CN108800754B - 甲醇制烯烃甲烷尾气制取lng的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置和方法，包括一级换热器、二级换热器、进料管气液分离器和精馏塔，所述甲醇制烯烃甲烷尾气通过进料管经一级换热器冷却后送入到气液分离器内进行气液分离，气液分离器分离得到的C2及C2+液体从气液分离器的底部输出，气液分离器分离后得到的气体经二级换热器送入到精馏塔进行精馏，精馏得到的LNG产品从精馏的底部输出，精馏剩余的气体精馏的顶部输出。利用低温分离将甲醇制烯烃甲烷尾气中的甲烷和C2及C2+分别提取出来，并得到液化的LNG产品，实现甲烷尾气有效利用。减少了原料的消耗，降低了操作成本；经过该工艺回收了尾气中的有效成分，增加了装置收益，具有较好的经济效益。

Description

甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置和方法
技术领域
本发明涉及煤化工行业的甲醇制烯烃领域，特别涉及一种甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置和方法。
背景技术
目前我国已经建成投产的甲醇制烯烃装置超过20套，在建项目也有11套，基于甲醇制烯烃产品气碳一含量低的特点，以及投资和运行成本的要求，所有已投入运行的和在建的甲醇制烯烃项目都只采用丙烯制冷工艺，而不采用丙烯加乙烯的复叠制冷或混合制冷工艺，由于冷剂的限制，甲醇制烯烃产品气分离工艺温度都在-40℃以上，这样碳一与碳二很难有效分离，为了避免乙烯损失，都采用过冷的价值相对较低液体碳三、碳四洗涤吸收，然而，由于碳一尾气中含有大量氢气和一部分氮气，势必降低液相物料的分压，因此在甲烷尾气中还含有气相碳二、碳三或碳四，这些物料最终都与甲烷尾气一起作为燃料气被烧掉，一个典型的甲醇制烯烃装置每年从碳一尾气损失的乙烯、丙烯及洗涤吸收物料价值在3000万元以上。对于大多数甲醇制烯烃最终来说，这股甲烷尾气是没有必要作燃料气，只是因为没有更好的用途才被迫作为燃料气来用或以极其便宜的价格送给其它企业，甚至有的企业直接将这股甲烷尾气放火炬白白烧掉。
脱甲烷塔顶放空尾气中含有大量的甲烷，通过低温分离将甲烷尾气中的甲烷液化制成液化天然气(LNG)，可以作为产品外卖，大大提高了产品的附加值。同时，MTO生产过程中会产生部分纯乙烷气体，目前主要是作为燃料气烧掉，降低了副产品的价值。由于甲烷尾气制取的LNG主要组分为甲烷，C2以上组分很少，在保证LNG产品质量的前提下，可以将该部分纯乙烷添加到LNG当中，如此可以提高LNG产品的热值，同时增加了LNG的产能，经济效益客观。另外，我国天然气资源比较匮乏，近年国家出台了很多重要文件，努力将天然气培育成为主体能源。随着社会经济的绿色发展与环境治理的不断加强，我国进口LNG业务仍具有较为广阔的发展空间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置和方法，可以实现资源的高效充分利用，减少对环境的污染，减少企业原料消耗，具有重大的经济利益和现实意义。
根据本发明的一个方面，提供了一种甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置，包括一级换热器、二级换热器、进料管气液分离器和精馏塔，所述气液分离器设有第一进料端、第一出气端和第一出液端，所述精馏塔设有第二进料端、第二出气端和第二出液端，所述进料管贯通一级换热器并与第一进料端连接，所述甲醇制烯烃甲烷尾气经一级换热器冷却后送入到气液分离器内进行气液分离，气液分离器分离得到的液体从第一出液端输出，所述第一出气端与第二进料端通过管线连接，气液分离器分离后得到的气体从第一出气端输出并经二级换热器送入到精馏塔进行精馏，精馏得到的LNG产品从第二出液端输出，精馏剩余的气体从第二出气端输出。
在一些实施方式中，甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置还包括塔顶冷凝器，所述塔顶冷凝器设有精馏气进口、精馏气出口、回流出口、液氮进口和氮气出口，所述精馏气进口与第二出气端连接，所述精馏塔上部设有回流进口，所述回流出口与回流进口连接，所述液氮进口和氮气出口在塔顶冷凝器内以封闭管路连接。
