[發明專利]工業合成氣低溫前脫甲烷方法及系統

有效

• 申請號: 201710056653.5
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106871576B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 李紅凱;薛天祥;葛雄
• 申請（專利權）人: 北京三泰天潔氣體凈化技術有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02;F25J3/08
• 代理公司: 北京市安倫律師事務所 11339
• 代理人: 楊永波

1.一種工業合成氣低溫前脫甲烷方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）預冷：將凈化合成氣和升壓后的冷劑氣體均通過深冷冷換和氣液分離系統的預冷器預冷，預冷器出口溫度為既滿足向LNG提純塔再沸器提供低溫熱源，又能滿足冷劑循環壓縮膨脹制冷系統的冷劑膨脹機恒熵膨脹要求；

（2）冷卻：經步驟（1）預冷后的凈化合成氣通過深冷冷換和氣液分離系統的冷卻器冷卻冷凝，冷卻器出口冷卻終點溫度為甲烷的冰點溫度以上，使凈化合成氣中的甲烷成分從深冷冷換和氣液分離系統的氣液分離器以凝液的形式分離出來，該過程由于合成氣中CO分壓較高，部分CO組分也出現在凝液中，氣液分離器分離出來的凝液通過減壓逆向返回冷卻器復熱回收冷量后，送入深冷傳質系統的LNG提純塔；

（3）LNG提純和富氫氣體洗滌：將步驟（2）中由氣液分離器分離出來的工藝凝液減壓、復熱后在LNG提純塔中進行提純，提純過程中的熱負荷由預冷后的凈化合成氣提供，冷負荷由冷卻器提供的富CO過冷液提供；從氣液分離器出來的氣相進入深冷傳質系統的富氫氣體洗滌塔中，富CO過冷液從富氫氣體洗滌塔的塔頂引入，通過逆向傳質將殘存的甲烷組分最大程度地回收下來，塔釜液經減壓后引入LNG提純塔作為冷回流的一部分，塔頂的脫甲烷氣經復熱后出冷箱；

（4）脫甲烷合成氣的生成：從步驟（3）中LNG提純塔塔頂分離后的富CO氣順序逆向返回冷卻器和預冷器進行復熱冷回收，然后由冷箱外的富CO氣壓縮機組升壓至富氫氣體洗滌塔塔頂產生、并順序逆向通過冷卻器、預冷器進行復熱后的脫甲烷富氫氣體的壓力，升壓后的富CO氣定量分出兩股物流分別再次循環返回冷箱內的預冷器、冷卻器冷卻冷凝后形成富CO過冷液，分別引入LNG提純塔塔頂和富氫氣體洗滌塔塔頂，剩余的平衡富CO氣將與復熱后的脫甲烷富氫氣體混合構成脫除甲烷的合成氣送往下游合成單元。

2.根據權利要求1所述的工業合成氣低溫前脫甲烷方法，其特征在于，步驟（2）包括分級冷卻氣液分離步驟：所述冷卻器包括一級冷卻器和二級冷卻器，經步驟（1）預冷后的凈化合成氣經過冷箱中的一級冷卻器和二級冷卻器分級冷卻冷凝后，分別相應地在第一氣液分離器、第二氣液分離器中將工藝凝液分離出來，這兩股凝液成分主要是甲烷組分和部分液化的CO組分，二級冷卻器出口的溫度為甲烷的冰點溫度以上，該溫度既滿足最大限度地冷凝凈化氣中的甲烷成分，又能避免系統發生冰堵，所述第一氣液分離器分離出來的凝液經減壓后通過一級冷卻器、所述第二氣液分離器分離出來的工藝凝液經減壓后通過二級冷卻器復熱后進入LNG提純塔相應位置。

3.根據權利要求2所述的工業合成氣低溫前脫甲烷方法，其特征在于，所述冷劑循環壓縮膨脹制冷系統的冷劑壓縮機組中的冷劑采用單工質氮氣，所述冷箱外的冷劑壓縮機組將低壓氮氣升壓至預定壓力送入冷箱內的預冷器，高壓氮氣被預冷到設定溫度，并通過旁路調整穩定溫度后送入冷箱內的制冷膨脹機，在設定的膨脹機出口壓力下得到預設參數的低溫冷劑，該冷劑被直接送往二級冷卻器并向其提供低溫冷量，從二級冷卻器出來的被復熱的冷劑繼續順序進入一級冷卻器和預冷器，最終被復熱至常溫返回冷劑壓縮機組進口端實現密閉循環。

4.根據權利要求3所述的工業合成氣低溫前脫甲烷方法，其特征在于，所述預冷器的冷卻溫度為-120℃±2℃，所述一級冷氣器的冷卻溫度為-155℃～-166℃，所述二級冷卻器的冷卻溫度為-176℃～-178℃。

5.根據權利要求4所述的工業合成氣低溫前脫甲烷方法，其特征在于，所述步驟（3）中LNG提純塔塔底的液化CH₄經管路輸送至一級冷卻器過冷后，經減壓送入氣液分離器實現BOG的分離，穩定后的液相LNG產品送入LNG儲液罐儲存。

6.根據權利要求5所述的工業合成氣低溫前脫甲烷方法，其特征在于，所述步驟（3）中通過直接向LNG提純塔塔頂引入由富CO氣壓縮機組壓縮和經冷箱中的預冷器、冷卻器冷卻冷凝形成的富CO過冷液，以降低LNG提純塔塔頂氣中的甲烷濃度、提高目標副產品液化甲烷的收率，另外按所述同樣路徑直接向富氫氣體洗滌塔塔頂引入富CO過冷液，以進一步回收第二氣液分離器氣相中殘存的甲烷組分。