CN102942972B - 利用焦炉煤气生产液化天然气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用焦炉煤气生产液化天然气的方法，是向焦炉煤气中加入煤气化工厂或冶炼厂排放的具有一定压力的废气、尾气，形成混合煤气，所述混合煤气中H2与CO的摩尔比为3~3.2∶1或H2与CO2的摩尔比为4~4.2∶1，然后将所述混合煤气净化后进行甲烷化反应。其克服LNG产品中氢过剩的缺陷，采用配气法生产LNG，将过剩的H2转化成CH4，转化后的气体增加了CH4含量，同时不含H2。另使用PSA回收放空气中CH4，返回到焦炉气中循环利用。达到节能、环保、增产、增效的目的。
Description
技术领域
本发明涉及工业生产液化天然气的方法。
背景技术
现有的工业生产液化天然气的方法多是直接利用焦炉煤气生产液化天然气（LNG），主要缺点是焦炉煤气中H2明显过多，在直接利用焦炉煤气生产LNG时，产生H2过剩，在生产完毕后，还需要把过剩的H2从液化气产品中分离出去，造成能耗高、产品产量低、环保比较差、工厂效益差。
现有的把过剩的H2分离出去大致有以下二种工艺：一次分离和预分离工艺，预分离工艺采用的材料不同，又分膜法和PSA法。
1、一次分离工艺（冷法）
经过压缩、净化、甲烷化后的焦炉煤气，在冷箱中被冷剂冷却液化，再进入液化精馏单元，通过低温精馏，分离过剩氢气、没有液化的氮气和得到合格LNG产品。
2、预分离工艺
2.1膜法
经过压缩、净化、甲烷化后的焦炉煤气，采用膜分离提氢（可分离氢气总量的60-90%），提氢后富甲烷气体，在冷箱中被冷剂冷却液化，再进入液化精馏单元，通过低温精馏得到合格LNG并分离没有液化的气体（氢气和氮气）。
2.2PSA法
经过升压、净化、甲烷化、PSA分离提氢（可分离氢气总量的60-90%）、提氢后富甲烷气体压缩、压缩后的富甲烷气体在冷箱中被冷剂冷却液化，再进入液化精馏单元，通过低温精馏得到合格LNG并分离没有液化的气体（氢气和氮气）。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种利用焦炉煤气生产液化天然气的方法，其克服LNG产品中氢过剩的缺陷，采用配气法生产LNG，将过剩的H2转化成CH4，转化后的气体增加了CH4含量，同时不含H2，达到节能、环保、增产、增效的目的。
本发明采用的技术方案是：
一种利用焦炉煤气生产液化天然气的方法，包括以下步骤：
（1）焦炉煤气除尘、除焦油并升压至2~4.2MPa；
（2）混合所述焦炉煤气和除尘、除焦油后的来自煤气化工厂的煤气或冶炼工厂的尾气或石灰工厂的窑气；并使混合后的混合煤气中H2与CO的摩尔比为3~3.2：1或H2与CO2的摩尔比为4~4.2：1；所述煤气化工厂的煤气压力为2~4.2MPa；所述冶炼工厂的尾气或石灰工厂的窑气的压力为0.3~0.7MPa；
（3）步骤（2）得到的混合煤气脱除H2S；
（4）步骤（3）得到的气体进行甲烷化反应；生成CH4和H2O；
（5）甲烷化反应后的气体在4MPa压力下、在-154℃条件下液化，成为液化天然气产品；
（6）没有液化的气体升压至1.0MPa，在常温下用PSA分子筛脱除其中的N2，被PSA分子筛吸附的CH4在常温和压力0.11MPa下解吸，解吸气中的CH4浓度为90%以上，返回到焦炉煤气中，循环利用。
本发明的方法，其中所述煤气化工厂的煤气主要含CO；所述冶炼工厂的尾气主要含CO；所述石灰工厂的窑气主要含CO2。所述来自煤气化工厂的煤气，压力一般为2~4.2MPa，本发明直接将之利用，与已经升压后的焦炉煤气配制混合，提高焦炉煤气中的CO或CO2含量，充分利用焦炉煤气中的含量较高的H2，使之最大化地转化为液化天然气产品；冶炼工厂的尾气或石灰工厂的窑气压力一般为0.3~0.7MPa，适当加压后与焦炉煤气配制混合。本发明的方法不但可以降低众多化工厂或冶炼厂的废气、尾气排放，还可以充分利用其压力能源，降低能耗，减少能量损失，提高经济效益。
本发明的方法，其中当采用来自煤气化工厂的煤气或冶炼工厂的尾气时，所述步骤（3）中还包括脱除混合煤气中的CO2的步骤。
本发明的技术效果是：
（1）综合利用煤气化工厂或冶炼厂排放的具有一定压力的废气、尾气，直接与升压后的焦炉煤气混合，降低甲烷化气体原料之前的压缩步骤，降低能耗。
（2）简化甲烷气液化装置的工艺流程
现有技术直接利用焦炉煤气生产LNG，将产生H2过剩，因此在甲烷气液化装置的工艺流程中，需要有脱除过剩H2的设备，冷剂最低温度为-162℃。采用本发明的焦炉煤气配气法生产LNG，过剩的H2转化成CH4，避免了H2过剩，冷剂最低温度为-158℃，在甲烷气液化装置的工艺流程中，不需要脱除过剩H2设备，甲烷气液化装置中关键设备冷箱结构可以简化。简化了工艺流程并节省了建设投资。
（3）降低甲烷气液化装置的能耗
采用本发明的焦炉煤气配气法生产LNG，甲烷气液化过程操作压力4MPa，现有技术的直接利用焦炉煤气生产LNG，由于要分离过剩的H2，在甲烷气液化过程操作压力需要提高到5MPa，采用焦炉煤气配气法生产LNG，压缩机能耗约低5%。
