CN103983086B - 一种适用于煤制甲醇装置中的合成气分离系统及深冷分离制lng的方法 - Google Patents

一种适用于煤制甲醇装置中的合成气分离系统及深冷分离制lng的方法 Download PDF

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Abstract

一种适用于煤制甲醇装置中的合成气分离系统及深冷分离制LNG的方法,所述合成气分离系统主要由四组板翅式换热器，包含一台再沸器、两台冷凝器、两台气液分离罐的两台低温精馏塔，一台透平压缩机以及一台增压透平膨胀机组成，第一进料依次连通四组换热器的第一热源通道后连接于第一精馏塔的底部进料口，第一精馏塔的底部液相出口连接于第二、第三换热器的第三冷源通道并连接于第二精馏塔的中部进料口；第一精馏塔的顶部依次连接于第一冷凝器和第一气液分离罐，并由第一气液分离器的液相出口连接第一精馏塔的液相返回口，第一气液分离罐的气相出口连接于第四换热器的冷源通道并与第二精馏塔的顶部气相混合后连接第一、二、三换热器的第二冷源通道，并在接出后作为下游甲醇工艺的合成气。

Description

一种适用于煤制甲醇装置中的合成气分离系统及深冷分离制LNG的方法
技术领域
本发明涉及一种煤制甲醇项目中的合成气分离系统及深冷分离制LNG的方法，具体而言，本发明是利用各种气体组分的沸点差异，通过低温精馏来实现气体混合物的分离，可推广应用在工业用多组分气体的液化和分离装置中。
背景技术
甲醇作为一种极其重要的化工原料，在我国，80％以上的甲醇来源于煤炭转化，这取决于我国富煤、少气、缺油的资源现状。目前国内烯烃生产主要基于石脑油裂解，因此可以说石油进口依存度有多高，烯烃工业的对外依存度就有多高。1993年开始，中国成为原油净进口国，至2009年年末，中国原油对外依存度超过50％的“国际戒线”，进口量达到2.04亿吨。而甲醇作为烯烃的重要原料，据统计，2010年甲醇制烯烃项目，甲醇消费量仅有30万吨，意味着仅生产了10万吨乙烯，截止到2011年10月份，国内仅有三套煤制烯烃装置已投产,后期计划建设的烯烃项目产能预计将会突破1800万吨，发明新型高效的煤制烯烃装置已迫在眉睫。
我国已探明的煤炭储量高达2000多亿吨，煤化工是一项发展迅速，前景非常宏大的产业，利用煤制甲醇，后续联产烯烃，搭建起煤和烯烃的桥梁，最大限度的利用了煤气化中的各种有效成分，同时减少了温室气体的排放，属于环保项目和资源综合利用项目。此外，推广甲醇燃料部分替代石油产品对中国能源结构调整、缓解石油供需矛盾具有重要意义。
合成气深冷分离系统是煤制甲醇装置中产品分离和产品质量的关键环节，是合成气中CO/H2纯度的保证，深冷分离工艺相对其他工艺来说整体紧凑占地面积小，运行成本低，尤其在大规模装置上使用具有很大的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种流程简单，设备投资费用低，运行成本低的适用于煤制甲醇装置中的合成气分离系统及深冷分离制LNG的方法,它采用氮气膨胀制冷循环连续为CO/H2合成气分离提供冷量，并联产合格的LNG产品。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，本发明所述的适用于煤制甲醇装置中的合成气分离系统，它主要由四组板翅式换热器，包含一台再沸器、两台冷凝器、两台气液分离罐的两台低温精馏塔，一台透平压缩机以及一台增压透平膨胀机组成，第一进料依次连通四组换热器的第一热源通道后连接于第一精馏塔的底部进料口，第一精馏塔的底部液相出口连接于第二、第三换热器的第三冷源通道并连接于第二精馏塔的中部进料口；