在一些实施方式中，甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置还包括冷却系统管线，所述冷却系统管线包括液氮输入管线、第一冷凝管线和第二冷凝管线，所述精馏塔底部设有再沸器，所述第一冷凝管线的一端与塔顶冷凝器的氮气出口连接，所述第一冷凝管线的另一端绕经二级换热器后与再沸器的进料端连接，所述第二冷凝管线的一端与再沸器的出料端连接，所述第二冷凝管线的另一端依次贯穿二级换热器和一级换热器。
在一些实施方式中，甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置还包括透平机和尾气输出管线，所述透平机的进料端与塔顶冷凝器的精馏气出口连接，所述尾气输出管线的一端与透平机的出料端连接，所述尾气输出管线的另一端依次贯通二级换热器和一级换热器。
在一些实施方式中，甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置还包括LNG产品输出管线和第一控制阀，所述LNG产品输出管线与第二出液端连接，所述第一控制阀安装于LNG产品输出管线。
在一些实施方式中，甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置还包括轻烃输出管线和第二控制阀，所述轻烃输出管线与气液分离器的第一出液端连接，所述第二控制阀安装于轻烃输出管线。
根据本发明的另一个方面，提供了一种甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、甲醇制烯烃甲烷尾气经一级换热器冷却至-70～-65℃；
S2、将经过步骤S1的甲烷尾气送入气液分离器，尾气中的C2及C2+被冷凝，流向分离器底部并输出，经过轻烃泵送至脱甲烷塔塔前进料罐，轻组分从顶部出口排出；
S3、将经过步骤S2气液分离器顶部的分离尾气送至二级换热器冷却至-165～-155℃，形成气液两相送入精馏塔，尾气中的甲烷冷凝成LNG流向塔底，氮氢气流向塔顶；
S4、将经过步骤S3分离得到的氮氢气进入透平膨胀机膨胀，降压降温后进入换热器提供冷量，并通过换热器复温后可作为变压吸附单元作为再生气。
在一些实施方式中，甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的方法还包括如下步骤：
S5、液氮从塔顶冷凝器的液氮进口输入塔顶冷凝器，将精馏塔塔顶输出尾气中的少量甲烷进一步冷却成LNG并回流到精馏塔，液氮气化为气态氮气，氮气再经过二级换热器复温至-70～-65℃后再进入精馏塔底部的再沸器，提供再沸需要的热量，冷却后的氮气再次经过二级换热器和一级换热器换热复温后送出。
在一些实施方式中，步骤S2中冷凝下来的C2及C2+液体经过泵加压，返回换热器复温后，返回脱甲烷塔塔前进料罐回收物料。
本发明的有益效果是：利用低温分离将甲醇制烯烃甲烷尾气中的甲烷和C2及C2+分别提取出来，并得到液化的LNG产品，实现甲烷尾气有效利用。减少了原料的消耗，降低了操作成本；经过该工艺回收了尾气中的有效成分，增加了装置收益，具有较好的经济效益。
附图说明
图1为本发明一实施方式的甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置的系统结构图；
图2为图1所示甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置的精馏塔和塔顶冷凝器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明作进一步详细的说明。
实施例1
图1和图2示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置。
如图1和图2所示，一种甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置，包括一级换热器1、二级换热器2、进料管3、气液分离器5、精馏塔6、塔顶冷凝器7、透平机8、冷却系统管线、尾气输出管线4、LNG产品输出管线11、第一控制阀12、轻烃输出管线13和第二控制阀14。一级换热器1和二级换热器2均设置在冷箱内。
