专利名称：一种焦炉气制液化天然气的深冷分离方法
技术领域：
本发明涉及焦炉气制液化天然气的方法，尤其是一种焦炉气制液化天然气的深冷分离方法。
背景技术：
焦炉气中含有一氧化碳、甲烷、氢气、氮气等组分，属于中热值气。经甲烷化处理后焦炉气中的主要成分为甲烷、氢气、氮气和少量乙烷，用焦炉气制取天然气的成本比煤制天然气有更大竞争力，既符合国家的能源政策，可充分、合理利用工业排放气资源，减少温室气体排放，同时又能为企业带来巨大的经济效益。现有技术中，从焦炉气中深冷分离天然气，是采用混合冷剂制冷循环，混合冷剂需要增加各冷剂的储存、运输系统，且冷剂压缩机成本较高。发明内容
本发明的目的在于提供一种焦炉气制液化天然气的深冷分离方法，成本低、投资少，系统稳定、操作简单、天然气的回收率高。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案本发明一种焦炉气制液化天然气的深冷分离方法，其特征在于包括如下步骤步骤一将焦炉气经甲烷化处理及预处理得到的主要成分为甲烷、氢气、氮气和少量乙烷的原料气导入原料气冷却器冷却后，从所述原料气冷却器中部抽出，然后导入塔底再沸器作为该塔底再沸器的热源，然后再次导入原料气冷却器继续降温，从原料气冷却器出来的含少量液体的原料气导入甲烷-氢气精馏塔，精馏后得到塔顶富氢气体和塔底液体产物；步骤二 将所述塔顶富氢气体依次经塔顶冷凝器一、氮过冷器、原料气冷却器，为所述氮过冷器和原料气冷却器提供冷量，复热至常温后返回甲烷化反应装置或经PSA提纯得高纯氢气； 将所述塔底液体产物经减压阀一减压后导入甲烷-氮气精馏塔，精馏后得到塔底甲烷产物和塔顶富氮气；所述塔顶富氮气依次经塔顶冷凝器二、氮过冷器、原料气冷却器为氮过冷器和原料气冷却器提供冷量；所述塔底甲烷产物经原料气冷却器过冷，再经减压阀三减压至所需压力后导入天然气储罐。
所述原料气冷却器和氮过冷器采用双级氮膨胀制冷循环低压氮气经循环氮气压缩机增压并冷却至室温后分成两股，一股进入热端增压透平膨胀机的增压端增压，然后进入原料气换热器冷却，从原料气换热器中部抽出大部分氮气进入所述热端增压透平膨胀机的膨胀端，从膨胀端出口进入原料气换热器的低压氮气通道复热，为原料气冷却器提供冷量；从原料气换热器中部抽出小部分氮气进入氮过冷器中冷却、液化，经J/T阀减压制冷， 作为甲烷-氢气精馏塔的塔顶冷凝器一和甲烷-氮气精馏塔的塔顶冷凝器二的冷源，所述塔顶冷凝器一和塔顶冷凝器二分别为甲烷-氢气精馏塔、甲烷-氮气精馏塔提供所需的回流液，液氮蒸发后依次经氮过冷器和原料气冷却器复热，为氮过冷器和原料气冷却器提供冷量；另一股进入冷端增压透平膨胀机的增压端增压，然后进入原料气换热器冷却，然后进入冷端增压透平膨胀机的膨胀端，从膨胀端出口进入原料气换热器的低压氮气通道复热， 为原料气冷却器提供冷量；来自塔顶冷凝器一、二的氮气、冷端增压透平膨胀机的氮气和热端增压透平膨胀机的氮气，经复热后汇入循环氮气压缩机的入口，进入下一次制冷循环。
在所述双级氮膨胀制冷循环的氮气中加入5% 15%的甲烷气体。
在双级氮膨胀制冷循环中增加氮气补充口，所述氮气补充口与循环氮气压缩机入口管路相连。
与现有技术相比本发明的有益效果是由于本发明利用低压返流氮气、富氮气、富氢气提供冷量给原料气冷却器提供冷量来冷却原料气和增压氮气，利用低压返流氮气、富氮气、富氢气给氮过冷器提供冷量来冷却液氮，降低了整套系统的能耗。
采用双级氮膨胀制冷循环和液氮节流制冷结合的方式，使得分离天然气的设备投资大大降低，且进一步降低了整套系统的能耗，系统稳定性好，操作简单，天然气的回收率尚ο
