CN105258452A - 热解煤气的气体分离装置及气体分离方法 - Google Patents
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Abstract
一种热解煤气的气体分离装置，包括净化装置和液化分离装置，净化装置用于净化热解煤气；液化分离装置包括第一换热器、第一气液分离器、混烃精馏塔、第二换热器、脱氢精馏塔和甲烷精馏塔，第一气液分离器输出第一混烃产品，混烃精馏塔输出第二混烃产品，第一换热器输出富氢气，甲烷精馏塔输出LNG产品；液化分离装置还包括混合制冷剂循环制冷设备和氮气循环制冷设备，以提供冷量。上述热解煤气的气体分离装置，经过第一气液分离器进行气液分离，接着再通过三次精馏分离即可得到混烃产品、富氢气和LNG产品，装置设备不复杂，连接关系简单，气体分离工艺简单，容易操作。此外，还提供一种利用上述装置的热解煤气的气体分离方法。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工领域，尤其涉及一种热解煤气的气体分离装置及气体分离方法。
背景技术
“富煤、少气、缺油”的资源条件，决定了中国能源结构将长期以煤为主。现代煤化工是推进煤炭清洁高效转化利用的一条重要途径，围绕煤化工进行的科技创新和技术开发，有相当重要的社会意义和经济意义。以粉煤热解技术为龙头的煤炭分质利用是煤化工行业重要的技术路线之一。
煤炭分质利用是指将煤炭通过中低温干馏进行热解，取出其中的挥发成分(煤焦油、煤气)，剩余半焦再利用的一种工艺。该工艺副产的热解煤气有效成分高，其中，甲烷含量超过40％，富氢气含量超过20％，C2～C5含量达到14％。
热解煤气如直接用作燃料，其价值不能充分利用，经济性较差。因此，有必要将热解煤气中的各有用组分进行分离，实现资源的充分利用，减少对环境的污染。
发明内容
鉴于此，有必要提供了一种热解煤气的气体分离装置及气体分离方法。
一种热解煤气的气体分离装置，包括净化装置和液化分离装置；
所述净化装置用于净化所述热解煤气；
所述液化分离装置包括第一换热器、第一气液分离器、混烃精馏塔、第二换热器、脱氢精馏塔和甲烷精馏塔，所述第一换热器的第一入口用于输入所述热解煤气，所述第一换热器的第一出口和所述第一气液分离器的入口连通，所述第一气液分离器的气相出口和所述混烃精馏塔的入口连通，所述第一气液分离器的液相出口输出第一混烃产品，所述混烃精馏塔的气相出口和所述第二换热器的第一入口连通，所述第二换热器的第一出口和所述脱氢精馏塔的入口连通，所述混烃精馏塔的液相出口输出第二混烃产品，所述脱氢精馏塔的气体出口和所述第二换热器的第二入口连通，所述第二换热器的第二出口和所述第一换热器的第二入口连通，所述第一换热器的第二出口输出富氢气，所述脱氢精馏塔的液体出口和所述甲烷精馏塔的入口连通，所述甲烷精馏塔的液体出口输出LNG产品，所述甲烷精馏塔的气相出口和所述第二换热器的第三入口连通，所述第二换热器的第三出口和所述第一换热器的第三入口连通，所述第一换热器的第三出口输出尾气；
所述液化分离装置还包括混合制冷剂循环制冷设备和氮气循环制冷设备，所述混合制冷剂循环制冷设备用于为所述热解煤气液化提供冷量，以及为所述混烃精馏塔的塔顶冷凝器提供冷量，所述氮气循环制冷设备用于为所述脱氢精馏塔的塔顶冷凝器和所述甲烷精馏塔的塔顶冷凝器提供冷量。
在其中一个实施例中，所述净化装置包括依次连通的第一压缩装置、除油装置、水洗装置、预处理装置、第二压缩装置、水解装置、脱汞装置、脱酸装置和干燥装置；
所述第一压缩装置用于将所述热解煤气压缩至0.5MPa～0.8MPa；
所述除油装置用于去除所述热解煤气中的润滑油和煤焦油；
所述水洗装置用于去除所述热解煤气中的氨；
所述预处理装置用于去除所述热解煤气中的苯和萘；
所述第二压缩装置用于将所述热解煤气继续压缩至2MPa～4MPa；
