[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

说明书

本发明属于一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置及生产方法；包括原料液储罐，原料液储罐通过第一节流阀和蒸发器与第一精馏塔的第一原料气进口相连，第一精馏塔的气相出口通过第二换热器的第一原料气进口、第二换热器的第一原料气出口、热泵、第二换热器的第二原料气进口、第二换热器的第二原料气出口和三通与第二再沸器的原料气进口相连，第二再沸器的原料气出口通过第四节流阀与第二精馏塔的第一原料气进口相连，蒸发器内设有第一换热器，第二精馏塔液相出口通过第一换热器的第二原料气进口和第一换热器的第二原料气出口与储罐相连；具有工艺流程简单、操作简便，运行稳定、低能耗和制备液相甲烷纯度不低于99.9995％的优点。

技术领域

本发明属于生产超高纯甲烷技术领域，具体涉及一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置及生产方法。

背景技术

目前，生产甲烷主要采用二级精馏法、吸附-膨胀脱附法和吸附-间歇精馏法；二级精馏法采用的为外部制冷技术，二级精馏法制取高纯甲烷，产品纯度可达99.99％，由于工艺过程中可利用提氦装置的剩余冷量，甲烷为副产品，成本低，但需要依托大型空分系统。吸附-膨胀脱附法，通过多塔的高压吸附，低压脱附，实现纯化甲烷的目的，此法设备简单，操作、维护简便，但收率低，流程长，需要配套设备多，占地面积大。并且此方法需定期更换吸附剂，因此成本较高；吸附-间歇精馏法，此种方法是先通过吸附法脱去H2O、CO2、C2等杂质，然后通过间歇精馏，制得液相甲烷产品。此法产品纯度可达99.995％，甚至可提高到99.999％；但其操作复杂，工艺流程长，需定期更换吸附剂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种采用热泵精馏、双塔耦合精馏、工艺流程简单、操作简便，运行稳定、低能耗和制备液相甲烷纯度不低于99.9995％的一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置及生产方法。

本发明的目的是这样实现的：包括原料液储罐，原料液储罐通过第一节流阀和蒸发器与第一精馏塔的第一原料气进口相连，第一精馏塔顶部的气相出口通过第二换热器的第一原料气进口、第二换热器的第一原料气出口、热泵、第二换热器的第二原料气进口、第二换热器的第二原料气出口和三通与第二再沸器的原料气进口相连，第二再沸器的原料气出口通过第四节流阀与第二精馏塔的第一原料气进口相连，蒸发器内部设有第一换热器，第二精馏塔底部液相出口通过第一换热器的第二原料气进口和第一换热器的第二原料气出口与储罐相连；第一精馏塔底部液相出口通过第二节流阀、第二换热器的尾气进口、第二换热器的尾气出口与火炬相连；三通的第三端通过第一再沸器和第三节流阀与第一精馏塔上部的第二原料气进口相连；第二精馏塔的顶部气相出口通过管道与第一换热器的第一原料气进口相连，第一换热器的第一原料气出口与气液分离器相连，所述气液分离器的顶部气相出口通过第五节流阀与火炬相连，所述气液分离器的底部液相出口通过管道与第二精馏塔的第二原料气进口相连。

一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置的生产方法，包括如下步骤：

步骤一：原料液储罐中的LNG原料液通过第一节流阀、蒸发器的原料气进口、蒸发器的原料气出口和第一精馏塔的第一原料气进口后进入第一精馏塔内；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的顶部气相出口、第二换热器的第一原料气进口和第二换热器的第一原料气出口进入热泵内；所述第一精馏塔的顶部气相出口的原料气温度为：-150～-155℃，甲烷摩尔分数：98.8％；第二换热器的第一原料气出口的原料气温度：0～10℃；