甲烷合成气生产液化天然气的预冷系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种实用节能工艺，将氨吸收制冷工艺首次应用于以煤（焦炭） 制气及焦炉煤气为原料，经甲烷化反应生产液化天然气（LNG)工程，可达到良好的节能效 果。
【背景技术】
[0002] 煤、石油和天然气是当今世界一次能源的三大支柱，由于天然气作为清洁能源具 有一系列优点，使其近些年在一次能源的消费比重中不断上升。但天然气送至最终用户往 往需要采用管线输送，在不具备条件敷设管线或管线网络欠发达的地区，天然气的使用就 变得较为困难。天然气液化后体积仅为气体的1/600,并且可采用大型车、船直接运输，可大 大降低其运输难度。因此，近些年国内的天然气液化工程发展极为迅速。
[0003]目前，我国的天然气液化工厂所采用的原料主要为经净化脱水处理的气田采出 气，但由于受到冬季用气高峰的影响，许多液化工厂在冬季时常面临原料气不足，装置无法 满负荷运行的局面。
[0004] 我国为世界煤炭生产消费第一大国，国内焦化厂数量众多，在以煤生产焦炭的时 候会产生大量的焦炉煤气。在环保要求严格的省份，许多焦化厂采用变废为宝的方法，利用 多余的焦炉煤气生产甲醇及合成氨。但在部分省份，不少焦化企业仍采用粗放的方式将焦 炉气直接排放，既污染环境又降低了企业的效益。焦炉煤气中除〇1 4外还含有大量的CO， C02,H2等组分，须将其净化处理送至甲烷化装置，使其中的CO和CO2与H2反应生成CH4,提 高CH4的含量，然后再将所得甲烷合成气送至下游液化装置进行液化操作，获得液化天然 气，具有极好的经济效益。
[0005] 我国煤炭储量及消费量巨大，因此以煤（焦炭）制气及焦炉气为原料生产液化天 然气具有非常广阔的发展前景，此工艺可对天然气田采出气直接液化工艺形成有力的补 充。
[0006] 以煤（焦炭）制气及焦炉气为原料生产液化天然气时，均需要采用甲烷化装置，其 主要作用是将原料气体中所含的一氧化碳及二氧化碳与其中的氢气反应生成甲烷制得合 成气，其化学反应方程式如下：
[0007]CO+3H2-CH4+H20+ 热量
[0008]C02+4H2-CH4+2H20+ 热量
[0009] 由于甲烷化为强放热反应，在生产合成气时会产生大量反应热，并且在生成甲烷 的同时也有水生成。基于甲烷化反应机理，根据原料气中一氧化碳和二氧化碳组分的含量， 通常需要设置多级反应器。为使化学平衡更多地向产物甲烷方向进行，需要将上一级反应 器生成的合成气温度降低后进入下一级反应器。因此，常采用反应后的高温合成气去副产 蒸汽、预热锅炉水等间接换热方式实现热量综合利用，同时也将合成气温度降至下一级反 应所需的温度。但在合成气热量的梯级利用过程中，160°C~90°C温度区间的合成气往往由 于其热量品位较低，在工厂中没有有效的利用途径，因此工程上常常需要采用水冷或空冷 等方式将工艺气冷却至90°C，导致此部分低品位的热量被白白浪费。
[0010] 氨吸收制冷作为一种常用的制冷方法，在很多领域里都有应用。如专利 CN100389251C中公开了一种燃气动力循环系统及循环方法，由02/C02化学回热动力循环 和氨吸收式制冷循环相结合而成，该系统中氨吸于收制冷热量来源于透平机排出气，冷量 用途为冷却C02气体。该专利技术的目的是实现冷和电联产以及CO2气体的捕集与节水功 能，使系统具有能源有效利用和环境保护的综合效益。专利CN102889752A公开了带有氨吸 收式制冷机预冷的富甲烷气液化装置及工艺，其氨吸收制冷热量来源为燃气发电机烟气余 热，冷量用途为预冷液化装置入口气体（富甲烷气），其目的是提供一种降低液化装置能耗 的方法。但目前还没有公开一种用于以煤（焦炭）制气及焦炉煤气为原料，经甲烷化反应 生产液化天然气（LNG)工程中的氨吸收制冷工艺。 【实用新型内容】
