從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法
【專利摘要】從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，包括如下步驟：1)對甲烷混合氣進行預(yù)處理，去除水、二氧化碳；2)甲烷混合氣冷卻至-120～-160℃后進入二級精餾塔為塔釜提供熱量，之后再進一步冷卻至-150～-165℃進入一級精餾塔進行精餾分離，在塔釜得到提濃的甲烷溶液；3)甲烷溶液經(jīng)減壓至5～10barg后進入二級精餾塔，再次進行精餾分離，在塔釜得到液化天然氣粗產(chǎn)品，經(jīng)過冷后進一步節(jié)流減壓至常壓，成為液化天然氣產(chǎn)品；同時，二級精餾塔側(cè)線出料或者塔釜出料得到壓縮天然氣粗產(chǎn)品，復(fù)熱至常溫后再壓縮成為壓縮天然氣產(chǎn)品。本發(fā)明方法可同時獲取壓縮天然氣和液化天然氣兩種產(chǎn)品，且較采用吸附、膜分離等常規(guī)制備壓縮天然氣產(chǎn)品的品質(zhì)高。
【專利說明】
從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及天然氣制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤、石油和天然氣是當(dāng)今世界一次能源的三大支柱，天然氣在日本等某些能源消費大國已經(jīng)成為第二大能源。19世紀前期，人類以煤炭代替柴薪為主要能源，實現(xiàn)了工業(yè)革命，帶來了世界資本主義的發(fā)展，是第一次能源革命。20世紀中期，開始以石油代替煤炭為主要能源，帶來了世界經(jīng)濟的繁榮，是第二次能源革命。進入21世紀，全世界將出現(xiàn)以天然氣代替石油為主要能源的又一次能源消費結(jié)構(gòu)大變革，2008年天然氣在能源消費結(jié)構(gòu)中的比重世界平均24.1 %，預(yù)計2015年，天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中將占35?40 %，成為第一大能源，將是第三次能源革命。21世紀將是一個天然氣世紀，是清潔能源的時代。自1990年以來每年以23%的速率增長。世界能源經(jīng)濟正在由石油能源經(jīng)濟向天然氣能源經(jīng)濟過渡。
[0003]天然氣作為一種綠色能源，具有潔凈、高效、資源豐富和方便儲運等優(yōu)點，大力發(fā)展天然氣是緩解能源緊缺、減少環(huán)境污染的有效途徑。為此，我國政府非常重視天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，天然氣將成為我國能源發(fā)展戰(zhàn)略中的一個亮點和綠色能源支柱之一。
[0004]國內(nèi)天然氣緊缺，很大一部分需要從國外進口，一般先將天然氣制備成液化天然氣，再通過船運銷售到國內(nèi)市場。對國外的天然氣具有一定的依賴性。
[0005]近年來，采用焦?fàn)t煤氣制備合成天然氣的技術(shù)得到了長足的發(fā)展。焦?fàn)t煤氣通過反應(yīng)合成生成富含甲烷氣體的合成氣，再經(jīng)過不同的分離提純的方式制備壓縮天然氣或者液化天然氣。該兩種分離提純的技術(shù)手段完全不同，所采用的設(shè)備裝置也有很大的差異，壓縮天然氣通常采用吸附或膜分離等常規(guī)分離方法制取，液化天然氣通常采用深冷分離的方法制取。不能同時滿足客戶對壓縮天然氣和液化天然氣兩種產(chǎn)品的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，利用該方法可以同時獲取壓縮天然氣和液化天然氣兩種產(chǎn)品，且兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量可以按照需求進行轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)。采用該方法制備的壓縮天然氣品質(zhì)較采用吸附、膜分離等常規(guī)制備壓縮天然氣廣品的品質(zhì)尚。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008]從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其包括如下步驟:
[0009]I)對甲烷混合氣進行預(yù)處理，去除其中水、二氧化碳，處理后的甲烷混合氣中水的含量< lppm，二氧化碳含量< 50ppm。
