焦?fàn)t氣深冷分離制取sng的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天然氣生產(chǎn)領(lǐng)域，具體說是一種焦?fàn)t氣深冷分離制取SNG的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤制天然氣通常指采用已開采原煤，經(jīng)過氣化工藝來制造合成天然氣(SyntheticNatural Gas，以下簡稱SNG)。在實踐中，業(yè)界往往把煤地下氣化(亦稱為地下采煤，Underground Coal Gasificat1n，UCG)也作為煤制天然氣的一種。
[0003]在“十一五”期間，隨著中國政府節(jié)能減排與資源綜合利用政策的實施，焦?fàn)t煤氣的利用開始轉(zhuǎn)向生產(chǎn)SNG。由于單個項目規(guī)模較小，不可能為焦?fàn)t煤氣制SNG項目建設(shè)管網(wǎng)，因此產(chǎn)品一般采取壓縮后制壓縮天然氣(以下簡稱CNG)和液化后制液化天然氣(以下簡稱LNG)的方案，進(jìn)入市場銷售。
[0004]從目前我國能源結(jié)構(gòu)看，甲醇產(chǎn)能過剩，而天然氣供需嚴(yán)重不足，開辟新的清潔能源，將焦?fàn)t氣甲烷化制SNG，是重要的發(fā)展方向。焦?fàn)t煤氣甲烷化生產(chǎn)天然氣技術(shù)，具有投資小，消耗低，無污染、能量利用率高、產(chǎn)品市場前景好等優(yōu)勢，是焦化企業(yè)煤氣利用的較佳選擇。再進(jìn)一步生產(chǎn)CNG或LNG，會產(chǎn)生更明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，對促進(jìn)焦化行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
[0005]CNG以燃燒壓縮天然氣為動力，“喝”的是天然氣，“吐”出來的是二氧化碳和水蒸汽，節(jié)能環(huán)保。目前，市場上已經(jīng)開發(fā)了采用混合制冷劑或膨脹機(jī)雙級氮膨脹及氮冷劑+混合制冷劑的制冷循環(huán)回路來制取SNG，其方法復(fù)雜。動力設(shè)備為轉(zhuǎn)動機(jī)械，易發(fā)生故障。
[0006]目前的MRC工藝主要采用隊和C1~C5烴類的混合物作為循環(huán)制冷劑。混合冷劑的組成比例根據(jù)原料氣的組成、壓力、工藝流程而異，因此對制冷劑的配比和原料氣的氣質(zhì)要求更為嚴(yán)格，一旦確定是不易更改的。即使?jié)M足該條件，要使整個液化過程(25°C —162°C)所需冷量與制冷劑所提供的冷量完全匹配是達(dá)不到的，而只能趨近與冷卻曲線。這使得配比很難控制。實際運(yùn)行中，配比一直是一大難題困擾著人們。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種焦?fàn)t氣深冷分離制取SNG的方法。從根本上解決了現(xiàn)有SNG生產(chǎn)設(shè)備操作復(fù)雜、系統(tǒng)部件多、占地面積大、維護(hù)成本高、初期投入多等問題。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:該制備合成天然氣的焦?fàn)t氣深冷分離系統(tǒng)，其技術(shù)要點(diǎn)是:所述制備合成天然氣的方法在焦?fàn)t氣深冷分離系統(tǒng)中進(jìn)行，該系統(tǒng)包括壓縮機(jī)1、
