[发明专利]一种含氢气、一氧化碳的甲烷气分离提纯制液化天然气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其是富甲烷气体分离领域，具体为一种含氢气、一氧化碳的甲烷气分离提纯制液化天然气的方法。本发明能够对焦炉煤气、甲醇弛放气、煤造气等富甲烷气体进行分离、提纯，制备出富氢气和一氧化碳气体以及液化天然气。

背景技术

焦炉气，又称粗煤气或荒煤气，是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时，所产生的一种可燃性气体。其作为炼焦工业的副产品，其中的可燃成分多，属高热值煤气。焦炉气作为混合物，其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件的不同而有所差别，一般每吨干煤可产焦炉气300～350m³(标准状态)。焦炉气中的主要成分为氢气(55％～60％)和甲烷(23％～27％)，还含有少量的一氧化碳(5％～8％)、C2以上不饱和烃(2％～4％)、二氧化碳(1.5％～3％)、氧气(0.3％～0.8％))、氮气(3％～7％)。其中，氢气、甲烷、一氧化碳、C2以上不饱和烃为可燃组分，二氧化碳、氮气、氧气为不可燃组分。焦炉气作为一种含氢气、一氧化碳、甲烷等可燃组分的富甲烷气体，对其中的可燃组分进行回收利用，对于节约能源，促进资源的回收利用，具有重要意义。

目前，国内对于焦炉煤气的开发利用已有相当长的时间。焦炉煤气的利用方式主要包括以下几种：1)作为加热燃料；2)将焦炉气燃烧产生热能，用以发电；3)采用焦炉煤气生产纯氢气；4)采用焦炉煤气合成甲醇；5)采用焦炉煤气作为冶炼铁矿的还原剂；6)将其作为高炉喷吹焦炉气。上述利用方式大多将焦炉煤气作为燃料或者作为粗放的化工原料，利用程度低，焦炉气的附加值小。

在合成甲醇的催化反应过程中，会发生一系列副反应，会有惰性气体(主要包括H₂、CO、CO₂、CH₄及N₂等气体)生成，而这些惰性气体的存在将影响有效气体的分压，导致甲醇合成效率下降；因此，在分离器后就采取驰放一部分气体来维持系统的压力及催化床层的温度，保证甲醇合成效率。该过程中，驰放气体的主要成分包括：H₂、CO、CO₂、CH₄及N₂。目前，对于甲醇驰放气的利用主要采用变压吸附和膜分离两种方式，以分离其中的有用组分。然而，膜分离方式存在所分离氢气纯度不高的缺点，而变压吸附则只能吸收其中的氢气，其他气体被排放，资源没有得到充分的利用。

综上，目前迫切需要一种能够对焦炉煤气、甲醇弛放气、煤造气等富甲烷气体进行分离，以利用其中有效成分的方法，以达到有效利用资源的目的。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前迫切需要一种能够对焦炉煤气、甲醇弛放气、煤造气等富甲烷气体进行分离，以利用其中有效成分的问题，提供一种含氢气、一氧化碳的甲烷气分离提纯制液化天然气的方法。本发明采用深冷双塔精馏工艺，通过本发明可以将焦炉煤气、煤造气中的易挥发组分(氢气、一氧化碳)和难挥发组分(甲烷)分离，得到的产品氢气、一氧化碳纯度可以达到95％以上，可以作为其他化工的原料气，同时还可以得到液化天然气。本发明设计合理，能够有效降低能源消耗，同时所制备的产品具有纯度高的特点，还能直接得到液化天然气，实现了对焦炉气等含氢气、一氧化碳的甲烷气的综合利用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含氢气、一氧化碳的甲烷气分离提纯制液化天然气的方法，包括如下步骤：

(1)原料气冷却

将主要成分为氢气、一氧化碳、甲烷气的原料气导入液化装置的冷凝蒸发器中预冷，将原料气冷凝到接近液态或部分冷凝到液态，得初冷原料，将初冷原料送入到高压塔的塔釜再沸器中提供热量，同时初冷原料被冷却，冷却后的初冷原料再次进入液化装置的冷凝蒸发器中深冷，使其被冷却为全液态，得深冷原料气；

(2)低压塔精馏

深冷原料气被送入低压塔内，在低压塔内，富含氢气和一氧化碳的易挥发组分沿低压塔向上流动，在低压塔顶部引出富含氢气和一氧化碳的易挥发组分，易挥发组分进入液化装置的冷凝蒸发器中提供冷量，同时其自身复热至常温，得到富氢气；

富含甲烷的难挥发组分留在低压塔底部，将难挥发组分从低压塔塔底引出，经增压至高压塔的操作压力后，进入高压塔内进行精馏分离；

(3)高压塔塔顶物流的分离及回流