專利名稱：一種焦爐氣制液化天然氣的深冷分離系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及焦爐氣制液化天然氣的系統(tǒng)，尤其是一種焦爐氣制液化天然氣的深冷分離系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
焦爐氣中含有一氧化碳、甲烷、氫氣、氮氣等組分，屬于中熱值氣。經(jīng)甲烷化處理后焦爐氣中的主要成分為甲烷、氫氣、氮氣和少量乙烷，用焦爐氣制取天然氣的成本比煤制天然氣有更大競爭力，既符合國家的能源政策，可充分、合理利用工業(yè)排放氣資源，減少 溫室氣體排放，同時又能為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)有技術(shù)中，從焦爐氣中深冷分離天然氣，是采用混合冷劑制冷循環(huán)，混合冷劑需要增加各冷劑的儲存、運輸系統(tǒng)，且冷劑壓縮機成本較高。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種焦爐氣制液化天然氣的深冷分離系統(tǒng)，成本低、投資少，系統(tǒng)穩(wěn)定、操作簡單、天然氣的回收率高。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型可采取下述技術(shù)方案本實用新型一種焦爐氣制液化天然氣的深冷分離系統(tǒng)，包括甲烷-氫氣精餾塔，甲烷-氮氣精餾塔，原料氣冷卻器，氮過冷器，甲烷-氫氣精餾塔的塔頂冷凝器一，甲烷-氮氣精餾塔的塔頂冷凝器二，及甲烷-氮氣精餾塔的塔底再沸器，經(jīng)甲烷化處理及預處理得到的原料氣，依次經(jīng)所述原料氣冷卻器的第一冷卻管路、塔底再沸器的冷卻管路、原料氣冷卻器的第二冷卻管路、甲烷-氫氣精餾塔入口、甲烷-氫氣精餾塔塔底出口、減壓閥一、甲烷-氮氣精餾塔入口、塔底再沸器的加熱管路、原料氣冷卻器的第三冷卻管路、減壓閥三和天然氣儲罐，構(gòu)成天然氣的深冷分離管路系統(tǒng)，其中塔底再沸器的加熱管路出口還與甲烷-氮氣精餾塔的塔底上升氣流入口連通；甲烷-氫氣精餾塔的塔頂出口依次與塔頂冷凝器一的冷卻管路、氮過冷器的第一復熱管路、原料氣冷卻器的第一復熱管路和富氫氣回收管連通，構(gòu)成富氫氣回收管路系統(tǒng)，其中塔頂冷凝器一的冷卻管路出口還與甲烷-氫氣精餾塔的塔頂回流液入口連通；甲烷-氮氣精餾塔的塔頂出口依次與塔頂冷凝器二的冷卻管路、氮過冷器的第二復熱管路、原料氣冷卻器的第二復熱管路和富氮氣管連通，構(gòu)成富氮氣管路系統(tǒng)，其中塔頂冷凝器二的冷卻管路出口還與甲烷-氮氣精餾塔的塔頂回流液入口連通；還包括為原料氣冷卻器和氮過冷器提供冷量的雙級氮膨脹制冷循環(huán)回路。所述雙級氮膨脹制冷循環(huán)回路，包括循環(huán)氮氣壓縮機，冷端增壓透平膨脹機，熱端增壓透平膨脹機和J/T閥；低壓氮氣經(jīng)循環(huán)氮氣壓縮機增壓并冷卻至室溫后分成兩股，一股進入熱端增壓透平膨脹機的增壓端增壓，然后進入原料氣換熱器的第四冷卻管路冷卻，從原料氣換熱器中部抽出大部分氮氣進入所述冷端增壓透平膨脹機的膨脹端，從膨脹端出口進入原料氣換熱器的第四復熱管路復熱，為原料氣冷卻器提供冷量；從原料氣換熱器中部抽出小部分氮氣進入氮過冷器的冷卻管路冷卻、液化，經(jīng)J/T閥減壓制冷，作為甲烷-氫氣精餾塔的塔頂冷凝器一和甲烷-氮氣精餾塔的塔頂冷凝器二的冷源，所述塔頂冷凝器一和塔頂冷凝器二分別為甲烷-氫氣精餾塔、甲烷-氮氣精餾塔提供所需的回流液，液氮蒸發(fā)后依次經(jīng)氮過冷器的第三復熱管路和原料氣冷卻器的第五復熱管路復熱，為氮過冷器和原料氣冷卻器提供冷量；另一股進入冷端增壓透平膨脹機的增壓端增壓，然后進入原料氣換熱器的第五冷卻管路冷卻，然后進入冷端增壓透平膨脹機的膨脹端，從膨脹端出口進入原料氣換熱器的第三復熱管路復熱，為原料氣冷卻器提供冷量；來自原料氣冷卻器的第三、第四和第五復熱管路的氮氣，匯入循環(huán)氮氣壓縮機的入口，進入下一次制冷循環(huán)。