第一精馏塔的顶部依次连接于第一冷凝器和第一气液分离器，并由第一气液分离器的液相出口连接第一精馏塔的液相返回口，第一气液分离器的气相出口连接于第四换热器的冷源通道并与第二精馏塔的顶部气相混合后连接第一、二、三换热器的第二冷源通道，并在接出后作为下游甲醇工艺的合成气。
本发明所述第二精馏塔的顶部气相出口连接第二冷凝器后再连接于第二气液分离罐，液相出口连接第二精馏塔的返回口，气相在与第一精馏塔的顶部气相在第四换热器的接出通道处混合；第二精馏塔的底部连接于第二、三、四换热器的第二热源通道接出，作为LNG产品。
作为第二进料的氮气首先连接于透平压缩机的入口，透平压缩机出口连接透平膨胀机的增压端后再连接于第一换热器的第二热源通道，第一换热器之后连接于第二精馏塔的再沸器，由该再沸器连接第二换热器的第三热源通道，再连接至进行降温降压后产生部分液相进行气液分离的透平膨胀机膨胀节流端，所述透平膨胀机的液相出口连接于完成蒸发制冷的第一精馏塔的第一冷凝器，该第一冷凝器的蒸发后气相端与透平膨胀机分离后的气相出口混合连接后连接于回收部分冷量的第四换热器第一冷源通道，接出后连接于释放冷量的第二冷凝器，再依次连接于进行冷量回收的第一、二、三换热器第一冷源通道，最后将复温后的低压气体接出至透平压缩机的入口并完成一次制冷循环。
一种利用上述合成气分离系统用于煤制甲醇装置中深冷分离制LNG的方法，所述煤制甲醇装置的煤气化系统产生的主要包含氢气、一氧化碳、甲烷等原料气先经过分子筛吸附单元深度脱除二氧化碳、水、硫化氢、甲醇，再进入合成气分离系统作为第一进料，所述的第一换热器布置有两个热源通道和两个冷源通道，第二换热器布置有三个热源通道和三个冷源通道，第三换热器布置有二个热源通道和三个冷源通道，第四换热器布置有二个热源通道和二个冷源通道；第一进料依次进入四组换热器的第一热源通道被冷却至-162℃，然后进入第一精馏塔的底部作为进料。
第一精馏塔的底部馏出物连接于第二、第三换热器的第三冷源通道进行冷量回收，复温至-123℃～-127℃后进入第二精馏塔的中部作为进料；第一精馏塔的顶部气相连接于冷凝器被冷却至-173.6℃为气液两相，并进入第一气液分离器进行分离，液相返回第一精馏塔作为回流液，气相连接于第四换热器的第二冷源通道，出第四换热器后与第二精馏塔的顶部气相混合后进入第一、二、三换热器的第二冷源通道回收冷量，复温后的气体作为下游甲醇工艺的氢气和一氧化碳合成气。
所述的第二精馏塔的顶部气相进入冷凝器被冷却至-145℃为气液两相，并连接于第二气液分离罐进行分离，液相返回第二精馏塔作为回流液，气相与第一精馏塔的顶部气相在的第二冷源通道接出口处混合；第二精馏塔底部主要为甲烷的馏出物进入第二、三、四换热器的第二热源通道进行过冷，馏出物冷却至-162℃、节流至17KPaG后作为液化天然气产品进入贮槽储存。
作为第二冷源进料的氮气首先连接于透平压缩机的入口，经过压缩冷却至34bar，40℃后进入透平膨胀机的增压端被增压至48.2bar，增压后的氮气冷却后进入第一换热器的第二热源通道，出第一换热器后被冷却至-75℃后进入第二精馏塔的再沸器，释放热量后被冷却至-90.4℃进入第二换热器的第三热源通道继续被冷却至-113.5℃，冷却后的氮气从通道出至透平膨胀机进行膨胀节流至5.6bar、-177.8℃，膨胀后产生部分液相进行气液分离，分离出的液相进入第一精馏塔的冷凝器为塔顶回流提供冷量，蒸发后的气相与分离后的气相混合后返回第四换热器的第一冷源通道回收部分冷量，复温至-164.5℃后进入第二精馏塔的冷凝器为塔顶回流提供冷量，释放冷量后返回第一、二、三换热器的第一冷源通道进行冷量回收，复温后的低压气体接出至透平压缩机的入口完成一次制冷循环；所述氮气作为整个系统的主要冷量载体，通过膨胀机膨胀制冷，并由压缩机增压完成闭式循环。