所述水解装置用于将所述热解煤气中的有机硫转化为无机硫；
所述脱汞装置用于去除所述热解煤气中的汞杂质；
所述脱酸装置用于去除所述热解煤气中的酸性杂质；
所述干燥装置用于去除所述热解煤气中的水。
在其中一个实施例中，所述混合制冷剂循环制冷设备包括依次连通的混合制冷压缩机、冷却器和第二气液分离器，所述第二气液分离器的液体出口和所述第一换热器的第四入口连通，所述第一换热器的第四出口和所述第一换热器的第五入口连通，所述第一换热器的第五出口和所述混合制冷压缩机连通形成回路，所述第二气液分离器的气体出口和所述第一换热器的第六入口连通，所述第一换热器的第六出口和所述第二换热器的第四入口连通，所述第二换热器的第四出口和所述第二换热器的第五入口连通，所述第二换热器的第五出口和所述第一换热器的第五入口连通，所述第一换热器的第五出口和所述混合制冷压缩机连通形成回路。
在其中一个实施例中，所述氮气循环制冷设备包括氮气压缩机，所述氮气压缩机的出口和所述第一换热器的第七入口连通，所述第一换热器的第七出口和所述第二换热器的第六入口连通，所述第二换热器的第六出口和分流器的入口连通，所述分流器的第一出口和所述脱氢精馏塔的塔顶冷凝器的氮气入口连通，所述脱氢精馏塔的塔顶冷凝器的氮气出口和第二集流器的第一入口连通，所述分流器的第二出口和所述甲烷精馏塔的塔顶冷凝器的氮气入口连通，所述甲烷精馏塔的塔顶冷凝器的氮气出口和所述第二集流器的第二入口连通，所述第二集流器的出口和所述第二换热器的第七入口连通，所述第二换热器的第七出口和所述第一换热器的第八入口连通，所述第一换热器的第八出口和所述氮气压缩机的入口连通形成回路。
一种热解煤气的气体分离方法，包括以下步骤：
净化所述热解煤气；
将净化后的热解煤气降温至-5℃～-25℃后进行气液分离，输出气液分离得到的液相，得到第一混烃产品；
将气液分离得到的气相进行第一次精馏分离，输出第一次精馏分离得到的液相，得到第二混烃产品；
将第一次精馏分离得到的气相降温至-145℃～-165℃，接着，进行第二次精馏分离，将第二次精馏分离得到的气体升温后输出，得到富氢气；
将第二次精馏分离得到的液体进行第三次精馏分离，输出第三次精馏分离的液体，得到LNG产品，将第三次精馏分离得到的尾气升温后输出；
其中，采用混合制冷剂为所述热解煤气液化和所述第一次精馏分离提供冷量，采用氮气为所述第二次精馏分离和所述第三次精馏分离的提供冷量。
在其中一个实施例中，净化所述热解煤气的操作包括以下步骤：
将所述热解煤气压缩至0.5MPa～0.8MPa；
去除所述热解煤气中的润滑油和煤焦油；
去除所述热解煤气中的氨；
去除所述热解煤气中的苯和萘；
将所述热解煤气继续压缩至2MPa～4MPa；
将所述热解煤气中的有机硫转化为无机硫；
去除所述热解煤气中的汞杂质；
去除所述热解煤气中的酸性杂质；
去除所述热解煤气中的水。
在其中一个实施例中，去除所述热解煤气中的氨的操作中，采用水洗的方法去除所述热解煤气中的氨；
去除所述热解煤气中的汞杂质的操作中，采用载硫活性炭吸附所述热解煤气中的汞杂质。
在其中一个实施例中，采用混合制冷剂为所述热解煤气液化和所述第一次精馏分离提供冷量的操作为：
将低压的混合制冷剂增压后，冷却至40℃后进行气液分离，气液分离后的液相节流制冷后，返流为所述热解煤气液化提供冷量后复温，气液分离后的气相节流制冷后，然后返流为所述第一次精馏分离提供冷量，与返流的液相混合为所述热解煤气液化提供冷量后复温，返流形成回路。
在其中一个实施例中，采用氮气为所述第二次精馏分离和所述第三次精馏分离提供冷量的操作为：
将氮气压缩后冷却至40℃，通过节流制冷后，为所述第二次精馏分离和所述第三次精馏分离提供冷量，然后返流复温，形成回路。
在其中一个实施例中，所述热解煤气中含有甲烷、氢气、C2、C2以上组分，以及一氧化碳、氮气、二氧化碳、有机硫、二氧化硫、硫化氢、氨、焦油、粉尘和水蒸气等组分中的一种或几种，其中，甲烷的体积含量为40％～45％，氢气的体积含量为20％～25％，C2～C5的体积含量为10％～14％。
