CN104673415B - 一种焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺 - Google Patents
一种焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺，该工艺的步骤如下：首先向原料气混合罐中注入以下气体：焦炉尾气；CO2气体；天然气液化过程中产生富甲烷驰放气；液化天然气进储罐时因液柱和压力降产生的闪蒸气及储罐吸热产生的蒸发气；然后通过螺杆压缩机将原料气混合罐中的混合气体加压到0.4‑1.0Mpa，之后将压缩后的混合气依次注入净化单元脱硫脱杂质，甲烷化单元生成甲烷气体，液化单元将甲烷气体液化，最后生成液化天然气注入储罐储存。本发明不仅减少了CO2的排放量，使CO2与H2反应生成甲烷，提高单位焦炉尾气的甲烷产率；同时，充分回收液化和储存环节中排放的甲烷，节约能源，降低生产成本，提高液化天然气的产量。
Description
技术领域
本发明涉及天然气生产技术领域，具体地说是一种焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺。
背景技术
焦炉煤气是焦炭生产过程中煤炭经高温干馏出来的气体产物, 炼焦产品中, 按重量计算, 焦炉煤气占15 %～18 % , 为全部产品的第二位, 仅次于焦炭产品。但目前仅有不到10 %的焦炉煤气被回收用,大量焦炉煤气直接排放燃烧, 既极大地浪费了宝贵的稀缺资源和能源, 又严重污染了环境。
另外，我国天然气资源短缺，国内需求旺盛，是国家鼓励开发的能源。利用焦炉尾气生产天然气，一方面，避免资源浪费，污染环境，另一方面可以缓解清洁能源短缺的矛盾。因此通过焦炉尾气生产液化天然气的工艺已经引起国内相关企业的重视。
焦炉尾气的组成如下：
H2:55-60% CH4:23%-27% CO:5%-8% CO2:1.5%-3% O2:0.3%-0.8% N2:2%-4%,C2以上烃（如C2H6、C3H8）：2-4%，其杂质包括硫、萘、苯等。焦炉尾气甲烷化制备天然气工艺，主要是利用焦炉尾气中的H2与CO 和CO2发生甲烷化反应，生产天然气中主要的成分甲烷（CH4）。反应式如下：
CO+3H2=CH4+H2O
CO2+4H2=CH4+2H2O
目前开发的甲烷化工艺只是利用了焦炉尾气中本身的所含的CO和CO2，甲烷化反应后，焦炉尾气中富含的H2就当做驰放气排放了。同时，CO2作为工业废气排放掉，会造成环境温室效应，危害环境。如果通过向焦炉尾气中添加CO2使得焦炉尾气中富含的H2充分参与甲烷化反应，生产有益的甲烷，不仅可以变废为宝，还能减少环境损害。同时，天然气液化过程中会产生部分驰放气，其中含有部分甲烷，将此部分甲烷回收也可以避免造成产品的浪费。液化后的天然气进入储罐后，因液柱和压力降产生的闪蒸气及储罐吸热产生的蒸发气也回收利用，这样的话可以进一步提高整个工艺的甲烷产率。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，该工艺的步骤如下：
首先向原料气混合罐中注入以下气体：焦炉尾气；天然气液化过程中产生富甲烷驰放气；液化天然气进储罐时因液柱和压力降产生的闪蒸气及储罐吸热产生的蒸发气；CO2气体；
然后通过螺杆压缩机将原料气混合罐中的混合气体加压到0.4-1.0Mpa，之后将压缩后的混合气依次注入净化单元脱硫脱杂质，甲烷化单元生成甲烷气体，液化单元将甲烷气体液化，最后生成液化天然气注入储罐储存。
所述的原料气混合罐中的CO2气体的注入量由以下公式确定：
其中M=3.05-3.15。
所述的混合原料气注入净化单元脱硫脱杂质的步骤如下：混合原料气经氧化铁吸附脱除混合原料气中的硫化氢、混合原料气经铁钼和镍钼加氢及氧化锌吸附脱除混合原料气中的有机硫，将混合原料气中硫的质量含量降低到0.1ppm。
所述的甲烷化单元生成甲烷气体的步骤如下：将混合原料气注入硫保护罐，进行四级甲烷化反应，将CO、CO2转化为甲烷，使CO、CO2的质量含量小于50ppm。
