CN106268164A - 一种煤制液化天然气的耦合脱碳工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，包括如下步骤：(1)将经过甲烷化工序处理的SNG通入换热器中进行冷却；(2)将经过步骤(1)处理的SNG通入气液分离器中脱除其中的溶剂和水，脱除的溶剂和水通入粗煤气脱硫脱碳工序中进行循环利用；(3)将经过步骤(2)处理的SNG通入SNG洗涤塔中脱除CO2至CO2含量低于50mg/Nm3，所述经过步骤(2)处理的SNG由SNG洗涤塔的塔底通入，并与从SNG洗涤塔的塔顶通入的贫溶剂逆流接触，并由塔顶得到的净化的SNG。本发明所述的煤制液化天然气的耦合脱碳工艺对SNG的进行脱碳处理，仅需在粗煤气脱硫脱碳系统内耦合几台设备即可实现，省去了原工艺流程中专设的SNG脱碳装置，大大节省了一次性投资费用。

Description

一种煤制液化天然气的耦合脱碳工艺
技术领域
本发明属于天然气制备领域，尤其是涉及一种煤制液化天然气的耦合脱碳工艺。
背景技术
天然气是以甲烷为主要成分的气态化石燃料，燃烧后只生成水和CO2，排放清洁，不污染环境，是一种无色无味无毒、热值高、燃烧稳定、洁净环保的优质能源，广泛应用于工业生产和居民生活。由于我国是一个富煤、贫油、少气的国家，在过去的一次能源消费结构占比中，天然气仅占约5.8％，远低于全球平均水平24％。尽管如此，仍有部分天然气需要来自国外进口。2015年天然气进口量高达624亿立方米，对外依存度32.7％。随着近年来雾霾污染的加剧，对洁净的天然气燃料的需求量进一步加大。国务院印发的《能源发展战略行动计划(2014-2020)》明确提出，十三五末期，天然气在一次能源消费中比重将达到10％以上。在保证天然气对外依存度适中、能源安全得到保障的前提下，寻找非常规天然气或替代天然气资源迫在眉睫。
煤制天然气是以我国储量较为丰富的煤炭资源为原料，通过煤集中加压气化、变换、脱硫脱碳以及甲烷化等工序合成天然气(SNG)，如图1所示。这不仅契合我国富煤、少气的能源结构特点，有助于满足日益增长的天然气需求，降低我国对外依存度，保障我国能源安全，同时，生产过程中产生的硫化氢、有机硫等硫化物，也能通过硫回收工序通过副产硫磺或者硫酸的方式，加以回收，属于典型的煤炭资源清洁高效利用。被认为是比较符合我国能源结构和需求的工艺过程。继十二五期间几个大型煤制天然气项目建成后，2016年初，又有几个大型煤制天然气项目相继通过了环评审批。
考虑到天然气使用的季节性差异变化，现代的煤制天然气项目在制备SNG的同时，会选择全部或者部分联产可储存、短距离运输灵活的液化天然气(LNG)产品，以便于项目匹配管网系统的调峰，同时也丰富了产品种类，满足不同用户的需求。由SNG制备LNG时，需要经冷箱在-160℃左右条件下进行精馏处理。由于SNG产品中会含有微量的CO2(约为1mol％)，为防止CO2气进入冷箱中结冰，堵塞管道，在进入冷箱系统之前，通常需要设置专门的SNG脱碳工序，对合成的SNG进行深度的脱碳处理，将其中CO2浓度降至50mg/m3以下，如图2所示。该脱碳工序通常采用MDEA(N-甲基二乙醇)等胺法工艺，整个装置包括吸收、再生等系统，需要较大的一次性投资。同时所用的溶剂为特殊配方的MDEA溶液，且溶剂存在不稳定易变质，操作过程中易起泡，对设备腐蚀严重等问题，产生较高的操作费用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，通过创新性的提出一种耦合的脱碳工艺流程，省去了传统煤制LNG工艺中专门用于SNG脱碳的脱碳装置，节省投资和操作费用。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，包括如下步骤：
(1)将经过甲烷化工序处理的SNG通入换热器中进行冷却；
(2)将经过步骤(1)处理的SNG通入气液分离器中脱除其中的溶剂和水，脱除的溶剂和水通入粗煤气脱硫脱碳工序中进行循环利用；
(3)将经过步骤(2)处理的SNG通入SNG洗涤塔中脱除CO2至CO2含量低于50mg/Nm3，所述经过步骤(2)处理的SNG由SNG洗涤塔的塔底通入，并与从SNG洗涤塔的塔顶通入的贫溶剂逆流接触，并由塔顶得到的净化的SNG；
所述贫溶剂来自于粗煤气脱硫脱碳工序；
