[發明專利]一種利用氮氣和氦氣膨脹制冷分離焦爐煤氣的方法

有效

• 申請號: 201810503482.0
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108795508B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 林文勝;許婧煊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 31225 上海科盛知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳文濱

本發明涉及一種利用氮氣和氦氣膨脹制冷分離焦爐煤氣的方法，該方法包括以下步驟：1)將焦爐煤氣壓縮及預冷后，送入一級氮循環膨脹制冷系統，經進一步降溫后送入精餾塔中；2)由精餾塔底部排出的甲烷經二級氦循環膨脹制冷系統降溫液化后，送入液化天然氣儲罐中儲存，由精餾塔頂部排出的氫氣依次進行第一正仲態轉化、第二正仲態轉化后，送入液氫儲罐中儲存；第一正仲態轉化過程由二級氦循環膨脹制冷系統提供冷量，第二正仲態轉化過程由三級氦循環膨脹制冷系統提供冷量。與現有技術相比，本發明通過氮氣和氦氣膨脹低溫循環從焦爐煤氣中制取液化天然氣和液氫，提高了焦爐煤氣的利用效率與能量利用率，減少了焦爐煤氣排空現象，環境污染小。

技術領域

本發明屬于焦化/鋼廠行業焦爐煤氣綜合利用技術領域，涉及一種利用氮氣和氦氣膨脹制冷分離焦爐煤氣的方法。

背景技術

我國焦炭產量位居世界前列，2006年為2.33億噸，2009年為3.53億噸，2012年增長到4.43億噸。在生產焦炭的同時會產生大量焦爐煤氣，如果按照生產1t焦炭產生430m³焦爐煤氣計算，2012年我國全年焦爐煤氣發生量達1905億m³，其中70％左右的焦爐煤氣用于企業自用、商用及城市居民用氣，剩余的焦爐煤氣基本沒有得到很好地利用，有的甚至直接燃燒釋放到大氣中。目前工業上焦爐煤氣的利用途徑主要有：作為城市燃氣、發電、提取制氫、制甲醇等，但這些方法的效率及能量利用率較低，效益不明顯。因此，焦爐煤氣的有效回收利用對實現我國資源的循環利用和經濟的可持續發展具有重要意義。

焦爐煤氣可回收的產品主要以甲烷和氫氣為主，該回收方式有幾大優勢：

(1)原料成本優勢。焦爐煤氣作為一種焦炭生產過程中的副產品，其價格非常低。氫元素在自然界中主要以化合物的形式存在，單質氫氣價格在1.26元/m³左右，天然氣液化采用的天然氣井口價格在0.9元/m³左右，美國現在井口價已經達到1.99元/m³；而焦爐煤氣的生產成本主要是能耗成本，所以生產出來的液氫(LH₂)和液化天然氣(LNG)在價格上也非常有競爭力。

(2)能耗方面優勢。目前氫氣的主流制法是電解水或水煤氣法，其能耗約為50kWh/kg，相對較高，而焦爐煤氣中含有大量單質氫氣，分離焦爐煤氣中的氫氣，可大大減少氫氣制取過程的能耗。

(3)甲烷和氫氣都是未來中國能源結構中大力發展的清潔能源，應用前景廣闊。甲烷作為天然氣的主要成分，具有燃燒熱值高、大氣排放物少、能源利用效率高等特點；氫能具備熱值高、可循環等優勢，它的清潔無污染特點符合可持續發展的理念。

公開號為CN106753628A的中國發明專利公開了一種焦爐煤氣制LNG聯產甲醇的方法及裝置，焦爐煤氣先經過壓縮機加壓后，再經過TSA預處理和PSA脫苯除去萘、焦油、NH₃、苯及其它重烴化合物，再經過焦爐煤氣壓縮機加壓后送入加氫脫硫裝置進行脫硫，再送入MDEA脫碳裝置進行脫碳，再進行LNG深冷分離，得到產品LNG。其流程過于復雜，成本較高，穩定性和可靠性有待進一步驗證，且該技術主要回收LNG產品，并未有效利用焦爐煤氣中含量較高的H₂。

公開號為CN107446635A的中國發明專利公開了一種焦爐煤氣利用新方法，將焦爐產生的荒煤氣與甲烷按一定的比例混合，所產生的混合氣體通入等離子體熱裂解反應器產生含有乙炔、氫氣與一氧化碳的混合氣體，該混合氣通過凈化進入分離提濃裝置提取得到乙炔產品和尾氣；尾氣經過壓縮和預熱進入甲烷化反應裝置，反應后的氣體經過變壓吸附分離裝置得到產品氫氣和合成甲烷，所得到合成甲烷一部分與荒焦爐煤氣混合送入等離子體裂解反應器，另一部分作為產品輸出。該工藝雖然可以得到氫氣、合成天然氣與乙炔三種產品，但流程復雜，能耗相對較高。

公開號為CN107261748A的中國發明專利公開了一種焦爐煤氣生產天然氣的系統，使用變壓吸附方法處理焦爐煤氣，從中提取天然氣，但其沒有對焦爐煤氣中所含有的大量氫氣進行回收處理。