液化天然气的制造装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种液化天然气的制造装置，其以焦炉煤气为主原料，能够低成本制造液化天然气，并且，即使焦炉煤气的组分经常急剧波动也能够低能耗且稳定地制造液化天然气。本实用新型是通过迅速检出属于液化单元原料的合成天然气中的二氧化碳浓度的波动和/或脱二氧化碳单元的循环溶剂中的二氧化碳溶解度的波动并将其应用于脱二氧化碳处理的运行控制，从而解决了技术课题。
【专利说明】液化天然气的制造装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种以焦炉煤气(COG)为主原料的液化天然气(LNG)的制造装置，尤其涉及即使因焦炉气的组成的变动而属于液化单元的原料的合成天然气中的二氧化碳浓度发生极端变动也能够实现稳定的脱二氧化碳处理，并且能够减少外热的消耗量的液化天然气的制造装置。
【背景技术】
[0002]工业上，使用合成天然气通过液化来制造液化天然气时，为了防止液化单元中因二氧化碳的凝固引起堵塞，需要抑制液化单元的原料气体(合成天然气)中的二氧化碳浓度。作为抑制液化单元原料气体中的二氧化碳浓度的方法，现有利用化学吸收法或物理吸收法对液化单元的原料气体进行脱二氧化碳处理，去除其中的二氧化碳的方法。化学吸收法是以能够选择性溶解二氧化碳的碱性溶液作为吸收溶剂，将二氧化碳利用化学反应进行吸收，并通过加热该吸收溶剂来释放其中的二氧化碳进行回收的方法。作为化学吸收方法的吸收溶剂的碱性溶液，可使用胺、碳酸钾的水溶液等。物理吸收方法是以甲醇、聚乙二醇等作为吸收溶剂，在高压、低温下物理性吸收二氧化碳，其后通过减压(加热)该吸收溶剂来释放二氧化碳进行回收的方法。这些方法中利用吸收溶剂，吸收液化单元的原料气体中的二氧化碳，其后在后续的提馏步骤中利用所谓的再沸器加热该吸收了二氧化碳的吸收溶齐U，解离所吸收的二氧化碳，使吸收溶剂再生，将再生的溶剂循环使用(以下，称为循环溶剂)。在此，被吸收的二氧化碳从循环溶剂解离时消耗热能，进而会降低进行提馏步骤的提馏塔内的温度，因此，通常根据提馏塔内的温度分布来控制再沸器的加热温度。然而，利用这些方法进行的脱二氧化碳处理是以合成天然气中的二氧化碳浓度恒定为前提的，对于合成天然气中的二氧化碳浓度发生波动的情况是否适用，至今为止没有任何相关研究。
实用新型内容
[0003]本发明人等鉴于中国焦炭产量逐年增加的现状，着眼于焦炉煤气的有效利用，开始展开了以焦炉煤气为主原料，将其经由甲烷化单元得到合成天然气，将得到的合成天然气经由液化单元来制造液化天然气的研究。然而在研究过程中发现以焦炉煤气为主原料制造液化天然气时，液化单元时常不能稳定地运行。
[0004]对此，发明人进行反复的研究后发现导致上述问题的主要原因在于，作为主要原料的焦炉煤气的组分经常发生波动，从而导致作为液化单元的原料的合成天然气中的二氧化碳浓度也随之发生波动，有时合成天然气中的二氧化碳浓度以数十PPm?数百分率这样的接近1000倍的浓度差进行大幅波动，致使液化单元不能稳定地运行。
[0005]在此，本发明人尝试用以往的脱二氧化碳装置来抑制作为液化单元原料的合成天然气中的二氧化碳浓度，其结果发现以往的装置中由于仅根据提馏塔中的温度分布的变化来控制提馏塔的再沸器的加热温度，所以在二氧化碳浓度极端波动时，例如大幅增加时循环溶剂来不及再生，对吸收塔的二氧化碳吸收性能造成不良影响，不能稳定地进行脱二氧化碳处理，相反地，当大幅减少时，也不会对应地使再沸器的加热温度下降，导致外热的消耗量过大。
[0006]本发明人针对上述情况进一步研究后发现了一种液化天然气的制造装置，其特征在于，是以焦炉煤气为主原料制造液化天然气的装置，包括:
[0007]将原料进行甲烷化而得到合成天然气的甲烷化单元；
[0008]将得到的合成天然气经液化而制造液化天然气的液化单元；