上述热解煤气的气体分离装置和方法，通过净化装置将热解煤气净化后，再经过第一气液分离器进行气液分离，接着再通过三次精馏分离即可得到混烃产品、富氢气和LNG产品，装置设备不复杂，连接关系简单，气体分离工艺简单，容易操作。
附图说明
图1为一实施方式的液化分离装置的结构示意图；
图2为一实施方式的热解煤气的气体分离方法的流程图；
图3为一实施方式的净化热解煤气的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，一实施方式的热解煤气的气体分离装置，包括净化装置(图未示)和液化分离装置100。
净化装置用于净化热解煤气。热解煤气中有效组分甲烷的体积含量约40％～45％，富氢气的体积含量约20％～25％，C2～C5的体积含量约10％～14％，还含有少量的一氧化碳、氮气等惰性气体以及二氧化碳、微量的有机硫、二氧化硫、硫化氢、氨、焦油、粉尘和水蒸气等中的一种或几种杂质。
典型的热解煤气组成如表1所示，压力为1～5kPa(G)，温度约为40℃，流量为100000Nm3/h。
表1
| 组分 | 体积含量(％) |
| 氢气 | 21.34 |
| 氮气 | 1.61 |
| 一氧化碳 | 12.77 |
| 二氧化碳 | 8.17 |
| 甲烷 | 41.59 |
| 乙烷 | 5.93 |
| 乙烯 | 2.44 |
| 丙烷 | 1.52 |
| 丙烯 | 2.03 |
| 异丁烷 | 0.08 |
| 正丁烷 | 0.36 |
| 反丁烯 | 0.22 |
| 正丁烯 | 0.46 |
| 异丁烯 | 0.3 |
| 顺丁烯 | 0.19 |
| 异戊烷 | 0.05 |
| 正戊烷 | 0.14 |
| 1，3-丁二烯 | 0.17 |
| 氨 | 0.07 |
| 硫化氢 | 0.56 |
| 合计 | 100 |
| 焦油及粉尘 | 1.43mg/Nm3 |
| 水蒸气 | 饱和 |
净化装置包括依次连通的第一压缩装置、除油装置、水洗装置、预处理装置、第二压缩装置、水解装置、脱汞装置、脱酸装置和干燥装置。
第一压缩装置用于将热解煤气压缩至0.5MPa～0.8MPa。第一压缩装置可以为螺杆压缩机。
除油装置用于去除热解煤气中的润滑油和煤焦油。在本实施方式中，可以采用吸附法去除热解煤气中的润滑油和煤焦油。吸附剂为活性炭的一种。该吸附剂可以以煤基碳为原料制得，吸附饱和后送燃煤锅炉使用。
水洗装置用于去除热解煤气中的氨。水洗装置可以为水洗塔。采用水洗的方法除去热解煤气中的氨，可以避免铵盐结晶影响装置运行。
预处理装置用于去除热解煤气中的苯和萘。在本实施方式中，可以采用吸附法脱除热解煤气中的苯和萘等重组分杂质。吸附剂采用具有良好吸附选择性和较大吸附容量的专用吸附剂，吸附饱和后高温再生，可以实现吸附剂的循环利用。该专用吸附剂可以为活性炭的一种。
第二压缩装置用于将热解煤气继续压缩至2MPa～4MPa。第二压缩装置可以为往复式或离心式压缩机。
水解装置用于将热解煤气中的有机硫转化为无机硫。在本实施方式中，可以采用中温水解工艺将热解煤气中的有机硫转化为无机硫。
脱汞装置用于去除热解煤气中的汞杂质。在本实施方式中，可以采用载硫活性炭吸附热解煤气中的微量汞杂质。
脱酸装置用于去除热解煤气中的酸性杂质。在本实施方式中，可以采用化学吸收法脱除热解煤气中的H2S、CO2等酸性杂质。吸收剂选用以哌嗪为活化剂的MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液。为保证脱除效果，设置两套串联的吸收再生装置。脱酸后，热解煤气中的H2S、CO2等酸性杂质含量小于20ppm。
干燥装置用于去除热解煤气中的水。
在本实施方式中，采用分子筛等压干燥吸附工艺，经干燥后的热解煤气露点低于-70℃。