[0010]2)處理后的甲烷混合氣冷卻至_120°C?_160°C后進入二級精餾塔為塔釜提供熱量，之后再進一步冷卻至-150°C?_165°C進入一級精餾塔進行精餾分離，在塔釜得到提濃的甲烷溶液，甲烷含量為80?99%摩爾百分比，塔頂產(chǎn)生的含有摩爾百分比80%以上的氫氣的富氫尾氣復(fù)熱至常溫；
[0011]3)甲烷溶液經(jīng)過減壓至5?1barg后進入二級精餾塔，再次進行精餾分離，在塔釜得到液化天然氣粗產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，甲烷含量多99%，經(jīng)過過冷后，進一步節(jié)流減壓至常壓，成為液化天然氣產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，甲烷含量^ 99% ;同時，二級精餾塔側(cè)線出料或者塔釜出料得到壓縮天然氣粗產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，塔釜出料甲烷含量多99%，側(cè)線出料甲烷含量范圍多93%，復(fù)熱至常溫后，再壓縮至一定的壓力，成為壓縮天然氣產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，塔釜出料產(chǎn)品甲烷含量范圍多99 %，側(cè)線出料產(chǎn)品甲烷含量范圍多93 % ;壓縮天然氣產(chǎn)品的壓力為2?300barg ;塔頂產(chǎn)生的含有80%以上的氮氣的富氮尾氣復(fù)熱至常溫。
[0012]進一步，步驟I)甲烷混合氣預(yù)處理去除水采用吸附的方法脫除。
[0013]又，步驟I)甲烷混合氣預(yù)處理去除二氧化碳采用化學(xué)吸收方法進行脫除即濕法脫碳和/或采用吸附方法進行脫除即干法脫碳。
[0014]優(yōu)選的，步驟2)處理后的甲烷混合氣先預(yù)冷至5?15°C。
[0015]另外，步驟2)中冷卻甲烷混合氣的冷量除了由復(fù)熱的壓縮天然氣和兩股富氮尾氣提供之外，由混合冷劑提供；混合冷劑壓縮至20?50barg后冷卻至30°C?40°C，進行氣液分離，氣、液兩相分別進行冷卻，液相冷卻至_30°C?-100°C后節(jié)流至2?6barg，氣相冷卻至-150°C?_165°C后節(jié)流至2?6barg，再進行換熱提供冷量，被復(fù)熱至常溫后再進行壓縮冷卻，形成混合冷劑制冷循環(huán)。
[0016]優(yōu)選的，混合冷劑壓縮至20?50barg后冷卻至30°C?40 °C，再預(yù)冷至5°C?15°C后進行氣液分離。
[0017]二級精餾塔的塔頂冷凝冷源均由液氮提供；氮氣壓縮至20?50barg后冷卻至40°C，再進行冷卻，冷卻至-150°C?_165°C后分為兩股，分別進行節(jié)流，節(jié)流至3?5barg后為精餾塔提供冷量，之后復(fù)熱至常溫，再進行壓縮冷卻，形成氮氣制冷循環(huán)。
[0018]優(yōu)選的，氮氣壓縮至20?50barg后冷卻至40°C，再預(yù)冷至5°C?15°C后進行冷卻。
[0019]所述甲烷混合氣、混合冷劑和氮氣預(yù)冷所需要的冷量由冷凍水提供。
[0020]另外，本發(fā)明壓縮天然氣和液化天然氣的產(chǎn)品比例按照需求進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的比例為 0:1-1:0。
[0021]二級精餾塔的工況調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)塔釜液位、塔頂回流量、塔頂冷凝量來實現(xiàn)；混合冷劑的流量調(diào)節(jié)通過混合冷劑壓縮機入口導(dǎo)葉或者入口調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)、混合冷劑壓縮機的回流閥的調(diào)節(jié)、混合冷劑壓縮機驅(qū)動源的大小來實現(xiàn)；混合冷劑組分的調(diào)節(jié)通過增加不同組分的冷劑量，實現(xiàn)冷劑組分的變化；氮氣的流量調(diào)節(jié)通過氮氣壓縮機入口導(dǎo)葉或者入口調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)、氮氣壓縮機的回流閥的調(diào)節(jié)、氮氣壓縮機驅(qū)動源的大小來實現(xiàn)。
[0022]采用本發(fā)明方法制備的壓縮天然氣產(chǎn)品能夠滿足GB 17820-2012《天然氣》中一類天然氣的標(biāo)準，相較于現(xiàn)行的采用吸附、膜分離等技術(shù)從甲烷混合氣中分離提純的壓縮天然氣產(chǎn)品僅能達到二類天然氣標(biāo)準而言，產(chǎn)品品質(zhì)得到了極大的提升，屬于優(yōu)質(zhì)的壓縮天然氣產(chǎn)品。