所述贫溶剂在SNG洗涤塔中吸收CO2后形成富溶剂，将得到的富溶剂通入粗煤气脱硫脱碳工序中进行再生后循环利用。
进一步的，所述步骤(1)中SNG在换热器中与冷媒或与步骤(3)得到的净化的SNG换热冷却。
进一步的，所述步骤(3)的贫溶剂经过增压泵增压后通入SNG洗涤塔的塔顶。
进一步的，所述步骤(1)中的经过甲烷化工序处理的SNG与贫溶剂混合后再通入换热器中进行换热冷却。
进一步的，所述粗煤气脱硫脱碳工序为低温甲醇洗脱硫脱碳工序或MDEA法脱硫脱碳工序。
进一步的，所述步骤(1)中甲烷化工序处理的SNG经过压缩后再通入换热器中进行换热冷却。
进一步的，所述溶剂为甲醇。
进一步的，所述换热器为绕管式换热器或管壳式换热器。
相对于现有技术，本发明所述的煤制液化天然气的耦合脱碳工艺具有以下优势：
(1)本发明所述的煤制液化天然气的耦合脱碳工艺对SNG的进行脱碳处理，仅需在粗煤气脱硫脱碳系统内耦合几台设备即可实现，省去了原工艺流程中专设的SNG脱碳装置，大大节省了一次性投资费用；
(2)本发明通过粗煤气脱硫脱碳工序与SNG脱碳系统地耦合，缩短了流程，减少了溶剂损失量；对于粗煤气脱硫脱碳工序采用低温甲醇洗工艺的煤制LNG项目中采用本发明后，在溶剂消耗方面减少的更为明显，可有效避免传统SNG脱碳装置采用的MDEA等特殊配方的溶剂以及伴生的溶剂价格昂贵、循环量大、对设备腐蚀等问题，节约了操作费用；
(3)采用本发明对于粗煤气脱硫脱碳工序采用低温甲醇洗工艺的煤制LNG，低温甲醇对CO2溶解度较大，通过调节吸收甲醇的使用量，可便利地控制SNG中CO2浓度，保证下游液化装置的稳定。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中的煤制天然气的流程示意图；
图2为现有技术中的煤制LNG的流程示意图；
图3为本发明耦合脱碳工艺的煤制LNG的流程示意图；
图4为本发明的实施例所述的一种耦合脱碳工艺的示意图；
图5为本发明的实施例所述的另一种耦合脱碳工艺示意图。
附图标记说明：
1-换热器；2-气液分离器；3-SNG洗涤塔；4-增压泵。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明所述的一种煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，具体工艺流程如图3所示，包括如下步骤：
(1)将来自甲烷化工序的SNG通入换热器1，进行冷却。在该换热器1内，该SNG既可以与完成脱碳后净化的SNG换热冷却，也可以与换热器1内的冷媒换热冷却。若脱硫脱碳工序采用低温工艺，如低温甲醇洗脱硫脱碳工序，由于此时SNG内含有饱和的水蒸气，极易在管道和换热器内结冰影响工艺的进行，此时则需要喷入贫溶剂来降低SNG的冰点，分别如图4和图5所示。经换热器1回收冷量直接送往下游液化工序，制备LNG。
(2)冷却后的SNG进入气液分离器2，脱除SNG中的溶剂和水，脱除的溶剂和水通入粗煤气脱硫脱碳工序中进行循环利用。
(3)将经过步骤(2)处理的SNG由底部进入SNG洗涤塔3，由下往上流动，来自脱硫脱碳系统的贫溶剂经增压泵4加压后或直接由SNG洗涤塔3塔顶进入塔内，由上往下喷淋。在SNG洗涤塔3内，SNG与贫溶剂逆流接触，SNG中的CO2被贫溶剂吸收，由塔顶得到的CO2浓度小于50mg/m3的净化的SNG。
上述工艺中，粗煤气脱硫脱碳工序可以是低温甲醇洗脱硫脱碳工序，也可以是MDEA法脱硫脱碳工序等常用脱硫脱碳工序。
上述工艺中，进入粗煤气脱硫脱碳工序的SNG可以直接来自甲烷化装置，也可是经压缩后的。经压缩后，压力稍高于脱硫脱碳系统操作压力，更利于系统的耦合。
上述工艺中，由于CO2在贫溶剂中的溶解度较大，通过简单调节塔顶贫溶剂的量，即可以便利的控制SNG中的CO2浓度，保证了下游液化装置的稳定运行。
上述工艺中，由于SNG中的CO2含量很低，洗涤SNG后的富溶剂，吸收能力仍较强，可作为半贫液，进入粗煤气脱硫脱碳系统的脱碳段，用于洗涤粗煤气。同时，该富溶液中可能溶解的甲烷，经粗煤气气提后，又解析进入合成气系统，避免了甲烷的浪费。
上述工艺中，换热器1可以采用绕管式换热器，也可用常规的管壳式换热器。
实施例
本实施例的煤制天然气联产4亿Nm3/年的LNG，甲烷化规模为19.4亿Nm3/年，SNG产品为15.4亿Nm3/年。
