[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

一種工業合成氣低溫前脫甲烷方法及系統，其將凈化合成氣經低溫冷箱內冷卻實現CH₄和工業合成氣初步分離，之后經深冷傳質系統實現CH₄深度分離和回收，LNG提純塔塔釜得到LNG副產品，經進一步過冷后送去儲存，LNG提純塔塔頂得到富CO氣經復熱升壓后，一部分返回冷箱過冷后作為深冷傳質系統兩塔的冷回流，剩余平衡部分與復熱后的富氫氣體洗滌塔塔頂產生的脫甲烷富氫氣體匯合，系統所需冷源主要由冷劑循環壓縮膨脹制冷系統提供N₂冷劑；另外本發明充分回收工藝側介質自身產生的低溫冷量作為外供冷源補充。本發明提高了下游合成裝置目標產品的反應速度、單程轉化率和收率，大大降低了能耗和配套投資，同時脫出的甲烷以LNG副產品產出，進一步改善了裝置運營效益。

技術領域

本發明涉及主要以煤為原料來制取化工產品和油品的技術領域，適用于煤碳氣化工藝（如碎煤加壓氣化、KBR氣化、HYGAS氣化等）產生的含有較高的甲烷（CH₄）成分的粗煤氣，以及煉焦過程中的副產焦爐氣等，經變換和凈化所得到的工業合成氣的進一步優化處理脫除惰性組分甲烷（含量在20%以下）的技術，具體涉及一種工業合成氣低溫前脫甲烷方法及系統。

背景技術

目前對于含有較高甲烷（CH₄)成分的氣化氣、焦爐氣等工業氣體經變換和凈化處理后，所得到的凈化氣體（含有甲烷成分的工業合成氣）被直接用作目標化工產品和油品的合成原料氣使用。

工業合成氣中的主要有效成分為氫（H₂)和一氧化碳（CO)，甲烷（CH₄)為惰性組分。甲烷（CH₄)的存在降低了有效成分氫（H₂)和一氧化碳（CO)的分壓，減弱了合成過程中的推動力、降低了目標產品的單程轉化率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工業合成氣低溫前脫甲烷方法及系統，其可以提高目標產品的單程轉化率、降低能耗，并縮減裝置投資，同時原合成氣中的甲烷以高附加值的LNG副產品產出，進一步改善裝置的運營效益。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種工業合成氣低溫前脫甲烷方法，其包括如下步驟：

（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。