[发明专利]使用低温变压吸附提纯LNG蒸发气中甲烷的方法

说明书

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，具体涉及一种使用低温变压吸附提纯LNG蒸发气中甲烷的方法。

背景技术

天然气因清洁无污染以及能量利用率高等优点，已成为越来越重要的世界性能源。液化天然气利用方式是解决远海、荒漠地区气田开发，运输边远气田天然气的最有效办法。由于LNG是在-160℃下常压储存，储罐内外有高达190℃左右的温差，因此收集LNG必须面对的一个问题就是LNG储罐的漏热问题。虽然各种研究单位一直在不遗余力的研发各种绝热材料，但是漏热还是难以避免的，并且LNG 的液货都是常压储存，因此，随着漏热就会挥发出大量气体，即BOG(boil-off  gas)。BOG 若处理不当，将导致 LNG 储槽超压而发生危险，若外排燃烧将造成资源浪费。目前在 LNG 接收站 BOG 的处理工艺大略可分为直接加压至高压输气管网和 BOG 再液化两种。

由于气体比液体阶段加压需要更多能量， BOG 再液化系统比气体直接加压至输气管网系统节省 30%~60% 的成本费用，故世界上大部分天然气液化站普遍采用再冷凝器液化工艺回收 BOG，即将压缩后的 BOG 和 LNG 送入再冷凝器进行直接换热，利用 LNG 的冷能将 BOG再液化回收。

    如果天然气中的N₂含量大于1%，则LNG中的BOG中N₂含量会高于10%甚至更高，这样导致无法送至低压管网，而BOG 再液化后N₂ 含量依然较高，对LNG质量存在影响。故要对BOG 中的CH₄气体进行分离提纯，即CH₄与N₂之间的分离。

         目前，国内外的CH₄/N₂分离方法主要有：  

    （1）膜分离：膜分离技术是以膜两侧气体的分压差为推动力，通过溶解、扩散、脱附等步骤产生组分间传递速率的差异来实现分离。膜分离用于CH₄/N₂分离有设备简单、过程无相态变化、占地少、可连续运行等优点；但膜分离过程中产品气的损失不可避免，给煤层气生产带来一定的安全隐患；另外膜分离的效果对制膜技术依赖性强，技术上还有较大的完善空间。

（2）低温精馏技术：低温精馏技术的分离原理是利用N₂与CH₄的沸点差实现二者的分离。低温精馏法分离N₂和CH₄混合气技术成熟、产品气浓度高、目的产物收率高，但装置复杂，设备投资大，能耗高，适用于处理量大的煤层气。 

（3）变压吸附（PSA）：变压吸附是利用吸附剂对气体混合物各组分的吸附强度、在吸附剂颗粒内外扩散的动力学效应或吸附剂颗粒内微孔对各组分分子位阻效应的不同，以压力的循环变化为分离推动力，使一种或多种组分得以浓缩或纯化。PSA是目前实现工业化气体吸附分离的主要技术之一，已广泛应用于石油化工、钢铁、冶金等领域。变压吸附应用于CH₄和N₂分离，具有能耗低、操作灵活方便、常温下连续运行等优点。

PSA是目前实现工业化气体吸附分离的主要技术之一，已广泛应用于石油化工、钢铁、冶金等领域工业化的变压吸附分离工艺通常是在常温下进行的，虽有低温变压吸附的报道，但最低温度也高于-50℃。对于LNG中BOG，其温度通常在-120~-90℃之间。如果在常温下进行CH₄/N₂变压吸附分离操作，则需在进入PSA工艺之前对气体进行升温，而提纯的CH₄在回到液化系统之前要经过降温操作，这样增大了系统的复杂程度，增加了设备投资和运行成本。本发明出于对整个系统能量优化利用的考虑，在低温下采用PSA工艺对CH₄/N₂体系进行分离，选择-150~-90℃的温度范围进行低温操作，从而实现高效率、低成本的富氮BOG利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用低温变压吸附提纯LNG蒸发气中甲烷的方法，在低温下采用变压吸附工艺，实现提纯BOG中的甲烷，使其循环进入天然气液化系统，以避免原料浪费和环境污染。本工艺可以实现能源的有效循环利用。

本发明的技术方案是：