I1、主換熱器、高壓脫氫精餾塔、低壓脫氮精餾塔、脫氫塔頂冷凝器、脫氮塔頂冷凝器、過冷器、脫氫塔回流液分離罐、脫氮塔回流液分離罐，低壓脫氮精餾塔底部設(shè)有脫氮塔再沸器，原料氣管線經(jīng)過主換熱器后與脫氮塔再沸器的進(jìn)料端相連，脫氮塔再沸器的出料端與高壓脫氫精餾塔底部的進(jìn)料端相連，高壓脫氫精餾塔底部的出料端通過過冷器后與低壓脫氮精餾塔中部的進(jìn)料端相連，并設(shè)置節(jié)流閥I，低壓脫氮精餾塔底部的出料端經(jīng)過主換熱器后與壓縮機(jī)II的進(jìn)料端相連，壓縮機(jī)II的出料端與CNG管網(wǎng)相連； 低壓脫氮精餾塔頂部設(shè)有兩個出料口分別與脫氮塔頂冷凝器、脫氮塔回流液分離罐的底部進(jìn)料口相連，脫氮塔頂冷凝器的底部出料口與脫氮塔回流液分離罐中部相連，脫氫塔回流液分離罐的頂部出料口依次與過冷器、主換熱器相連；
高壓脫氫精餾塔頂部設(shè)有兩個出料口分別與脫氫塔頂冷凝器、脫氫塔回流液分離罐的底部進(jìn)料口相連，脫氫塔頂冷凝器的底部出料口與脫氫塔回流液分離罐中部相連，脫氮塔回流液分離罐的頂部出料口與主換熱器相連；
脫氫塔頂冷凝器以及脫氮塔頂冷凝器的頂部出料端分別經(jīng)過主換熱器與壓縮機(jī)I的進(jìn)料端相連，壓縮機(jī)I的出料端經(jīng)過主換熱器分別與脫氫塔頂冷凝器以及脫氮塔頂冷凝器的頂部進(jìn)料端相連，并分別設(shè)置節(jié)流閥I1、節(jié)流閥III;
焦?fàn)t氣深冷分離制取SNG的方法，包括以下步驟:
1)凈化后的原料焦?fàn)t氣在-40°C，1.55MPa.G進(jìn)入冷箱內(nèi)的主換熱器，被返流的低溫富氫氣及低溫富氮?dú)饫鋮s至_135°C，1.55MPa.G，以氣液混合物的形式進(jìn)入脫氮塔再沸器；
2)氣液混合物作為低壓脫氮精餾塔底部的熱源被進(jìn)一步冷卻至-137°C后，進(jìn)入高壓脫氣精飽塔底部精飽后，在尚壓脫氣精飽塔底部獲得富甲燒液體，在尚壓脫氣精飽塔頂部獲得高壓富氫氣；
3)高壓脫氫精餾塔頂部的高壓富氫氣經(jīng)過位于脫氫塔頂冷凝器內(nèi)的脫氫塔回流液分離罐后進(jìn)入過冷器過冷LNG，經(jīng)主換熱器復(fù)熱送出；
4)高壓脫氫精餾塔底部富甲烷液體經(jīng)過過冷器過冷減壓至_145°C，0.45MPa.G，通入低壓脫氮精餾塔中部進(jìn)行精餾，在低壓脫氮精餾塔底部獲得LNG，LNG通過主換熱器復(fù)熱后獲得37。。，0.38MPa.G的SNG，經(jīng)壓縮機(jī)II壓縮成40。。，4.1MPa.G的CNG，送入CNG管網(wǎng)；
5)低壓脫氮精餾塔頂部的低壓富氮?dú)饨?jīng)過位于脫氮塔頂冷凝器內(nèi)的脫氮塔回流液分離罐冷卻至_169°C，0.43MPa.G后，經(jīng)主換熱器復(fù)熱后送出；
37°C，0.4MPa.G的氮?dú)饣虻?甲烷氣經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮至40°C，6.4MPa.G后返回主換熱器，被冷卻至_177°C，0.48MPa.G由節(jié)流閥I1、節(jié)流閥III控制節(jié)流進(jìn)入脫氫塔頂冷凝器和脫氮塔頂冷凝器作為步驟3)和步驟5)的冷源，被氣化后進(jìn)入主換熱器復(fù)熱后送出至壓縮機(jī)I的進(jìn)料端，經(jīng)壓縮機(jī)I增壓后完成一次循環(huán)過程。
[0009]本發(fā)明的深冷分離系統(tǒng)，相比其它常用流程，減少了混合制冷劑壓縮機(jī)及氮膨脹機(jī)兩組大型動力設(shè)備，焦?fàn)t氣液化所需冷量僅由一臺(氮?dú)饣虻患淄?壓縮機(jī)提供。流程非常簡單，節(jié)省了能耗、降低了投資費(fèi)用、操作調(diào)節(jié)方便、易于維護(hù)，大大提高了整個系統(tǒng)的可靠性。