气液分离器5设有第一进料端51、第一出气端52和第一出液端53，第一进料端51设置于气液分离器5的中段，第一出气端52和第一出液端53分别设置于气液分离器5的顶部和底部。精馏塔6设有第二进料端61、第二出气端62和第二出液端63。第二进料端61设置于精馏塔6的中段，第二出气端62和第二出液端63分别设置于精馏塔6的顶部和底部。进料管3贯通一级换热器1，进料管3的出口与第一进料端51连接。甲醇制烯烃甲烷尾气从进料管3输入，经一级换热器1冷却后送入与气液分离器5内进行气液分离，气液分离器5分离得到的液体从第一出液端53输出，第一出气端52与第二进料端61通过管线连接，气液分离器5分离后得到的气体从第一出气端52输出并经二级换热器2送入到精馏塔6进行精馏，精馏得到的LNG产品从第二出液端63输出，精馏剩余的气体从第二出气端62输出。
塔顶冷凝器7设有精馏气进口71、精馏气出口72、回流出口73、液氮进口74和氮气出口75。塔顶冷凝器7的精馏气进口71与精馏塔6的第二出气端62连接，精馏塔6塔顶输出的尾气送入到塔顶冷凝器7进行冷凝。精馏塔6的上部设有回流进口64，回流出口73与回流进口64通过管线连接，塔顶冷凝器7冷凝出的少量LNG可回流到精馏塔6。液氮进口74和氮气出口75在塔顶冷凝器7内以封闭管路连接。
冷却系统管线包括液氮输入管线91、第一冷凝管线92和第二冷凝管线93，精馏塔6底部设有再沸器65。第一冷凝管线92的一端与塔顶冷凝器7的氮气出口75连接，第一冷凝管线92的另一端绕经二级换热器2后与再沸器65的进料端连接。第二冷凝管线93的一端与再沸器65的出料端连接，第二冷凝管线93的另一端依次贯穿二级换热器2和一级换热器1。液氮通过液氮输入管线91进入到塔顶冷凝器7对精馏塔6精馏后得到的尾气进行冷凝。
透平机8的进料端与塔顶冷凝器7的精馏气出口72连接，尾气输出管线4的一端与透平机8的出料端连接，尾气输出管线4的另一端依次贯通二级换热器2和一级换热器1。透平机8将塔顶冷凝器7输出的尾气进行透平膨胀，降压降温后进入换热器提供冷量。尾气输出管线4可将尾气送入再生系统。
LNG产品输出管线11与第二出液端63连接，第一控制阀12安装于LNG产品输出管线11以对LNG产品输出管线11的出液量和出液时间进行控制。LNG产品输出管线11将精馏塔6塔底分离得到的LNG产品送低温储罐。
轻烃输出管线13与气液分离器5的第一出液端53连接，第二控制阀14安装于轻烃输出管线13。轻烃输出管线13将气液分离器5底端分离出的C2及C2+液体送出。经过泵加压，返回换热器复温后，返回脱甲烷塔塔前进料罐回收物料。
实施例2
一种甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的方法，包括如下步骤：
S1、甲醇制烯烃甲烷尾气以进料管3输入并经一级换热器1冷却至-70～-65℃；
甲醇制烯烃甲烷尾气中甲烷体积分数为30～54％，氮气体积分数为3～20％，氢气体积分数为20～40％，一氧化碳体积分数为1.2～3.2％，其余的为少量的C2、C3、C4。
S2、将经过步骤S1的甲烷尾气送入气液分离器5进行气液分离，尾气中的C2及C2+被冷凝，流向分离器底部并从第一出液端53输出到轻烃输出管线13，再由轻烃泵送至脱甲烷塔塔前进料罐进行回收。轻组分从顶部的第一出气端52排出。
S3、将经过步骤S2气液分离器5顶部的分离尾气送至二级换热器2冷却至-165～-155℃，形成气液两相送入精馏塔进行精馏。尾气中的甲烷冷凝成LNG流向精馏塔的塔底，氮氢气流向塔顶。
S4、将经过步骤S3分离得到的氮氢气进入透平膨胀机膨胀，降压降温后进入换热器提供冷量，并通过换热器复温后可作为变压吸附单元作为再生气。
S5、液氮从塔顶冷凝器7的液氮进口74输入塔顶冷凝器7，将精馏塔6塔顶输出尾气中的少量甲烷进一步冷却成LNG并回流到精馏塔6。液氮气化为气态氮气，氮气再经过二级换热器复温至-70～-65℃后再进入精馏塔6底部的再沸器65，提供再沸需要的热量。冷却后的氮气再次经过二级换热器2和一级换热器1换热复温后送出。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置，其特征在于:包括一级换热器(1)、二级换热器(2)、进料管(3)、气液分离器(5)和精馏塔(6)，所述气液分离器(5)设有第一进料端(51)、第一出气端(52)和第一出液端(53)，所述精馏塔(6)设有第二进料端(61)、第二出气端(62)和第二出液端(63)，所述进料管(3)贯通一级换热器(1)并与第一进料端(51)连接，所述甲醇制烯烃甲烷尾气经一级换热器(1)冷却后送入到气液分离器(5)内进行气液分离，气液分离器(5)分离得到的液体从第一出液端(53)输出，所述第一出气端(52)与第二进料端(61)通过管线连接，气液分离器(5)分离后得到的气体从第一出气端(52)输出并经二级换热器(2)送入到精馏塔(6)进行精馏，精馏得到的LNG产品从第二出液端(63)输出，精馏剩余的气体从第二出气端(62)输出。
