專利名稱：煤制氣甲烷化后氣體深冷分離液化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及煤制氣的深冷分離領(lǐng)域，具體的說，屬于煤制氣經(jīng)初步處理后進(jìn)一步深冷分離的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天然氣與煤炭、石油并稱目前世界一次能源的三大支柱。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對天然氣的需求量急劇增長，目前國內(nèi)天然氣大量依賴進(jìn)口 ；而我國是多煤少氣的國家，為了彌補(bǔ)天然氣的缺口，最近許多的煤化工企業(yè)采用煤制氣甲烷化的方法制取主要成分為h2、 CH4的氣體，對于沒有管輸條件的企業(yè)就需將該部分氣體中的CH4深冷分離液化成LNG以及后續(xù)工藝系統(tǒng)需要的合成氣。

實(shí)用新型內(nèi)容煤制氣甲烷化后的氣體經(jīng)凈化處理后的組分主要為H2、CH4及少量的N2、Ar、CO 等雜質(zhì)。如果其中H2含量較小，采用本實(shí)用新型在洗滌塔內(nèi)將CH4提取和液化成LNG，而主要成分為H2和N2的氣體作為馳放氣。如果H2含量較多，采用該工藝可以為后續(xù)工藝提供合格的氫氣，或者為合成氨工藝提供H2 = N2比3:1的合成氣。本實(shí)用新型為了提高后續(xù)合成氨的合成率和避免CH4、Ar在合成回路的循環(huán)累積；并且減少后續(xù)工藝的馳放氣排放量和減少合成氣壓縮機(jī)的功耗，達(dá)到既環(huán)保又節(jié)能的目的，同時(shí)還可以生產(chǎn)LNG。為了達(dá)到此目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型提供了一種煤制氣甲烷化后氣體深冷分離液化裝置，包括換熱器、第一氣液分離器、第一氮洗塔，第一 J-T閥，其特征在于換熱器包括多個(gè)流體通道；第一氣液分離器入口連接上述換熱器，其上部出口連接第一氮洗塔底部，下部出口連通上述換熱器；第一氮洗塔下部出口連接上述換熱器；第一 J-T閥入口連接上述換熱器，出口連接第一氮洗塔上部。上述裝置還包括第二氮洗塔；上述第一氮洗塔的上部出口連接第二氮洗塔。還提供了另外一種煤制氣甲烷化后氣體深冷分離液化裝置，包括換熱器，第一氣液分離器、第二氣液分離器、CH4精餾塔，其特征在于換熱器包括多個(gè)流體通道；第一氣液分離器入口連接上述換熱器，其上部出口連接CH4精餾塔底部，下部出口連通上述換熱器；CH4精餾塔上部入口通過一個(gè)J-T閥連接上述換熱器，其下部出口連通上述換熱器，CH4精餾塔中部出口連通設(shè)置于頂部的冷凝器入口，上述冷凝器出口連通第二氣液分離器；第二氣液分離器上部出口連通上述換熱器，下部出口連通上述CH4精餾塔中部。[0016]在本實(shí)用新型中，由于進(jìn)入氮洗塔I的原料氣先經(jīng)汽液分離器分離后氣相進(jìn)氮洗塔I，這樣可以降低氮洗塔的設(shè)計(jì)、制造難度和塔的高度。而通過調(diào)節(jié)進(jìn)塔的液氮量可控制氮洗塔I頂部的H2/N2混合氣中CH4含量< 0. 5% (體積百分比)，這是利用H2和CH4的沸點(diǎn)相差較大的原理，絕大部分CH4就溶解到液相中成 LNG產(chǎn)品，少部分CH4隨氮洗塔I塔頂粗合成氣進(jìn)入氮洗塔II，從而可以保證CH4的收率和減少馳放氣的排量。