專利名稱：一種生產液化天然氣的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生產液化天然氣的方法，屬于化工合成技術領域。
背景技術：
在生產蘭炭的過程中產生大量的蘭炭尾氣，根據(jù)煤質的不同，每生產一噸蘭炭(也稱煤半焦)將產生蘭炭尾氣60(Tl000Nm3左右，熱值1700_2200kcal，相對于焦爐尾氣和煤層氣等，蘭炭尾氣是一種品質較低的熱源，單位體積氣體熱值相對較低。目前蘭炭尾氣基 本絕大部分直接排空燃燒，僅有一小部分利用，尾氣中含有大量的H2、CH4、C0等有效氣體成分，是一種很好的氣體能源，但同時蘭炭尾氣也含有硫化氫和二氧化碳等有害氣體和惰性氣體，直接燃燒或外排均易造成環(huán)境污染。所以這部分蘭炭尾氣若不能合理利用，不僅造成巨大的能源浪費，而且嚴重影響工廠當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。蘭炭尾氣目前的利用方式主要是燃燒發(fā)電，約占尾氣排放總量的30%，附加值相對較低。2011年，全國蘭炭生產規(guī)模為4800萬噸/年，生產企業(yè)主要集中在山西、陜西、內蒙古、寧夏等地區(qū)，已經形成了規(guī)?；陌l(fā)展格局。預計到2015年蘭炭的生產規(guī)?？梢赃_到6000萬噸/年，可產生尾氣400億立方米以上。如何合理、高效地利用蘭炭尾氣，在解決環(huán)境問題的同時，創(chuàng)造更高的經濟效益成為產業(yè)新的發(fā)展方向。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種生產液化天然氣的方法，以解決尾氣排放引起的環(huán)境問題，同時又能使企業(yè)獲得可觀的經濟效益，對于蘭炭尾氣等廢氣的合理利用開辟了新的思路。本發(fā)明所提供的一種生產液化天然氣的方法，包括如下步驟(I)原料氣經壓縮和預熱后進行除氧得到除氧原料氣；(2)所述除氧原料氣進入至凈化單元I進行酸性氣體的脫除得到凈化氣；(3)所述凈化氣進入至天然氣合成單元經甲烷化反應得到粗合成氣；(4)所述粗合成氣進入至凈化單元II經脫碳得到凈化合成氣；(5)所述凈化合成氣進入至天然氣精制單元經脫除H2O和CO2后得到富氮天然氣；(6)所述富氮天然氣進入至天然氣液化分離單元經冷卻分離即得液化天然氣。上述的方法中，所述原料氣具體可為蘭炭尾氣、焦爐煤氣、煤層氣或電石尾氣等廢氣。上述的方法中，步驟(I)中，將所述原料氣壓縮至2MPa 5MPa，預熱至180°C "260°C后送入脫氧槽進行除氧。上述的方法中，步驟(I)中，通過加氫催化氧化反應脫除所述原料氣中的氧氣，所述除氧的目的是為了避免后續(xù)工藝發(fā)生爆炸，同時也是為了保護甲烷化催化劑。上述的方法中，步驟(2)中，所述凈化單元I通過物理吸收法脫除所述除氧原料氣中的酸性氣體；所述物理吸收法的溶劑為甲醇；經脫除酸性氣體后的所述凈化氣中凈化氣中 CO2 含量小于 3% (vol), H2S+C0S〈0. Ippm0上述的方法中，步驟(3)中，所述甲烷化反應可在甲烷化反應器中進行；所述甲烷反應器包括一段反應器和二段反應器。上述的方法中，步驟(4)中，所述凈化單元II通過物理吸收法脫除所述粗合成氣中的CO2 ;所述物理吸收法的溶劑為甲醇，用于洗滌吸收CO2，使其中的CO2含量低于50ppm。上述的方法中，步驟(5)中，所述天然氣精制單元采用分子篩吸附床脫除H2O和CO2，為滿足低溫工作狀態(tài)的要求，經所述分子篩吸附床吸附精制后的富氮天然氣中水含量低于Ippm0上述的方法中，步驟(6)中，所述天然氣液化分離單元通過深冷低溫分離方法分離氮氣和液化天然氣，利用氮氣和甲烷的物性差別，通過精餾將氮氣從富氮天然氣中分離，并回收氮氣復熱過程中的冷量，為天然氣液化提供冷量，降低了整個工藝流程的能耗，其中所述深冷低溫分離方法采用混合冷劑制冷循環(huán)(MCR)。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點I、本發(fā)明所采用的凈化方法大多屬于成熟工藝，工業(yè)化可靠性強；2、解決了蘭炭尾氣等廢氣成分復雜，氮氣含量高、熱值低的難題；3、充分利用蘭炭尾氣，既解決了環(huán)保問題又產生了良好的經濟效益；本發(fā)明提供的方法在天然氣液化分離單元將氮氣和合成天然氣全部冷卻，然后利用氮氣和甲烷的物性差別，通過精餾將氮氣從富氮天然氣中分離，并回收氮氣復熱過程中的冷量，為天然氣液化提供冷量，降低了整個工藝流程的能耗。采用先進、可靠的工藝技術將低熱值的蘭炭尾氣轉化為高附加值的清潔燃料LNG，對于節(jié)能減排、保護環(huán)境將發(fā)揮積極的作用，符合國家產業(yè)政策和環(huán)保政策的要求，同時又能使企業(yè)獲得可觀的經濟效益，對于蘭炭尾氣的合理利用開辟了一條新的思路。