[0011] 以煤（焦炭）制气及焦炉煤气为原料，经甲烷化反应生产液化天然气（LNG)工程 中，甲烷化装置出来的合成气进入下游的液化装置，需要采用冷剂压缩制冷的方式，将原料 甲烷合成气预冷、液化、过冷最终得到液化天然气，进行储存。冷剂压缩制冷所产生的冷量， 须满足甲烷合成气液化时的焓变。因此，有效降低原料气温度，可直接降低压缩制冷过程的 能耗。
[0012] 将甲烷化装置与下游甲烷合成气液化装置综合考虑，采用氨吸收制冷装置，利用 上游甲烷化装置的低品位热量，制得高纯度的氨，将其冷凝过冷后进行节流膨胀操作，所产 生的冷量用来预冷液化装置的进料甲烷合成气，可有效降低设备规格及运行能耗，提高企 业的经济效益。
[0013] 基于此原理，本实用新型针对以焦炉煤气或煤、焦炭制气生产液化天然气的技术 现状，首次提供了一种利用甲烷化装置低品位热量用于氨吸收制冷预冷液化装置进料气体 的方法，从而降低液化装置设备规格和运行能耗。
[0014] 本实用新型不同于以往利用燃机中所得高温烟气余热用于天然气预冷的应用，而 是结合煤（焦炭）制气以及焦炉煤气生产液化天然气工程的特点，利用上游甲烷化装置化 学反应所产生的难于利用的低品位反应热，不需要甲烷化装置增加任何设备，仅需要将热 的甲烷合成气引至氨吸收制冷装置为氨发生器提供热源即可，被冷却后的合成气仍回到甲 烷化装置继续参与反应，无需对甲烷化装置的工艺流程和设备进行改造。
[0015]另外，本实用新型采用氨吸收制冷的目的还在于：1.在煤（焦炭）制气及焦炉煤 气生产液化天然气工程中，甲烷化装置反应器出口的高温合成气经副产蒸汽，预热锅炉给 水换热后，气体温度降至150~160°C，此部分热量往往缺少有效的利用途径，但为氨吸收 制冷发生器提供热量，刚好合适；2.下游的液化装置，需要最终将合成气冷却到_162°C以 下并最终变为液体储存，所以对于液化装置来说，进料气体温度越低，液化装置的压缩能耗 越小，因此采用氨吸收制冷法尽可能地降低液化装置原料气温度，可降低设备规格和液化 装置冷剂压缩机能耗。
[0016] 为实现上述目的，本实用新型的具体技术方案为：
[0017] 甲烷合成气生产液化天然气的预冷系统，包括氨发生器、精馏塔、冷凝器、过冷器、 蒸发器、吸收器、溶液泵、溶液换热器、浓氨水储槽、节流阀及分离器，上述各装置连接成一 个循环制冷系统，其中氨发生器与甲烷化装置相连，氨发生器的入口通入来自甲烷化装置 的甲烷合成气，氨发生器的出口输出去至甲烷化装置的甲烷合成气；蒸发器与液化装置相 连，蒸发器的入口通入来自液化装置的甲烷合成气，蒸发器的出口输出去至液化装置的甲 烧合成气。
[0018]甲烷化装置产生的低品位热量加热发生器为精馏塔提供热源，精馏塔顶出来的氨 气，进入冷凝器冷凝成液体，经过节流阀后进入蒸发器，蒸发出的氨气进入吸收器中，被从 精馏塔底来的稀氨水溶液吸收变成浓溶液，浓溶液再经溶液泵增压送至精馏塔进行精馏， 从而完成制冷循环。
[0019] 为了进一步降低装置间气液两相介质配管的要求，在合成气回甲烷化装置前设置 分离器，经分离后的气体回甲烷化装置继续参与反应，所得工艺凝液由管路送至全厂的凝 液精制系统进行处理。
[0020] 上述系统中的氨发生器和蒸发器均为间接换热方式。
[0021] 上述系统中的氨发生器的入口通入来自甲烷化装置的甲烷合成气温度为150~ 160°C，氨发生器的出口输出去至甲烷化装置的甲烷合成气温度为140~145°C。
[0022] 上述系统中的蒸发器的入口通入来自液化装置的甲烷合成气温度为40~45°C， 蒸发器的出口输出去至液化装置的甲烷合成气温度为〇-2°C。
[0023] 甲烷化装置的合成气为该温度下的饱和气体，在输送过程中由于温度降低会产生 冷凝水，因此管道布置要求坡向氨发生