本发明在满足煤制甲醇装置中的合成气分离系统要求的前提下，具有整体紧凑，占地面积小，能耗较低，冷剂消耗少，安全性高，适应减负荷工况运行等特点，尤其在大规模装置上使用具有很大的经济效益。
附图说明
图1是本发明所述的工艺流程图。
图中所示：E01-第一换热器，T01-第一精馏塔，E02-第二换热器，T02-第二精馏塔，E03-第三换热器，V01-第一气液分离器，E04-第四换热器，V02-第二气液分离罐，E05-第一冷凝器，E06-第二冷凝器，E07-第二精馏塔再沸器，C1-透平压缩机，ET1-增压透平膨胀机。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的适用于煤制甲醇装置中的合成气分离系统，它主要由四组板翅式换热器E01、E02、E03、E04，包含一台再沸器E07、两台冷凝器E05、E06、两台气液分离罐V01、V02的两台低温精馏塔T01、T02，一台透平压缩机C1以及一台增压透平膨胀机ET1组成，第一进料依次连通四组换热器E01、E02、E03、E04的第一热源通道后连接于第一精馏塔T01的底部进料口，第一精馏塔T01的底部液相出口连接于第二、第三换热器E02、E03的第三冷源通道并连接于第二精馏塔T02的中部进料口；
第一精馏塔T01的顶部依次连接于第一冷凝器E05和第一气液分离器V01，并由第一气液分离器V01的液相出口连接第一精馏塔T01的液相返回口，第一气液分离器V01的气相出口连接于第四换热器E04的冷源通道并与第二精馏塔T02的顶部气相混合后连接第一、二、三换热器E01、E02、E03的第二冷源通道，并在接出后作为下游甲醇工艺的合成气。
本发明所述第二精馏塔T02的顶部气相出口连接第二冷凝器E06后再连接于第二气液分离罐V02，液相出口连接第二精馏塔T02的返回口，气相在与第一精馏塔T01的顶部气相在第四换热器E04的接出通道处混合；第二精馏塔T02的底部连接于第二、三、四换热器E02、E03、E04的第二热源通道接出，作为LNG产品。
作为第二进料的氮气首先连接于透平压缩机C1的入口，透平压缩机C1出口连接透平膨胀机的增压端后再连接于第一换热器E01的第二热源通道，第一换热器E01之后连接于第二精馏塔T02的再沸器E07，由该再沸器E07连接第二换热器E02的第三热源通道，再连接至进行降温降压后产生部分液相进行气液分离的透平膨胀机ET1膨胀节流端，所述透平膨胀机ET1的液相出口连接于完成蒸发制冷的第一精馏塔T01的第一冷凝器E05，该第一冷凝器E05的蒸发后气相端与透平膨胀机ET1分离后的气相出口混合连接后连接于回收部分冷量的第四换热器E04第一冷源通道，接出后连接于释放冷量的第二冷凝器E06，再依次连接于进行冷量回收的第一、二、三换热器E01、E02、E03第一冷源通道，最后将复温后的低压气体接出至透平压缩机C1的入口并完成一次制冷循环。
一种利用上述合成气分离系统用于煤制甲醇装置中深冷分离制LNG的方法，所煤制甲醇装置的煤气化系统产生的主要包含氢气、一氧化碳、甲烷等原料气先经过分子筛吸附单元深度脱除二氧化碳、水、硫化氢、甲醇，再进入合成气分离系统作为第一进料G1，所述的第一换热器E01布置有两个热源通道和两个冷源通道，第二换热器E02布置有三个热源通道和三个冷源通道，第三换热器E03布置有二个热源通道和三个冷源通道，第四换热器E04布置有二个热源通道和二个冷源通道；第一进料G1依次进入四组换热器的第一热源通道被冷却至-162℃，然后进入第一精馏塔T01的底部作为进料G2。