圖I是本發(fā)明提供的方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明提供的方法中的凈化工藝的流程示意圖；圖3是本發(fā)明提供的方法中的天然氣合成工藝的流程示意圖；圖4是本發(fā)明提供的方法中的天然氣精制及液化分離工藝的流程示意圖。
具體實施例方式下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。實施例I、利用蘭炭尾氣生產液化天然氣本實施例生產液化天然氣的流程示意圖如圖I所示。蘭炭尾氣原料氣組成如表I所示表I蘭炭尾氣平均組成(vol%)組分 I H2 I CH4 I CO I CO2 I O2 I N2 I C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 C4+ H2S
μ—I 0.302 0.074 0.132 0.113 0.006 0.36 0.002 0.0044 0.0007 0.001 0.0022 fTmf (%)_____________/Nm3其中低位熱值8187kJ/Nm3(1987kcal/Nm3);溫度40°C ;壓力:0. O3MPa(G)。流程如下(I)除氧單元來自氣柜的蘭炭尾氣，經原料氣壓縮機壓縮至2. 5MPa(G)，被粗合成氣預熱至20(T24(TC后，進入除氧槽，經過加氫催化氧化反應脫除原料氣中的氧氣。脫氧的過程中放出大量熱，升溫后的原料氣經原料氣入口預熱器、低壓廢熱鍋爐、脫鹽水預熱器回收熱量 后，原料氣最終冷卻到40°C后，送至凈化單元I。(2)凈化單元I該凈化單元I包括吸收和再生，如圖2所示。吸收除氧原料氣通過水洗工序在洗氨塔中予以清除，微量存在的苯酚將同時從原料氣中洗除。預洗后的原料氣進入吸收塔的H2S吸收段，在該段內，用來自CO2吸收段得的無硫甲醇富液噴淋洗滌，脫除粗煤氣中的H2S和COS等硫化物。脫硫后的原料氣由H2S吸收段頂部出來后進入CO2吸收段底部。脫除CO2后在-49°C出吸收塔，然后經富液冷卻器，原料氣冷卻器復熱后去甲烷合成單元。凈化氣中CO2含量小于3% (vol),H2S+C0S<0. Ippm ；然后進入天然氣合成單元。溶液的再生從甲醇閃蒸器底部產生的甲醇富液進入H2S濃縮塔，進行閃蒸汽提。甲醇富液采用低壓氮氣汽提，塔底加入的氮氣將CO2汽提出塔頂，然后經氣提氮氣冷卻器回收冷量后，作為尾氣高點放空。富H2S甲醇液自H2S濃縮塔底出來后進熱再生塔給料泵加壓，甲醇貧液冷卻器換熱升溫進甲醇再生塔頂部。甲醇中殘存的CO2以及溶解的H2S由再沸器提供的熱量進行熱再生，混和氣出塔頂經多級冷卻分離，甲醇一級冷凝液回流，二級冷凝液經換熱進入H2S濃縮塔底部。完全再生的甲醇經冷卻后送至吸收塔頂部。(3)天然氣合成單元如圖3所示，自凈化單元I經酸性氣體脫除后的凈化氣先經循環(huán)氣冷卻器與循環(huán)氣換熱、經原料氣預熱器與二段反應器出口中溫氣體換熱預熱至320°C后，送入脫硫槽脫除微量硫化氫，凈化變換氣與加熱循環(huán)氣混合進入甲烷化一段反應器，一段反應器出口高溫氣體通過蒸汽過熱器、蒸汽發(fā)生器回收熱量后，一部分返回作一段反應器入口循環(huán)氣，一部分作為二段反應器入口原料氣，循環(huán)氣量由一段反應器出口氣體溫度確定。高溫循環(huán)氣首先與壓縮后低溫循環(huán)氣通過循環(huán)氣換熱器換熱，再通過循環(huán)氣冷卻器回收熱量，最后進循環(huán)氣壓縮機進行壓縮。二段反應器出口中溫氣體預熱原料氣后，再通過冷卻器冷卻至40°C，進行氣液分離，粗天然氣送至凈化單元II。(4)凈化單元II如圖2所示，凈化單元II要脫除天然氣合成后粗合成氣中未反應的CO2。來自天然氣合成單元的粗合成氣經粗合成氣分離器進入凈化單元II，經過貧甲先吸收粗合成天然氣中的低濃度CO2，將合成氣中的CO2含量降低到50ppm。來自甲醇再生塔經冷卻的甲醇-49°C從甲醇吸收塔頂進入，吸收塔上段為CO2吸收段，甲醇液自上而下與氣體逆流接觸，脫除氣體中CO2，在吸收塔下段，引出的甲醇液進入甲醇閃蒸器，從甲醇閃蒸槽閃蒸出的氣體加壓后送到甲烷合成單元，以回收H2和CO。凈化單元II溶液的再生和凈化單元I中相同。(5)天然氣精制單元如圖4所示，自凈化單元II來的凈化合成氣穿過分子篩吸附床，脫除微量H2OXO2后得到富氮天然氣，送入天然氣液化分離單元。分子篩吸附床為二臺切換使用，一臺吸附，一臺加熱再生、冷吹。