CN1544589A - 以液态轻烃为原料生产城镇管道煤气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以液态轻烃为原料生产城镇管道煤气的方法，包括以下步骤：(A)把液态轻烃与LPG混合的混合烃类加压后恒压送至加热气化，其中液态烃烃的含量：0＜轻烃≤100％，LPG的含量：0≤LPG＜100％；(B)把气化后的混合烃类送入混合器b并混入大量空气，其中空气体积含量≤73.6％；(C)把多种热值和露点温度均低于气相轻烃的气源净化处理后于混合器a混合，并加入空气；(D)混合器a中的气体与混合器b中的气体进入混合器c中进一步混合。本发明的有益效果在于：科学合理利用液态轻烃，具有显著的经济效益，且气源厂污水中有机污染物和烟气中SO2排放量大幅下降，具有较好的环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种以液体轻烃为原料生产城镇管道煤气的方法。
背景技术
自然界中由碳氢两种元素组成的物质称为烃类，如石油、天然气。源于石油开采和炼制生产的天然气、液化石油气、稳定轻烃、汽油、柴油等也都是烃类物质。从整个石油组成来看，用于燃气原料的轻烃是石油组成中的某一段馏程，碳原子排列的第一段是天然气，碳原子数为1或2，称甲烷或乙烷。第二段是液化石油气，碳原子数为C3、C4。这两段被用于化工原料和优质气体燃料，均为气态物质。若要使其液化则必须对其进行降温或压缩处理，即所谓液化天然气(LNG)和液化石油气(LPG)。碳原子排列的第四段即全球的重要原料——汽油，碳原子数为C7～C12。
液态轻烃属碳原子排列的第三段即C5(戊烷)，常温常压下呈液态。它是石油开采和炼制及天然气处理过程中的副产品，与液化石油气一样不含苯、甲醇等成分，硫、铅及烯烃含量较低，是优质的洁净燃料，来源十分广泛。轻烃在油田、气田等不同的场合叫法不一，如轻质油、凝析油、戊烷油、稳定轻烃、拔头油、石油醚、天然气净化厂“塔底油”等。轻烃属饱和烃类，自燃点比液化石油气要低，相同温度下的饱和蒸气压也比液化石油气低得多，其沸点温度是36.4℃，与液化石油气相比，由于不易气化，泄漏后蔓延范围小，且爆炸极限范围比液化石油气窄，因而较为安全。轻烃气相热值及密度高于液化石油气，液相热值则与液化石油气相同。
由于液态轻烃的蒸气压介于液体燃料和气体燃料之间，作为气体燃料，液态轻烃较难气化，气化后输送压力不能太高，且要求输送管道管壁周边环境温度高，否则，气化后的轻烃容易再液化。输送压力低即要求管径大，投资增加。而作为液体燃料，液态轻烃的蒸气压又偏高，运输储存设施均要符合压力容器管理要求，投资大、运输储存成本高。因此，一直以来，人们对液体轻烃的开发利用不充分，用其作为城镇管道煤气制气原料的研究更是空白。目前，液体轻烃除极少量用作炉窑燃料外，部分用于乙烯工程，不少液态轻烃被点“天灯”烧掉。
液态轻烃原料价格根据市场情况和产地的不同，一般比液化石油气每吨低500～600元，比柴油每吨低800元左右。由于戊烷在常温常压下是液体，在利益驱动下，少数不法商人将其掺到液化气罐或加油站内以次充好，导致液化罐残液增加，加速对汽车机件的损坏和增加汽车尾气污染物的排放。我国目前液态轻烃的产量较为丰富，且无较好的利用出路，每年500多万吨价廉物美的液态轻烃未能得到科学合理的利用，造成了资源的极大浪费，不利于国家经济、能源、环境的可持续发展。
目前国内外燃气生产企业大多以液化石油气(LPG)为原料生产城镇管道煤气。作为一种清洁能源，液化石油气有很多优点，环保效益显著，但也存在一定的局限性，如价格变化起伏大导致煤气生产成本不稳定且价格偏高等，而且国内液化石油气市场需求缺口高达700万吨/年，完全依赖进口解决，风险大，特别是国内至今没有一定规模的战略储备，很难规避国际投机资本或石油垄断资本兴风作浪的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以液态轻烃为原料生产城镇管道煤气、降低生产成本的方法。
本发明通过以下技术方案达到发明目的，该方法包括以下步骤：
