[发明专利]一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置及生产方法

权利要求书

1.一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置，其特征在于：包括原料液储罐(20)，原料液储罐(20)通过第一节流阀(1)和蒸发器(2)与第一精馏塔(4)的第一原料气进口(33)相连，第一精馏塔(4)顶部的气相出口(30)通过第二换热器的第一原料气进口(36)、第二换热器的第一原料气出口(34)、热泵(6)、第二换热器的第二原料气进口(38)、第二换热器的第二原料气出口(40)和三通(17)与第二再沸器(10)的原料气进口(28)相连，第二再沸器(10)的原料气出口(24)通过第四节流阀(11)与第二精馏塔(13)的第一原料气进口(32)相连，蒸发器(2)内部设有第一换热器(3)，第二精馏塔(13)底部液相出口(29)通过第一换热器(3)的第二原料气进口(21)和第一换热器(3)的第二原料气出口(19)与储罐(16)相连；第一精馏塔(4)底部液相出口(35)通过第二节流阀(12)、第二换热器(5)的尾气进口(39)、第二换热器(5)的尾气出口(37)与火炬(7)相连；三通(17)的第三端通过第一再沸器(8)和第三节流阀(9)与第一精馏塔(4)上部的第二原料气进口(31)相连；第二精馏塔(13)的顶部气相出口(26)通过管道与第一换热器(3)的第一原料气进口(18)相连，第一换热器(3)的第一原料气出口(22)与气液分离器(14)相连，所述气液分离器(14)的顶部气相出口(23)通过第五节流阀(15)与火炬(7)相连，所述气液分离器(14)的底部液相出口(25)通过管道与第二精馏塔(13)的第二原料气进口(27)相连。

2.一种根据权利要求1所述的LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：原料液储罐(20)中的LNG原料液通过第一节流阀(1)、蒸发器的原料气进口、蒸发器的原料气出口和第一精馏塔(4)的第一原料气进口(33)后进入第一精馏塔(4)内；所述LNG原料液的组成成份为：甲烷、氢气、氩气、氮气；LNG原料液的温度为：-160～-155℃，气相分率为0，甲烷摩尔分数：96.4％；第一节流阀(1)后原料液温度为：-156℃；蒸发器的原料气出口的原料气温度为：-151～-147℃，气相分率为1；

步骤二：第一精馏塔(4)对原料气进行精馏提纯，精馏提纯后的气相通过第一精馏塔(4)的顶部气相出口(30)、第二换热器(5)的第一原料气进口(36)和第二换热器(5)的第一原料气出口(34)进入热泵(6)内；所述第一精馏塔(4)的顶部气相出口(30)的原料气温度为：-150～-155℃，甲烷摩尔分数：98.8％；第二换热器(5)的第一原料气出口(34)的原料气温度：0～10℃；

步骤三：步骤二中所述的进入热泵(6)内的原料气通过第二换热器的第二原料气进口(38)、第二换热器的第二原料气出口(40)、三通(17)和第二再沸器(10)的原料气进口(28)进入第二再沸器(10)内；所述热泵(6)出口的原料气温度为：35～40℃，第二换热器(5)的第二原料气出口(40)的原料气温度为：-138～-135℃，气相分率为：0.75；

步骤四：步骤三中所述的进入第二再沸器(10)内的原料气通过第二再沸器(10)的原料气出口(24)、第四节流阀(11)和第二精馏塔(13)的第一原料气进口(32)进入第二精馏塔(13)的内部；第二再沸器的原料气出口(24)的原料气温度为：-139℃，气相分率为：0；

步骤五：使上述步骤四中所述进入第二精馏塔(13)内的原料气进行精馏提纯，精馏提纯后的液相通过第二精馏塔(13)的底部液相出口(29)、第一换热器(3)的第二原料气进口(21)和第一换热器(3)的第二原料气出口(19)进入储罐(16)内部；第二精馏塔(13)的底部液相出口液相甲烷的温度为：-142℃；第一换热器(3)的第二原料气出口(19)液相甲烷的温度为：-151℃，气相分率0；所述的储罐(16)内部的液相甲烷的纯度不低于99.9995％；

步骤六：步骤二中所述的第一精馏塔(4)对原料气进行精馏提纯后的液相通过第一精馏塔(4)的底部液相出口(35)、第二节流阀(12)、第二换热器(5)的尾气进口(39)和第二换热器(5)的尾气出口(37)进入火炬(7)内部；所述第一精馏塔(4)的底部液相出口(35)的废液温度为：-149℃～-145℃；第二换热器(5)的尾气出口(37)废液温度为：20℃～25℃；

步骤七：所述步骤三中通过三通(17)的原料气由三通(17)第三端进入第一再沸器(8)内，所述进入第一再沸器(8)内的原料气通过第三节流阀(9)和第一精馏塔(4)的第二原料气进口(31)进入第一精馏塔(4)内进行精馏提纯；所述第一再沸器(8)的原料气出口中的原料气温度为：-142℃，气相分率为：0；

步骤八：步骤五中所述精馏提纯后的气相通过第二精馏塔(13)的顶部气相出口(26)、第一换热器(3)的第一原料气进口(18)和第一换热器(3)的第一原料气出口(22)进入气液分离器(14)内，经过气液分离器(14)进行气液分离后的尾气通过气液分离器(14)的顶部气相出口(23)和第五节流阀(15)进入火炬(7)内，经过气液分离器(14)进行气液分离后的液相通过气液分离器(14)的底部液相出口(25)和第二精馏塔(13)的第二原料气进口(27)进入第二精馏塔(13)内部进行精馏提纯；第二精馏塔(13)的顶部气相出口(26)原料气温度为：-144℃；第一换热器(3)的第一原料气出口(22)的原料气温度为：--151℃；气液分离器(14)的顶部气相出口(23)尾气温度：-151℃，甲烷摩尔分数50％～58％；气液分离器(14)的底部液相出口温度：-151℃。