所述雙級氮膨脹制冷循環(huán)回路中設(shè)有氮氣補充口，所述氮氣補充口與循環(huán)氮氣壓縮機入口管路相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型的有益效果是由于本實用新型利用低壓返流氮氣、富氮氣、富氫氣提供冷量給原料氣冷卻器提供冷量來冷卻原料氣和增壓氮氣，利用低壓返流氮氣、富氮氣、富氫氣給氮過冷器提供冷量來冷卻液氮，降低了整套系統(tǒng)的能耗，又由于采用了雙級氮膨脹制冷循環(huán)和液氮節(jié)流制冷結(jié)合的方式，使得分離天然氣的設(shè)備投資大大降低，且進一步降低了整套系統(tǒng)的能耗，系統(tǒng)穩(wěn)定好，操作簡單，天然氣的回收率高。

圖I是本實用新型的焦爐氣制液化天然氣的深冷分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型一種焦爐氣制液化天然氣的深冷分離系統(tǒng)，包括甲烷-氫氣精餾塔T-101，甲烷-氮氣精餾塔T-102，原料氣冷卻器E-201，氮過冷器E-202，甲烷-氫氣精餾塔T-101的塔頂冷凝器一 E-104，甲烷-氮氣精餾塔T-102的塔頂冷凝器二 E-105，甲烷-氮氣精餾塔T-102的塔底再沸器E-106，循環(huán)氮氣壓縮機C-101，熱端增壓透平膨脹機ET-101，冷端增壓透平膨脹機ET-102，J/T閥V-102，減壓閥一 V-101及減壓閥三V-103 ；經(jīng)甲烷化處理及預處理得到的原料氣，依次經(jīng)所述原料氣冷卻器E-201的第一冷卻管路LY-1、塔底再沸器E-106的冷卻管路、原料氣冷卻器E-201的第二冷卻管路LY-2、甲烷-氫氣精餾塔T-101入口、甲烷-氫氣精餾塔T-101塔底出口、減壓閥一 V-101、甲烷-氮氣精餾塔T-102入口、塔底再沸器E-106的加熱管路、原料氣冷卻器E-201的第三冷卻管路LY-3、減壓閥三V-103和天然氣儲罐，構(gòu)成天然氣的深冷分離管路系統(tǒng)，其中塔底再沸器E-106的加熱管路出口還與甲烷-氮氣精餾塔T-102的塔底上升氣體入口連通；甲烷-氫氣精餾塔T-101的塔頂出口依次與塔頂冷凝器一 E-104的冷卻管路、氮過冷器E-202的第一復熱管路FD-1、原料氣冷卻器E-201的第一復熱管路FY-I和富氫氣回收管連通，構(gòu)成富氫氣回收管路系統(tǒng)，其中塔頂冷凝器一 E-104的冷卻管路出口還與甲烷-氫氣精餾塔T-101的塔頂回流液入口連通；甲烷-氮氣精餾塔T-102的塔頂出口依次與塔頂冷凝器二 E-105的冷卻管路、氮過冷器E-202的第二復熱管路FD-2、原料氣冷卻器E-201的第二復熱管路FY-2和富氮氣管連通，構(gòu)成富氮氣管路系統(tǒng)，其中塔頂冷凝器二 E-105的冷卻管路出口還與甲烷-氮氣精餾塔T-102的塔頂回流液入口連通；還包括為原料氣冷卻器E-201和氮過冷器E-202提供冷量的雙級氮膨脹制冷循環(huán)回路。