液化分离装置100包括第一换热器10、第一气液分离器20、混烃精馏塔30、第二换热器40、脱氢精馏塔50和甲烷精馏塔60。
第一换热器10的第一入口用于输入热解煤气。图1中箭头1处代表输入热解煤气。第一换热器10的第一出口和第一气液分离器20的入口连通。第一换热器10可以为板翅式换热器。
第一气液分离器20的气相出口和混烃精馏塔30的入口连通。第一气液分离器20的液相出口输出第一混烃产品。第一混烃产品为C5+组分为主及含有少量轻组分的混烃产品。图1中箭头2处代表输出第一混烃产品。
混烃精馏塔30的气相出口和第二换热器40的第一入口连通，第二换热器40的第一出口和脱氢精馏塔50的入口连通，混烃精馏塔30的液相出口输出第二混烃产品。第二混烃产品为C3、C4组分为主及含有少量C2和C5+的混烃产品。图1中箭头3处代表输出第二混烃产品。
脱氢精馏塔50的气体出口和第二换热器40的第二入口连通，第二换热器40的第二出口和第一换热器10的第二入口连通，第一换热器10的第二出口输出富氢气。图1中箭头4处代表输出富氢气。第二换热器40可以为板翅式换热器。
脱氢精馏塔50的液体出口和甲烷精馏塔60的入口连通。甲烷精馏塔60的液体出口输出LNG(LiquefiedNaturalGas，液化天然气)产品。LNG产品送往储槽。图1中箭头5处代表输出LNG产品。
甲烷精馏塔60的气相出口和第二换热器40的第三入口连通，第二换热器40的第三出口和第一换热器10的第三入口连通，第一换热器10的第三出口输出尾气。尾气以一氧化碳为主，且含有少量氢气、氮气和微量甲烷。图1中箭头6处代表输出尾气。
液化分离装置100还包括混合制冷剂循环制冷设备70和氮气循环制冷设备80。混合制冷剂循环制冷设备70用于为热解煤气液化提供冷量，以及为混烃精馏塔30的塔顶冷凝器提供冷量。氮气循环制冷设备80用于为脱氢精馏塔50的塔顶冷凝器52和甲烷精馏塔60的塔顶冷凝器62提供冷量。
在本实施方式中，混合制冷剂循环制冷设备70包括依次连通的混合制冷压缩机72、冷却器74和第二气液分离器76。冷却器74为末级冷却器。制冷压缩机72入口前还设有缓冲罐(图未示)。
第二气液分离器76的液体出口和第一换热器10的第四入口连通，第一换热器10的第四出口和第一换热器10的第五入口连通，第一换热器10的第五出口和混合制冷压缩机72连通形成回路。气液分离后的液相经过第一换热器10降温，再经第一节流阀73节流制冷后，然后从第一换热器10的第五入口返流为热解煤气液化提供冷量后复温，从第一换热器10的第五出口流出后，流入缓冲罐，再流入混合制冷压缩机72，形成回路。
第二气液分离器76的气体出口和第一换热器10的第六入口连通，第一换热器10的第六出口和第二换热器40的第四入口连通，第二换热器40的第四出口和第二换热器40的第五入口连通，第二换热器40的第五出口和第一换热器10的第五入口连通，第一换热器10的第五出口和混合制冷压缩机72连通形成回路。气液分离后的气相，依次通过第一换热器10、第二换热器40降温后，再经第二节流阀75节流制冷，然后从第二换热器40的第五入口返流为混烃精馏塔30的塔顶冷凝器提供冷量，从第二换热器40的第五出口流出后，与返流的液相混合后从第一换热器10的第五入口进入第一换热器10为热解煤气液化提供冷量后复温，再从第一换热器10的第五出口流出后，流入缓冲罐，再流入混合制冷压缩机72，形成回路。具体的，第二换热器40的第五出口流出的返流的气相和返流的液相在第一集流器78处混合汇聚。