图1是本发明的焦炉气制液化天然气的深冷分离系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种焦炉气制液化天然气的深冷分离方法，包括如下步骤 步骤一焦炉气经甲烷化处理及预处理后得到主要成分为甲烷、氢气、氮气和少量乙烷的压力为1. 7 2. IMpa的原料气，将所述原料气导入原料气冷却器E-201的第一冷却管路 LY-I冷却至-120 后，从所述原料气冷却器E-201中部抽出，然后导入塔底再沸器E-106作为该塔底再沸器E-106的热源，然后导入原料气冷却器E-201的第二冷却管路 LY-2继续降温至-140 150°C，从原料气冷却器E-201出来的含少量液体的原料气导入甲烷-氢气精馏塔T-101，精馏后得到塔顶富氢气体和-150 -160°C的塔底液体产物，该塔底液体产物的主要成分为氮、甲烷和氢；步骤二 将所述塔顶富氢气体依次经塔顶冷凝器一 E-104的冷却管路、氮过冷器E-202 的第一复热管路FD-I、原料气冷却器E-201的第一复热管路FY-I，为所述氮过冷器E-202 和原料气冷却器E-201提供冷量，复热至常温后返回甲烷化反应装置或经PSA提纯得高纯氢气；将所述塔底液体产物经减压阀一 V-101减压至0. 3 0. 42Mpa后导入甲烷-氮气精馏塔T-102，精馏后得到塔底甲烷产物和塔顶富氮气；所述塔顶富氮气依次经塔顶冷凝器二 E-105的冷却管路、氮过冷器E-202的第二复热管路FD-2、原料气冷却器E-201第二复热管路FY-2为氮过冷器E-202和原料气冷却器E-201提供冷量；所述塔底甲烷产物依次经塔底再沸器E-106的冷却管路、原料气冷却器E-201的第三冷却管路LY-3过冷6 8°C、减压阀三V-103减压至所需压力后，导入天然气储罐；所述原料气冷却器E-201和氮过冷器E-202采用双级氮膨胀制冷循环压力为0. 28 0. 36Mpa的低压氮气经循环氮气压缩机C-101增压并冷却至室温后分成两股，一股进入热端增压透平膨胀机ET-101的增压端增压至2. 2 2. 4Mpa,然后进入原料气换热器E-201的第四冷却管路LY-4冷却至-25°C，从原料气换热器E-201中部抽出大部分氮气进入所述热端增压透平膨胀机ET-101的膨胀端，从膨胀端出口出来的压力为0. 3 0. 4Mpa、温度为_105°C的氮气，进入原料气换热器E-201的低压氮气通道即第四复热管路FY-4复热，为原料气冷却器E-201提供冷量；从原料气换热器E-201中部抽出小部分氮气进入氮过冷器 E-202的冷却管路LD-I中液化、冷却至-170 -180°C，经J/T阀V-102减压制冷，作为甲烷-氢气精馏塔T-101的塔顶冷凝器一 E-104和甲烷-氮气精馏塔T-102的塔顶冷凝器二 E-105的冷源，所述塔顶冷凝器一 E-104为甲烷-氢气精馏塔T-101提供所需的回流液，所述塔顶冷凝器二 E-105为甲烷-氮气精馏塔T-102提供所需的回流液，所述回流液的主要成分均为氮、甲烷和氢，液氮蒸发后依次经氮过冷器E-202的第三复热管路FD-3和原料气冷却器E-201的第五复热管路FY-5复热，为氮过冷器E-202和原料气冷却器E-201提供冷量；另一股进入冷端增压透平膨胀机ET-102的增压端增压至1. 7 1. 85Mpa，然后进入原料气换热器E-201的第五冷却管路LY-5冷却至-110 _120°C，然后进入冷端增压透平膨胀机ET-102的膨胀端，从膨胀端出口进入原料气换热器E-201的低压氮气通道即第三复热管路FY-3复热，为原料气冷却器E-201提供冷量；来自原料气冷却器E-201的第三、第四和第五复热管路FY-3、4和5的氮气，汇入循环氮气压缩机C-101的入口，进入下一次制冷循环。
作为优选，在所述双级氮膨胀制冷循环的氮气中加入5% 15%的甲烷气体，目的在于优化换热，降低能耗；在双级氮膨胀制冷循环中增加氮气补充口，所述氮气补充口与循环氮气压缩机C-101的入口管路相连。
使用本发明方法可获得的液化天然气纯度约92%，乙烷含量约7%，收率99% ；副产品循环氢的收率约99% ；单位能耗为0. 65kw. h/Nm3 LNG。