(A)把液态轻烃与LPG混合的混合烃类加压后恒压送至加热气化，其中液态烃烃的含量：0＜轻烃≤100％，LPG的含量：0≤LPG＜100％；
(B)把气化后的轻烃送入混合器b并混入大量空气，其中空气的体积含量≤73.6％；
(C)把净化处理后的多种气源于混合器a混合，并加入空气，所述的多种气源的热值、露点温度均低于气相轻烃；
(D)混合器a中的气体与混合器b中的气体进入混合器c中进一步混合。
本发明的有益效果在于：用低热值油煤气、石化厂炼厂气、LPG改质气等气源与气相拔头油及空气按一定比例掺混，将热值等控制参数调配为与要求的管道煤气产品质量标准一致，以此生产出低成本、质量达标、燃烧特性适配的混合煤气供应城市煤气管网；科学合理利用包括拔头油在内的所有液态轻烃，扩大了轻烃原料的利用种类和应用范围；项目实施后，气源厂污水中有机污染物和烟气中SO2排放量大幅下降，具有较好的环保效益；可以实现清洁生产管理、监督技术与资源运用最大化和排污最小化的目标；本技术成果有较强的实用价值，在能源、燃气及化工行业均有一定的推广应用前景，可以产生显著的经济效益，政治、社会意义深远；所采用的工艺是先进的、成熟的，原料供应路线是合理优化的，达到了国内领先水平；能促进国家能源结构优化，加速提高资源的综合利用水平，实施经济、能源、环境可持续发展战略。
附图说明
图1为本发明间接加热气化液态轻烃的工艺流程图
图2为本发明直接加热气化液态轻烃的工艺流程图
图3为本发明计算机优选各气源最佳配比的程序设计图
具体实施方式
实施例1
本发明的实施例中采用拔头油作为原料进行混合煤气生产，其它各地区气源生产厂家也可根据自身条件和生产特点采用其它液态轻烃作为原料，以此解决烃泵启动或运行过程中的气蚀抽空问题。
如图1所示，原料罐区的拔头油经烃泵加压后恒压(0.45MPa)送至气化装置，过量的拔头油经压力控制阀减压后回流到拔头油储罐。原料储罐内压力与拔头油组分及环境温度有关，生产过程中，一般采用回流高温气相拔头油或加入气相LPG方式使其控制在0.1MPa以上。
进入气化装置的液态拔头油在加热介质(蒸汽、热水、电)的作用下，温度急剧升高至80-85℃产生相变，由液相转变为气相，气化速度与拔头油加热介质间温度差、装置换热面积及热转换效率成正比。
出气化装置的气相拔头油(80℃)经管道送至混配区域的b混合器，为防止气相拔头油在管道内凝结，提高输送压力，在气化装置出口至b混合器之间的输送管道外壁配置有蒸汽(过热蒸汽、150℃)伴热管，确保管道内的气相拔头油温度控制在80-110℃、输送压力高于0.4MPa，这样，避免了气相拔头油中重组分再液化的可能。即使是混配系统停产，残留在管道内的拔头油也不至于凝结，以免掺混系统再次启动时受到影响。
为了使高露点的气相拔头油(轻烃)在低温状态下也能以较高的压力输送，在b混合器掺入了大量的低露点气体—空气。掺入空气的目的有两个：一是调控热值的需要；二是降低露点温度、提高输送压力，避免重组分再液化。
根据企业的具体情况，出a混合器的气体由n种经净化处理后的多种气源掺混而成，这n种气体的热值、露点温度均低于气相拔头油。目前，广州油制气厂共有包括拔头油在内的五种不同种类的气源。a混合器内加入空气的目的是为了均衡进入c混合器的两路气体的氧气含量，使两路气体均不进入爆炸极限。
出a、b混合器的两路气体进入c混合器进一步掺混，目的是使掺混更加均匀，混合器采用高压的波纹板式煤气混合器，可实现各气体间均匀掺混、混合气体热值稳定。出c混合器的符合燃烧特性要求、热值略低于控制指标的混合气体，经热值调节回路微调热值(加入少量气相拔头油增热)后成为合格的城镇燃气送燃气管网供用户使用。
本发明中，用于气化掺混的原料可以是拔头油，也可以是拔头油与LPG的混合物料。拔头油与液化石油气可以分别单独储存，也可以与LPG任意比例混合储存，装卸车设施可以通用，不同之处在于拔头油(轻烃)的卸车过程。有条件的情况下，为加快卸车速度，宜借助于加热气化后的高温拔头油气体或气相LPG加压。此外，当生产过程中拔头油储罐内压力过低时，为保证烃泵能稳定运行，也需采用上述方式增加储罐内压力。需要注意的是，混合储存的物料应采取必要的措施确保储罐内压力高于0.1MPa，避免烃泵无法启动或运行过程中气蚀抽空。此外，混合物料还可用作裂解原料。
