[發明專利]甲烷合成氣生產液化天然氣的預冷系統及方法

有效

• 申請號: 201410768609.3
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104501528A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 崔貴寧;劉旭東;袁訓濤;崔政中;王國峰
• 申請（專利權）人: 中國天辰工程有限公司;天津天辰綠色能源工程技術研發有限公司
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02;F25B27/02;F25B15/04
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司12211
• 代理人: 鄭聰

技術領域

本發明涉及一種實用節能工藝，將氨吸收制冷工藝首次應用于以煤(焦炭)制氣及焦爐煤氣為原料，經甲烷化反應生產液化天然氣(LNG)工程，可達到良好的節能效果。

背景技術

煤、石油和天然氣是當今世界一次能源的三大支柱，由于天然氣作為清潔能源具有一系列優點，使其近些年在一次能源的消費比重中不斷上升。但天然氣送至最終用戶往往需要采用管線輸送，在不具備條件敷設管線或管線網絡欠發達的地區，天然氣的使用就變得較為困難。天然氣液化后體積僅為氣體的1/600，并且可采用大型車、船直接運輸，可大大降低其運輸難度。因此，近些年國內的天然氣液化工程發展極為迅速。

目前，我國的天然氣液化工廠所采用的原料主要為經凈化脫水處理的氣田采出氣，但由于受到冬季用氣高峰的影響，許多液化工廠在冬季時常面臨原料氣不足，裝置無法滿負荷運行的局面。

我國為世界煤炭生產消費第一大國，國內焦化廠數量眾多，在以煤生產焦炭的時候會產生大量的焦爐煤氣。在環保要求嚴格的省份，許多焦化廠采用變廢為寶的方法，利用多余的焦爐煤氣生產甲醇及合成氨。但在部分省份，不少焦化企業仍采用粗放的方式將焦爐氣直接排放，既污染環境又降低了企業的效益。焦爐煤氣中除CH₄外還含有大量的CO，CO₂，H₂等組分，須將其凈化處理送至甲烷化裝置，使其中的CO和CO₂與H₂反應生成CH₄，提高CH₄的含量，然后再將所得甲烷合成氣送至下游液化裝置進行液化操作，獲得液化天然氣，具有極好的經濟效益。

我國煤炭儲量及消費量巨大，因此以煤(焦炭)制氣及焦爐氣為原料生產液化天然氣具有非常廣闊的發展前景，此工藝可對天然氣田采出氣直接液化工藝形成有力的補充。

以煤(焦炭)制氣及焦爐氣為原料生產液化天然氣時，均需要采用甲烷化裝置，其主要作用是將原料氣體中所含的一氧化碳及二氧化碳與其中的氫氣反應生成甲烷制得合成氣，其化學反應方程式如下：

CO+3H₂→CH₄+H₂O+熱量

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O+熱量

由于甲烷化為強放熱反應，在生產合成氣時會產生大量反應熱，并且在生成甲烷的同時也有水生成。基于甲烷化反應機理，根據原料氣中一氧化碳和二氧化碳組分的含量，通常需要設置多級反應器。為使化學平衡更多地向產物甲烷方向進行，需要將上一級反應器生成的合成氣溫度降低后進入下一級反應器。因此，常采用反應后的高溫合成氣去副產蒸汽、預熱鍋爐水等間接換熱方式實現熱量綜合利用，同時也將合成氣溫度降至下一級反應所需的溫度。但在合成氣熱量的梯級利用過程中，160℃～90℃溫度區間的合成氣往往由于其熱量品位較低，在工廠中沒有有效的利用途徑，因此工程上常常需要采用水冷或空冷等方式將工藝氣冷卻至90℃，導致此部分低品位的熱量被白白浪費。

氨吸收制冷作為一種常用的制冷方法，在很多領域里都有應用。如專利CN100389251C中公開了一種燃氣動力循環系統及循環方法，由O₂/CO₂化學回熱動力循環和氨吸收式制冷循環相結合而成，該系統中氨吸于收制冷熱量來源于透平機排出氣，冷量用途為冷卻CO₂氣體。該專利技術的目的是實現冷和電聯產以及CO₂氣體的捕集與節水功能，使系統具有能源有效利用和環境保護的綜合效益。專利CN102889752A公開了帶有氨吸收式制冷機預冷的富甲烷氣液化裝置及工藝，其氨吸收制冷熱量來源為燃氣發電機煙氣余熱，冷量用途為預冷液化裝置入口氣體(富甲烷氣)，其目的是提供一種降低液化裝置能耗的方法。但目前還沒有公開一種用于以煤(焦炭)制氣及焦爐煤氣為原料，經甲烷化反應生產液化天然氣(LNG)工程中的氨吸收制冷工藝。

發明內容

以煤(焦炭)制氣及焦爐煤氣為原料，經甲烷化反應生產液化天然氣(LNG)工程中，甲烷化裝置出來的合成氣進入下游的液化裝置，需要采用冷劑壓縮制冷的方式，將原料甲烷合成氣預冷、液化、過冷最終得到液化天然氣，進行儲存。冷劑壓縮制冷所產生的冷量，須滿足甲烷合成氣液化時的焓變。因此，有效降低原料氣溫度，可直接降低壓縮制冷過程的能耗。