[发明专利]利用LNG冷能的焦炉煤气低温制氢工艺

说明书

技术领域

本发明属于能源综合利用技术领域，涉及一种利用液化天然气（LNG）的冷能用于焦炉煤气制氢系统和方法。

背景技术

天然气在常压下冷却至约-162℃时，由气态变成液态，称为液化天然气(简称LNG)。LNG在供给下游用户使用前须气化成气体，其汽化过程会释放出830-860kJ／kg冷能。2011年我国LNG进口量已达到1221万吨，根据我国LNG的发展规划，2015年LNG进口量将达到4200万吨，每年可利用的冷能约为105亿kW·h,相当于210万kW 装机的年发电量。在全球能源高价格的外部环境下，随着LNG进口量的不断攀升，我国LNG冷能回收利用产业正面临着空前的历史机遇和巨大的发展空间。目前LNG冷能利用形式有两类，直接利用：冷能发电、冷冻仓库、空气分离、液化二氧化碳等；间接利用：用空气分离得到的液氮、液氧进行低温破碎、污水处理等。

氢能具有热效率高、能量密度大、燃烧清洁、可运输、可储存、可再生等特点，各国将其视为21世纪的绿色能源和战略能源。我国现在是世界上最大的焦炭生产国，2012年全国的产量达4.43亿吨。每生产一吨焦炭所产生的焦炉气量约为450Nm³，则我国焦炉气年排放量将达到近2000亿Nm³。根据表1，焦炉气中氢气的含量一般超过50％，这意味着产生了1000亿Nm³以上的氢气。将这些焦炉气中的氢能提取出来，既能消除焦炉煤气排放相关的污染，又可获得巨量的氢能源，经济效益和社会效益显著。从焦炉气中分离氢可采用的方法主要有变压吸附法、膜分离法和低温分离法。变压吸附法和膜分离法适于中小规模分离，低温分离法较适于大规模分离。为满足规模储运需要 ，还要进行液化而消耗能量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用LNG冷能的焦炉煤气低温制氢工艺。

利用LNG冷能的焦炉煤气低温制氢的工艺，其中焦炉煤气经加压、预处理系统处理后，除去H₂O、CO₂和NH₃等物质，进入换热系统中，通过与LNG进行换热，LNG升温至常温后进入蒸汽动力锅炉燃烧，燃烧后产生的动力蒸汽用于焦炉煤气压缩、回收氢气压缩和制冷系统压缩，而焦炉煤气温度降低；

降温后的焦炉煤气输入第一分离器中，重烃类物质从第一分离器底部分离，剩余的焦炉煤气从分离器顶部输出后，经过换热系统再次降温后进入第二个分离器中，除去CH₄，剩余的焦炉煤气从第二分离器顶部输出后经过换热系统再次降温进入制冷系统，经过制冷系统降温进入第三分离器，除去O₂、CO和N₂等物质后加压得到氢气。

目前世界上的LNG冷能利用项目除空气分离利用的温位在-150到-70℃外，其它用户用冷温位大都与LNG气化的冷能温度分布不匹配，即“低温冷能高温用”，过程冷能损大，经济效益降低。而焦炉煤气中主要组分（单位：体积百分数）的沸点（℃）都比较低，见表1， LNG高品位冷能将可以得到利用，达到“低温冷能低温用”。 

表1焦炉煤气组分及沸点

本发明将LNG汽化时放出的高品位冷能用于降低焦炉煤气（沸点低于-160℃）的温度，同时通过低温逐步除去焦炉煤气中沸点较高的重烃等杂质和CH₄，然后将低温焦炉煤气进一步降温除去O₂、CO和N₂等沸点较低的物质，最后得到氢气。而LNG通过换热后得到的NG（天然气）将送蒸汽动力锅炉燃烧以产生动力蒸汽，用于焦炉煤气压缩、回收氢气压缩和制冷系统压缩。该法将LNG冷能用到焦炉煤气低温制氢工艺过程中，不仅解决了以往焦炉煤气低温制氢需要单纯通过加压膨胀来获取低温而大量消耗电能的问题，同时也有助于解决LNG冷能的综合利用问题。

附图说明

图1是工艺流程简图；图中，1. 预处理系统，2.换热系统，3.LNG储罐，4. 第一分离器， 5. 第二分离器，6.制冷系统，7. 第三分离器。

具体实施方式

结合图1与实施例对本专利技术进一步详细阐述：

实施例1

某焦化厂温度为25℃的焦炉煤气经过等温压缩后，压力由0.1MPa变为1MPa到预处理系统1中除去H₂O、CO₂和NH₃等物质，然后进入换热系统2中，与来自LNG储罐3中的-162℃的LNG低温液体进行热交换，焦炉煤气的温度冷却到-52℃，而-162℃的LNG通过换热后温度上升到常温，NG（常温天然气）将进入蒸汽动力锅炉燃烧，燃烧后产生的动力蒸汽分为3个支流，分别用于焦炉煤气压缩、回收氢气压缩和制冷系统压缩。其中-52℃的焦炉煤气进入第一个分离器4中，通过冷凝分离使液态C_nH_m (重烃类)物质从分离器4下面出来收集，剩余焦炉煤气从分离器4上方出去后，再次经过换热系统2，温度降低-123℃以下，然后进入第二个分离器5中，通过冷凝分离使液态CH₄从分离器下面出来后收集，剩余焦炉煤气从分离器5上方出去，继续经过换热系统2，温度降低到-160℃以下，然后进入制冷系统，经过制冷系统降温到-170℃以下进入到第三个分离器7中，通过冷凝分离使液态O₂、CO和N₂等物质从分离器7下面出来收集，而氢气从分离器7上面出来通过加压进行回收，纯度达到99%。