本实施例的工艺流程图如图3所示，粗煤气脱硫脱碳工序采用低温甲醇洗工序，其他工序均采用常规操作，经甲烷化工序的SNG依次通入换热器1、气液分离器2、SNG洗涤塔3进行脱碳处理得到净化的SNG，净化的SNG经过液化得到LNG。
本实施例中所用的换热器为绕管式换热器，SNG洗涤塔的型号为ID1600，材质为09MnNiDR，气液分离器ID1000，材质为09MnNiDR，贫甲醇增压泵为H为150m，流量为136.1m3/h。上述设备基于原系统需增加的投资费用约为215万元。
本实施例中SNG脱碳处理的气量如见表1：
表1本实施例中SNG脱碳处理的气量
本实施例中原料的消耗量见表2：
表2本实施例原料的消耗量
名称 单位 消耗量
甲醇消耗 kg/hr 75
循环冷却水(30-40℃) t/hr 1447
0.5MPa(G)蒸汽 t/hr 29.8
1.1MPa(G)蒸汽 t/hr 15.1
轴功率 kW 4435
对比例
本对比例采用的是图2所示的工艺流程图，即用低温甲醇洗工序对粗煤气进行脱硫脱碳，用MDEA法脱碳工序对SNG的脱碳，两工序所要处理的气量见表3：
表3低温甲醇洗工序和MDEA法脱碳工序的气量
本对比例中原料的消耗量见表4：
表4低温甲醇洗工序和MDEA法脱碳工序中原料的消耗量
本对比例中MDEA法脱碳工序所需的设备的一次性投资费用为1100万元。
实施例与对比例的投资费用和原料消耗量的对比见下表
由上表可以看出，采用本发明的工艺，一次性投资费用可节省约885万元。同时，若循环水取0.25元/t，电取0.45元/kwh，MDEA溶液取30000元/m3，0.5MPaG蒸汽取110元/t，1.1MPaG蒸汽取120元/t，年原料的费用可节省约350万元。由此可见，采用本发明的工艺整体经济效益比较明显。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤：
(1)将经过甲烷化工序处理的SNG通入换热器中进行冷却；
(2)将经过步骤(1)处理的SNG通入气液分离器中脱除其中的溶剂和水，脱除的溶剂和水通入粗煤气脱硫脱碳工序中进行循环利用；
(3)将经过步骤(2)处理的SNG通入SNG洗涤塔中脱除CO2至CO2含量低于50mg/Nm3，所述经过步骤(2)处理的SNG由SNG洗涤塔的塔底通入，并与从SNG洗涤塔的塔顶通入的贫溶剂逆流接触，并由塔顶得到的净化的SNG；
所述贫溶剂来自于粗煤气脱硫脱碳工序；
所述贫溶剂在SNG洗涤塔中吸收CO2后形成富溶剂，将得到的富溶剂通入粗煤气脱硫脱碳工序中进行再生后循环利用。
2.根据权利要求1所述的煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，其特征在于：所述步骤(1)中SNG在换热器中与冷媒或与步骤(3)得到的净化的SNG换热冷却。
3.根据权利要求1所述的煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，其特征在于：所述步骤(3)的贫溶剂经过增压泵增压后通入SNG洗涤塔的塔顶。
4.根据权利要求1所述的煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，其特征在于：所述步骤(1)中的经过甲烷化工序处理的SNG与贫溶剂混合后再通入换热器中进行换热冷却。
5.根据权利要求2或3所述的煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，其特征在于：所述粗煤气脱硫脱碳工序为低温甲醇洗脱硫脱碳工序或MDEA法脱硫脱碳工序。
6.根据权利要求1所述的煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，其特征在于：所述步骤(1)中甲烷化工序处理的SNG经过压缩后再通入换热器中进行换热冷却。
7.根据权利要求1所述的煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，其特征在于：所述溶剂为甲醇。
8.根据权利要求6所述的煤制液化天然气的耦合脱碳工艺，其特征在于：所述换热器为绕管式换热器或管壳式换热器。
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