CN116987536B - 一种甲烷塔除氩工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种甲烷塔除氩工艺，包括以下步骤：除轻组分作业，其中，除轻组分作业时，精馏塔工作压力为P，0.4≤P＜0.6Mpa，或者0.6≤P≤0.8MPa；所述0.4≤P＜0.6Mpa时，控制液氮冷源平衡压力为1.4‑2.3Mpa，液氩气化，进行除氩；所述0.6≤P≤0.8Mpa时，控制液氮冷源平衡压力为1.8‑2.3Mpa，液氩气化，进行除氩。本申请除氩工艺中液氩去除效果好、工艺简单，且经除氩工艺后制备的原料为后续制备高纯或超纯甲烷产品提高了生产效率并降低了生产成本。
Description
技术领域
本申请涉及气体提纯技术领域，尤其是涉及一种甲烷塔除氩工艺。
背景技术
液化天然气(LNG)，主要成分是甲烷，为无色、无味、无毒且无腐蚀性的化石能源。因此制备高纯、超纯甲烷产品时，通常以LNG为原料，由于LNG原料中含有轻组分(氧气、氩气、氮气等)和重组分(乙烷、二氧化碳等)，在制备时一般先将轻组分进行排放，重组分及甲烷留在塔里，后再将重组分与甲烷分离，进行制备甲烷产品。
近年来由于能源紧张，液化天然气(LNG)原料中氩含量严重超标，而目前使用的液氮冷源温度为-175～-188℃，氩气冷凝液化，精馏塔上部过冷工况从而降低了精馏效果，使得氩组分不能被很好清除，因此导致了制备高纯(5N)、超纯甲烷(6N)产品生产困难，只能生产3N、4N甲烷产品。使用精馏提纯法生产甲烷的企业只得去寻找氩含量低的LNG原料，这给生产交付和质量控制带来很大困难，也大大降低了生产效率并增加了高纯产品的生产成本。
因此急需提供一种简单高效、氩去除效果好的LNG原料中去除氩的工艺。
发明内容
为了解决上述至少一种技术问题，开发一种简单高效、氩去除效果好的LNG原料中去除氩的工艺，本申请提供一种甲烷塔除氩工艺。
一方面，本申请提供的一种甲烷塔除氩工艺，包括以下步骤：除轻组分作业，其中，除轻组分作业时，精馏塔工作压力为P，0.4≤P＜0.6Mpa，或者0.6≤P≤0.8MPa；所述0.4≤P＜0.6Mpa时，控制液氮冷源平衡压力为1.4-2.3Mpa，液氩气化，进行除氩；所述0.6≤P≤0.8Mpa时，控制液氮冷源平衡压力为1.8-2.3Mpa，液氩气化，进行除氩。
通过采用上述技术方案，本申请控制精馏塔工作压力与液氮冷源平衡压力相适配，此压力范围内，甲烷为液态，LNG原料中的液氩气化成氩气进而与甲烷分离，液氩去除效果好、工艺简单；避免了压力过低，进而氩气冷凝液化残留在原料中，或压力过高，导致甲烷收率降低，除氩工艺后制备的原料为后续制备高纯或超纯甲烷产品提高了生产效率并降低了生产成本。
可选的，所述精馏塔工作压力0.4≤P＜0.6Mpa时，液氮冷源平衡压力为PN1，1.4≤PN1＜1.6Mpa。
可选的，所述液氮冷源平衡压力为1.4≤PN1＜1.6Mpa时，液氮冷源温度为-163.9～-161.6℃。
可选的，所述精馏塔工作压力0.4≤P＜0.6Mpa时，液氮冷源平衡压力为PN2，1.6≤PN2≤2.3Mpa。
可选的，所述液氮冷源平衡压力为1.6≤PN2≤2.3Mpa时，液氮冷源温度为-161.6～-154.9℃。