氮洗塔II也是利用H2和CH4、C0、Ar的沸點(diǎn)相差較大的原理，通過調(diào)節(jié)進(jìn)塔的液氮量，將CH4、C0、Ar從氣相中溶解到液氮中，從而控制氮洗塔II的頂部的吐/隊(duì)混合氣中CH4、 CO、AR雜質(zhì)含量滿足合成氨工藝的要求。在換熱系統(tǒng)內(nèi)可以根據(jù)需要設(shè)置回收儲罐BOG氣體冷量的通道。復(fù)熱后的BOG氣體通過BOG壓縮機(jī)增壓后并入原料氣進(jìn)冷箱管道，這樣能提高系統(tǒng)的CH4收率和減少系統(tǒng)的排放量，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。氮?dú)鈮嚎s機(jī)的出口壓力需保證> 3. 4MPa，并且大于原料氣進(jìn)冷箱的壓力，這樣換熱器溫差擬合好，能耗低。

附圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的流程圖附圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二的流程圖附圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例三的流程圖E601 換熱器T601:氮洗塔IMRC701 混合冷劑壓縮機(jī)V601/2:汽液分離器T602:氮洗塔IIWE701/2壓縮機(jī)末級冷卻器NC601:循環(huán)氮壓機(jī)P701 混合冷劑泵V701:汽液分離罐C602: BOG壓縮機(jī)
具體實(shí)施方式
煤制氣甲烷化后的氣體經(jīng)凈化處理后的組分主要為H2、CH4,以及少量的N2、Ar、CO 等雜質(zhì)。根據(jù)原料氣中的H2含量的不同，以及后續(xù)工藝目的的不同，本實(shí)用新型采用了以下三個(gè)不同的實(shí)施例。實(shí)施例一(當(dāng)原料氣中含H2量高，后續(xù)工藝為合成氨時(shí))如附圖1所示，從上游凈化系統(tǒng)來的原料氣1與冷箱內(nèi)復(fù)熱出來的BOG氣體(BOIL OF GAS蒸發(fā)氣體)25經(jīng)BOG壓縮機(jī)壓縮后形成的氣體2 (冷箱內(nèi)設(shè)置有BOG通道)混合后形成氣體物流3進(jìn)入冷箱內(nèi)的換熱器E601，在其中冷卻到一定溫度出換熱器形成氣液混合物4，經(jīng)過汽液分離器V601分離后氣相物流6進(jìn)入氮洗塔I T601下部，氣液分離器底部分離出的LNG液體5與氮洗塔I T601底部引出的LNG液體8混合后作為LNG產(chǎn)品9，LNG產(chǎn)品9可以經(jīng)過J-T閥V-IB節(jié)流后進(jìn)換熱器E601，在換熱器中過冷后出冷箱去LNG儲罐，也可以不經(jīng)換熱器E601過冷而通過J-T閥Vl-A送出冷箱去LNG儲罐。氮洗塔I T601頂?shù)幕亓饕?0來自經(jīng)換熱系統(tǒng)E601冷卻、液化、過冷的液氮；氮洗塔I利用H2和CH4的沸點(diǎn)相差較大的原理，絕大部分CH4就溶解到液相中成LNG產(chǎn)品，少部分014隨氮洗塔I T601塔頂引出的粗合成氣7帶出(主要含量為H2、N2，還含有少量CH4、CO、Ar等雜質(zhì)，不符合合成氨
