[实用新型]甲烷合成气生产液化天然气的预冷系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种实用节能工艺，将氨吸收制冷工艺首次应用于以煤(焦炭)制气及焦炉煤气为原料，经甲烷化反应生产液化天然气(LNG)工程，可达到良好的节能效果。

背景技术

煤、石油和天然气是当今世界一次能源的三大支柱，由于天然气作为清洁能源具有一系列优点，使其近些年在一次能源的消费比重中不断上升。但天然气送至最终用户往往需要采用管线输送，在不具备条件敷设管线或管线网络欠发达的地区，天然气的使用就变得较为困难。天然气液化后体积仅为气体的1/600，并且可采用大型车、船直接运输，可大大降低其运输难度。因此，近些年国内的天然气液化工程发展极为迅速。

目前，我国的天然气液化工厂所采用的原料主要为经净化脱水处理的气田采出气，但由于受到冬季用气高峰的影响，许多液化工厂在冬季时常面临原料气不足，装置无法满负荷运行的局面。

我国为世界煤炭生产消费第一大国，国内焦化厂数量众多，在以煤生产焦炭的时候会产生大量的焦炉煤气。在环保要求严格的省份，许多焦化厂采用变废为宝的方法，利用多余的焦炉煤气生产甲醇及合成氨。但在部分省份，不少焦化企业仍采用粗放的方式将焦炉气直接排放，既污染环境又降低了企业的效益。焦炉煤气中除CH₄外还含有大量的CO，CO₂，H₂等组分，须将其净化处理送至甲烷化装置，使其中的CO和CO₂与H₂反应生成CH₄，提高CH₄的含量，然后再将所得甲烷合成气送至下游液化装置进行液化操作，获得液化天然气，具有极好的经济效益。

我国煤炭储量及消费量巨大，因此以煤(焦炭)制气及焦炉气为原料生产液化天然气具有非常广阔的发展前景，此工艺可对天然气田采出气直接液化工艺形成有力的补充。

以煤(焦炭)制气及焦炉气为原料生产液化天然气时，均需要采用甲烷化装置，其主要作用是将原料气体中所含的一氧化碳及二氧化碳与其中的氢气反应生成甲烷制得合成气，其化学反应方程式如下：

CO+3H₂→CH₄+H₂O+热量

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O+热量

由于甲烷化为强放热反应，在生产合成气时会产生大量反应热，并且在生成甲烷的同时也有水生成。基于甲烷化反应机理，根据原料气中一氧化碳和二氧化碳组分的含量，通常需要设置多级反应器。为使化学平衡更多地向产物甲烷方向进行，需要将上一级反应器生成的合成气温度降低后进入下一级反应器。因此，常采用反应后的高温合成气去副产蒸汽、预热锅炉水等间接换热方式实现热量综合利用，同时也将合成气温度降至下一级反应所需的温度。但在合成气热量的梯级利用过程中，160℃～90℃温度区间的合成气往往由于其热量品位较低，在工厂中没有有效的利用途径，因此工程上常常需要采用水冷或空冷等方式将工艺气冷却至90℃，导致此部分低品位的热量被白白浪费。

氨吸收制冷作为一种常用的制冷方法，在很多领域里都有应用。如专利CN100389251C中公开了一种燃气动力循环系统及循环方法，由O₂/CO₂化学回热动力循环和氨吸收式制冷循环相结合而成，该系统中氨吸于收制冷热量来源于透平机排出气，冷量用途为冷却CO₂气体。该专利技术的目的是实现冷和电联产以及CO₂气体的捕集与节水功能，使系统具有能源有效利用和环境保护的综合效益。专利CN102889752A公开了带有氨吸收式制冷机预冷的富甲烷气液化装置及工艺，其氨吸收制冷热量来源为燃气发电机烟气余热，冷量用途为预冷液化装置入口气体(富甲烷气)，其目的是提供一种降低液化装置能耗的方法。但目前还没有公开一种用于以煤(焦炭)制气及焦炉煤气为原料，经甲烷化反应生产液化天然气(LNG)工程中的氨吸收制冷工艺。

实用新型内容

以煤(焦炭)制气及焦炉煤气为原料，经甲烷化反应生产液化天然气(LNG)工程中，甲烷化装置出来的合成气进入下游的液化装置，需要采用冷剂压缩制冷的方式，将原料甲烷合成气预冷、液化、过冷最终得到液化天然气，进行储存。冷剂压缩制冷所产生的冷量，须满足甲烷合成气液化时的焓变。因此，有效降低原料气温度，可直接降低压缩制冷过程的能耗。