氧含量控制由计算机系统自动完成。根据a、b混合器出口的氧含量检测结果，通过调节进入a、b混合器的两路空气流量，达到控制c混合器出口氧含量的目的，使进入城镇燃气管网的混合煤气氧含量保持一个安全的定值。
在进入城镇燃气管网的煤气总管上设有氧含量安全联锁报警系统，它由两台氧含量检测仪表和相应的显示、控制回路组成。一台氧含量仪表用作显示检测值，另一台则用于安全联锁报警。当混合煤气中氧含量检测值达到8.0％时，联锁系统会发出声、光报警信号，提醒操作人员注意。一旦其中一台检测到混合煤气中氧含量达到上限值10.0％，安全联锁系统会发出指令，控制总空气流量的电磁阀则快速关闭，确保系统安全。
热值控制系统也是一个计算机控制系统，分粗调和微调两部分。粗调：通过进入b混合器的气相拔头油流量，使c混合器出口热值略低于所要求的控制指标；微调：由c混合器出口后的气相拔头油增热回路来实现，通过计算机自动控制，确保任何情况下混合煤气热值都稳定在所要求的控制指标上。
本发明中的多气源混配的成本最优化控制系统旨在依据原料市场价格和生产装置状况，综合考虑到企业整体经济、安全、均衡生产状况，确定一组各气源生产量的最佳组合，在满足管网燃气具燃烧特性要求的前提下，最大限度提高低成本的拔头油(轻烃)使用量，并确保按此计划生产的混合煤气生产成本是最低值。面对进入a、b混合器的多种使用不同原料的气源(包括拔头油在内的各种轻烃)，因各气源燃烧特性各异，所以混配时，必须对各气源的比例严格控制，以确保c混合器出口处，即送入城镇燃气管网的混合煤气热值、华白指数、燃烧势、氧气含量等指标在规定的范围内，以满足管网燃气用具的要求；其次，作为企业，为追求企业最大的经济效益，该系统必须能够紧随频繁变化的制气原料市场价格，尽可能的加大成本低廉的拔头油(轻烃)掺混量，以最优化的方式生产。这就存在一个兼顾燃烧特性互换条件与气源成本的最佳配比的确立问题。表1为气源厂几种气源典型工况下的的相关参数。
表1
混合煤气(f)的组分、燃烧特性取决上述五种气源的产量和组分。各气源的产量一经确定，混合煤气的组分、燃烧特性也就可以自动计算出来。计算公式为：fi＝(ai×A+bi×B+ci×C+di×D+ei×E)
其中：ai、bi、ci、di、ei为各气源在第i序号的参数值，这些参数值是各气源的组分。变化幅度一般为5％-10％
A、B、C、D、E为各气源产量；
各气源变动成本与相应制气原料价格存在一定的对应关系。而拔头油变动成本最低，须最大限度使用。一般情况下，各气源变动成本与燃烧特性之间是互为矛盾的两个方面，变动成本低的气源，对混合煤气燃烧特性的负面影响较大。“多气源混配的成本最优化控制系统”就是力求科学合理的解决该矛盾。其主要内容是：在已知各制气原料价格的前提下，由计算机按照各气源成本自低而高的顺序，优选出各气源的生产量计划，使之既兼顾燃烧特性要求，其变动成本又是最低值。尔后，由调度人员根据生产装置、人员安排的实际状况，对计算机的优选数据进行适当修正，决定企业的生产运行方式，具体设备的开、停、检状态，形成当日的生产作业计划下达给各部门执行。
该系统程序采用Delpli4.0数据库程序设计语言设计。主要设计内容包括：气源组分数据库设计；原料价格数据库设计；历史外供气数据库设计；人机对话窗口设计；各气源日、小时产、供气量和质量指标计算模块设计及程序总体架构设计。力求尽可能提高软件的运算速度，人机对话窗口做到提示详细，操作方便，显示清楚，色彩明快。程序开发中尽可能扩大可选择空间，适应多种用途，发挥软件最大功效。程序设计流程见图3、4。
实施例2
如图2所示，本实施例采用直接加热气化拔头油的方式生产混合煤气。
本实施例的工艺流程与强制加热方式流程基本相同，所不同的是进入b混合器的不是纯气相拔头油(轻烃)，而是拔头油与气源n的混合气体，液态轻烃在气化塔内被高温的气源n加热从而气化的。此外，产品煤气的热值调节(微调)不是用纯气相轻烃增热，而是通过“轻烃+气源n+空气”混合气体来实现。