4工藝的要求)，其回流比需控制在0.06-0. 1。粗合成氣7引入氮洗塔II T602下部，利用H2 和CH4、CO、Ar的沸點(diǎn)相差較大的原理，通過調(diào)節(jié)進(jìn)塔的液氮量，將CH4、CO、Ar從氣相中溶解到液氮中，從而控制氮洗塔II T602的頂部輸出的H2/N2混合氣11中CH4、C0、AR雜質(zhì)含量滿足合成氨工藝的要求，為了控制H2/N2混合氣的質(zhì)量(含C0+02 < 5PPm, CH4+Ar < 20PPm), 塔頂?shù)幕亓鞅刃璐笥?.1。氮洗塔II T602的頂部的吐/隊(duì)混合氣11經(jīng)換熱器E601復(fù)熱后形成氣體15，氣體15再與空分氮壓機(jī)來的壓力氮?dú)?2匯合后配置成H2 = N2比例合格的合成氣16，合成氣氫氮比調(diào)節(jié)可通過調(diào)節(jié)壓力氮?dú)?2的流量來最終實(shí)現(xiàn)；氮洗塔II T602底部的液體13 (主要為N2)經(jīng)J-T閥節(jié)流后再經(jīng)換熱器E601復(fù)熱形成廢氮?dú)?4后輸出冷箱供用戶使用。產(chǎn)品9可以經(jīng)過V-IB進(jìn)換熱器E601過冷后23出冷箱去LNG儲罐，也可以不在換熱器E601內(nèi)過冷經(jīng)Vl-A 23出冷箱去LNG儲罐。從儲罐來的BOG氣體24經(jīng)換熱器E601復(fù)熱后形成物流25進(jìn)入BOG壓縮機(jī)壓縮， 壓縮后的氣體2匯入原料氣進(jìn)冷箱管線?？辗值牡蛪焊呒兊?dú)饨?jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)NC601壓縮到壓力> 3. 4MPa (大于原料氣進(jìn)冷箱的壓力)形成氮?dú)馕锪?7，經(jīng)壓縮機(jī)末級冷卻器WE702水冷后形成氮?dú)?8進(jìn)入換熱器 E601,在其中冷卻、液化、過冷后的液氮19分兩路，其中一路20經(jīng)J-T閥節(jié)流后形成物流 10作為氮洗塔I T601的回流液，將上升氣中的大部分CH4洗滌溶解到液相中；另一路21 經(jīng)J-T閥節(jié)流后形成的物流12作為氮洗塔II T601的回流液，將雜質(zhì)N2、Ar、CO等溶解到液氮中。液氮同時(shí)起到J-T效應(yīng)制冷的作用及配入部分氮?dú)獾淖饔?。本?shí)施例由于采用2級氮洗塔，因此既能保證LNG產(chǎn)品的質(zhì)量(含Ar+ N2 < 1%)， 又能保證合成氣產(chǎn)品的質(zhì)量(含C0+02 < 5PPm, CH4+Ar < 20PPm)，同時(shí)也保證H2、CH4吸收率> 99%ο實(shí)施例二 (原料氣中含H2量低、只產(chǎn)LNG)如附圖2所示，從上游凈化系統(tǒng)來的原料氣201與冷箱內(nèi)復(fù)熱出來的BOG氣體217 經(jīng)BOG壓縮機(jī)壓縮后形成的氣體202 (冷箱內(nèi)設(shè)置有BOG通道)混合后形成氣體203，氣體 203進(jìn)入冷箱內(nèi)的換熱系統(tǒng)E601冷卻到一定溫度出換熱器形成氣液混合物204，該氣液混合物經(jīng)J-T閥節(jié)流到氮洗塔I的工作壓力，再經(jīng)過汽液分離器V601分離后氣相206進(jìn)入氮洗塔I T601下部，分離器底部LNG液體205與氮洗塔I T601底部的LNG液體208混合后作為LNG產(chǎn)品209。氮洗塔I T601頂?shù)幕亓饕?10來自經(jīng)換熱系統(tǒng)E601冷卻、液化、過冷的液氮，其回流比小于0. 4，氮洗塔利用H2和CH4的沸點(diǎn)相差較大的原理，絕大部分CH4就溶解到液相中成LNG產(chǎn)品，少部分CH4隨氮洗塔I T601塔頂引出的氣體207帶出(主要是H2、 N2)。氮洗塔I T601的頂部的H2/N2混合氣207中，CH4含量小于0. 5%(體積百分比)，經(jīng)J-T 閥節(jié)流后通過換熱器E601復(fù)熱后214出冷箱供用戶使用。在工作過程中，氮洗塔I塔內(nèi)的工作壓力控制在IMPa左右，尤其是0. 