[0023]本發(fā)明相對于現(xiàn)有的液化天然氣和壓縮天然氣分離提純方法而言，其優(yōu)點在于:
[0024]采用本發(fā)明方法相較于傳統(tǒng)的吸附、分離方法單一制備壓縮天然氣產(chǎn)品和深冷分離方法單一制備液化天然氣產(chǎn)品而言，優(yōu)點在于可以同時制備壓縮天然氣和液化天然氣兩種產(chǎn)品，且通過調(diào)節(jié)二級精餾塔的工況條件以及混合冷劑的流量和組分、氮氣的流量，壓縮天然氣和液化天然氣的比例可以通過控制手段進行大范圍的調(diào)節(jié)。
[0025]采用本發(fā)明方法制備的壓縮天然氣產(chǎn)品相對于采用傳統(tǒng)的吸附、膜分離等技術(shù)制備的壓縮天然氣產(chǎn)品來說，產(chǎn)品品質(zhì)得到了極大地提升，達到了國標(biāo)一類天然氣的標(biāo)準。尤其是采用塔釜出料這種方式得到的壓縮天然氣的產(chǎn)品品質(zhì)更是達到了液化天然氣的標(biāo)準。
[0026]采用本發(fā)明方法制備壓縮天然氣相對于采用液化天然氣加壓汽化制備壓縮天然氣來說，得到壓縮天然氣產(chǎn)品品質(zhì)同樣較高，達到了液化天然氣的標(biāo)準。其優(yōu)點在于，采用本發(fā)明方法進行制備的能耗更低，經(jīng)濟性更好。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例的工藝示意圖。
【具體實施方式】
[0028]參見圖1，本發(fā)明的從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其包括如下步驟:
[0029]I)對甲烷混合氣進行預(yù)處理，去除其中水、二氧化碳，處理后的甲烷混合氣中水的含量< lppm，二氧化碳含量< 50ppm。
[0030]2)處理后的甲烷混合氣冷卻至_120°C?_160°C后進入二級精餾塔為塔釜提供熱量，之后再進一步冷卻至-150°C?_165°C進入一級精餾塔進行精餾分離，在塔釜得到提濃的甲烷溶液，甲烷含量為80?99%摩爾百分比，塔頂產(chǎn)生的含有摩爾百分比80%以上的氫氣的富氫尾氣復(fù)熱至常溫；
[0031]3)甲烷溶液經(jīng)過減壓至5?1barg后進入二級精餾塔，再次進行精餾分離，在塔釜得到液化天然氣粗產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，甲烷含量多99%，經(jīng)過過冷后，進一步節(jié)流減壓至常壓，成為液化天然氣產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，甲烷含量^ 99% ;同時，二級精餾塔側(cè)線出料或者塔釜出料得到壓縮天然氣粗產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，塔釜出料甲烷含量多99%，側(cè)線出料甲烷含量范圍多93%，復(fù)熱至常溫后，再壓縮至一定的壓力，成為壓縮天然氣產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，塔釜出料產(chǎn)品甲烷含量范圍多99 %，側(cè)線出料產(chǎn)品甲烷含量范圍多93 % ;壓縮天然氣產(chǎn)品的壓力為2?300barg ;塔頂產(chǎn)生的含有80%以上的氮氣的富氮尾氣復(fù)熱至常溫。
[0032]進一步，步驟I)甲烷混合氣預(yù)處理去除水采用吸附的方法脫除。
[0033]又，步驟I)甲烷混合氣預(yù)處理去除二氧化碳采用化學(xué)吸收方法進行脫除即濕法脫碳和/或采用吸附方法進行脫除即干法脫碳。
[0034]優(yōu)選的，步驟2)處理后的甲烷混合氣先預(yù)冷至5?15°C。
[0035]另外，步驟2)中冷卻甲烷混合氣的冷量除了由復(fù)熱的壓縮天然氣和兩股富氮尾氣提供之外，由混合冷劑提供；混合冷劑壓縮至20?50barg后冷卻至30°C?40°C，進行氣液分離，氣、液兩相分別進行冷卻，液相冷卻至_30°C?-100°C后節(jié)流至2?6barg，氣相冷卻至-150°C?_165°C后節(jié)流至2?6barg，再進行換熱提供冷量，被復(fù)熱至常溫后再進行壓縮冷卻，形成混合冷劑制冷循環(huán)。
[0036]優(yōu)選的，混合冷劑壓縮至20?50barg后冷卻至30°C?40 °C，再預(yù)冷至5°C?15°C后進行氣液分離。
