[发明专利]从富甲烷气中脱氢气、氮气、一氧化碳并生产液化天然气的工艺

说明书

技术领域

本发明提供了一种从富甲烷气中脱氢气、氮气、一氧化碳并生产液化天然气的工艺。煤基合成气、焦炉气以及焦炉气甲烷化后的气体等除含有甲烷外，还含有氮气、氢气、一氧化碳，为得到液化天然气，需将其脱除到一定程度，才能作为液化天然气(LNG)产品产出。

背景技术

迫于环保及能源成本压力，天然气作为一次能源在社会各个领域所占比例正逐渐提升，其应用领域已逐渐扩大到发电、汽车用气、工业用气、城市居民用气、化工用气等方面，市场需求量迅速增加。传统的天然气管输供应方式仍为主流，但受原料条件及用户分布限制，有相当一部分资源无法进行管道长距离输送，需选择液化的方式，将甲烷转变为液体再采用灵活的运输方式将其送往用户终端。并且，液化天然气(LNG)体积只有同量气体体积的1/625，液化后可以降低贮存和运输成本，且可以提高单位体积的燃值。液化天然气工业的不断发展，对天然气液化方法和装置在能耗、投资和效率等方面提出了更高的要求。

对于某些富含甲烷气体，例如煤基合成气和焦炉气甲烷化后得到的合成天然气等，其组成除甲烷外，还含有氮气、氢气、一氧化碳等，为得到高纯度的液化天然气，需将其中的氮气、氢气、一氧化碳脱除到一定程度，才能作为液化天然气(LNG)产品产出。

目前常用的气体分离方法一般有低温液化分离、变压吸附及膜分离等，每种技术方案均具有自己的特色且具有各自的应用范围。一般来说，变压吸附及膜分离的分离纯度较低，且产品产率及纯度之间往往存在矛盾，而目前将低温液化分离应用于富甲烷气体提纯并生产液化天然气的报道较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从含氢气、氮气、一氧化碳的富甲烷气(富含甲烷的气体)中脱除氢气、氮气、一氧化碳并将甲烷组分液化生产天然气(LNG)的方法，使本发明能将氢气、氮气、一氧化碳脱除的同时得到相比传统工艺净化效果更好的液化天然气，工艺路线先进，且较传统工艺相比，系统能耗显著降低。

本发明提供一种从富甲烷的气体中脱氢气、氮气、一氧化碳以并生产液化天然气的工艺，该工艺包括低温液化工序和精馏分离工序两部分；低温液化工序包括由混合冷剂提供冷量在冷箱中实现天然气的液化；精馏分离工序包括含氢气、氮气、一氧化碳的富甲烷混合气体采用单塔精馏或双塔精馏流程脱除氢气、氮气、一氧化碳；其中含氢气、氮气、一氧化碳的富甲烷的混合气体依次经冷箱、精馏塔底再沸器、冷箱将甲烷组分液化后，进入精馏分离系统中脱除氮气、氢气、一氧化碳，得到氢气含量≤4000ppm(优选≤3500ppm，更优选≤3000ppm，进一步优选≤2500ppm，更进一步优选≤2000ppm，尤其优选≤1700ppm，特别优选≤1500ppm，最优选≤1000ppm)，和氮气含量≤8％(优选≤7％，更优选≤6％，进一步优选≤5％，更进一步优选≤4％，更好≤3％，尤其优选≤2％，特别优选≤1.5％，更特别优选≤1％，最优选≤0.5％)，一氧化碳含量≤9％(优选≤8％，更优选≤7％，进一步优选≤6％，更进一步优选≤5％，更好≤4％，再更好≤3％，尤其优选≤2％，特别优选≤1.5％，更特别优选≤1％，最优选≤0.5％)的液化天然气(LNG)产品。

一般情况下，在低温液化工序中，冷箱的冷量由或主要由混合冷剂提供；第一股液相混合冷剂首先进入冷箱的第一液相通道，在板翅式换热器组中被预冷至一定温度后引出冷箱，经节流阀节流后与从换热器组后一级换热器返回的混合冷剂流股汇合并反向进入前一级换热器为换热器组提供冷量；第二股液相混合冷剂通过冷箱第二液相通道预冷至一定温度后出冷箱，再经节流阀节流后，与从换热器组后一级换热器返回的混合冷剂流股汇合返回换热器组前一级换热器；一股气相冷剂流股通过冷箱的一气相通道冷却至一定温度，再经节流阀节流后反向进入换热器组为换热器提供冷量。低温液化部分在冷箱中完成，冷箱的冷量主要由混合冷剂提供。优选，举例来说，第一股液相混合冷剂首先进入冷箱的第一液相通道，在其中被预冷至约10℃～-30℃，经第一个节流阀节流至0.3～0.6MPaA后与从板翅式换热器组后一级换热器返回的混合冷剂流股汇合并反向进入前一级换热器为换热器组提供冷量；另外，第二股液相混合冷剂通过冷箱第二液相通道预冷至-30℃～-80℃，再经第二个节流阀节流至0.3～0.6MPaA后，与从换热器组后一级换热器返回的混合冷剂流股汇合返回换热器组前一级换热器；此外，一股气相冷剂流股通过冷箱的一气相通道冷却至-135℃～-171℃，再经第三节流阀节流至0.3～0.6MPaA后反向进入换热器组为换热器提供冷量。