如图1所示，本发明一种焦炉气制液化天然气的深冷分离系统，包括甲烷-氢气精馏塔T-101，甲烷-氮气精馏塔T-102，原料气冷却器E-201，氮过冷器E-202，甲烷-氢气精馏塔T-101的塔顶冷凝器一 E-104，甲烷-氮气精馏塔T-102的塔顶冷凝器二 E-105，甲烷-氮气精馏塔T-102的塔底再沸器E-106，循环氮气压缩机C-101，热端增压透平膨胀机 ET-101，冷端增压透平膨胀机ET-102，J/T阀V-102，减压阀一 V-101及减压阀三V-103 ；经甲烷化处理及预处理得到的原料气，依次经所述原料气冷却器E-201的第一冷却管路LY-I、塔底再沸器E-106的冷却管路、原料气冷却器E-201的第二冷却管路LY-2、甲烷-氢气精馏塔T-101入口、甲烷-氢气精馏塔T-101塔底出口、减压阀一 V-101、甲烷-氮气精馏塔T-102入口、塔底再沸器E-106的加热管路、原料气冷却器E-201的第三冷却管路LY-3、减压阀三V-103和天然气储罐，构成天然气的深冷分离管路系统，其中塔底再沸器 E-106的加热管路出口还与甲烷-氮气精馏塔T-102的塔底上升气体入口连通；甲烷-氢气精馏塔T-101的塔顶出口依次与塔顶冷凝器一 E-104的冷却管路、氮过冷器E-202的第一复热管路FD-1、原料气冷却器E-201的第一复热管路FY-I和富氢气回收管连通，构成富氢气回收管路系统，其中塔顶冷凝器一 E-104的冷却管路出口还与甲烷-氢气精馏塔T-101的塔顶回流液入口连通；甲烷-氮气精馏塔T-102的塔顶出口依次与塔顶冷凝器二 E-105的冷却管路、氮过冷器E-202的第二复热管路FD-2、原料气冷却器E-201的第二复热管路FY-2和富氮气管连通，构成富氮气管路系统，其中塔顶冷凝器二 E-105的冷却管路出口还与甲烷-氮气精馏塔T-102的塔顶回流液入口连通；还包括为原料气冷却器E-201和氮过冷器E-202提供冷量的双级氮膨胀制冷循环回路。所述双级氮膨胀制冷循环回路，包括循环氮气压缩机C-101，热端增压透平膨胀机 ET-101，冷端增压透平膨胀机ET-102和J/T阀V-102 ；低压氮气经循环氮气压缩机C-101 增压并冷却至室温后分成两股，一股进入热端增压透平膨胀机ET-101的增压端增压，然后进入原料气换热器E-201的第四冷却管路LY-4冷却，从原料气换热器E-201中部抽出大部分氮气进入所述热端增压透平膨胀机ET-101的膨胀端，从膨胀端出口进入原料气换热器 E-201的第四复热管路FY-4复热，为原料气冷却器E-201提供冷量；从原料气换热器E-201 中部抽出小部分氮气进入氮过冷器E-202的冷却管路LD-I冷却、液化，经J/T阀V-102减压制冷，作为甲烷-氢气精馏塔T-101的塔顶冷凝器一 E-104和甲烷-氮气精馏塔T-102 的塔顶冷凝器二 E-105的冷源，所述塔顶冷凝器一 E-104和塔顶冷凝器二 E-105分别为甲烷-氢气精馏塔T-101、甲烷-氮气精馏塔T-102提供所需的回流液，液氮蒸发后依次经氮过冷器E-202的第三复热管路FD-3和原料气冷却器E-201的第五复热管路FY-5复热，为氮过冷器E-202和原料气冷却器E-201提供冷量；另一股进入冷端增压透平膨胀机ET-102 的增压端增压，然后进入原料气换热器E-201的第五冷却管路LY-5冷却，然后进入冷端增压透平膨胀机ET-102的膨胀端，从膨胀端出口进入原料气换热器E-201的第三复热管路 FY-3复热，为原料气冷却器E-201提供冷量；来自原料气冷却器E-201的第三、第四和第五复热管路FY-3、4和5的氮气，汇入循环氮气压缩机C-101的入口，进入下一次制冷循环。
作为优选，所述双级氮膨胀制冷循环回路中设有氮气补充口，所述氮气补充口与循环氮气压缩机c-101的入口管路相连。
本发明并不局限于上述的具体实施方式
，任何与本发明相等同的技术方案，或对本发明进行的简单替换，均在本发明的保护范围。
权利要求