本实施例充分利用气源n(如CCR改质气)的显热，液相拔头油在气化塔喷入后利用改质气显热气化，同时达到高温度、低热值气体降温、热值提高和调配燃烧特性的目的，合理回收余热，以此节约能源。
采用本发明方法生产城镇燃气的参数分析：
典型工况下，气源厂以LPG、拔头油、“LPG+拔头油”混合物料作为掺混原料后，以实施例1、例2方式生产的混合煤气参数见下表2、3、4：
表2：气源厂以LPG为掺混原料生产混合煤气的参数
| 低位热值(MJ/Nm3) | 21.31 | 31.72 | 109.64 | 26.13 | |
| 华白指数(MJ/Nm3) | 30.84 | 46.38 | 87.47 | 31.42 | |
| 燃烧势 | 86.13 | 86.33 | 44.17 | 60.30 | |
| 气体密度(kg/Nm3) | 0.7472 | 0.7372 | 1.2927 | 2.3856 | 1.0732 |
| 产量(万m3/日) | 15.00 | 20.00 | 19.40 | 5.60 | 60.00 |
| 比例(％) | 25.00 | 33.33 | 32.33 | 9.33 | 100 |
| LPG总耗量：130.67吨/日。 | |||||
表3：气源厂以拔头油为掺混原料生产混合煤气的参数
| 二氧化碳 | 7.72 | 4.01 | 3.73 | ||
| 合计 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 高位热值(MJ/Nm3) | 23.44 | 35.02 | 164.82 | 28.76 | |
| 低位热值(MJ/Nm3) | 21.31 | 31.72 | 152.19 | 26.25 | |
| 华白指数(MJ/Nm3) | 30.84 | 46.38 | 102.41 | 31.41 | |
| 燃烧势 | 86.13 | 86.33 | 37.28 | 60.35 | |
| 气体密度(kg/Nm3) | 0.7472 | 0.7372 | 1.2927 | 3.3493 | 1.0832 |
| 产量(万m3/日) | 17.00 | 20.00 | 19.20 | 3.80 | 60.00 |
| 比例(％) | 28.33 | 33.33 | 32.00 | 6.33 | 100 |
| 拔头油总耗量：127.27吨/日。 | |||||
表4：气源厂以“拔头油+LPG”混合物料生产混合煤气的参数
| 氧气 | 0.45 | 0.02 | 21.00 | 6.95 | |
| 氮气 | 4.18 | 3.81 | 79.00 | 27.85 | |
| 氢气 | 44.29 | 43.48 | 26.30 | ||
| 一氧化碳 | 15.28 | 0.49 | 4.24 | ||
| 二氧化碳 | 7.72 | 4.01 | 3.61 | ||
| 合计 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 高位热值(MJ/Nm3) | 23.44 | 35.02 | 144.43 | 28.75 | |
| 低位热值(MJ/Nm3) | 21.31 | 31.72 | 133.34 | 26.26 | |
| 华白指数(MJ/Nm3) | 30.84 | 46.38 | 97.56 | 31.50 | |
| 燃烧势 | 86.13 | 86.33 | 40.53 | 60.32 | |
| 气体密度(kg/Nm3) | 0.7472 | 0.7372 | 1.2927 | 2.8337 | 1.0776 |
| 产量(万m3/日) | 16.00 | 20.00 | 19.50 | 4.50 | 60.00 |
| 比例(％) | 26.67 | 33.33 | 32.50 | 7.50 | 100 |
| “拔头油+LPG”总耗量：127.52吨/日；其中拔头油耗量：63.76吨/日。 | |||||
几种运行方式的相关参数比较：
日产气量计划为60万m3/日、炼厂气接收量为20万m3/日时，气源厂各种运行方式情况下的相关参数比较见表5：
表5