95-1. 05MPa。LNG產(chǎn)品209可以經(jīng)過J-T閥V-IB節(jié)流后進(jìn)換熱器E601，在換熱器中過冷后出冷箱去LNG儲罐，也可以不經(jīng)換熱器E601過冷而通過J-T閥Vl-A送出冷箱去LNG儲罐。從儲罐來的BOG氣體216經(jīng)換熱器E601復(fù)熱后氣體217進(jìn)入BOG壓縮機(jī)壓縮后的氣體202)匯入原料氣進(jìn)冷箱管線?？辗值牡蛪焊呒兊?dú)饨?jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)NC601壓縮到的氮?dú)?12的壓力> 3. 4MPa(并且大于原料氣進(jìn)冷箱的壓力)并經(jīng)水冷卻器冷卻后以氮?dú)?13進(jìn)入換熱器E601，在其中冷卻、液化、過冷后的液氮211經(jīng)J-T閥節(jié)流后210作為氮洗塔I T601的回流液，將上升氣中的大部分CH4洗滌溶解到LNG液體中。本實(shí)施例由于在進(jìn)汽液分離器前設(shè)置J-T閥控制閥后壓力；既可以控制LNG 產(chǎn)品中的Ar+ N2 < 1% (質(zhì)量百分比)，保證LNG產(chǎn)品的質(zhì)量，又保證氮洗塔需要的液氮量最小，減少氮?dú)鈮嚎s的功耗。實(shí)施例三(原料氣中含H2量高、后續(xù)工藝需要較高純度H2)如圖3所示，從上游凈化系統(tǒng)來的原料氣301與冷箱內(nèi)復(fù)熱出來的BOG氣體319 經(jīng)BOG壓縮機(jī)壓縮后的氣體302 (冷箱內(nèi)設(shè)置有BOG通道)混合后形成氣體303，氣體303 進(jìn)入冷箱內(nèi)的換熱系統(tǒng)E601冷卻到一定溫度出換熱器形成氣液混合物304，經(jīng)過汽液分離器V601分離后氣相306進(jìn)入CH4精餾塔I T601下部，分離器底部LNG液體305與氮洗塔 I T601底部的LNG液體308混合后作為LNG產(chǎn)品309。LNG產(chǎn)品309可以經(jīng)過J-T閥V-IB 節(jié)流后進(jìn)換熱器E601，在換熱器中過冷后出冷箱去LNG儲罐，也可以不經(jīng)換熱器E601過冷而通過J-T閥Vl-A送出冷箱去LNG儲罐。送入CH4精餾塔I T601的物流306 (主要組分CH4和H2)，在CH4精餾塔I T601 內(nèi)進(jìn)行傳熱傳質(zhì)；在塔底獲得合格的LNG液體產(chǎn)品308 ；在塔頂部分氣體經(jīng)冷凝器K601冷凝后并經(jīng)氣液分離器V603分離出的液體作為CH4精餾塔的回流液，未冷凝的氣體307 (主要組分H2)經(jīng)換熱器復(fù)熱后形成氫氣317去用戶使用。冷凝器K601的冷源采用獨(dú)立氮循環(huán)的液氮作為冷凝器的冷源，蒸發(fā)后的氮?dú)鈴?fù)熱后并入循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)入口。補(bǔ)充氮?dú)鈴目辗窒到y(tǒng)來經(jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)NC601壓縮后形成氮?dú)?10，其壓力> 3. 4MPa(并且大于原料氣進(jìn)冷箱的壓力)，氮?dú)?10經(jīng)冷卻器冷卻后形成氮?dú)?11，進(jìn)換熱系統(tǒng)E601冷卻、液化、過冷后液氮312經(jīng)J-T閥節(jié)流后形成液氮313并為冷凝器K601提供冷量，液氮313在冷凝器中蒸發(fā)成氣氮314，并經(jīng)換熱器復(fù)熱后形成氣氮315 并入循環(huán)氮壓機(jī)NC601的入口。