[发明专利]高含氧含氮煤层气制备液化天然气组合工艺

摘要

高含氧含氮煤层气制备液化天然气组合工艺，经过催化脱氧、脱酸、脱水、脱苯脱汞、液化和低温精馏等工艺路径，最终得到液化天然气产品，高效的前置脱氧工艺保证整个液化装置的安全、稳定运行。充分利用各个物质的物性条件，前端脱氧工艺有效避免各物质爆炸极限问题，从源头消除氧气隐患，工艺流程操作安全可靠，中间脱酸、脱水、脱汞、脱苯工艺成熟稳定，后端低温精馏液化工艺甲烷收率高，提高能源利用率，LNG产品质量有保障；工艺组合具有更好的安全性，提高装置的处理能力，减少碳排放，最大限度回收煤层气资源；相比PSA脱氮工艺具有节约投资10%，甲烷回收率提高10%，运行成本降低10%以上的特点。

主权项

高含氧含氮煤层气制备液化天然气组合工艺,其特征在于，高含氧、高含氮的低压煤层气先后通过脱氧增压单元、脱酸吸收单元、脱酸再生单元，脱水单元和制冷精馏单元制成液化天然气，其中包括前端增压、耐硫催化脱氧、后端增压、MDEA脱碳、分子筛脱水、脱苯、脱汞、液化、低温精馏脱氮和混合冷剂循环十个净化工段；具体地，高含氧、高含氮的低压煤层气首先经过前端增压至0.2～1MPa，进入脱氧反应器在催化剂作用下催化脱氧，其中的氧气与甲烷产生化学反应而脱除，高温脱氧气经过废热锅炉回收热能后，进入后端循环压缩机再次提高压力，增压至4.5～6MPa，然后，进入脱酸吸收单元和脱酸再生单元脱除H2S和CO2，包括进入MDEA脱酸工段，脱除酸气至CO2≤50ppm后，继续进入脱水单元，包括进入分子筛脱水工段脱除气相水分，脱除至≤10ppm后，进入脱硫脱汞塔，脱除Hg至质量浓度≤0.01μg/m³，脱除苯类体积浓度≤10x10‑6后得到净化气；最后，进入制冷精馏单元，净化气进入混合冷剂压缩机冷箱中冷却液化，然后利用甲烷和氮气沸点的不同，采用低温精馏的方法，将氮气从精馏塔塔顶富集后排出，液态甲烷从塔釜排出后再次进入冷箱过冷段过冷，混合冷剂压缩机冷箱为系统提供冷量，最后生产出合格的液化天然气产品；其中：在脱氧增压单元中，新鲜的高含氧、高含氮的低压煤层气首先经过前端增压压缩机增压至0.2～1MPa，与部分来自后端循环压缩机的循环气混合，经过进出口换热器预热后，进入脱氧反应器，反应温度控制在400～700℃，甲烷与氧在催化剂的催化作用下反应生成CO2和水；出口高温脱氧气体先进入废热锅炉副产蒸汽后，进入进出口换热器进一步降温，最后再次经过出口冷却器降温至常温；脱氧后煤层气中氧气体积分数≤0.2%；在脱酸吸收单元和脱酸再生单元中，常温煤层气经过后端增压至4.5～6MPa后从脱氧增压单元出来，从吸收塔下部进入，自下而上通过吸收塔；贫胺液从吸收塔上部进入，自上而下通过吸收塔；两者逆流流动，使气体中的H2S和CO2被吸收液吸收进入液相中，未被吸收的气相部分从吸收塔塔顶排出，得到脱酸后的煤层气，其CO2体积分数≤50ppm，H2S体积分数≤4ppm；在脱水单元中，从脱酸吸收单元和脱酸再生单元中吸收塔顶排出脱酸合格的煤层气，进入脱水单元脱水塔，从脱水塔内的分子筛干燥器的顶部或底部进入，经过分子筛吸附水分后，煤层气中的水分≤1ppm；脱水塔为分子筛干燥塔，共计有二或三台，经过循环干燥、再生、冷却，以保证连续不断的干燥煤层气；同时，也是通过吸附的方式脱苯脱汞，脱硫脱汞塔采用载硫活性炭，原料气中的汞与硫在反应器中反应，活性硫将汞以硫化物的方式固定在活性炭的多孔结构上，脱硫脱汞后，Hg质量浓度≤0.01μg/m³，苯类体积分数≤10ppm，环烷烃类≤10ppm；在制冷精馏单元中，采用混合冷剂制冷工艺，混合冷剂为N2、CH4、C2H4、C3H8 和C5H12组成的混合物；来自脱水单元的净化原料煤层气送入混合冷剂压缩机冷箱换热降温，混合冷剂压缩机冷箱中包括板翅主换热器、低温分离器、低温精馏塔、蒸发器和冷凝器；净化原料煤层气在板翅主换热器的预冷段预冷后，进入蒸发器被进一步冷却后进入低温精馏塔中，在低温精馏塔塔顶获得99%纯度的氮气，氮气在依次经过过冷段、液化段、预冷段进行回热后，作为脱水单元的再生气或仪表氮气使用；低温精馏塔塔底分馏出来浓度为98%的甲烷进入板翅主换热器过冷段过冷，后经过节流阀调压至0.01Mpa后进入常压储罐存储；在制冷精馏单元中，混合冷剂压缩机把压力0.2～0.5MPa的冷剂，压缩到2～4.5MPa的压力，为净化气体液化提供足够的冷量。