[0037]二級精餾塔的塔頂冷凝冷源均由液氮提供；氮氣壓縮至20?50barg后冷卻至40°C，再進行冷卻，冷卻至-150°C?_165°C后分為兩股，分別進行節(jié)流，節(jié)流至3?5barg后為精餾塔提供冷量，之后復(fù)熱至常溫，再進行壓縮冷卻，形成氮氣制冷循環(huán)。
[0038]優(yōu)選的，氮氣壓縮至20?50barg后冷卻至40°C，再預(yù)冷至5°C?15°C后進行冷卻。
[0039]所述甲烷混合氣、混合冷劑和氮氣預(yù)冷所需要的冷量由冷凍水提供。
[0040]另外，本發(fā)明壓縮天然氣和液化天然氣的產(chǎn)品比例按照需求進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的比例為 0:1-1:0。
[0041]實施例
[0042]甲烷混合氣經(jīng)過濕法脫碳1，脫水2和干法脫碳3預(yù)處理，去除其中高沸點的組分水、二氧化碳。其中濕法脫碳I屬于可選項，根據(jù)甲烷混合氣中的二氧化碳含量來確定是否增加濕法脫碳。處理后的甲烷混合氣中，水的含量應(yīng)< lppm，二氧化碳含量應(yīng)< 50ppm。
[0043]處理好的甲烷混合氣進入預(yù)冷單元4進行預(yù)冷，預(yù)冷至12°C后進入換熱單元5進行冷卻，冷卻至-127°C后進入二級精餾塔6塔釜再沸器61為塔釜提供熱量，之后再進入換熱單元5中進一步冷卻，冷卻至-156°C后進入一級精餾塔7塔釜進行精餾分離，在塔釜得到提濃的甲烷溶液，甲烷溶液中甲烷組分的含量為99 %，塔頂含80 %以上氫氣的富氫尾氣經(jīng)過換熱單元5復(fù)熱至常溫。甲烷溶液經(jīng)過節(jié)流閥V6減壓至7barg后進入二級精餾塔6，再次進行精餾分離，在塔釜得到甲烷純度為99.2%液化天然氣粗產(chǎn)品，過冷至-162°C后，進一步由節(jié)流閥Vl減壓至常壓，成為液化天然氣產(chǎn)品；同時，二級精餾塔6側(cè)線出料①或者塔釜出料②得到壓縮天然氣粗產(chǎn)品，采用①路線得到的壓縮天然氣粗產(chǎn)品中的甲烷含量^93%,采用②路線得到的壓縮天然氣粗產(chǎn)品中的甲烷含量多99%，經(jīng)過換熱單元5 (換熱器)復(fù)熱至常溫后，再經(jīng)過天然氣壓縮單元8壓縮至一定的壓力，成為壓縮天然氣產(chǎn)品，具體的壓力視壓縮天然氣產(chǎn)品的需求而定；塔頂含80%以上氮氣的富氮尾氣經(jīng)過換熱單元5(換熱器)后復(fù)熱至常溫。
[0044]換熱單元5所需要的冷量除了復(fù)熱的壓縮天然氣和兩股尾氣之外，主要由混合冷劑提供?；旌侠鋭┙?jīng)過冷劑壓縮單元9壓縮至30barg后冷卻至40°C，進入預(yù)冷單元4進行預(yù)冷，預(yù)冷至12°C后進入分液罐11進行氣液分離，液相送至換熱單元5 (換熱器)進行冷卻，冷卻至_50°C后由節(jié)流閥V4減壓至4barg，再返回換熱單元5，同時，氣相也送至換熱單元5進行冷卻至_156°C后由節(jié)流閥V5減壓至4barg，再返回換熱單元5與返流的液相冷劑匯合，被復(fù)熱至常溫后再進入冷劑壓縮單元9進行壓縮冷卻，形成冷劑制冷循環(huán)。
[0045]二級精餾塔6的塔頂(冷凝器62)冷源均由液氮提供。氮氣經(jīng)過氮氣壓縮單元10壓縮至30barg后冷卻至40°C，進入預(yù)冷單元4進行預(yù)冷，預(yù)冷至12°C后進入換熱單元5進行冷卻，冷卻至_156°C后分為兩股，一股通過節(jié)流閥V2減壓至5barg進入二級精餾塔6為塔頂(冷凝器62)提供冷量，另一股通過節(jié)流閥V3減壓至5barg進入一級精餾塔7為塔頂(冷凝器72)提供冷量，兩股換熱后的氮氣匯合之后經(jīng)過換熱單元5換熱后復(fù)熱至常溫，再進入氮氣壓縮單元10進行壓縮冷卻，形成氮氣制冷循環(huán)。
[0046]預(yù)冷單元4的冷量由冷凍水提供，冷凍水進入預(yù)冷單元4換熱后，復(fù)熱至冷卻水返回。是否采用預(yù)冷單元4由冷凍水條件確定，如本身具有冷凍水，或者具有制備冷凍水的條件，即可采用預(yù)冷單元，否則，處理好的甲烷混合氣、混合冷劑和氮氣均不經(jīng)過預(yù)冷，直接進入換熱單元5進行冷卻。
【主權(quán)項】