[0009]并且，在所述液化单元之前，包括利用化学吸收法或物理吸收法通过循环溶剂除去所述合成天然气中含有的二氧化碳的脱二氧化碳单元；
[0010]所述脱二氧化碳单元包括:
[0011]吸收塔，吸收所述合成天然气中含有的二氧化碳，
[0012]提馏塔，将在所述吸收塔中吸收的二氧化碳通过再沸器的加热而分离、回收，
[0013]检测导入到所述脱二氧化碳单元的合成天然气中的二氧化碳的浓度波动的二氧化碳浓度检测装置和/或检测所述循环溶剂中的二氧化碳溶解度波动的二氧化碳溶解度检测装置，以及
[0014]控制装置，其根据所述二氧化碳浓度检测装置的检测结果和/或所述二氧化碳溶解度检测装置的检测结果来控制所述提馏塔的再沸器的加热温度。
[0015]其中，所述二氧化碳浓度波动检测装置可以使用红外光谱分析仪或气相色谱仪来检测导入到所述脱二氧化碳单元的合成天然气中的二氧化碳的浓度波动。
[0016]具体而言，预先掌握与作为脱二氧化碳处理对象的合成天然气中的二氧化碳浓度所对应的提馏塔的再沸器的加热温度的最佳值，控制装置根据二氧化碳浓度检测装置检测到的所述二氧化碳的浓度波动将所述再沸器的加热温度控制为最佳值。因此，能够及时响应合成天然气中的二氧化碳浓度的极端的波动，即使在入口气体的二氧化碳浓度发生极端波动的情况下也能够迅速使循环溶剂的再生塔(提馏塔)的温度分布最佳化，结果能够提供溶剂的再生所需的充分的二氧化碳解离热，使脱二氧化碳单元稳定地运行，进而稳定地制造液化天然气。并且，因将加热温度迅速控制为最佳值，可减少外热的消耗量。相对于此，以往的装置中，由于仅根据提馏塔中的温度分布的变化来控制所述加热温度，所以在二氧化碳浓度极端波动时，例如大幅增加时循环溶剂来不及再生，对吸收塔的二氧化碳吸收性能造成不良影响，相反地，当大幅减少时，也不会对应地使提馏塔的再沸器的加热温度下降，导致外热的消耗量过大。
[0017]并且，本实用新型的液化天然气的制造装置中，所述脱二氧化碳单元还包括检测导入到所述脱二氧化碳单元的合成天然气的流量波动的流量检测装置，所述控制装置还根据所述流量检测装置的检测结果来控制所述提馏塔的再沸器的加热温度。由此，能够进一步可靠地进行提馏塔的再沸器的加热温度的控制。作为所述流量检测装置，只要是适合测定气体的流量的装置就没有特别限定，通常使用差压式流量计、超声波式流量计等。具体而言，可以预先测定作为处理对象的合成天然气流量，计算出该合成天然气中的二氧化碳流量，预先掌握与作为脱二氧化碳处理对象的合成天然气中的二氧化碳浓度、流量所对应的提馏塔的再沸器的加热温度的最佳值，控制装置根据检测到的所述二氧化碳的浓度波动、流量波动将提馏塔的再沸器的加热温度控制为最佳值。
[0018]本实用新型的液化天然气的制造装置中，所述二氧化碳溶解度检测装置是通过在所述吸收塔的塔底部到所述提馏塔的塔顶部之间测定所述循环溶剂的二氧化碳溶解度来检测所述循环溶剂中的二氧化碳溶解度的波动。所述二氧化碳溶解度检测装置可通过测定所述循环溶剂的pH、比重、温度中的任意一个以上来检测所述循环溶剂的二氧化碳溶解度的波动。吸收了二氧化碳的溶剂根据二氧化碳溶解度其性状发生变化。具体而言，有因二氧化碳的溶解而引起PH的降低、因二氧化碳的溶解而引起的比重的增加、因二氧化碳的溶解热而引起的温度的上升这样的变化。因此，可通过对吸收塔的塔底部到所述提馏塔的塔顶部之间的所述循环溶剂，利用包括PH计、比重计、温度计中的一个以上的二氧化碳溶解度检测装置进行pH、比重、温度中的任意一种以上的测定来计算溶剂的二氧化碳溶解度，使用其结果，根据预先掌握的参数，如同上述地通过控制单元预先控制提馏塔的再沸器的加热的温度。由此，与现有装置相比能够提高与二氧化碳浓度波动的相关性，即，能使脱二氧化碳单元稳定地运行，进而稳定地制造液化天然气，同时减少外热的消耗量。
