[实用新型]富甲烷气精馏脱氢氮并生产液化天然气的装置

说明书

技术领域

本实用新型提供了一种富甲烷气精馏脱氢氮并生产液化天然气的装置。煤基合成气、焦炉气以及焦炉气甲烷化后的气体等除含有甲烷外，还含有氮气、氢气、一氧化碳，为得到液化天然气，需将其脱除到一定程度，才能作为液化天然气（LNG）产品产出。

背景技术

迫于环保及能源成本压力，天然气作为一次能源在社会各个领域所占比例正逐渐提升，其应用领域已逐渐扩大到发电、汽车用气、工业用气、城市居民用气、化工用气等方面，市场需求量迅速增加。传统的天然气管输供应方式仍为主流，但受原料条件及用户分布限制，有相当一部分资源无法进行管道长距离输送，需选择液化的方式，将甲烷转变为液体再采用灵活的运输方式将其送往用户终端。并且，液化天然气（LNG）体积只有同量气体体积的1/625，液化后可以降低贮存和运输成本，且可以提高单位体积的燃值。液化天然气工业的不断发展，对天然气液化方法和装置在能耗、投资和效率等方面提出了更高的要求。

对于某些富含甲烷气体，例如煤基合成气和焦炉气甲烷化后得到的合成天然气等，其组成除甲烷外，还含有氮气、氢气、一氧化碳等，为得到高纯度的液化天然气，需将其中的氮气、氢气、一氧化碳脱除到一定程度，才能作为液化天然气（LNG）产品产出。

目前常用的气体分离方法一般有低温液化分离、变压吸附及膜分离等，目前低温液化分离技术正逐渐应用于富甲烷气体提纯及液化天然气的生产。如附图1所示为富甲烷气提纯及液化工艺，该工艺包括低温液化和精馏分离两部分；低温液化部分由制冷剂提供冷量在冷箱中实现天然气的液化；精馏分离部分采用双塔精馏（高压塔及低压塔）流程脱除氢气、氮气、一氧化碳，低压精馏塔顶部得到富氮气和一氧化碳，高压精馏塔顶部得到富氢气；采用这一工艺可以得到杂质气体脱除合格的液化天然气产品，但这一工艺流程较为复杂，采用两台精馏塔，设备投资费用较高，并且不易于装置开车操作。

中国专利201210065876.5公开了一种从富甲烷的气体中脱氢气、氮气、一氧化碳并生产液化天然气的工艺，如附图2所示，该工艺包括低温液化工序和前带闪蒸的精馏分离工序两部分；其中，含氢气、氮气、一氧化碳的富甲烷的混合气首先经冷箱预冷，之后进入精馏塔的塔底再沸器为精馏塔提供热量，出塔底再沸器的混合流股返回冷箱的后序换热器中冷却后出冷箱进入闪蒸罐中闪蒸，闪蒸罐顶部得到部分的富氢气，返回冷箱复热，闪蒸罐底部液相经节流阀节流后进入精馏塔中精馏；精馏塔顶部得到氢气、氮气、一氧化碳的混合气，该氢气、氮气、一氧化碳混合气经冷箱回收冷量后出冷箱系统；精馏塔底部的液相返回冷箱中过冷后出系统，作为氢气含量≤4000ppm，氮气含量≤8%，一氧化碳≤9%的液化天然气产品获得。该专利的工艺流程虽较为简单，但作为液化天然气产品的氢气含量、氮气含量、一氧化碳含量仍然较高。采用闪蒸这一过程会不可避免的造成闪蒸气中携带大量的甲烷，且其量无法精确控制，会造成甲烷组分较大的损失。因此，这一闪蒸加精馏分离工艺尽管可将氢、氮等杂质组分脱除至合格，也使得甲烷组分损失较大，适用于对甲烷收率要求不高的场合。本实用新型的目的之一在于研发一种新的装置以提高LNG产品中甲烷含量，提高甲烷收率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种从含氢气、氮气的富甲烷气（富含甲烷的气体）中脱除氢气、氮气及可能含有的一氧化碳并将甲烷组分液化生产天然气（LNG）的装置，能将氢气、氮气、一氧化碳脱除的同时得到合格的液化天然气，流程较为简单且设备投资费用较低。采用精馏分离工艺可以精确控制LNG产品及精馏尾气中甲烷组分含量，与闪蒸加精馏分离工艺相比，LNG产品中甲烷含量至少提高3%，杂质组分含量更低。

本实用新型提供一种富甲烷气精馏脱氢氮并生产液化天然气的装置。

在第一实施方式中，

该装置包括：冷箱、四台节流装置和精馏塔，该精馏塔包括塔底的再沸器、塔顶的冷凝器和分液罐，

其中，该冷箱包括：

液相混合冷剂入口，其与冷箱的第一换热通道连接，该第一换热通道从冷箱中的换热器的一个特定级（例如第一级、第二级、第三级等）的末端引出一根管道，经由第一节流阀，进入冷箱与冷箱的第三换热通道连接，

气相冷剂入口，其与冷箱的第二换热通道连接，该第二换热通道从换热器的另一个特定级（例如第一级、第二级、第三级等）的末端引出一根管道，连接至精馏塔底再沸器的入口端，精馏塔底再沸器的出口端返回冷箱（例如第八换热通道），从冷箱另一个特定级（例如第一级、第二级、第三级等）的末端引出一根管道，经由第二节流阀，与冷箱的第三换热通道的入口端连接，第三换热通道的出口端为混合冷剂出口，