冷设备。
7.一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，分馏塔塔底的液体进入塔底的再沸器，再进入一过冷器，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。
8.根据权利要求7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。
9.根据权利要求7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。 
10.根据权利要求7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。 
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