[0019]另外，作为本实用新型脱二氧化碳单元的再沸器的外热通常使用蒸汽，但只要能够提供充分的外热就没有特别限定。可以是工艺气体、电等。作为再沸器加热温度的控制方法，若以选择蒸汽作为外热的情况为例子则可通过控制调节蒸汽的通气量的调节阀的开度来调整来自再沸器的传热量。
[0020]根据本发明的液化天然气的制造装置，由于以焦炉煤气作为主原料，所以能够低成本制造液化天然气，并且，通过根据导入到脱二氧化碳单元的合成天然气中的二氧化碳的浓度波动和/或脱二氧化碳单元的循环溶剂中的二氧化碳溶解度的波动来控制提馏塔的再沸器的加热温度，所以即使焦炉煤气的组分经常急剧波动也能够稳定地进行脱二氧化碳处理且能减少外热的消耗量，由此能够低能耗且稳定地制造液化天然气。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1表示本实用新型实施例1的液化天然气的制造装置的脱二氧化碳单元的示意图。
[0022]图2表示本实用新型实施例2的液化天然气的制造装置的脱二氧化碳单元的示意图。
[0023]图3表示本实用新型实施例3的液化天然气的制造装置的脱二氧化碳单元的示意图。
[0024]图4表示本实用新型实施例4的液化天然气的制造装置的脱二氧化碳单元的示意图。
【具体实施方式】
[0025]以下，根据图1?4，说明本实用新型的液化天然气的制造装置的实施例。
[0026]实施例1
[0027]本实用新型实施例1的液化天然气的制造装置包括:将原料进行甲烷化而得到合成天然气的甲烷化单元；将得到的合成天然气经液化而制造液化天然气的液化单元；以及，在所述液化单元之前，包括利用化学吸收法或物理吸收法通过循环溶剂除去所述合成天然气中含有的二氧化碳的脱二氧化碳单元。
[0028]甲烷化单元和液化单元可以使用公知的液化天然气的制造中使用的装置，并且，根据需要还可以包括焦炉煤气精制单元、压缩单元等。
[0029]图1表示本实用新型实施例1的液化天然气的制造装置的脱二氧化碳单元。如图1所示，所述脱二氧化碳单元主要包括:吸收塔、提馏塔、二氧化碳浓度检测装置(红外光谱分析仪或气相色谱仪)以及控制装置。
[0030]其中，吸收塔用于吸收合成天然气中含有的二氧化碳，提馏塔用于将在吸收塔中吸收的二氧化碳通过再沸器的加热而分离、回收，二氧化碳浓度检测装置用于检测导入到脱二氧化碳单元的合成天然气中的二氧化碳的浓度，控制装置根据二氧化碳浓度检测装置的检测结果来控制所述提馏塔的再沸器的加热温度。
[0031]具体而言，来自甲烷化单元(未图示)的含有二氧化碳的合成天然气由管线I导入到吸收塔，在导入到吸收塔之前，用二氧化碳浓度检测装置计量原料合成天然气中的二氧化碳浓度。控制装置根据该计量结果来预先控制再沸器的运行。作为再沸器的外热使用蒸汽，控制装置通过控制调节蒸汽的通气量的调节阀的开度来调整来自再沸器的传热量。吸收塔内设置有填充物或塔板，由管线4导入的循环溶剂形成朝向塔底部的流。由管线I导入到吸收塔的合成天然气中的二氧化碳被溶剂吸收，作为仅含有规定浓度以下(例如为IOOppm以下)的二氧化碳的经处理的合成天然气经由管线2排向液化单元(未图示)，作为液化单元的原料气体被利用。吸收塔中吸收了二氧化碳的溶剂通过管线3导入到提馏塔的上部。通过将提馏塔设定为比吸收塔更低的压力，并利用再沸器投入的热，从导入到提馏塔的溶解有二氧化碳的溶剂，解离出二氧化碳，使从溶剂解离的二氧化碳由管线5向脱二氧化碳单元的外部排出。另一方面，因解离二氧化碳而再生的溶剂通过管线4返回到吸收塔，被循环使用。
[0032]实施例2
[0033]图2表示本实用新型实施例2的液化天然气的制造装置的脱二氧化碳单元。如图2所示，实施例2的液化天然气的制造装置中，脱二氧化碳单元还包括检测导入到脱二氧化碳单元的合成天然气的流量波动的流量检测装置(流量计)，控制装置除了根据二氧化碳浓度检测装置的检测结果之外，还根据流量检测装置的检测结果来控制所述提馏塔的再沸器的加热温度，除此之外，与实施例1相同。