通过采用上述技术方案，本申请控制液氮冷源平衡压力为1.4≤PN1＜1.6Mpa时，液氮冷源温度为-163.9～-161.6℃与液氩饱和温度较接近，液氩去除效果好，并不影响甲烷的冷凝效果；控制液氮冷源平衡压力为1.6≤PN2≤2.3Mpa时，液氮冷源温度为-161.6～-154.9℃与液氩饱和温度较远，液氩去除效果相较于液氮冷源平衡压力为1.4≤PN1＜1.6Mpa时更好，可制备纯度更高的产品；通过以上两种液氮冷源平衡压力的选择，可根据生产需要制备不同纯度的产品。
可选的，所述液氮冷源用中压液氮罐灌装，所述中压液氮罐体积为1m3，压力为2.6Mpa。
通过采用上述技术方案，本申请的液氮冷源可储存在中压液氮罐中，储存安全。
可选的，还包括以下步骤，精馏塔工作压力为0.4≤P＜0.6Mpa，控制液氮冷源平衡压力为1.4-2.3Mpa，液氮气化，进行除氮。
通过采用上述技术方案，精馏塔工作压力为0.4≤P＜0.6Mpa时，本申请还可进一步的高效去除轻组分中的液氮，在去除氩的同时去除氮，减少了单独去除液氮的操作步骤，降低了生产成本。
可选的，所述液氮冷源平衡压力为1.6-2.3Mpa，液氧气化，进行除氧。
通过采用上述技术方案，精馏塔工作压力为0.4≤P＜0.6Mpa，本申请还可进一步的高效去除轻组分中的液氧，在去除氩的同时去除氧，减少了单独去除液氧的操作步骤，降低了生产成本。
可选的，还包括以下步骤，精馏塔工作压力为0.6≤P≤0.8Mpa，控制液氮冷源平衡压力为1.8-2.3Mpa，液氮气化，进行除氮。
通过采用上述技术方案，精馏塔工作压力为0.6≤P≤0.8Mpa时，本申请还可进一步的高效去除轻组分中的液氮，在去除氩的同时去除氮，减少了单独去除液氮的操作步骤，降低了生产成本。
可选的，所述液氮冷源平衡压力为2.1-2.3Mpa，液氧气化，进行除氧。
通过采用上述技术方案，精馏塔工作压力为0.6≤P≤0.8Mpa时，本申请还可进一步的高效去除轻组分中的液氧，在去除氩的同时去除氧，减少了单独去除液氧的操作步骤，降低了生产成本。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请的除氩工艺中液氩去除效果好、工艺简单，LNG原料中的液氩气化成氩气进而与甲烷分离，经除氩工艺后制备的原料为后续制备高纯或超纯甲烷产品大大提高了生产效率并降低了生产成本；
2.本申请的除氩工艺精馏塔工作压力与液氮冷源平衡压力相适配，制备的产品，氩含量低，产品纯度高；
3.本申请可从实际产品需求出发，选取合适的液氮冷源平衡压力去除氩，进而制备甲烷产品；
4.本申请可根据需要选择合适范围的液氮冷源平衡压力，高效去除轻组分中的液氮或液氧，减少了单独去除液氮或液氧的操作步骤，降低了生产成本。
具体实施方式
名词解释：
轻组分：为氩、氧、氮。
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请设计了一种甲烷塔除氩工艺，包括以下步骤：除轻组分作业，其中，除轻组分作业时，精馏塔工作压力为P，0.4≤P＜0.6Mpa，或者0.6≤P≤0.8MPa；所述0.4≤P＜0.6Mpa时，控制液氮冷源平衡压力为1.4-2.3Mpa，液氩气化，进行除氩；所述0.6≤P≤0.8Mpa时，控制液氮冷源平衡压力为1.8-2.3Mpa，液氩气化，进行除氩。
可选的，所述精馏塔工作压力0.4≤P＜0.6Mpa时，液氮冷源平衡压力为PN1，1.4≤PN1＜1.6Mpa。
可选的，所述精馏塔工作压力0.4≤P＜0.6Mpa时，液氮冷源平衡压力为PN2，1.6≤PN2≤2.3Mpa。