所述雙級氮膨脹制冷循環(huán)回路，包括循環(huán)氮氣壓縮機C-101，熱端增壓透平膨脹機ET-IOl，冷端增壓透平膨脹機ET-102和J/T閥V-102 ;低壓氮氣經(jīng)循環(huán)氮氣壓縮機C-101增壓并冷卻至室溫后分成兩股，一股進入熱端增壓透平膨脹機ET-101的增壓端增壓，然后進入原料氣換熱器E-201的第四冷卻管路LY-4冷卻，從原料氣換熱器E-201中部抽出大部分氮氣進入所述熱端增壓透平膨脹機ET-101的膨脹端，從膨脹端出口進入原料氣換熱器E-201的第四復熱管路FY-4復熱，為原料氣冷卻器E-201提供冷量；從原料氣換熱器E-201中部抽出小部分氮氣進入氮過冷器E-202的冷卻管路LD-I冷卻、液化，經(jīng)J/T閥V-102減壓制冷，作為甲烷-氫氣精餾塔T-101的塔頂冷凝器一 E-104和甲烷-氮氣精餾塔T-102的塔頂冷凝器二 E-105的冷源，所述塔頂冷凝器一 E-104和塔頂冷凝器二 E-105分別為甲烷-氫氣精餾塔T-101、甲烷-氮氣精餾塔T-102提供所需的回流液，液氮蒸發(fā)后依次經(jīng)氮過冷器E-202的第三復熱管路FD-3和原料氣冷卻器E-201的第五復熱管路FY-5復熱，為 氮過冷器E-202和原料氣冷卻器E-201提供冷量；另一股進入冷端增壓透平膨脹機ET-102的增壓端增壓，然后進入原料氣換熱器E-201的第五冷卻管路LY-5冷卻，然后進入冷端增壓透平膨脹機ET-102的膨脹端，從膨脹端出口進入原料氣換熱器E-201的第三復熱管路FY-3復熱，為原料氣冷卻器E-201提供冷量；來自原料氣冷卻器E-201的第三、第四和第五復熱管路FY-3、4和5的氮氣，匯入循環(huán)氮氣壓縮機C-101的入口，進入下一次制冷循環(huán)。作為優(yōu)選，所述雙級氮膨脹制冷循環(huán)回路中設(shè)有氮氣補充口，所述氮氣補充口與循環(huán)氮氣壓縮機C-101的入口管路相連。本實用新型深冷分離方法如下步驟一焦爐氣經(jīng)甲烷化處理及預處理后得到主要成分為甲烷、氫氣、氮氣和少量乙燒的壓力為I. 7 2. IMpa的原料氣,將所述原料氣導入原料氣冷卻器E-201的第一冷卻管路LY-I冷卻至-120 _126°C后，從所述原料氣冷卻器E-201中部抽出，然后導入塔底再沸器E-106作為該塔底再沸器E-106的熱源，然后導入原料氣冷卻器E-201的第二冷卻管路LY-2繼續(xù)降溫至-140 -150°C，從原料氣冷卻器E-201出來的含少量液體的原料氣導入甲烷-氫氣精餾塔T-101，精餾后得到塔頂富氫氣體和-150 _160°C的塔底液體產(chǎn)物，該塔底液體產(chǎn)物的主要成分為氮、甲烷和氫；步驟二 將所述塔頂富氫氣體依次經(jīng)塔頂冷凝器一 E-104的冷卻管路、氮過冷器E-202的第一復熱管路FD-1、原料氣冷卻器E-201的第一復熱管路FY-1，為所述氮過冷器E-202和原料氣冷卻器E-201提供冷量，復熱至常溫后返回甲烷化反應裝置或經(jīng)PSA提純得高純氫氣；將所述塔底液體產(chǎn)物經(jīng)減壓閥一 V-101減壓至O. 3 O. 42Mpa后導入甲烷-氮氣精餾塔T-102，精餾后得到塔底甲烷產(chǎn)物和塔頂富氮氣；所述塔頂富氮氣依次經(jīng)塔頂冷凝器二 E-105的冷卻管路、氮過冷器E-202的第二復熱管路FD-2、原料氣冷卻器E-201第二復熱管路FY-2為氮過冷器E-202和原料氣冷卻器E-201提供冷量；所述塔底甲烷產(chǎn)物依次經(jīng)塔底再沸器E-106的加熱管路、原料氣冷卻器E-201的第三冷卻管路LY-3過冷6 8°C、減壓閥三V-103減壓至所需壓力后，導入天然氣儲罐；所述原料氣冷卻器E-201和氮過冷器E-202采用雙級氮膨脹制冷循環(huán)壓力為O. 28 O. 36Mpa的低壓氮氣經(jīng)循環(huán)氮氣壓縮機C-101增壓并冷卻至室溫后分成兩股，一股進入熱端增壓透平膨脹機ET-101的增壓端增壓至2. 2 2. 4Mpa，然后進入原料氣換熱器E-201的第四冷卻管路LY-4冷卻至-25°C，從原料氣換熱器E-201中部抽出大部分氮氣進入所述熱端增壓透平膨脹機ET-IOl的膨脹端，從膨脹端出口出來的壓力為O. 