所述的液化单元将甲烷气体液化的步骤如下：将甲烷气体引入冷箱，在预冷板翅式换热器中预冷到-50～-55℃，然后进入深冷板翅式换热器继续降温液化，低温液体经减压后送入脱氮塔进行脱氮处理，脱氮后得到产品液化天然气。
本发明的一种焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺和现有技术相比，不仅减少了CO2的排放量，使CO2与H2反应生成甲烷，提高单位焦炉尾气的甲烷产率；同时，充分回收液化和储存环节中排放的甲烷，节约能源，降低生产成本，提高液化天然气的产量。
具体实施方式
实施例1：
该焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺步骤如下：
首先向原料气混合罐中注入以下气体：
温度为40℃，压力为30kPaG的焦炉尾气；
温度为36℃，压力为150KpaG通过PSA（变压吸附）提取其中的甲烷气体，产生的富甲烷驰放气温度为30℃，压力为20KpaG通过风机加压到30KpaG注入原料气混合罐，其余富含N2和H2的驰放气去火炬管网；
液化天然气进储罐时因液柱和压力降产生的闪蒸气及储罐吸热产生的蒸发气混合后形成的混合气温度为-162.5℃，压力为116KpaG进入换热器加热到10℃通过风机加压到30KpaG后注入到原料气混合罐；
CO2气体，CO2气体的注入量由以下公式确定：
其中M=3.05；当M小于3.05时，H2相比于总碳（CO和CO2）含量富裕，过量的氢气未充分反应，在液化单元作为驰放气放空，造成资源浪费。
然后通过螺杆压缩机将原料气混合罐中的混合气体加压到0.4Mpa，之后将压缩后的混合气依次注入净化单元脱硫脱杂质，甲烷化单元生成甲烷气体，液化单元将甲烷气体液化，最后生成液化天然气注入储罐储存。
上述混合原料气注入净化单元脱硫脱杂质的步骤如下：混合原料气经氧化铁吸附脱除混合原料气中的硫化氢、混合原料气经铁钼和镍钼加氢及氧化锌吸附脱除混合原料气中的有机硫，将混合原料气中硫的质量含量降低到0.1ppm。
甲烷化单元生成甲烷气体的步骤如下：将混合原料气注入硫保护罐，进行四级甲烷化反应，将CO、CO2转化为甲烷，使CO、CO2的质量含量小于50ppm。
液化单元将甲烷气体液化的步骤如下：将甲烷气体引入冷箱，在预冷板翅式换热器中预冷到-50℃，然后进入深冷板翅式换热器继续降温液化，低温液体经减压后送入脱氮塔进行脱氮处理，脱氮后得到产品液化天然气。
实施例2：
该焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺步骤如下：
首先向原料气混合罐中注入以下气体：
温度为40℃，压力为30kPaG的焦炉尾气；
温度为36℃，压力为150KpaG通过PSA（变压吸附）提取其中的甲烷气体，产生的富甲烷驰放气温度为30℃，压力为20KpaG通过风机加压到30KpaG注入原料气混合罐，其余富含N2和H2的驰放气去火炬管网；
液化天然气进储罐时因液柱和压力降产生的闪蒸气及储罐吸热产生的蒸发气混合后形成的混合气温度为-162.5℃，压力为116KpaG进入换热器加热到10℃通过风机加压到30KpaG后注入到原料气混合罐；
CO2气体，CO2气体的注入量由以下公式确定：
其中M=3.15；当M大于3.15，总碳（CO和CO2）过量，在液化单元过量的CO和CO2会在液化单元结冰，堵塞冷箱。
然后通过螺杆压缩机将原料气混合罐中的混合气体加压到1.0Mpa，之后将压缩后的混合气依次注入净化单元脱硫脱杂质，甲烷化单元生成甲烷气体，液化单元将甲烷气体液化，最后生成液化天然气注入储罐储存。
上述混合原料气注入净化单元脱硫脱杂质的步骤如下：混合原料气经氧化铁吸附脱除混合原料气中的硫化氢、混合原料气经铁钼和镍钼加氢及氧化锌吸附脱除混合原料气中的有机硫，将混合原料气中硫的质量含量降低到0.1ppm。
甲烷化单元生成甲烷气体的步骤如下：将混合原料气注入硫保护罐，进行四级甲烷化反应，将CO、CO2转化为甲烷，使CO、CO2的质量含量小于50ppm。
