焦炉煤气制液化天然气深冷液化工艺研究讲解.doc

焦炉煤气制液化天然气深冷液化工艺研究 摘 要:本文突出介绍了内蒙古恒坤化工有限公司 LNG 项目液化工艺 的流程。 在深冷液化工艺中制冷循环采用了高效率的混合冷剂制冷的 液化流程 , 低温精馏部 分采用精馏塔和脱氢塔脱除焦炉煤气组分中的 氮氢组分 ,以提高产品中甲烷的含量 , 制得产品纯度大于 99%的高 品质液化天然气。 同时本文还分析了混合冷剂工质对制冷循环流程的 影响。研究结果表明 ,合理的制冷工质的配比 ,能过提高换热效率 , 减少工艺能耗。 关 键 词 :焦炉煤气 ;混合冷剂 ;深冷液化 ;低温精馏 引言 我国是世界上第一大焦炭生产国 , 焦炭总产能达到 3. 6 亿吨。 2008 年焦炭产量 3.355 亿吨 ,占全球总产量的 60%以上 ,其中 1/3 的 生产能力在钢铁联合企业内 ,2/3 在独立的焦化企业。焦化行业副 产大量的焦炉煤气 (热值 16.746MJ/Nm3。按每吨焦炭副产约 400m 3焦炉煤气计算 [1], 独立焦化企业每年副产焦炉煤气 894 亿 m 3 左 右 , 除 回炉加热自用、民用 (城市煤气及发电、化工利用 (如生产甲醇、合 成氨外 ,每年放散的焦炉煤气约 200 亿 m 3。 焦炉煤气成分比较复杂 [2], 其中 CH4 含量约为 25~30%、 CO 和 CO 2 含量近 10%,其余为氢及少量氮 ,由于组分中的氢含量较高 ,可将 焦炉煤气通过甲烷化反应 , 使绝大部分 CO、 CO 2 转化成 CH 4 得到主要含H2、CH 4 、N 2 的混合气体 ,经深冷液化可以得到甲烷体积分数 99%以 上的液化甲烷 (LNG 。 据相关文献报道 [3], 预计 2020 年我国天然气的需求量将达到 2000 亿 m 3,而同期的天然气产量只能达到 1400 亿~1600 亿 m 3。如此大的 天然气缺口将给我国带 来诸多不利影响 , 这就为天然气的发展提供了 重大契机。同时 , 十“二五 ”规划战略布局的关键之一就是优化能源 结构 ,构筑清洁能源体系。结合我国国情 ,大力发展焦炉煤气、煤层 气、 含一氧化碳等工业排放气制天然气 , 可以形成重要的天然气来 源。 新矿内蒙古恒坤化工有限公司正是抓住了我国能源结构为 “缺油 , 少气 ,富煤 ” 这一契机 ,积极响应国家号召 ,开展焦炉煤气低温分 离液化后制取天然气项目。我厂该项目已于 2012 年 12 月顺利投产 , 项目的投产成功 , 不仅可以有效缓解天然气日益增长的压力 , 而且对 我国的能源安全、节能减排等方面也具有战略意义。 焦炉煤气制取液化天然气工艺技术 2.1 工艺简介 焦炉煤气制液化天然气整个流程由焦炉气压缩、 脱苯、 奈及焦油、 有机硫水 解催化转化、精脱硫、甲烷合成、脱水、脱少量二氧化碳、 预冷、深冷液化、低 温精馏、液化天然气储存、氢气回收利用等单元 组成。 2.2 深冷液化分离工艺介绍 经甲烷化后的原料气在装置外经脱水干燥后 , 进入深冷液化工序。 内蒙古恒坤 化工有限公司深冷液化工序采用了中国科学院理化技术 研究所提供的一种焦炉煤气综合利用 制取液化天然气的分离新工艺 和设备 [5]。 本工序采用 “LiBr 预冷 +混合工质 +氮气循环 +低温精馏 ”的液化 分离工艺流程制取合格 LNG 产品。具体流程为 :干燥后的原料气 , 进 入深冷区 , 首先进入溴化锂冷水机组预冷却 , 然后进入冷箱内的各段 换热器 ,被返流的低温介质冷却 ,降温至 ﹣154℃后 ,进入脱氢塔 , 塔底采出液体进入低温精馏塔 , 在精馏塔中被精馏 , 分离出氮氢气由 塔顶排出 ,在塔底获得液态甲烷 ,经过冷器过冷并减压后送到常压 LNG 贮罐中储存 ,精馏塔塔顶与脱氢塔顶抽出的氮氢气作为焦炉煤气 净化部分再生气对净化部分的分子筛再生 , 完成再生任务后可以汇入 焦化厂的燃气管网为焦炉提供热量。 循环工质为氮气 ,经氮气压缩机压缩后进入主换热器冷却并减压 后进入塔顶冷凝器作为冷源 ,被气化后 ,送至 LNG 过冷器、主换热器 等复热后 ,出冷箱循环压缩。 液化甲烷所需的冷量由混合制冷剂系统提供 ,本系统采用的是带 有预冷的混合制冷剂循环工艺 , 流程图见下图。 制冷循环如下 :混合 工质经过压缩机压缩以及水冷器冷却后 , 进入气液分离器 , 分离器底 部产生的液体工质进入换热器 1、2,被冷却后出换热器 2,减压节流 后, 温度进一步降低。从分离器顶部出来的气体 ,经过混合冷剂预冷 器冷却后进入换热器 1、 2、 3,被冷却后出换热器 3,经过节流阀节 流降温后 , 温度进一步降低。 分离器下端出来的液体工质经过经过换 热器 1、 2 和减压阀后与从分离器上端出来的气体经过换热器 1、 2、 3 的减压节流后汇合 , 再一同进入换热