可选的，还包括以下步骤，精馏塔工作压力为0.4≤P＜0.6Mpa，控制液氮冷源平衡压力为1.4-2.3Mpa，液氮气化，进行除氮。
可选的，所述液氮冷源平衡压力为1.6-2.3Mpa，液氧气化，进行除氧。
可选的，还包括以下步骤，精馏塔工作压力为0.6≤P≤0.8Mpa，控制液氮冷源平衡压力为1.8-2.3Mpa，液氮气化，进行除氮。
可选的，所述液氮冷源平衡压力为2.1-2.3Mpa，液氧气化，进行除氧。
目前，液化天然气提纯甲烷工艺中，由于能源紧张，液化天然气原料中氩含量严重超标，而目前使用的液氮冷源温度为-175～-188℃，氩气冷凝液化，精馏塔上部过冷工况从而降低了精馏效果，使得氩组分不能被很好清除，因此导致了制备高纯、超纯甲烷产品生产困难。使用精馏提纯法生产甲烷的企业只得去循环氩含量低的LNG原料，给生产交付和质量控制带来很大困难，也大大降低了生产效率并增加了高纯产品的生产成本。
针对以上问题，本申请的发明人设计了除氩工艺，精馏塔工作压力与液氮冷源平衡压力相适配，制备的产品，氩含量低，产品纯度高，在此压力范围内，甲烷为液态，LNG原料中的液氩气化成氩气进而与甲烷分离，液氩去除效果好、工艺简单且本申请经除氩工艺后制备的原料为后续制备高纯或超纯甲烷产品大大提高了生产效率并降低了生产成本。
其次，本申请可从实际产品需求出发，选取合适的液氮冷源平衡压力去除氩，进而制备甲烷产品；当控制液氮冷源平衡压力为1.4≤PN1＜1.6Mpa时，液氮冷源温度与液氩饱和温度较接近，液氩去除效果好；当控制液氮冷源平衡压力为1.6≤PN2≤2.3Mpa时，液氮冷源温度与液氩饱和温度较远，液氩去除效果相较于液氮冷源平衡压力为1.4≤PN1＜1.6Mpa时更好，可制备纯度更高的产品；通过以上两种液氮冷源平衡压力的选择，可根据生产需要制备不同纯度的产品。
最后，本申请可根据需要选择合适范围的液氮冷源平衡压力，高效去除轻组分中的液氮或液氧，减少了单独去除液氮或液氧的操作步骤，降低了生产成本。
原料、设备、检测项目及检测方法：
LNG原料：包括以下重量份组分，氧200ppm，氩500ppm，氮400ppm，乙烷5％，余量为甲烷；
中压液氮罐：广东联升深冷科技有限公司；
根据《GB/T纯甲烷和高纯甲烷》标准，检测产品中氩、氮及氧的含量。
具体实施例
实施例1-6
一种甲烷塔除氩工艺，包括以下步骤：除轻组分作业，其中，除轻组分作业时，精馏塔工作压力为P，控制液氮冷源平衡压力，液氩气化，进行除氩；液氮冷源储存在中压液氮罐中，安放适中位置，与精馏塔液氮系统相连，其中，中压液氮罐体积为1m3，压力为2.6Mpa。
实施例1-6精馏塔的工作压力及液氮冷源的平衡压力具体值见表1。
表1实施例1-6精馏塔的工作压力及液氮冷源的平衡压力具体值
实施例7-12
一种甲烷塔除氩工艺，包括以下步骤：除轻组分作业，其中，除轻组分作业时，精馏塔工作压力为P，控制液氮冷源平衡压力，液氩气化，进行除氩；液氮冷源储存在中压液氮罐中，安放适中位置，与精馏塔液氮系统相连，其中，中压液氮罐体积为1m3，压力为2.6Mpa。
表2实施例7-12精馏塔的工作压力及液氮冷源的平衡压力具体值
对比例1
以实施例8为基础，除液氮冷源平衡压力为1.3Mpa，其余原料及制备方法皆与实施例8一致。
对比例2
以实施例8为基础，除液氮冷源平衡压力为2.4Mpa，其余原料及制备方法皆与实施例8一致。