1.從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其特征是，包括如下步驟: 1)對甲烷混合氣進行預(yù)處理，去除其中水、二氧化碳，處理后的甲烷混合氣中水的含量^ Ippm, 二氧化碳含量< 50ppm ； 2)處理后的甲烷混合氣冷卻至-120°C?-160°C后進入二級精餾塔為塔釜提供熱量，之后再進一步冷卻至_150°C?_165°C進入一級精餾塔進行精餾分離，在塔釜得到提濃的甲烷溶液，甲烷含量為80?99%摩爾百分比，塔頂產(chǎn)生的含有摩爾百分比80%以上的氫氣的富氫尾氣復(fù)熱至常溫； 3)甲烷溶液經(jīng)過減壓至5?1barg后進入二級精餾塔，再次進行精餾分離，在塔釜得到液化天然氣粗產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，甲烷含量多99%，經(jīng)過過冷后，進一步節(jié)流減壓至常壓，成為液化天然氣產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，甲烷含量多99% ;同時，二級精餾塔側(cè)線出料或者塔釜出料得到壓縮天然氣粗產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，塔釜出料甲烷含量彡99%，側(cè)線出料甲烷含量范圍彡93%，復(fù)熱至常溫后，再壓縮至一定的壓力，成為壓縮天然氣產(chǎn)品，其純度符合天然氣一類標(biāo)準，塔釜出料產(chǎn)品甲烷含量范圍^ 99%，側(cè)線出料產(chǎn)品甲烷含量范圍多93%;壓縮天然氣產(chǎn)品的壓力為2?300barg ;塔頂產(chǎn)生的含有80%以上的氮氣的富氮尾氣復(fù)熱至常溫。2.如權(quán)利要求1所述的從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其特征是，步驟I)甲烷混合氣預(yù)處理去除水采用吸附的方法脫除。3.如權(quán)利要求1所述的從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其特征是，步驟I)甲烷混合氣預(yù)處理去除二氧化碳采用化學(xué)吸收方法進行脫除即濕法脫碳和/或采用吸附方法進行脫除即干法脫碳。4.如權(quán)利要求1所述的從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其特征是，步驟2)處理后的甲烷混合氣先預(yù)冷至5?15°C。5.如權(quán)利要求1所述的采用甲烷混合氣進行提純同時制備壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其特征是，步驟2)中冷卻甲烷混合氣的冷量除了由復(fù)熱的壓縮天然氣和兩股富氮尾氣提供之外，由混合冷劑提供；混合冷劑壓縮至20?50barg后冷卻至30°C?40°C，進行氣液分離，氣、液兩相分別進行冷卻，氣相冷卻至_30°C?-100°C后節(jié)流至2?6barg，液相冷卻至-150°C?_165°C后節(jié)流至2?6barg，再進行換熱提供冷量，被復(fù)熱至常溫后再進行壓縮冷卻，形成混合冷劑制冷循環(huán)。6.如權(quán)利要求5所述的從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其特征是，混合冷劑壓縮至20?50barg后冷卻至30°C?40°C，再預(yù)冷至5°C?15°C后進行氣液分離。7.如權(quán)利要求1所述的從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其特征是，二級精餾塔的塔頂冷凝冷源均由液氮提供；氮氣壓縮至20?50barg后冷卻至40°C，再進行冷卻，冷卻至-150°C?_165°C后分為兩股，分別進行節(jié)流，節(jié)流至3?5barg后為精餾塔提供冷量，之后復(fù)熱至常溫，再進行壓縮冷卻，形成氮氣制冷循環(huán)。8.如權(quán)利要求7所述的從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其特征是，氮氣壓縮至20?50barg后冷卻至40°C，再預(yù)冷至5°C?15°C后進行冷卻。9.如權(quán)利要求2或6或8所述的從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其特征是，所述甲烷混合氣、混合冷劑和氮氣預(yù)冷所需要的冷量由冷凍水提供。10.如權(quán)利要求1所述的從甲烷混合氣中同時制取壓縮天然氣和液化天然氣的方法，其特征是，所述壓縮天然氣和液化天然氣的產(chǎn)品比例按照需求進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的比例為0:1-1:0ο
【文檔編號】F25J3/02GK105987579SQ201510052405
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月2日
【發(fā)明人】馮剛, 徐鋒, 陳琪, 李雪勇
【申請人】上海寶鋼氣體有限公司