為滿足低溫工作狀態(tài)的要求，經分子篩吸附床精制后的富氮天然氣中水含量低于lppm。(6)天然氣液化分離單元如圖4所示，富氮天然氣經壓縮加壓到5. OMPa后進入到天然氣液化分離單元中的主換熱器與混合冷劑(混合冷劑包括氮、異戊烷、乙烯和丙烷)換熱，冷卻到一定溫度后引出換熱器進入到精餾塔的蒸發(fā)器被繼續(xù)冷卻后進入精餾塔進行精餾，同時塔底的LNG在蒸發(fā)器中被加熱蒸發(fā)；從塔頂分離出的氮氣分兩路，一路經板式復熱后作為系統(tǒng)的補充氮氣用，另一路被精餾塔頂?shù)睦淠骼淠笞鳛榫s塔的回流液，同時混合冷劑經主換熱器冷卻節(jié)流后部分進入冷凝器作為冷源將精餾塔頂?shù)牡獨庖夯?。精餾塔底部分餾出的液化天然氣繼續(xù)返回到主換熱器中被過冷，出冷箱后節(jié)流降壓到貯存壓力，最后送入LNG貯槽。根據(jù)流程示意I，各物流數(shù)據(jù)如表2所示表2生產液化天然氣過程中各物流的組成
權利要求
1.一種生產液化天然氣的方法，包括如下步驟 (1)原料氣經壓縮和預熱后進行除氧得到除氧原料氣； (2)所述除氧原料氣進入至凈化單元I進行酸性氣體的脫除得到凈化氣； (3)所述凈化氣進入至天然氣合成単元經甲烷化反應得到粗合成氣； (4)所述粗合成氣進入至凈化單元II經脫碳得到浄化合成氣； (5)所述凈化合成氣進入至天然氣精制單元經脫除H2O和CO2后得到富氮天然氣； (6)所述富氮天然氣進入至天然氣液化分離單元經冷卻分離即得液化天然氣。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于所述原料氣為蘭炭尾氣、焦爐煤氣、煤層 氣或電石尾氣。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其特征在于步驟(I)中，將所述原料氣壓縮至2MPa 5MPa，預熱至 180°C 260°C。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于步驟(I)中，通過加氫催化氧化反應脫除所述原料氣中的氧氣。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于步驟(2)中，所述凈化単元I通過物理吸收法脫除所述除氧原料氣中的酸性氣體；所述物理吸收法的溶劑為甲醇。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于步驟(3)中，所述甲烷化反應在甲烷化反應器中進行；所述甲烷反應器包括一段反應器和ニ段反應器。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于步驟(4)中，所述凈化単元II通過物理吸收法脫除所述粗合成氣中的CO2;所述物理吸收法的溶劑為甲醇。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于步驟(5)中，所述天然氣精制單元采用分子篩吸附床脫除H2O和C02。
9.根據(jù)權利要求1-8中任一所述的方法，其特征在于步驟(6)中，所述天然氣液化分離單元通過深冷低溫分離方法分離氮氣和液化天然氣。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于所述深冷低溫分離方法采用混合冷劑制冷循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產液化天然氣的方法。包括如下步驟(1)原料氣經壓縮和預熱后進行除氧得到除氧原料氣；(2)所述除氧原料氣進入至凈化單元I進行酸性氣體的脫除得到凈化氣；(3)所述凈化氣進入至天然氣合成單元經甲烷化反應得到粗合成氣；(4)所述粗合成氣進入至凈化單元II經脫碳得到凈化合成氣；(5)所述凈化合成氣進入至天然氣精制單元經脫除H2O和CO2后得到富氮天然氣；(6)所述富氮天然氣進入至天然氣液化分離單元經冷卻分離即得。本發(fā)明采用先進、可靠的工藝技術將低熱值的蘭炭尾氣轉化為高附加值的清潔燃料LNG，對于節(jié)能減排、保護環(huán)境將發(fā)揮積極的作用，符合國家產業(yè)政策和環(huán)保政策的要求，同時又能使企業(yè)獲得可觀的經濟效益，對于蘭炭尾氣的合理利用開辟了一條新的思路。
文檔編號F25J1/02GK102732349SQ20121025134
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權日2012年7月19日
發(fā)明者余曉忠, 劉光啟, 張芳, 李永旺, 李鵬, 白亮 申請人:中科合成油工程有限公司, 中科合成油技術有限公司