液化单元将甲烷气体液化的步骤如下：将甲烷气体引入冷箱，在预冷板翅式换热器中预冷到-55℃，然后进入深冷板翅式换热器继续降温液化，低温液体经减压后送入脱氮塔进行脱氮处理，脱氮后得到产品液化天然气。
实施例3：
该焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺步骤如下：
首先向原料气混合罐中注入以下气体：
温度为40℃，压力为30kPaG的焦炉尾气；
温度为36℃，压力为150KpaG通过PSA（变压吸附）提取其中的甲烷气体，产生的富甲烷驰放气温度为30℃，压力为20KpaG通过风机加压到30KpaG注入原料气混合罐，其余富含N2和H2的驰放气去火炬管网；
液化天然气进储罐时因液柱和压力降产生的闪蒸气及储罐吸热产生的蒸发气混合后形成的混合气温度为-162.5℃，压力为116KpaG进入换热器加热到10℃通过风机加压到30KpaG后注入到原料气混合罐；
CO2气体，CO2气体的注入量由以下公式确定：
其中M=3.1。
然后通过螺杆压缩机将原料气混合罐中的混合气体加压到0.7Mpa，之后将压缩后的混合气依次注入净化单元脱硫脱杂质，甲烷化单元生成甲烷气体，液化单元将甲烷气体液化，最后生成液化天然气注入储罐储存。
上述混合原料气注入净化单元脱硫脱杂质的步骤如下：混合原料气经氧化铁吸附脱除混合原料气中的硫化氢、混合原料气经铁钼和镍钼加氢及氧化锌吸附脱除混合原料气中的有机硫，将混合原料气中硫的质量含量降低到0.1ppm。
甲烷化单元生成甲烷气体的步骤如下：将混合原料气注入硫保护罐，进行四级甲烷化反应，将CO、CO2转化为甲烷，使CO、CO2的质量含量小于50ppm。
液化单元将甲烷气体液化的步骤如下：将甲烷气体引入冷箱，在预冷板翅式换热器中预冷到-53℃，然后进入深冷板翅式换热器继续降温液化，低温液体经减压后送入脱氮塔进行脱氮处理，脱氮后得到产品液化天然气。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的几种具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
Claims (4)
1.一种焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺，其特征在于，该工艺的步骤如下：
首先向原料气混合罐中注入以下气体：焦炉尾气；天然气液化过程中产生富甲烷驰放气；液化天然气进储罐时因液柱和压力降产生的闪蒸气及储罐吸热产生的蒸发气； CO2气体；
然后通过螺杆压缩机将原料气混合罐中的混合气体加压到0.4-1.0Mpa，之后将压缩后的混合气依次注入净化单元脱硫脱杂质，甲烷化单元生成甲烷气体，液化单元将甲烷气体液化，最后生成液化天然气注入储罐储存；
所述的原料气混合罐中的CO2气体的注入量由以下公式确定：
其中M=3.05-3.15。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺，其特征在于，所述的混合原料气注入净化单元脱硫脱杂质的步骤如下：混合原料气经氧化铁吸附脱除混合原料气中的硫化氢、混合原料气经铁钼和镍钼加氢及氧化锌吸附脱除混合原料气中的有机硫，将混合原料气中硫的质量含量降低到0.1ppm。
3.根据权利要求1所述的一种焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺，其特征在于，所述的甲烷化单元生成甲烷气体的步骤如下：将混合原料气注入硫保护罐，进行四级甲烷化反应，将CO、CO2转化为甲烷，使CO、CO2的质量含量小于50ppm。
4.根据权利要求1所述的一种焦炉气甲烷化制备天然气过程中提高液化天然气产率的工艺，其特征在于，所述的液化单元将甲烷气体液化的步骤如下：将甲烷气体引入冷箱，在预冷板翅式换热器中预冷到-50～-55℃，然后进入深冷板翅式换热器继续降温液化，低温液体经减压后送入脱氮塔进行脱氮处理，脱氮后得到产品液化天然气。
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