[发明专利]从天然气分离出氮和氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及从至少含有甲烷、氮和氢的、待液化的原料馏分中分离出氮和较轻成分尤其是氢、一氧化碳、氖和氩的方法，其中原料馏分与至少一个制冷回路的制冷剂或制冷剂混合物相对地进行冷却和液化。 

背景技术

不久以前利用新的“天然气源”以获取液化甲烷(LNG)。新的天然气源例如是煤炭气化或甲烷化。从这些过程排出的气体混合物除了具有主要成分甲烷之外，还具有含量高至超过20体积％的氢以及含量大于10体积％的氮。除此之外，该气体混合物可以含有痕量的一氧化碳、二氧化碳、氖和氩。从待液化的甲烷除了必须分离出氮之外，还必须分离出氢，从而可以遵守所要求的LNG产品的技术规范。问题在于，虽然氢的沸点比较低，但是非常容易溶解在液化的甲烷中。 

若如同通常的情况临时储存LNG产品，则氮含量不允许超过1体积％的数值，因为否则会在LNG储存容器中出现非期望的“翻滚效应”。 

发明内容

本发明的目的在于，阐述从至少含有甲烷、氮和氢的、待液化的原料馏分中分离出氮和较轻成分的方法，其一方面能够充分分离出氮，另一方面优选在比较高的压力下同时分离出氢。 

为了实现该目的，推荐从至少含有甲烷、氮和氢的、待液化的原料馏分中分离出氮和较轻成分的方法，其特征在于， 

a)部分冷凝原料馏分， 

b)在至少一个精馏塔中分离成富含甲烷的馏分和含有氮和较轻成分的馏分，及 

c)使富含甲烷的馏分过冷， 

d)其中通过一个或至少一个制冷回路的制冷剂或制冷剂混合物或制冷剂的支流或制冷剂混合物的支流而冷却精馏塔的塔顶冷凝器。 

根据本发明，现在在精馏塔中从原料馏分中一同分离出在原料馏分中所含的氮以及同样所含的较轻成分。因为通常将原料馏分在其液化之前压缩到40至90巴的压力，并在将其送入精馏塔中之前降低到20至40巴的压力，所以可以在比较高的压力下获得分离的成分。尤其是在比较有价值的成分氢的情况下，期望在高压下获得，因为氢通常送至其他用途。根据本发明的方法的优点此外是，通过将较轻成分的分离步骤整合在氮分离过程中，从而可以节约投资成本，否则就需要单独分离较轻成分。 

根据本发明的从至少含有甲烷、氮和氢的原料馏分中分离出氮和较轻成分的方法的其他有利的实施方案的特征在于， 

-原料馏分的甲烷含量为50至90体积％，氮含量为1至30体积％，氢含量为1至30体积％， 

-将含有氮和较轻成分的馏分与待冷却的原料馏分相对地进行加热，其中在任选干燥原料馏分之前和/或之后进行冷却， 

-可以改变精馏塔的塔顶冷凝器的冷凝器温度， 

-若临时储存富含甲烷的液化的馏分，则将在临时储存过程中产生的储罐回气(Tankrückgas)进行压缩，并送至待液化的原料馏分， 

-将冷却精馏塔的待液化的原料馏分的支流作为精馏塔塔底和/或精馏塔煮沸器中的汽提气流进行冷却，并作为另一原料流送至精馏塔，及 

-若原料馏分与至少两个制冷回路的制冷剂和/或制冷剂混合物相对地进行冷却和液化，则利用分离的制冷回路或者通过最轻制冷回路 的制冷剂或制冷剂混合物的至少一股支流对精馏塔的塔顶冷凝器进行冷却，其中根据本发明的方法的该有利的实施方案尤其适合于具有更大产能的LNG设备。 

以下将根据附图所示的实施例，详细解释根据本发明的从至少含有甲烷、氮和轻的待液化原料馏分中分离出氮和较轻成分的方法及其其他的有利的实施方案。 

附图说明

图1所示为根据本发明的实施方案。 

具体实施方式

经过管路1将至少含有甲烷、氮和氢的原料馏分送至任选设置的预净化单元R。其包括在原料馏分的低压下压缩到40至90巴的压力，以及通常去除二氧化碳和汞，以及干燥。随后将如此预处理的原料馏分经过管路2送至热交换器E1，并在其中进行冷却和部分冷凝。热交换器E1通常设计成片式热交换器或螺旋管热交换器。在相应地大产能的情况下，任选设置多个相互平行和/或前后依次排列的热交换器。 

原料馏分与至少一个任意形式的制冷回路相对地进行冷却和液化，该制冷回路在附图中仅由管路区段20-24图示出，下面更详细地加以描述。优选将该制冷回路设计成膨胀回路或混合回路。