3 O. 4Mpa、溫度為_165°C的氮氣，進入原料氣換熱器E-201的低壓氮氣通道即第四復熱管路FY-4復熱，為原料氣冷卻器E-201提供冷量；從原料氣換熱器E-201中部抽出小部分氮氣進入氮過冷器E-202的冷卻管路LD-I中液化、冷卻至-170 _180°C，經(jīng)J/T閥V-102減壓制冷，作為甲烷-氫氣精餾塔T-101的塔頂冷凝器一 E-104和甲烷-氮氣精餾塔T-102的塔頂冷凝器二 E-105的冷源，所述塔頂冷凝器一 E-104為甲烷-氫氣精餾塔T-101提供所需的回流液，所述塔頂冷凝器二 E-105為甲烷-氮氣精餾塔T-102提供所需的回流液，所述回流液的主要成分均為氮、甲烷和氫，液氮蒸發(fā)后依次經(jīng)氮過冷器E-202的第三復熱管路FD-3和原料氣冷卻器E-201的第五復熱管路FY-5復熱，為氮過冷器E-202和原料氣冷卻器E-201提供冷量；另一股進入冷端增壓透平膨脹機ET-102的增壓端增壓至I. 7 I. 85Mpa，然后進入原料氣換熱器E-201的第五冷卻管路LY-5冷卻至-110 -120°C，然后進入ET-102的膨脹端，從膨脹端出口進入原料氣換熱器E-201的低壓氮氣通道即第三復熱管路FY-3復熱，為原料氣冷卻器E-201提供冷量；來自原料氣冷卻器E-201的第三、第四和第五復熱管路FY-3、4和5的氮氣，匯入循環(huán)氮氣壓縮機C-101的入口，進入下一次制冷循環(huán)。 作為優(yōu)選，在所述雙級氮膨脹制冷循環(huán)的氮氣中加入5% 15%的甲烷氣體，目的在于優(yōu)化換熱，降低能耗。使用本實用新型可獲得的液化天然氣純度約92%，乙烷含量約7%，收率99% ;副產(chǎn)品循環(huán)氫的收率約99% ;單位能耗為O. 65kw. h/Nm3 LNG。本實用新型并不局限于上述的具體實施方式
，任何與本實用新型相等同的技術(shù)方案，或?qū)Ρ緦嵱眯滦瓦M行的簡單替換，均在本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種焦爐氣制液化天然氣的深冷分離系統(tǒng)，包括甲烷-氫氣精餾塔(T-101)，甲烷-氮氣精餾塔(Τ-102)，原料氣冷卻器(Ε-201)，氮過冷器(Ε-202)，甲烷-氫氣精餾塔(T-IOl)的塔頂冷凝器一(Ε-104)，甲烷-氮氣精餾塔(Τ-102)的塔頂冷凝器二(Ε-105)，及甲烷-氮氣精餾塔(Τ-102)的塔底再沸器(Ε-106)，經(jīng)甲烷化處理及預處理得到的原料氣，依次經(jīng)所述原料氣冷卻器(Ε-201)的第一冷卻管路(LY-1)、塔底再沸器(Ε-106)的冷卻管路、原料氣冷卻器(Ε-201)的第二冷卻管路(LY-2)、甲烷-氫氣精餾塔(Τ-101)入口、甲烷-氫氣精餾塔(Τ-101)塔底出口、減壓閥一(V-101)、甲烷-氮氣精餾塔(Τ-102)入口、塔底再沸器(Ε-106)的加熱管路、原料氣冷卻器(Ε-201)的第三冷卻管路(LY-3)、減壓閥三(V-103)和天然氣儲罐，構(gòu)成天然氣的深冷分離管路系統(tǒng)，其中塔底再沸器(Ε-106)的加熱管路出口還與甲烷-氮氣精餾塔(Τ-102)的塔底上升氣流入口連通；甲烷-氫氣精餾塔(Τ-101)的塔頂出口依次與塔頂冷凝器一(Ε-104)的冷卻管路、氮過冷器(Ε-202)的第一復熱管路(FD-I)、原料氣冷卻器(Ε-201)的第一復熱管路(FY-1)和富氫氣回收管連通，構(gòu)成富氫氣回收管路系統(tǒng)，其中塔頂冷凝器一(Ε-104)的冷卻管路出口還與甲烷-氫氣精餾塔(Τ-101)的塔頂回流液入口連通；甲烷-氮氣精餾塔(Τ-102)的塔頂出口依次與塔頂冷凝器二(Ε-105)的冷卻管路、氮過冷器(Ε-202)的第二復熱管路(FD-2)、原料氣冷卻器(Ε-201)的第二復熱管路(FY