氮气循环制冷设备80包括氮气压缩机82。氮气压缩机82入口前还设有氮气缓冲罐。氮气压缩机82的出口还设有水冷器84。氮气压缩机82的出口和第一换热器10的第七入口连通。具体的，氮气压缩机82的出口通过水冷器84和第一换热器10的第七入口连通。第一换热器10的第七出口和第二换热器40的第六入口连通。第二换热器40的第六出口和分流器90的入口连通，分流器90的第一出口和脱氢精馏塔50的塔顶冷凝器52的氮气入口连通，脱氢精馏塔50的塔顶冷凝器52的氮气出口和第二集流器95的第一入口连通。分流器90的第二出口和甲烷精馏塔60的塔顶冷凝器62的氮气入口连通。甲烷精馏塔60的塔顶冷凝器62的氮气出口和第二集流器95的第二入口连通。第二集流器95的出口和第二换热器40的第七入口连通，第二换热器40的第七出口和第一换热器10的第八入口连通，第一换热器80的第八出口和氮气压缩机82的入口连通形成回路。将氮气压缩后冷却至40℃，依次通过第一换热器10和第二换热器40降温，再通过第三节流阀86节流制冷，接着通过分流器90分成两股，分别为脱氢精馏塔50的塔顶冷凝器52和甲烷精馏塔60的塔顶冷凝器62提供冷量，然后再返回第二换热器40和第一换热器10复温，接着流入氮气压缩机82形成回路。
上述热解煤气的气体分离装置，通过净化装置将热解煤气净化后，再经过第一气液分离器进行气液分离，接着再通过三次精馏分离即可得到混烃产品、富氢气和LNG产品，装置设备不复杂，连接关系简单，气体分离工艺简单，容易操作。
此外，还提供一种采用上述热解煤气的气体分离装置进行热解煤气的气体分离方法。
请参考图2，在一实施方式中，热解煤气的气体分离方法，包括以下步骤：
S10、净化热解煤气。
请参考图3，在本实施方式中，净化热解煤气的操作包括以下步骤：
S110、将热解煤气压缩至0.5MPa～0.8MPa。
S10中，采用第一压缩装置将热解煤气压缩至0.5MPa～0.8MPa。第一压缩装置可以为螺杆压缩机。
S120、去除热解煤气中的润滑油和煤焦油。
S120中采用除油装置去除热解煤气中的润滑油和煤焦油。在本实施方式中，采用吸附法除去热解煤气中的润滑油和煤焦油。吸附剂为活性炭，以煤基碳为原料制得，吸附饱和后送燃煤锅炉使用。
S130、去除热解煤气中的氨。
S130中，采用水洗装置去除热解煤气中的氨。采用水洗的方法除去热解煤气中的氨，可以避免铵盐结晶影响装置运行。
S140、去除热解煤气中的苯和萘。
S140中，采用预处理装置去除热解煤气中的苯和萘。在本实施方式中，可以采用吸附法脱除热解煤气中的苯和萘等重组分杂质。吸附剂采用具有良好吸附选择性和较大吸附容量的专用吸附剂，吸附饱和后高温再生，可以实现吸附剂的循环利用。该专用吸附剂可以为活性炭的一种。
S150、将热解煤气继续压缩至2MPa～4MPa。
S150中，采用第二压缩装置将热解煤气继续压缩至2MPa～4MPa。第二压缩装置可以为往复式或离心式压缩机。
S160、将热解煤气中的有机硫转化为无机硫。
S160中，采用水解装置将热解煤气中的有机硫转化为无机硫。在本实施方式中，可以采用中温水解工艺将热解煤气中的有机硫转化为无机硫。
S170、去除热解煤气中的汞杂质。
S170中，采用脱汞装置去除热解煤气中的汞杂质。在本实施方式中，可以采用载硫活性炭吸附热解煤气中的微量汞杂质。
S180、去除热解煤气中的酸性杂质。
S180中，采用脱酸装置去除热解煤气中的酸性杂质。在本实施方式中，可以采用化学吸收法脱除热解煤气中的H2S、CO2等酸性杂质。吸收剂选用以哌嗪为活化剂的MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液。为保证脱除效果，设置两套串联的吸收再生装置。脱酸后，热解煤气中的H2S、CO2等酸性杂质含量小于20ppm。
S190、去除热解煤气中的水。
S190中，采用干燥装置去除热解煤气中的水。
S20、将净化后的热解煤气降温至-5℃～-25℃后进行气液分离，输出气液分离得到的液相，得到第一混烃产品。
S20中，采用第一换热器10降温至-5℃～-25℃。通过混合制冷剂为热解煤气液化提供冷量。采用气液分离器20进行气液分离。
S30、将气液分离得到的气相进行第一次精馏分离，输出第一次精馏分离得到的液相，得到第二混烃产品。
S30中，采用混烃精馏塔30进行第一次精馏分离。