從儲罐來的BOG氣體318經(jīng)換熱器E601復(fù)熱后形成的氣體319進(jìn)入BOG壓縮機(jī)壓縮后形成的氣體302匯入原料氣進(jìn)冷箱管線。上述三個(gè)實(shí)施例中的氮洗塔I T601、氮洗塔II T602和CH4精餾塔可以采用填料塔或篩板塔；冷箱的換熱器E601由一臺或多臺鋁制板式換熱器組成上述三個(gè)實(shí)施例的冷量大部分由下面的系統(tǒng)獲得1)氮?dú)馀蛎浿评浜拖到y(tǒng)等溫節(jié)流效應(yīng)；2)氮?dú)馀蛎浿评浜烷]式混合冷劑制冷循環(huán)組合的方式；3)閉式混合冷劑制冷循環(huán)和氮?dú)庵评溲h(huán)組合的方式；4)外部引入液氮冷源。需要申明的是，本實(shí)用新型的說明書中的內(nèi)容是為了更好的解釋權(quán)利要求而非限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍，本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)，此外本領(lǐng)域技術(shù)人員在參考了說明書內(nèi)容的基礎(chǔ)上所做出的不必付出創(chuàng)造性勞動的改動也應(yīng)落入本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種煤制氣甲烷化后氣體深冷分離液化裝置，包括換熱器、第一氣液分離器、第一氮洗塔，第一 J-T閥，其特征在于換熱器包括多個(gè)流體通道；第一氣液分離器入口連接上述換熱器，其上部出口連接第一氮洗塔底部，下部出口連通上述換熱器；第一氮洗塔下部出口連接上述換熱器；第一 J-T閥入口連接上述換熱器，出口連接第一氮洗塔上部。
2.如權(quán)利要求1所述的煤制氣甲烷化后氣體深冷分離液化裝置，其特征在于還包括第二氮洗塔；上述第一氮洗塔的上部出口連接第二氮洗塔。
3.一種煤制氣甲烷化后氣體深冷分離液化裝置，包括換熱器，第一氣液分離器、第二氣液分離器、CH4精餾塔，其特征在于換熱器包括多個(gè)流體通道；第一氣液分離器入口連接上述換熱器，其上部出口連接CH4精餾塔底部，下部出口連通上述換熱器；CH4精餾塔上部入口通過一個(gè)J-T閥連接上述換熱器，其下部出口連通上述換熱器，CH4 精餾塔中部出口連通設(shè)置于頂部的冷凝器入口，上述冷凝器出口連通第二氣液分離器；第二氣液分離器上部出口連通上述換熱器，下部出口連通上述CH4精餾塔中部。
專利摘要本實(shí)用新型提供了煤制氣甲烷化后氣體深冷分離液化裝置，包括換熱器、第一氣液分離器、第一氮洗塔，第一J-T閥，換熱器包括多個(gè)流體通道；第一氣液分離器入口連接上述換熱器，其上部出口連接第一氮洗塔底部，下部出口連通上述換熱器；第一氮洗塔下部出口連接上述換熱器；第一J-T閥入口連接上述換熱器，出口連接第一氮洗塔上部。本實(shí)用新型根據(jù)其中H2含量的多少來選擇不同的裝置處理如果其中H2含量較小，采用本實(shí)用新型在洗滌塔內(nèi)將CH4提取和液化成LNG，而主要成分為H2和N2的氣體作為馳放氣。如果H2含量較多，采用該工藝可以為后續(xù)工藝提供合格的氫氣，或者為合成氨工藝提供H2:N2比3:1的合成氣。
文檔編號F25J3/08GK202254637SQ201120279680
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者周勇, 彭正春, 王磊, 陰紅兵, 黃順泰 申請人:成都蜀遠(yuǎn)煤基能源科技有限公司