第一精馏塔T01的底部馏出物连接于第二、第三换热器E02、E03的第三冷源通道进行冷量回收，复温至-123℃～-127℃后进入第二精馏塔T02的中部作为进料G3；第一精馏塔的顶部气相连接于冷凝器E05被冷却至-173.6℃为气液两相，并进入第一气液分离器V01进行分离，液相返回第一精馏塔作为回流液，气相SG1连接于第四换热器E04的第二冷源通道，出E04后与第二精馏塔的顶部气相SG2混合后进入第一、二、三换热器的第二冷源通道回收冷量，复温后的气体SG3作为下游甲醇工艺的氢气和一氧化碳合成气。
所述的第二精馏塔T02的顶部气相进入冷凝器E06被冷却至-145℃为气液两相，并连接于第二气液分离罐V02进行分离，液相返回第二精馏塔作为回流液，气相SG2与第一精馏塔的顶部气相SG1在E04的第二冷源通道接出口处混合；第二精馏塔T02底部主要为甲烷的馏出物进入第二、三、四换热器的第二热源通道进行过冷，LG1冷却至-162℃、节流至17KPaG后作为液化天然气产品进入贮槽储存。
作为第二冷源进料的氮气首先连接于透平压缩机C1的入口，经过压缩冷却至34bar，40℃后进入透平膨胀机的增压端被增压至48.2bar，N1冷却后进入第一换热器E01的第二热源通道2，出E01后被冷却至-75℃后进入第二精馏塔的再沸器E07，释放热量后被冷却至-90.4℃进入第二换热器的第三热源通道继续被冷却至-113.5℃，N2从通道接出至透平膨胀机ET1进行膨胀节流至5.6bar、-177.8℃，N3膨胀后产生部分液相进行气液分离，分离出的液相进入第一精馏塔的冷凝器E05为塔顶回流提供冷量，蒸发后的气相与分离后的气相混合后返回第四换热器E04的第一冷源通道回收部分冷量，复温至-164.5℃后进入第二精馏塔的冷凝器E06为塔顶回流提供冷量，释放冷量后返回第一、二、三换热器的第一冷源通道进行冷量回收，复温后的低压气体N5接出至透平压缩机C1的入口完成一次制冷循环；所述氮气作为整个系统的主要冷量载体，通过膨胀机膨胀制冷，并由压缩机增压完成闭式循环。

Claims (5)

1.一种适用于煤制甲醇装置中的合成气分离系统，其特征在于所述的合成气分离系统主要由四组板翅式换热器，包含一台再沸器、两台冷凝器、两台气液分离器的两台低温精馏塔，一台透平压缩机以及一台增压透平膨胀机组成，第一进料依次连通四组换热器的第一热源通道后连接于第一精馏塔的底部进料口，第一精馏塔的底部液相出口连接于第二、第三换热器的第三冷源通道并连接于第二精馏塔的中部进料口；
第一精馏塔的顶部依次连接于第一冷凝器和第一气液分离器，并由第一气液分离器的液相出口连接第一精馏塔的液相返回口，第一气液分离器的气相出口连接于第四换热器的冷源通道并与第二精馏塔的顶部气相混合后连接第一、二、三换热器的第二冷源通道，并在接出后作为下游甲醇工艺的合成气。
2.根据权利要求1所述的适用于煤制甲醇装置中的合成气分离系统，其特征在于所述第二精馏塔的顶部气相出口连接第二冷凝器后再连接于第二气液分离器，液相出口连接第二精馏塔的返回口，气相在与第一精馏塔的顶部气相在第四换热器的接出通道处混合；第二精馏塔的底部连接于第二、三、四换热器的第二热源通道接出，作为LNG产品。
3.根据权利要求1或2所述的用于煤制甲醇装置中的合成气分离系统，其特征在于作为第二进料的氮气首先连接于透平压缩机的入口，透平压缩机出口连接透平膨胀机的增压端后再连接于第一换热器的第二热源通道，第一换热器之后连接于第二精馏塔的再沸器，由该再沸器连接第二换热器的第三热源通道，再连接至进行降温降压后产生部分液相进行气液分离的透平膨胀机膨胀节流端，所述透平膨胀机的液相出口连接于完成蒸发制冷的第一精馏塔的第一冷凝器，该第一冷凝器的蒸发后气相端与透平膨胀机分离后的气相出口混合连接后连接于回收部分冷量的第四换热器第一冷源通道，接出后连接于释放冷量的第二冷凝器，再依次连接于进行冷量回收的第一、二、三换热器第一冷源通道，最后将复温后的低压气体接出至透平压缩机的入口并完成一次制冷循环。
