專利名稱：焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離工藝和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體液化分離工藝及設(shè)備，特別涉及一種利用焦?fàn)t煤氣制 取液化天然氣的分離工藝和設(shè)備。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上最大的焦炭生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國(guó)，2004年焦炭產(chǎn)量為2.24 億噸，占全球產(chǎn)量的56%，同時(shí)伴生700多億立方米的焦?fàn)t煤氣(尾氣)。這 些焦?fàn)t煤氣其中一半用于回爐助燃，另一半需要有專門的裝置回收。由于我國(guó) 焦化產(chǎn)業(yè)只注重焦炭生產(chǎn)而忽略化工產(chǎn)品回收，焦化生產(chǎn)主要副產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣 (尾氣)大量直接燃燒放散一一俗稱"點(diǎn)天燈"。由此造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)百億 元，造成稀缺資源的極大浪費(fèi)；同時(shí)對(duì)環(huán)境也造成極大的污染。在山西的焦炭 集中產(chǎn)地，空氣中都彌漫著濃濃的焦煤氣味，有時(shí)候甚至遮天蔽日。據(jù)專家測(cè) 算，按照我國(guó)年焦炭總產(chǎn)量計(jì)算。每年自白燒掉的焦?fàn)t煤氣(尾氣)300多億 立方米，相當(dāng)于國(guó)家"西氣東輸"設(shè)計(jì)年輸氣量的2倍多。
焦?fàn)t煤氣中含有大量的H2、 CH4、 CO等可燃?xì)怏w，如果將這些氣體加以合理 的利用，既可以緩解國(guó)內(nèi)能源不足的現(xiàn)狀，又可以減輕工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的環(huán)境污 染。焦?fàn)t煤氣(尾氣)可以作燃料，如作為城巿燃?xì)狻l(fā)電，又可以作為化工 原料，如合成氨、甲醇、二甲醚等；還可以直接還原鐵，甚至用于合成油。只 要能加以綜合利用，焦?fàn)t煤氣(尾氣)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值數(shù)以百億元計(jì)。
液化天然氣(LNG)技術(shù)從上世紀(jì)六十年代開(kāi)始商業(yè)化，至今已有三、四十
年的歷史，是當(dāng)今世界能源供應(yīng)中成長(zhǎng)速度最快的品種，在世界燃?xì)鈳垐?chǎng)中占 6.5%份額。預(yù)期今后十年內(nèi)LNG的年增長(zhǎng)速度可達(dá)7%,大致為全球天然氣生 產(chǎn)增速的兩倍，為原油增長(zhǎng)速度的3倍。到2010年可達(dá)1. 8~2億噸/年。但是，目前還沒(méi)有從焦?fàn)t煤氣(尾氣)或濃縮后的焦?fàn)t煤氣(如提氫后的尾氣)中制 取液化天然氣的液化分離工藝及設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種從焦?fàn)t煤氣(尾氣)或濃縮后的焦 爐煤氣(如提氫后的尾氣)中制取液化天然氣的液化分離工藝及設(shè)備。使用該 工藝及設(shè)備得到的液化天然氣產(chǎn)品純度可以達(dá)到99. 8 /。以上，整套設(shè)備工藝簡(jiǎn) 單、操作方便，能很好地解決焦?fàn)t煤氣的回收問(wèn)題。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是 一種焦?fàn)t煤氣制取液 化天然氣的分離工藝，包括如下工藝步驟
A、 焦?fàn)t煤氣原料氣首先經(jīng)壓縮制冷設(shè)備壓縮冷卻；
B、 經(jīng)過(guò)壓縮冷卻的焦?fàn)t煤氣進(jìn)入換熱器組交換熱量，使焦?fàn)t煤氣中的甲 烷大部分變?yōu)橐后w；
C、 含有大量液體甲烷的焦?fàn)t煤氣從換熱器組出來(lái)后進(jìn)入分餾塔分餾，得 到液化天然氣。
其中，所述分餾塔塔底的液體進(jìn)入塔底的再沸器，再進(jìn)入一過(guò)冷器，成為 液化天然氣產(chǎn)品；分餾塔上部出來(lái)的氣體直接出分餾塔進(jìn)入過(guò)冷器復(fù)溫；所述 分餾塔上部的氣體進(jìn)入所述換熱器組復(fù)溫；所述換熱器組的冷量由制冷設(shè)備提 供；所述制冷設(shè)備為膨脹制冷系統(tǒng)或混合工質(zhì)制冷設(shè)備。
本發(fā)明還提供了一種焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離設(shè)備，包括原料氣壓 縮設(shè)備、制冷設(shè)備和液化分離設(shè)備，所述液化分離設(shè)備包括依次換熱器依次相 接的換熱器組和分餾塔，原料氣壓縮設(shè)備與液化分離設(shè)備通過(guò)管道連接，原料 氣換熱器通過(guò)制冷管路與制冷設(shè)備相連。