[0034]实施例3
[0035]图3表示本实用新型实施例3的液化天然气的制造装置的脱二氧化碳单元。实施例3的液化天然气的制造装置除了脱二氧化碳单元中不具有二氧化碳浓度检测装置，而是具备用于检测循环溶剂中的二氧化碳溶解度波动的二氧化碳溶解度检测装置(pH计/比重计/温度计)，控制装置根据二氧化碳溶解度检测装置的检测结果来控制提馏塔的再沸器的加热温度之外，与实施例1相同。具体而言，通过对从包括管线3的吸收塔的塔底部到提馏塔的上部之间的溶剂，如图3所示，利用包括pH计、比重计、温度计中的一个以上的二氧化碳溶解度检测装置进行pH、比重、温度中的任意一种以上的测定来计算循环溶剂的二氧化碳溶解度的波动，使用其结果来预先控制再沸器的运行。
[0036]实施例4
[0037]图4表示本实用新型实施例4的液化天然气的制造装置的脱二氧化碳单元。实施例4的液化天然气的制造装置中，脱二氧化碳单元还包括检测导入到脱二氧化碳单元的合成天然气的流量波动的流量检测装置(流量计)以及用于检测循环溶剂中的二氧化碳溶解度波动的二氧化碳溶解度检测装置(pH计/比重计/温度计)，控制装置根据二氧化碳浓度检测装置、流量检测装置以及二氧化碳溶解度检测装置的检测结果来控制所述提馏塔的再沸器的加热温度，除此之外，与实施例1相同。
[0038]产业上的利用可能性
[0039]本实用新型的液化天然气的制造装置能够使焦炉煤气得到有效的综合利用，能够应对中国当前的焦炉煤气组分波动大这一现状，即使因焦炉煤气组分的波动而导致作为液化单元的原料的合成天然气中的二氧化碳浓度发生极端波动也能够实现稳定的脱二氧化碳处理，并且能够减少外热的消耗量，所以，能够低成本、低能耗且稳定地制造液化天然气。
【权利要求】
1.一种液化天然气的制造装置，其特征在于，是以焦炉煤气为主原料制造液化天然气的装置，包括: 将原料进行甲烷化而得到合成天然气的甲烷化单元； 将得到的合成天然气经液化而制造液化天然气的液化单元； 并且，在所述液化单元之前，包括利用化学吸收法或物理吸收法通过循环溶剂除去所述合成天然气中含有的二氧化碳的脱二氧化碳单元； 所述脱二氧化碳单元包括: 吸收塔，吸收所述合成天然气中含有的二氧化碳， 提馏塔，将在所述吸收塔中吸收的二氧化碳通过再沸器的加热而分离、回收， 检测导入到所述脱二氧化碳单元的合成天然气中的二氧化碳的浓度波动的二氧化碳浓度检测装置和/或检测所述循环溶剂中的二氧化碳溶解度波动的二氧化碳溶解度检测装置，以及 控制装置，其根据所述二氧化碳浓度检测装置的检测结果和/或所述二氧化碳溶解度检测装置的检测结果来控制所述提馏塔的再沸器的加热温度。
2.如权利要求1所述的液化天然气的制造装置，其中，所述二氧化碳浓度检测装置是使用红外光谱分析仪或气相色谱仪来检测导入到所述脱二氧化碳单元的合成天然气中的二氧化碳的浓度波动的。
3.如权利要求1所述的液化天然气的制造装置，其中，所述脱二氧化碳单元还包括检测导入到所述脱二氧化碳单元的合成天然气的流量波动的流量检测装置， 所述控制装置还根据所述流量检测装置的检测结果来控制所述提馏塔的再沸器的加热温度。
4.如权利要求1所述的液化天然气的制造装置，其中，所述二氧化碳溶解度检测装置是通过在所述吸收塔的塔底部到所述提馏塔的塔顶部之间测定所述循环溶剂的二氧化碳溶解度来检测所述循环溶剂中的二氧化碳溶解度的波动。
5.如权利要求4所述的液化天然气的制造装置，其中，所述二氧化碳溶解度检测装置是通过测定所述循环溶剂的pH、比重、温度中的任意一个以上来检测所述循环溶剂的二氧化碳溶解度的波动的。
【文档编号】B01D53/14GK203469765SQ201320459010
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】川崎力, 渡边嘉之, 蔡承祐 申请人:中冶焦耐工程技术有限公司, 日挥株式会社