[发明专利]一种双制冷循环分离煤制合成气中甲烷生产LNG和CNG的装置

说明书

本发明公开了采用双制冷循环方式用于分离含有一氧化碳、氢气、甲烷和少量氮气等的煤制合成气中甲烷生产LNG和CNG的深冷分离装置及方法，包括分子筛净化单元（Ⅰ）和深冷分离冷箱（Ⅱ），深冷分离冷箱包括用于换热的两个主板翅式换热器（E1、E2），用于脱除氢气的脱氢塔（浮阀塔）（T1）、设置的塔顶冷凝器（E3）及连接管道、用于分离甲烷的甲烷精馏塔（填料塔）（T2）、设置的塔顶冷凝器（E4）和塔底再沸器（E5）及连接管道，以及用于制取冷量的混合冷剂循环系统（34～46）和氮气循环系统（47～56）。本发明能够得到甲烷含量低于0.2%的合成气产品和一氧化碳含量小于0.15%的LNG和CNG产品，占地面积小，能耗低，投资小，适用于大型煤制合成气分离甲烷得到纯净合成和LNG、CNG的深冷分离装置。

技术领域

本发明涉及一种采用双制冷循环分离含有一氧化碳、氢气、甲烷和少量氮气等的煤制合成气中甲烷生产LNG和CNG的装置及方法，属于低温气体分离领域。

背景技术

从煤气化得到的合成气（CO和H2）重要的基础化工原料，可用于合成甲醇、汽油等，由于煤种和气化工艺的差异，有些煤气化经变换后会有部分甲烷存在，甲烷在甲醇合成过程中属于惰性气体，不参与反应，但是却会降低反应的分压，影响反应产率。而甲醇合成需要合成气不断循环，在此过程中甲烷浓度就会逐渐升高，严重阻碍反应的进行，所以需要定期采用深冷液化分离的方法在反应前就将甲烷从合成气中分离出来，这样甲醇合成过程中基本不需要排放弛放气，同时甲烷分离出来后在液化制成LNG，产生可观的附加经济效益。对于常规的天然气液化，通常采用的混合冷剂循环制冷或者氮气循环膨胀制冷来制取LNG。混合冷剂制冷具有能耗低、开车操作复杂的特点，而氮膨胀制冷能耗高，但操作简单，装置投资成本低。而从合成气中分离甲烷制LNG，由于原料气中大部分是H₂和CO，所需要的分离温度比常规天然气的液化更低，此时混合冷剂由于重组分低温冻堵的原因不能适用于这一情况，所以往往都会采用氮膨胀制冷工艺来进行甲烷的分离和液化，从而导致分离能耗太高，特别是高甲烷含量、大气量的情况下这一问题更加严重。本分离装置采用混合冷剂制冷循环和氮气制冷循环的双制冷循环工艺，混合制冷循环为系统提供冷量，氮气制冷循环为精馏塔提供冷源，既有效的降低了系统能耗，又能够确保不出现重组分冻堵的问题，使系统能够安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种采用双制冷循环分离含有一氧化碳、氢气、甲烷和少量氮气等的煤制合成气中甲烷生产LNG和CNG的新型装置及方法，分离获得甲烷含量低于0.2%的合成气产品和一氧化碳含量小于0.15%的LNG和CNG产品。同时，优化冷量补充方案，节省能耗，降低了设备运行成本；同时，降低设备的运行风险，保证装置的连续稳定运行。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：