采用本发明的焦炉煤气配气法生产LNG，冷剂用量比直接利用焦炉煤气生产LNG少17%，冷剂压缩机能耗要低17%。
现有技术的直接利用焦炉煤气生产LNG，在分离过剩的H2时，H2中夹带CH4，CH4含量约6.8%,占焦炉煤气中CH4总量的2.68%，这部分的压缩和加工过程能耗给白白浪费了。
（4）增加产品LNG产量
采用本发明的焦炉煤气配气法生产LNG，充分利用焦炉煤气中的H2，产品LNG产量比现有技术的直接利用焦炉煤气生产LNG，产品LNG产量增加50%。
（5）增加工厂效益
由于采用本发明的焦炉煤气配气法生产LNG，充分利用焦炉煤气中的H2，比现有技术的直接利用焦炉煤气生产LNG，产品LNG产量增加50%和甲烷气液化装置的能耗降低15%，工厂全投资财务内部收益率（所得税前：21.3%）提高一倍。
（6）降低甲烷气液化装置的CO2排放
现有技术的直接利用焦炉煤气生产LNG，在分离过剩的H2时，H2中夹带CH4，CH4含量约6.8%,CH4工厂在作为燃料时，生成CO2排放。采用本发明的焦炉煤气配气法生产LNG，避免了以上现象。
（7）放空气中CH4回收利用
使用PSA回收放空气中CH4，CH4浓度可达90％以上，加到焦炉气中循环利用，约增加10%LNG产量和降低能耗。
附图说明
图1是本发明的方法的一种优选实施方式的流程示意图。
具体实施方式
为进一步说明本发明，结合以下实施例具体说明：
如图1所示，一种利用焦炉煤气生产液化天然气的方法，其是采用配气法生产LNG，具体包括以下步骤：
第一步配制混合煤气：
焦炉煤气（主要含CO和H2，其中H2含量高，CO含量低）除尘、除焦油升压至4.2MPa；
采用直接来自煤气化工厂的压力为4.2MPa的煤气（主要含CO和H2，其中CO含量高，H2含量低）除尘、除焦油后与所述焦炉煤气混合；使混合后的混合煤气中H2与CO的摩尔比为3~3.2：1；
第二步混合煤气净化：
混合煤气脱除H2S；当使用的配气用气体主要含CO时，在气体净化装置中脱除混合煤气中少量的CO2，减少H2的消耗，再脱除混合煤气中有害物质H2S等，保障气体甲烷化反应的催化剂活性和使用寿命；当使用的配气用气体主要含CO2时，在气体净化装置中主要脱除混合煤气中的H2S。
第三步气体甲烷化：
在气体甲烷化装置中，净化后的混合煤气中H2与CO或CO2发生反应（反应条件：35℃，4.2MPa，催化剂）生成CH4和H2O。混合气甲烷化后为甲烷气，甲烷气中仅含有CH4、N2和H2O（气）。
第四步甲烷气液化：
在甲烷气液化装置中，甲烷气压力为4MPa，在-154℃甲烷液化，成为LNG产品。甲烷气体液化过程中冷量，由冷剂压缩、冷却、节流膨胀产生的冷量通过冷箱来提供。
冷剂压缩机冷剂入口压力为0.2MPa，温度为35℃，冷剂压缩机冷剂出口压力为4MPa，冷剂最低温度为-158℃。
第五步放空气中CH4回收利用：
没有液化的N2放空（放空气），放空气中含有一定数量CH4。
放空气升压到1.0MPa，在常温下使用PSA脱除N2，N2和少量CH4排放作为燃料，被PSA吸附的CH4在常温和0.11MPa压力下解吸，解吸气中CH4浓度可达90％以上，加到焦炉气中，循环利用解吸气的CH4。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种利用焦炉煤气生产液化天然气的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）焦炉煤气除尘、除焦油并升压至2~4.2MPa；
（2）混合所述焦炉煤气和除尘、除焦油后的来自煤气化工厂的煤气或冶炼工厂的尾气或石灰工厂的窑气；并使混合后的混合煤气中H2与CO的摩尔比为3~3.2：1或H2与CO2的摩尔比为4~4.2：1；所述煤气化工厂的煤气压力为2~4.2MPa；所述冶炼工厂的尾气或石灰工厂的窑气的压力为0.3~0.7MPa；
（3）步骤（2）得到的混合煤气脱除H2S；
（4）步骤（3）得到的气体进行甲烷化反应；生成CH4和H2O；
（5）甲烷化反应后的气体在4MPa压力下、在-154℃条件下液化，成为液化天然气产品；
（6）没有液化的气体升压至1.0MPa，在常温下用PSA分子筛脱除其中的N2，被PSA分子筛吸附的CH4在常温和压力0.11MPa下解吸，解吸气中的CH4浓度为90%以上，返回到焦炉煤气中，循环利用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述煤气化工厂的煤气主要含CO；所述冶炼工厂的尾气主要含CO；所述石灰工厂的窑气主要含CO2。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：当采用来自煤气化工厂的煤气或冶炼工厂的尾气时，所述步骤（3）中还包括脱除混合煤气中的CO2的步骤。
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