检测实施例1-12及对比例1-2经轻组分作业后，制备的LNG原料氩的含量和甲烷收率，测量结果见表3。
表3实施例1-12经轻组分作业后，制备的LNG原料氩的含量及甲烷收率
由实施例1-12及表3可知，本申请的甲烷塔除氩工艺，精馏塔工作压力与液氮冷源平衡压力相适配，除氩效果好，工艺简单，且甲烷收率高，为98.5-99.6％；精馏塔工作压力为0.4≤P＜0.6Mpa时，控制液氮冷源平衡压力为1.4-2.3Mpa，制备的产品中氩含量≤2ppm；精馏塔工作压力为0.6≤P≤0.8Mpa时，控制液氮冷源平衡压力为1.8-2.3Mpa，制备的产品中氩含量≤4ppm。
由对比例1-2、实施例8及表3可知，液氮冷源平衡压力偏低时，氩含量偏高，除氩效果不好；液氮冷源平衡压力偏高时，虽除氩效果好，但甲烷收率偏低，造成甲烷浪费。
实施例13-44
实施例13-44液氮冷源在不同的平衡压力下，液氮的温度具体值见表4。
表4液氮冷源不同的平衡压力下，液氮的温度具体值
实施例13-44精馏塔的工作压力和液氮冷源平衡压力见表5。
表5实施例13-44精馏塔工作压力和液氮冷源压力具体值
表5中的实施例13-44所选用的精馏塔的工作压力均在0.4≤P＜0.6Mpa范围内，实施例13-16、实施例21-24、实施例29-32及实施例37-40的液氮冷源平衡压力均在1.4≤PN1＜1.6Mpa范围内，实施例17-20、实施例25-28、实施例33-36及实施例41-44的液氮冷源平衡压力均在1.6≤PN2≤2.3Mpa范围内。
检测实施例13-44经轻组分作业后，制备的产品中氩的含量，测量结果见表6。
表6实施例13-44制备的产品中氩的含量
由实施例13-44及表6可知，本申请精馏塔工作压力0.4≤P＜0.6Mpa时，控制液氮平衡压力为1.6≤PN2≤2.3Mpa，除氩效果优于液氮冷源平衡压力为1.4≤PN1＜1.6Mpa；由实施例13-20、实施例21-28、实施例29-36、实施例37-44可知，保持精馏塔工作压力不变，液氮平衡压力为1.6≤PN2≤2.3Mpa，除氩效果优于液氮冷源平衡压力为1.4≤PN1＜1.6Mpa；
由实施例13、21、29、37，实施例16、24、32、40，实施例18、26、34、42及实施例20、28、36、44等，保持液氮平衡压力不变，随着精馏塔工作压力的减小，除氩效果逐渐优异。因此根据生产实际需要制备不同液氩含量的产品，即不同纯度的甲烷产品。
实施例45-53
实施例45-53精馏塔的工作压力和液氮冷源平衡压力见表7。
表7实施例24-32具体液氮冷源平衡压力值
表7中的实施例45-48的精馏塔工作压力均在0.4≤P＜0.6Mpa范围内，液氮冷源平衡压力均在1.4-2.3Mpa范围内；实施例49-53精馏塔工作压力均在0.6≤P≤0.8Mpa范围内，液氮冷源平衡压力均在1.8-2.3Mpa范围内。
检测实施例45-53经轻组分作业后，制备的产品中液氮的含量，测量结果见表8。
表8实施例45-53制备的产品中液氮的含量
由实施例45-53及表8可知，精馏塔工作压力为0.4≤P＜0.6Mpa，控制液氮冷源平衡压力为1.4-2.3Mpa，或精馏塔工作压力为0.6≤P≤0.8Mpa，控制液氮冷源平衡压力为1.8-2.3Mpa，除氮效果优异，氮含量≤0.5ppm，因此在本申请除氩的同时可进行除氮工艺，节约了专门除氮工艺的生产成本。
实施例54-62
实施例54-62精馏塔的工作压力和液氮冷源平衡压力见表9。