-2)和富氮氣管連通，構(gòu)成富氮氣管路系統(tǒng)，其中塔頂冷凝器二(Ε-105)的冷卻管路出口還與甲烷-氮氣精餾塔(Τ-102)的塔頂回流液入口連通；其特征在于還包括為原料氣冷卻器(Ε-201)和氮過冷器(Ε-202)提供冷量的雙級氮膨脹制冷循環(huán)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種焦爐氣制液化天然氣的深冷分離系統(tǒng)，其特征在于所述雙級氮膨脹制冷循環(huán)回路，包括循環(huán)氮氣壓縮機(C-101)，熱端增壓透平膨脹機(ΕΤ-101),冷端增壓透平膨脹機(ΕΤ-102)和J/T閥(V-102);低壓氮氣經(jīng)循環(huán)氮氣壓縮機(C-101)增壓并冷卻至室溫后分成兩股，一股進入熱端增壓透平膨脹機(ΕΤ-101)的增壓端增壓，然后進入原料氣換熱器(Ε-201)的第四冷卻管路(LY-4)冷卻，從原料氣換熱器(Ε-201)中部抽出大部分氮氣進入所述熱端增壓透平膨脹機(ΕΤ-101)的膨脹端，從膨脹端出口進入原料氣換熱器(Ε-201)的第四復熱管路(FY-4)復熱，為原料氣冷卻器(Ε-201)提供冷量；從原料氣換熱器(Ε-201)中部抽出小部分氮氣進入氮過冷器(Ε-202)的冷卻管路(LD-I)冷卻、液化，經(jīng)J/T閥(V-102)減壓制冷，作為甲烷-氫氣精餾塔(Τ-101)的塔頂冷凝器一(Ε-104)和甲烷-氮氣精餾塔(Τ-102)的塔頂冷凝器二(Ε-105)的冷源，所述塔頂冷凝器一(Ε-104)和塔頂冷凝器二(Ε-105)分別為甲烷-氫氣精餾塔(Τ-101 )、甲烷-氮氣精餾塔(Τ-102)提供所需的回流液，液氮蒸發(fā)后依次經(jīng)氮過冷器(Ε-202)的第三復熱管路(FD-3)和原料氣冷卻器(Ε-201)的第五復熱管路(FY-5)復熱，為氮過冷器(Ε-202)和原料氣冷卻器(Ε-201)提供冷量；另一股進入冷端增壓透平膨脹機(ΕΤ-102)的增壓端增壓，然后進入原料氣換熱器(Ε-201)的第五冷卻管路(LY-5)冷卻，然后進入冷端增壓透平膨脹機(ΕΤ-102)的膨脹端，從膨脹端出口進入原料氣換熱器(Ε-201)的第三復熱管路(FY-3)復熱，為原料氣冷卻器(Ε-201)提供冷量；來自原料氣冷卻器(Ε-201)的第三、第四和第五復熱管路(FY-3、4和5)的氮氣，匯入循環(huán)氮氣壓縮機(c-101)的入口，進入下一次制冷循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種焦爐 氣制液化天然氣的深冷分離系統(tǒng)，其特征在于所述雙級氮膨脹制冷循環(huán)回路中設(shè)有氮氣補充口，所述氮氣補充口與循環(huán)氮氣壓縮機(C-IOl)入口管路相連。
專利摘要本實用新型公開了一種焦爐氣制液化天然氣的深冷分離系統(tǒng)，包括甲烷-氫氣精餾塔，甲烷-氮氣精餾塔，原料氣冷卻器，氮過冷器，甲烷-氫氣精餾塔的塔頂冷凝器一，甲烷-氮氣精餾塔的塔頂冷凝器二，及甲烷-氮氣精餾塔的塔底再沸器，構(gòu)成天然氣的深冷分離管路系統(tǒng)、富氫氣回收管路系統(tǒng)和富氮氣管路系統(tǒng)；還包括為原料氣冷卻器和氮過冷器提供冷量的雙級氮膨脹制冷循環(huán)回路。本實用新型一種焦爐氣制液化天然氣的深冷分離系統(tǒng)，成本低、投資少，系統(tǒng)穩(wěn)定、操作簡單、天然氣的回收率高。
文檔編號F25J3/02GK202382517SQ201120516619
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者廖江芬 申請人:杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司