1.一种焦炉气制液化天然气的深冷分离方法，其特征在于包括如下步骤步骤一将焦炉气经甲烷化处理及预处理得到的主要成分为甲烷、氢气、氮气和少量乙烷的原料气导入原料气冷却器(E-201)冷却后，从所述原料气冷却器(E-201)中部抽出，然后导入塔底再沸器(E-106)作为该塔底再沸器(E-106)的热源，然后再次导入原料气冷却器 (E-201)继续降温，从原料气冷却器(E-201)出来的含少量液体的原料气导入甲烷-氢气精馏塔(T-101)，精馏后得到塔顶富氢气体和塔底液体产物；步骤二 将所述塔顶富氢气体依次经塔顶冷凝器一(E-104)、氮过冷器(E-202)、原料气冷却器 (E-201)，为所述氮过冷器(E-202)和原料气冷却器(E-201)提供冷量，复热至常温后返回甲烷化反应装置或经PSA提纯得高纯氢气；将所述塔底液体产物经减压阀一(V-101)减压后导入甲烷-氮气精馏塔(T-102)，精馏后得到塔底甲烷产物和塔顶富氮气；所述塔顶富氮气依次经塔顶冷凝器二(E-105)、氮过冷器(E-202)、原料气冷却器 (E-201)为氮过冷器(E-202)和原料气冷却器(E-201)提供冷量；所述塔底甲烷产物经原料气冷却器(E-201)过冷，再经减压阀三(V-103)减压至所需压力后导入天然气储罐。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉气制液化天然气的深冷分离方法，其特征在于所述原料气冷却器(E-201)和氮过冷器(E-202)采用双级氮膨胀制冷循环低压氮气经循环氮气压缩机(C-101)增压并冷却至室温后分成两股，一股进入热端增压透平膨胀机(ET-101)的增压端增压，然后进入原料气换热器 (E-201)冷却，从原料气换热器(E-201)中部抽出大部分氮气进入所述冷端增压透平膨胀机 (ET-101)的膨胀端，从膨胀端出口进入原料气换热器(E-201)的低压氮气通道复热，为原料气冷却器(E-201)提供冷量；从原料气换热器(E-201)中部抽出小部分氮气进入氮过冷器 (E-202)中冷却、液化，经J/T阀(V-102)减压制冷，作为甲烷-氢气精馏塔(T-101)的塔顶冷凝器一(E-104)和甲烷-氮气精馏塔(T-102)的塔顶冷凝器二(E-105)的冷源，所述塔顶冷凝器一(E-104)和塔顶冷凝器二(E-105)分别为甲烷-氢气精馏塔(T-101 )、甲烷-氮气精馏塔(T-102)提供所需的回流液，液氮蒸发后依次经氮过冷器(E-202)和原料气冷却器 (E-201)复热，为氮过冷器(E-202)和原料气冷却器(E-201)提供冷量；另一股进入冷端增压透平膨胀机(ET-102)的增压端增压，然后进入原料气换热器(E-201)冷却，然后进入冷端增压透平膨胀机(ET-102)的膨胀端，从膨胀端出口进入原料气换热器(E-201)的低压氮气通道复热，为原料气冷却器(E-201)提供冷量；来自塔顶冷凝器一、二(E-104、E-105)的氮气、热端增压透平膨胀机(ET-101)的氮气和冷端增压透平膨胀机(ET-102)的氮气，经复热后汇入循环氮气压缩机(C-101)的入口， 进入下一次制冷循环。
3.根据权利要求2所述的一种焦炉气制液化天然气的深冷分离方法，其特征在于在所述双级氮膨胀制冷循环的氮气中加入5% 15%的甲烷气体。
4.根据权利要求2所述的一种焦炉气制液化天然气的深冷分离方法，其特征在于在双级氮膨胀制冷循环中增加氮气补充口，所述氮气补充口与循环氮气压缩机(C-101)入口管路相连。
全文摘要
本发明公开了一种焦炉气制液化天然气的深冷分离方法，步骤一将原料气导入原料气冷却器，从中部抽出，导入塔底再沸器，再次导入原料气冷却器，从原料气冷却器出来导入甲烷-氢气精馏塔，得到塔顶富氢气体和塔底液体产物；步骤二将塔顶富氢气体依次经塔顶冷凝器一、氮过冷器、原料气冷却器，复热至常温后回收；将塔底液体产物经减压阀一减压后导入甲烷-氮气精馏塔，得到塔底甲烷产物和塔顶富氮气；塔顶富氮气依次经塔顶冷凝器二、氮过冷器、原料气冷却器为氮过冷器和原料气冷却器提供冷量；塔底甲烷产物经原料气冷却器过冷，再经减压阀三减压至所需压力后导入天然气储罐。本发明成本低、投资少，系统稳定、操作简单、天然气的回收率高。
文档编号F25J3/02GK102519222SQ201110412699
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者廖江芬 申请人:杭州中泰深冷技术股份有限公司