表9实施例54-62精馏塔的工作压力和液氮冷源平衡压力
表9中的实施例54-57的精馏塔工作压力均在0.4≤P＜0.6Mpa范围内，液氮冷源平衡压力均在1.6-2.3Mpa范围内；实施例58-62精馏塔工作压力均在0.6≤P≤0.8Mpa范围内，液氮冷源平衡压力均在2.1-2.3Mpa范围内
检测实施例54-62经轻组分作业后，制备的产品中液氧的含量，测量结果见表10。
表10实施例54-62制备的产品中液氧的含量
由实施例54-62及表10可知，精馏塔工作压力为0.4≤P＜0.6Mpa，液氮冷源平衡压力为1.6-2.3Mpa，或精馏塔工作压力为0.6≤P≤0.8Mpa，液氮冷源平衡压力为2.1-2.3Mpa，除氧效果好，氧含量≤4ppm，因此在本申请除氩的同时可进行除氮工艺，节约了专门除氧工艺的生产成本。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种甲烷塔除氩工艺，其特征在于，包括以下步骤：除轻组分作业，其中，除轻组分作业时，精馏塔工作压力为P，0.4≤P＜0.6Mpa，或者0.6≤P≤0.8MPa；所述精馏塔工作压力为0.4≤P＜0.6Mpa时，控制液氮冷源平衡压力为1.4-2.3Mpa，液氩气化，进行除氩；所述精馏塔工作压力为0.6≤P≤0.8Mpa时，控制液氮冷源平衡压力为1.8-2.3Mpa，液氩气化，进行除氩。
2.根据权利要求1所述一种甲烷塔除氩工艺，其特征在于，所述精馏塔工作压力为0.4≤P＜0.6Mpa时，液氮冷源平衡压力为PN1，1.4≤PN1＜1.6Mpa。
3.根据权利要求2所述一种甲烷塔除氩工艺，其特征在于，所述液氮冷源平衡压力为1.4≤PN1＜1.6Mpa时，液氮冷源温度为-163.9~-161.6℃。
4.根据权利要求1所述一种甲烷塔除氩工艺，其特征在于，所述精馏塔工作压力为0.4≤P＜0.6Mpa时，液氮冷源平衡压力为PN2，1.6≤PN2≤2.3Mpa。
5.根据权利要求4所述一种甲烷塔除氩工艺，其特征在于，所述液氮冷源平衡压力为1.6≤PN2≤2.3Mpa时，液氮冷源温度为-161.6~-154.9℃。
6.根据权利要求1所述一种甲烷塔除氩工艺，其特征在于，所述液氮冷源用中压液氮罐灌装，所述中压液氮罐体积为1m3，压力为2.6Mpa。
7.根据权利要求1所述一种甲烷塔除氩工艺，其特征在于，还包括以下步骤，精馏塔工作压力为0.4≤P＜0.6Mpa，控制液氮冷源平衡压力为1.4-2.3Mpa，液氮气化，进行除氮。
8.根据权利要求7所述一种甲烷塔除氩工艺，其特征在于，所述液氮冷源平衡压力为1.6-2.3Mpa，液氧气化，进行除氧。
9.根据权利要求1所述一种甲烷塔除氩工艺，其特征在于，还包括以下步骤，精馏塔工作压力为0.6≤P≤0.8Mpa，控制液氮冷源平衡压力为1.8-2.3Mpa，液氮气化，进行除氮。
10.根据权利要求9所述一种甲烷塔除氩工艺，其特征在于，所述液氮冷源平衡压力为2.1-2.3Mpa，液氧气化，进行除氧。
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- 2023-06-15 CN CN202310712059.2A patent/CN116987536B/zh active Active
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