2.根据权利要求1所述的甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置，其特征在于:还包括塔顶冷凝器(7)，所述塔顶冷凝器(7)设有精馏气进口(71)、精馏气出口(72)、回流出口(73)、液氮进口(74)和氮气出口(75)，所述精馏气进口(71)与第二出气端(62)连接，所述精馏塔(6)上部设有回流进口(64)，所述回流出口(73)与回流进口(64)连接，所述液氮进口(74)和氮气出口(75)在塔顶冷凝器(7)内以封闭管路连接。
3.根据权利要求2所述的甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置，其特征在于:还包括冷却系统管线，所述冷却系统管线包括液氮输入管线(91)、第一冷凝管线(92)和第二冷凝管线(93)，所述精馏塔(6)底部设有再沸器(65)，所述第一冷凝管线(92)的一端与塔顶冷凝器(7)的氮气出口(75)连接，所述第一冷凝管线(92)的另一端绕经二级换热器(2)后与再沸器(65)的进料端连接，所述第二冷凝管线(93)的一端与再沸器(65)的出料端连接，所述第二冷凝管线(93)的另一端依次贯穿二级换热器(2)和一级换热器(1)。
4.根据权利要求3所述的甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置，其特征在于:还包括透平机(8)和尾气输出管线(4)，所述透平机(8)的进料端与塔顶冷凝器(7)的精馏气出口(72)连接，所述尾气输出管线(4)的一端与透平机(8)的出料端连接，所述尾气输出管线(4)的另一端依次贯通二级换热器(2)和一级换热器(1)。
5.根据权利要求1～4任一项所述的甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置，其特征在于:还包括LNG产品输出管线(11)和第一控制阀(12)，所述LNG产品输出管线(11)与第二出液端(63)连接，所述第一控制阀(12)安装于LNG产品输出管线(11)。
6.根据权利要求1～4任一项所述的甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的装置，其特征在于:还包括轻烃输出管线(13)和第二控制阀(14)，所述轻烃输出管线(13)与气液分离器(5)的第一出液端(53)连接，所述第二控制阀(14)安装于轻烃输出管线(13)。
7.一种甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、甲醇制烯烃甲烷尾气经一级换热器(1)冷却至-70～-65℃；
S2、将经过步骤S1的甲烷尾气送入气液分离器(5)，尾气中的C2及C2+被冷凝，流向分离器底部并输出，经过轻烃泵送至脱甲烷塔塔前进料罐，轻组分从顶部出口排出；
S3、将经过步骤S2气液分离器(5)顶部的分离尾气送至二级换热器(2)冷却至-165～-155℃，形成气液两相送入精馏塔，尾气中的甲烷冷凝成LNG流向塔底，氮氢气流向塔顶；
S4、将经过步骤S3分离得到的氮氢气进入透平膨胀机膨胀，降压降温后进入换热器提供冷量，并通过换热器复温后可作为变压吸附单元作为再生气。
8.根据权利要求7所述的甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S5、液氮从塔顶冷凝器(7)的液氮进口(74)输入塔顶冷凝器(7)，将精馏塔(6)塔顶输出尾气中的少量甲烷进一步冷却成LNG并回流到精馏塔(6)，液氮气化为气态氮气，氮气再经过二级换热器复温至-70～-65℃后再进入精馏塔(6)底部的再沸器(65)，提供再沸需要的热量，冷却后的氮气再次经过二级换热器(2)和一级换热器(1)换热复温后送出。
9.根据权利要求7或8所述的甲醇制烯烃甲烷尾气制取LNG的方法，其特征在于，步骤S2中冷凝下来的C2及C2+液体经过泵加压，返回换热器复温后，返回脱甲烷塔塔前进料罐回收物料。
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