[0010]采用液氮(或氮-甲烷混合氣)作為低壓脫氮精餾塔的冷源，能耗低，無需混合制冷劑、膨脹機(jī)制冷，杜絕了含氫介質(zhì)膨脹機(jī)密封、制造難度較大、制冷劑通道凍堵或節(jié)流不制冷等問題。由于無需混合采用制冷劑制冷，避免了配比不當(dāng)所引起的諸多問題，冷箱內(nèi)不但省去了壓縮機(jī)，而且也省去分離罐及調(diào)節(jié)閥門。冷箱內(nèi)的設(shè)備更少，冷箱體積更小，投資費(fèi)用更小。
[0011]此外，為了進(jìn)一步降低制冷循環(huán)的功耗，還可采用氮-甲烷雙組分混合氣體代替純n2。與混合冷劑循環(huán)相比，氮-甲烷制冷循環(huán)流程更簡單、控制更容易、制冷劑測定和計算更方便等優(yōu)點(diǎn)。同時由于縮小了冷端換熱溫差，它比純氮壓機(jī)制冷循環(huán)節(jié)省10°/『20%的動力消耗。對于同樣的裝置，采用氮?dú)鈮嚎s機(jī)和采用氮-甲烷壓縮機(jī)來循環(huán)制冷，經(jīng)模擬分析，相差約30%的能耗。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的工藝流程結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是主換熱器中各管路中主要組分換熱前后的具體參數(shù)。
[0013]附圖標(biāo)記說明:1壓縮機(jī)1、2高壓脫氫精餾塔、3低壓脫氮精餾塔、4脫氫塔頂冷凝器、5脫氫塔回流液分離罐、6脫氮塔頂冷凝器、7脫氮塔回流液分離罐、8主換熱器、9過冷器、10脫氮塔再沸器、11節(jié)流閥1、12節(jié)流閥I1、13節(jié)流閥II1、14壓縮機(jī)II。
【具體實施方式】
[0014]以下結(jié)合圖1~2，通過具體實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的內(nèi)容。
[0015]實施例1
該制備合成天然氣的焦?fàn)t氣深冷分離系統(tǒng)包括壓縮機(jī)I 1、壓縮機(jī)II 14、主換熱器8、高壓脫氫精餾塔2、低壓脫氮精餾塔3、脫氫塔頂冷凝器4、脫氮塔頂冷凝器6、過冷器9、脫氫塔回流液分離罐5、脫氮塔回流液分離罐7等部分。其中，脫氫塔回流液分離罐5位于脫氫塔頂冷凝器4內(nèi)，脫氮塔回流液分離罐7位于脫氮塔頂冷凝器6內(nèi)。低壓脫氮精餾塔底部設(shè)有脫氮塔再沸器10，原料氣管線經(jīng)過主換熱器8后與脫氮塔再沸器10的進(jìn)料端相連，脫氣塔再沸器10的出料端與尚壓脫氣精飽塔2底部的進(jìn)料端相連，尚壓脫氣精飽塔2底部的出料端通過過冷器9后與低壓脫氮精餾塔3中部的進(jìn)料端相連，并設(shè)置節(jié)流閥I 11，低壓脫氮精餾塔3底部的出料端經(jīng)過主換熱器8后與壓縮機(jī)II 14的進(jìn)料端相連，壓縮機(jī)II14的出料端與CNG管網(wǎng)相連；
低壓脫氮精餾塔頂部設(shè)有兩個出料口分別與脫氮塔頂冷凝器6、脫氮塔回流液分離罐7的底部進(jìn)料口相連，脫氮塔頂冷凝器6的底部出料口與脫氮塔回流液分離罐7中部相連，脫氫塔回流液分離罐7的頂部出料口依次與過冷器9、主換熱器8相連；
高壓脫氫精餾塔頂部設(shè)有兩個出料口分別與脫氫塔頂冷凝器4、脫氫塔回流液分離罐5的底部進(jìn)料口相連，脫氫塔頂冷凝器4的底部出料口與脫氫塔回流液分離罐5中部相連，脫氮塔回流液分離罐5的頂部出料口與主換熱器8相連；
脫氫塔頂冷凝器4以及脫氮塔頂冷凝器6的頂部出料端分別