S40、将第一次精馏分离得到的气相降温至-145℃～-165℃，接着，进行第二次精馏分离，将第二次精馏分离得到的气体升温后输出，得到富氢气。
S40中，采用第二换热器40将第一次精馏分离得到的气相降温至-145℃～-165℃。采用脱氢精馏塔50进行第二次精馏分离。采用第二换热器40和第一换热器10依次将第二次精馏分离得到的富氢气升温。其中，采用氮气制冷剂为第二次精馏分离提供冷量。
S50、将第二次精馏分离得到的液体进行第三次精馏分离，输出第三次精馏分离的液体，得到LNG产品，将第三次精馏分离得到的尾气升温后输出。
S50中，采用甲烷精馏塔60进行第三次精馏分离。采用第二换热器40和第一换热器10依次将第三次精馏分离得到的尾气升温。其中，采用氮气制冷剂为第三次精馏分离提供冷量。
进一步的，采用混合制冷剂为热解煤气液化和第一次精馏分离提供冷量的操作流程如下：
将低压的混合制冷剂增压后，冷却至40℃后进行气液分离，气液分离后的液相节流制冷后，返流为热解煤气液化提供冷量后复温，气液分离后的气相节流制冷后，然后返流为第一次精馏分离提供冷量，与返流的液相混合为热解煤气液化提供冷量后复温，返流形成回路。
具体的，低压的混合制冷剂通过混合制冷压缩机72增压。通过冷却器74冷却至40℃。通过第二气液分离器76进行气液分离。气液分离后的液相，通过第一换热器10降温，再通过第一节流阀73节流，再返流回第一换热器10和热解煤气进行热交换后，复温流出第一换热器10，流入混合制冷压缩机72入口的缓冲罐。气液分离后的气相，依次通过第一换热器10和第二换热器40降温，再经过第二节流阀75节流制冷，然后返流回第二换热器40和第一次精馏分离得到的富氢气进行热交换升温，和返流的液相混合后流入第一换热器10，流入缓冲罐。
进一步的，采用氮气为第二次精馏分离和第三次精馏分离提供冷量的操作流程如下：
将氮气压缩或冷却至40℃，依次通过第一换热器10和第二换热器40降温，再经过第三节流阀86节流制冷后，接着为第二次精馏分离和第三次精馏分离提供冷量，然后返流复温，形成回路。
氮气制冷剂先经过低压氮气缓冲罐后，通过氮气压缩机82压缩。压力升高后经水冷器84冷却到40℃，依次经过第一换热器10和第二换热器40降温，再经过第三节流阀86节流制冷。节流制冷后通过分流器90分成两股，分别为脱氢精馏塔50的塔顶冷凝器52和甲烷精馏塔60的塔顶冷凝器62提供冷量，然后通过第二集流器95，再返回第二换热器40和第一换热器10复温，接着流入低压氮气缓冲罐，进入氮气压缩机82形成回路。
上述热解煤气的气体分离方法中，采用混合冷剂循环制冷和氮气循环制冷相结合的制冷工艺，具备三个优点：一是能耗较低；二是设备成熟可靠，制作工艺简单，国内设备即可满足要求。以制冷压缩机为例，没有重组分冷剂的级间冷却分离以及复杂的抽口，大大降低了压缩机的制造要求，也更有利于操作的简易性和动设备运行的稳定性，从而保证整个制冷循环的连续稳定运行性能；三是混合制冷剂主要由氮气、甲烷、乙烯、丙烷、戊烷等物质按照一定比例混合而成，选择更为可靠。
上述热解煤气的气体分离方法，采用一套优化整合的净化、深冷液化及低温精馏的物理分离工艺方案，将热解煤气中的氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、戊烷等组分高效分离，分别生产富氢气、LNG及混烃等产品。分离出热解煤气中的富氢气用于加氢装置，LNG和混烃作为产品出售。通过流程优化和产品方案的优化选择，将热解煤气中的各有用组分分离，得到的不同产品分别加以利用，拓展了煤炭分质利用的产业链。与传统利用方法相比，实现了资源的合理有效利用，减少对环境的污染，同时创造了可观的经济效益。上述热解煤气的气体分离方法，工艺流程简单，生产成本低，项目效益好，具有较强抵御市场风险的能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种热解煤气的气体分离装置，其特征在于，包括净化装置和液化分离装置；