所述制冷設(shè)備包括氣體膨脹制冷設(shè)備或混合工質(zhì)制冷設(shè)備；所述分餾塔的 頂部設(shè)有冷凝器，底部設(shè)有再沸器；所述分餾塔上部的氣體管路進(jìn)一步連接換 熱器組。
本發(fā)明所能達(dá)到的有益效果是本發(fā)明結(jié)合我國(guó)焦?fàn)t煤氣利用的現(xiàn)狀提出
5采用低溫精餾液化的方法，將甲烷從焦?fàn)t煤氣中分離出來(lái)，制成液化天然氣。 使焦?fàn)t煤氣的附加值大大提高，同時(shí)LNG產(chǎn)品可以極大地方便運(yùn)輸和利用。液 化分離的設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝流程易操作等優(yōu)點(diǎn)。而且得到的液化天然氣
純度可以達(dá)到99. 8%以上。


圖l為本發(fā)明實(shí)施例 圖2為本發(fā)明實(shí)施例 圖3為本發(fā)明實(shí)施例
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
實(shí)施例一為采用氣體膨脹制冷循環(huán)對(duì)焦?fàn)t煤氣(尾氣)進(jìn)行液化分離的工 藝流程示意圖。如圖l所示，該套設(shè)備主要包括原料氣壓縮設(shè)備、制冷設(shè)備和 液化分離設(shè)備，其中制冷設(shè)備為氣體膨脹制冷設(shè)備，液化分離設(shè)備包括換熱器 5、 6、 7依次相連的換熱器組和分餾塔9，原料氣壓縮設(shè)備與所述液化分離設(shè) 備通過(guò)管道相連接，所述原料氣換熱器通過(guò)制冷管路與所述制冷設(shè)備相連。本 發(fā)明中的換熱器組設(shè)有3個(gè)換熱器，工程中根據(jù)實(shí)際需求，選擇適合的換熱器 個(gè)數(shù)。分餾塔9底部連接一再沸器18和過(guò)冷器10,進(jìn)一步提高氨的純度。該 套設(shè)備還包括對(duì)焦?fàn)t煤氣預(yù)處理的壓縮機(jī)l、 3和冷凝器2、 4。
其工藝流程如下
A、 焦?fàn)t煤氣首先經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)和冷凝器壓縮冷卻，再進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓端再 次增壓、冷卻；
B、 經(jīng)過(guò)步驟A處理后的焦?fàn)t煤氣依次進(jìn)入換熱器交換熱量，被冷流體冷卻， 溫度逐級(jí)降低，從換熱器出來(lái)后，此時(shí)焦?fàn)t煤氣(尾氣)中的甲烷已經(jīng)基 本變成液態(tài)；
C、 經(jīng)過(guò)步驟B后的焦?fàn)t煤氣進(jìn)入分餾塔，液體自上而下流動(dòng)，氣體自下
一氣體雙路膨脹制冷循環(huán)制取L N G的 一 種流程示意圖; 一氣體單路膨脹制冷循環(huán)制取L N G的 一 種流程示意圖; 二混合工質(zhì)制冷循環(huán)制取LNG的一種流程示意圖。而上流動(dòng)，越往下，液體中的甲烷含量越高，越往上，氣體中的甲烷含量
越低；液體流到塔底后，進(jìn)入塔底的再沸器，液體中微量的02、 N2、 C0、 H2等被加熱進(jìn)一步閃蒸出來(lái)，使得從分餾塔出來(lái)的液體甲烷(LNG)純度進(jìn) 一步提高，可達(dá)99. 8%以上，最后進(jìn)入過(guò)冷器，被從塔頂出來(lái)的氣體進(jìn)一 步冷卻，成為L(zhǎng)NG產(chǎn)品。
如圖l所示，為雙路膨脹制冷循環(huán)制取LNG的一種工藝過(guò)程，從最上面一 塊塔板(或填料最上面)出來(lái)的氣體可直接出分餾塔9進(jìn)入過(guò)冷器10復(fù)溫。從 過(guò)冷器10復(fù)溫出來(lái)的氣體，可直接進(jìn)入膨脹機(jī)ll,經(jīng)膨脹機(jī)ll膨脹后的氣體 溫度和壓力進(jìn)一步降低，然后依次進(jìn)入換熱器組，本發(fā)明的換熱器包括換熱器 7、 6、 5，為系統(tǒng)提供冷量，最后制冷氣體出系統(tǒng)。制冷氣體經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)12壓 縮以及冷凝器13進(jìn)行冷卻后，進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓端14進(jìn)一步增壓，以及冷凝 器15進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入換熱器5進(jìn)行冷卻。從換熱器5出來(lái)的制冷氣體分為 兩路第一路進(jìn)入換熱器6繼續(xù)冷卻，出來(lái)后進(jìn)入膨脹機(jī)17,膨脹后進(jìn)入換熱 器7的冷端；第二路進(jìn)入膨脹機(jī)16膨脹后出來(lái)的氣體，與第一路從換熱器7 的熱端出來(lái)的制冷氣體混合，然后再依次進(jìn)入換熱器6、 5,出來(lái)后再進(jìn)入壓縮 機(jī)12壓縮，然后進(jìn)入下一個(gè)增壓、冷卻以及膨脹的循環(huán)過(guò)程。