4.一种利用权利要求1或2或3所述合成气分离系统用于煤制甲醇装置中深冷分离制LNG的方法，其特征在于所述煤制甲醇装置的煤气化系统产生的主要包含氢气、一氧化碳、甲烷等的原料气先经过分子筛吸附单元深度脱除二氧化碳、水、硫化氢、甲醇，再进入合成气分离系统作为第一进料(G1)，所述的第一换热器(E01)布置有两个热源通道和两个冷源通道，第二换热器(E02)布置有三个热源通道和三个冷源通道，第三换热器(E03)布置有二个热源通道和三个冷源通道，第四换热器(E04)布置有二个热源通道和二个冷源通道；第一进料(G1)依次进入四组换热器的第一热源通道被冷却至-162℃，然后进入第一精馏塔(T01)的底部作为进料(G2)；第一精馏塔(T01)的底部馏出物连接于第二、第三换热器(E02、E03)的第三冷源通道进行冷量回收，复温至-123℃～-127℃后进入第二精馏塔(T02)的中部作为进料(G3)；第一精馏塔(T01)的顶部气相连接于冷凝器(E05)被冷却至-173.6℃为气液两相，并进入第一气液分离器(V01)进行分离，液相返回第一精馏塔(T01)作为回流液，气相(SG1)连接于第四换热器(E04)的第二冷源通道，出第四换热器(E04)后与第二精馏塔(T02)的顶部气相(SG2)混合后进入第一、二、三换热器的第二冷源通道回收冷量，复温后的气体(SG3)作为下游甲醇工艺的氢气和一氧化碳合成气。
5.根据权利要求4所述的用于煤制甲醇装置中深冷分离制LNG的方法，其特征在于所述的第二精馏塔(T02)的顶部气相进入冷凝器(E06)被冷却至-145℃为气液两相，并连接于第二气液分离器(V02)进行分离，液相返回第二精馏塔(T02)作为回流液，气相(SG2)与第一精馏塔(T01)的顶部气相(SG1)在第四换热器(E04)的第二冷源通道接出口处混合；第二精馏塔(T02)底部主要为甲烷的馏出物(LG1)进入第二、三、四换热器的第二热源通道进行过冷，馏出物(LG1)冷却至-162℃、节流至17KPaG后作为液化天然气产品进入贮槽储存；
作为第二冷源进料的氮气首先连接于透平压缩机(C1)的入口，经过压缩冷却至34bar，40℃后进入透平膨胀机的增压端被增压至48.2bar，氮气冷却后进入第一换热器(E01)的第二热源通道(2)，出第一换热器(E01)后被冷却至-75℃后进入第二精馏塔的再沸器(E07)，释放热量后被冷却至-90.4℃进入第二换热器(E02)的第三热源通道继续被冷却至-113.5℃，氮气从通道接出至透平膨胀机(ET1)进行膨胀节流至5.6bar、-177.8℃，氮气膨胀后产生部分液相进行气液分离，分离出的液相进入第一精馏塔(T01)的冷凝器(E05)为塔顶回流提供冷量，蒸发后的气相与分离后的气相混合后返回第四换热器(E04)的第一冷源通道回收部分冷量，复温至-164.5℃后进入第二精馏塔的冷凝器(E06)为塔顶回流提供冷量，释放冷量后返回第一、二、三换热器的第一冷源通道进行冷量回收，复温后的低压气体(N5)接出至透平压缩机(C1)的入口完成一次制冷循环；
所述氮气作为整个系统的主要冷量载体，通过膨胀机膨胀制冷，并由压缩机增压完成闭式循环。
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