广州市煤气公司企业标准中煤气燃烧特性指标见下表6：
表6：广州市煤气公司企业标准(部分参数指标)
| 项目 | 低位热值 | 华白指数 | 燃烧势(CP) | O2含量(％) |
| MJ/Nm3(kcal/Nm3) | ||||
| 指标值 | 26.17±1.05(6250±250) | ≥30.04(7200) | ≥60 | ≤8.0 |
分析与结论：
①采用本发明方法以拔头油替代LPG生产的混合煤气燃烧特性各指标(华白指数W、燃烧势CP、相对密度、氧气含量等)、均符合国标《人工煤气》(GB13612-92)及广州市煤气公司企业产品标准一《管道煤气》Q/(CJ)GM1-2001中对管道煤气的相关要求；且不同原料时的四大参数值(华白指数W、燃烧势CP、相对密度、氧气含量)均相差不大；
②拔头油完全替代LPG后因重组分含量增加，混合煤气的烃露点温度有较大幅度上升；但部分替代时，烃露点温度上升幅度不大；
③气源厂日产气量计划为60万m3/日、炼厂气接收量为20万m3/日时，须掺混的空气量、油煤气产量基本相同，略有偏差。即无论用何种原料掺混，混合煤气的燃烧特性完全一致；
④气源厂典型工况条件下，拔头油与空气、油煤气、炼厂气及CCR改质气混配后的气体在输送压力为0.15MPa时，烃露点温度在9.0℃以下，而广州市煤气管网0.8米层管道周围土壤最低环境温度为14.7℃，即拔头油完全替代LPG后，混合煤气符合国标《城镇燃气设计规范》((GB50028-93)中的规定：烃露点温度低于最低环境温度5℃以上。两种原料完全可以互换！广州燃气用具检测服务中心检测表明，气源厂用拔头油替代液化石油气作原料后，产品燃气质量优良，管网用户反应良好。
⑤通过气化拔头油(液态轻烃)的方式，采用气化掺混法，气相拔头油与其它气源如油制气、炼厂气、CCR改质气、LPG、空气等混配，按最佳控制比例调节气相拔头油掺混量，可以制取符合国标《城市燃气分类》(GB/T13911-92)中“人工燃气5R-7R”和“天然气6T-13T”及“液化石油气19Y-22Y”范围内燃气，实现混合后的煤气成本最低、燃烧特性符合要求的目标。
⑥本发明技术可充分利用燃气企业已有生产装置，特别适合现有煤气生产企业扩大气源生产能力以弥补原有气源不足，或对原有系统进行节能技术改造，通过加大低成本的拔头油(轻烃)使用量，达到降低气源生产成本、提高企业经济效益的目的。整个混气设施投资不多，建设周期短，装置启动快速、操作方便。
Claims (6)
1、一种以液态轻烃为原料生产城镇管道煤气的方法，依次包括以下步骤：
(A)把液态轻烃与LPG混合的混合烃类加压后恒压送至加热气化，其中液态烃烃的含量：0＜轻烃≤100％，LPG的含量：0≤LPG＜100％
(B)把气化后的混合烃类送入混合器b并混入大量空气，其中空气体积含量≤73.6％；
(C)把热值和露点温度均低于气相轻烃的多种气源净化处理后于混合器a混合，并加入空气；
(D)混合器a中的气体与混合器b中的气体进入混合器c中进一步混合。
2、根据权利要求1所述的以液态轻烃为原料生产城镇管道煤气的方法，其特征在于步骤A中混合烃类在换热器中被间接加热气化，加热介质温度控制指标为85～90℃。
3、根据权利要求1所述的以液态轻烃为原料生产城镇管道煤气的方法，其特征在于步骤A中混合轻烃与高温气源在气化塔中直接混合被加热气化，所述高温气源的热值和露点温度低于气相轻烃。
4、根据权利要求1所述的以液态轻烃为原料生产城镇管道煤气的方法，其特征在于步骤A中保持恒压0.4MPa。
5、根据权利要求1所述的以液态轻烃为原料生产城镇管道煤气的方法，其特征在于步骤B气化装置出口至混合器之间的输送管道外壁配置有蒸汽伴热管，确保管内气相轻烃温度控制在80～110℃、输送压力高于0.4Mpa。
6、根据权利要求1所述的以液态轻烃为原料生产城镇管道煤气的方法，其特征在于步骤C中的多种气源包括油煤气或油制气或煤制气或水煤气或焦炉煤气或矿井气或驰放气或炼厂气LPG改质气或沼气或上述气体的数种混合气体。
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