如圖2所示，為單路膨脹制冷循環(huán)制取LNG的一種工藝過(guò)程，與上述圖l 所述的雙路膨脹制冷循環(huán)工藝相比，區(qū)別在于氣體進(jìn)入塔頂冷凝器91,然后 再去過(guò)冷器IO。這樣一來(lái)，氣體中微量甲烷會(huì)被進(jìn)一步冷凝下來(lái)，提高了甲烷 的提取率，但能耗會(huì)有所增加。從過(guò)冷器10出來(lái)后，先進(jìn)入換熱器6，進(jìn)一步 復(fù)溫后再進(jìn)入膨脹機(jī)ll,膨脹后再返回?fù)Q熱器6、 5，換熱器5出來(lái)的制冷氣體 經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)12壓縮以及冷凝器13進(jìn)行冷卻后，進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓端14進(jìn)一步 增壓，以及冷凝器15進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入換熱器5。從換熱器5出來(lái)的制冷氣 體全部進(jìn)入膨脹機(jī)16，故為單路膨脹。氣體依次進(jìn)入換熱器6、 5,以及進(jìn)入壓 縮機(jī)12壓縮。然后進(jìn)入下一個(gè)增壓、冷卻、膨脹的循環(huán)制冷過(guò)程。 綜上所述，用氣體膨脹制冷設(shè)備制取LNG的工藝流程如下 A、焦?fàn)t煤氣首先經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)和冷凝器壓縮冷卻，再進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓端再次增壓、冷卻；
B、 經(jīng)過(guò)步驟A處理后的焦?fàn)t煤氣依次進(jìn)入換熱器交換熱量，被冷流體冷卻， 溫度逐級(jí)降低，從換熱器出來(lái)后，此時(shí)焦?fàn)t煤氣(尾氣)中的甲烷已經(jīng)基
本變成液態(tài)；
C、 經(jīng)過(guò)步驟B的含有大量液體甲烷的焦?fàn)t煤氣進(jìn)入分餾塔，液體自上而
下流動(dòng)，氣體自下而上流動(dòng)，越往下，液體中的甲烷含量越高，越往上，
氣體中的甲烷含量越低；液體流到塔底后，進(jìn)入塔底的再沸器，液體中微
量的02、 N2、 C0、 H2等被加熱進(jìn)一步閃蒸出來(lái)，使得從分餾塔出來(lái)的液體甲 烷(LNG)純度進(jìn)一步提高，可達(dá)99.8%以上，最后進(jìn)入過(guò)冷器，被從塔頂 出來(lái)的氣體進(jìn)一步冷卻，成為L(zhǎng)NG產(chǎn)品。 這里需要特別說(shuō)明的是圖l和圖2所示的流程示意圖并非固定模式，可根
據(jù)實(shí)際情況，對(duì)塔頂是否加冷凝器、制冷氣體選擇單路膨脹還是雙路膨脹、膨
脹機(jī)11的位置等進(jìn)行任意組合，靈活掌握。
實(shí)施例二
實(shí)施例二為釆用混合工質(zhì)制冷循環(huán)對(duì)焦?fàn)t煤氣(尾氣)進(jìn)行液化分離的工 藝流程圖。該液化分離設(shè)備與實(shí)施例一的區(qū)別在于，其制冷設(shè)備為混合工質(zhì)制 冷設(shè)備。其中，焦?fàn)t煤氣(尾氣)的壓縮、液化分離過(guò)程與實(shí)施例一相同。僅 在分餾塔頂冷凝器23的選擇上，選擇與否決定于用戶對(duì)焦?fàn)t煤氣(尾氣)分離
后尾氣中甲烷含量的要求而定；而焦?fàn)t煤氣(尾氣)膨脹機(jī)ll的位置根據(jù)系統(tǒng) 熱平衡計(jì)算的要求而定。
由于制冷循環(huán)釆用能耗較低的混合工質(zhì)制冷循環(huán)，混合工質(zhì)經(jīng)過(guò)壓縮機(jī) 12、 14壓縮以及冷凝器13、 15冷卻后，進(jìn)入氣液分離器26。分離器26底部出 來(lái)的液體工質(zhì)進(jìn)入換熱器5，被冷卻后出換熱器5，減壓節(jié)流后，溫度進(jìn)一步降 低，與從換熱器6熱端出來(lái)的混合工質(zhì)混合， 一同進(jìn)入換熱器5冷端，最后出 換熱器組，回到壓縮機(jī)12的進(jìn)口。從分離器26頂部出來(lái)的氣體進(jìn)入壓縮機(jī)17 進(jìn)一步壓縮，經(jīng)冷卻器20出來(lái)后進(jìn)入換熱器5，被冷卻后出換熱器5，進(jìn)入氣 液分離器19。分離器19底部出來(lái)的液體工質(zhì)進(jìn)入換熱器6，被冷卻后出換熱器
86，減壓節(jié)流后，溫度進(jìn)一步降低。分離器19頂部出來(lái)的氣體依次進(jìn)入換熱器
6、 7，被冷卻后出換熱器7，減壓節(jié)流后，溫度進(jìn)一步降低，然后進(jìn)入換熱器7 冷端，為系統(tǒng)提供冷量。分離器19下端出來(lái)的液體工質(zhì)經(jīng)過(guò)換熱器6和減壓節(jié) 流后與從分離器19上端出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)換熱器6、 7熱端的減壓節(jié)流后匯合， 再一同進(jìn)入換熱器6冷端，再經(jīng)過(guò)散熱器5出系統(tǒng)，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)過(guò)程。
權(quán)利要求
1、一種焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離工藝，其特征在于，包括如下工藝步驟A、焦?fàn)t煤氣原料氣首先經(jīng)壓縮設(shè)備壓縮冷卻；B、經(jīng)過(guò)壓縮冷卻的焦?fàn)t煤氣進(jìn)入換熱器組交換熱量，使焦?fàn)t煤氣中的甲烷大部分變?yōu)橐后w；C、含有大量液體甲烷的焦?fàn)t煤氣從換熱器組出來(lái)后進(jìn)入分餾塔分餾，得到液化天然氣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離工藝，其特 征在于，所述分餾塔塔底的液體進(jìn)入塔底的再沸器，再進(jìn)入一過(guò)冷器，得到液 化天然氣產(chǎn)品。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離工藝，其特 征在于，分餾塔上部出來(lái)的氣體直接出分餾塔進(jìn)入所述過(guò)冷器復(fù)溫。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離工藝，其特 征在于，所述分餾塔上部的氣體進(jìn)入所述換熱器組復(fù)溫。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離工藝，其特 征在于，所述換熱器組的冷量由制冷設(shè)備提供。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離工藝，其特 征在于，所述制冷設(shè)備為膨脹制冷設(shè)備或混合工質(zhì)制冷設(shè)備。
7、 一種焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離設(shè)備，其特征在于，它包括原料氣 壓縮設(shè)備、制冷設(shè)備和液化分離設(shè)備，所述液化分離設(shè)備包括由換熱器依次相 接組成的換熱器組和分餾塔，所述原料氣壓縮設(shè)備與所述液化分離設(shè)備通過(guò)管 道相連接，所述原料氣換熱器通過(guò)制冷管路與所述制冷設(shè)備相連。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離設(shè)備，其特征在 于，所述制冷設(shè)備為單路或雙路氣體膨脹制冷設(shè)備。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離設(shè)備，其特征在于，所述分餾塔的頂部設(shè)有冷凝器，底部設(shè)有再沸器。
10、根據(jù)權(quán)利要求7所述的焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離設(shè)備，其特征在于，所述制冷設(shè)備為混合工質(zhì)制冷設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離工藝和設(shè)備。該分離工藝主要包括焦?fàn)t煤氣原料氣壓縮冷卻、進(jìn)入換熱器組交換熱量、進(jìn)入分餾塔分餾得到液化天然氣等工藝步驟。本發(fā)明還提供了一種焦?fàn)t煤氣制取液化天然氣的分離設(shè)備，包括原料氣壓縮設(shè)備、制冷設(shè)備和液化分離設(shè)備，所述液化分離設(shè)備包括依次連接的換熱器和分餾塔，原料氣壓縮設(shè)備與液化分離設(shè)備連接，原料氣換熱器的制冷管路與制冷設(shè)備相連。本發(fā)明結(jié)合我國(guó)焦?fàn)t煤氣利用的現(xiàn)狀提出采用低溫精餾液化的方法，將甲烷從焦?fàn)t煤氣中分離出來(lái)，制成液化天然氣。使焦?fàn)t煤氣的附加值大大提高，同時(shí)LNG產(chǎn)品可以極大地方便運(yùn)輸和利用，整個(gè)液化分離工藝流程易操作，設(shè)備簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C10L3/00GK101463281SQ20081013521
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者任小坤, 郁 孫, 武 張, 王文川, 王曉燁, 陸文軍, 高元景 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所