所述净化装置用于净化所述热解煤气；
所述液化分离装置包括第一换热器、第一气液分离器、混烃精馏塔、第二换热器、脱氢精馏塔和甲烷精馏塔，所述第一换热器的第一入口用于输入所述热解煤气，所述第一换热器的第一出口和所述第一气液分离器的入口连通，所述第一气液分离器的气相出口和所述混烃精馏塔的入口连通，所述第一气液分离器的液相出口输出第一混烃产品，所述混烃精馏塔的气相出口和所述第二换热器的第一入口连通，所述第二换热器的第一出口和所述脱氢精馏塔的入口连通，所述混烃精馏塔的液相出口输出第二混烃产品，所述脱氢精馏塔的气体出口和所述第二换热器的第二入口连通，所述第二换热器的第二出口和所述第一换热器的第二入口连通，所述第一换热器的第二出口输出富氢气，所述脱氢精馏塔的液体出口和所述甲烷精馏塔的入口连通，所述甲烷精馏塔的液体出口输出LNG产品，所述甲烷精馏塔的气相出口和所述第二换热器的第三入口连通，所述第二换热器的第三出口和所述第一换热器的第三入口连通，所述第一换热器的第三出口输出尾气；
所述液化分离装置还包括混合制冷剂循环制冷设备和氮气循环制冷设备，所述混合制冷剂循环制冷设备用于为所述热解煤气液化提供冷量，以及为所述混烃精馏塔的塔顶冷凝器提供冷量，所述氮气循环制冷设备用于为所述脱氢精馏塔的塔顶冷凝器和所述甲烷精馏塔的塔顶冷凝器提供冷量。
2.如权利要求1所述的热解煤气的气体分离装置，其特征在于，所述净化装置包括依次连通的第一压缩装置、除油装置、水洗装置、预处理装置、第二压缩装置、水解装置、脱汞装置、脱酸装置和干燥装置；
所述第一压缩装置用于将所述热解煤气压缩至0.5MPa～0.8MPa；
所述除油装置用于去除所述热解煤气中的润滑油和煤焦油；
所述水洗装置用于去除所述热解煤气中的氨；
所述预处理装置用于去除所述热解煤气中的苯和萘；
所述第二压缩装置用于将所述热解煤气继续压缩至2MPa～4MPa；
所述水解装置用于将所述热解煤气中的有机硫转化为无机硫；
所述脱汞装置用于去除所述热解煤气中的汞杂质；
所述脱酸装置用于去除所述热解煤气中的酸性杂质；
所述干燥装置用于去除所述热解煤气中的水。
3.如权利要求1所述的热解煤气的气体分离装置，其特征在于，所述混合制冷剂循环制冷设备包括依次连通的混合制冷压缩机、冷却器和第二气液分离器，所述第二气液分离器的液体出口和所述第一换热器的第四入口连通，所述第一换热器的第四出口和所述第一换热器的第五入口连通，所述第一换热器的第五出口和所述混合制冷压缩机连通形成回路，所述第二气液分离器的气体出口和所述第一换热器的第六入口连通，所述第一换热器的第六出口和所述第二换热器的第四入口连通，所述第二换热器的第四出口和所述第二换热器的第五入口连通，所述第二换热器的第五出口和所述第一换热器的第五入口连通，所述第一换热器的第五出口和所述混合制冷压缩机连通形成回路。
4.如权利要求1所述的热解煤气的气体分离装置，其特征在于，所述氮气循环制冷设备包括氮气压缩机，所述氮气压缩机的出口和所述第一换热器的第七入口连通，所述第一换热器的第七出口和所述第二换热器的第六入口连通，所述第二换热器的第六出口和分流器的入口连通，所述分流器的第一出口和所述脱氢精馏塔的塔顶冷凝器的氮气入口连通，所述脱氢精馏塔的塔顶冷凝器的氮气出口和第二集流器的第一入口连通，所述分流器的第二出口和所述甲烷精馏塔的塔顶冷凝器的氮气入口连通，所述甲烷精馏塔的塔顶冷凝器的氮气出口和所述第二集流器的第二入口连通，所述第二集流器的出口和所述第二换热器的第七入口连通，所述第二换热器的第七出口和所述第一换热器的第八入口连通，所述第一换热器的第八出口和所述氮气压缩机的入口连通形成回路。
5.一种热解煤气的气体分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
净化所述热解煤气；
将净化后的热解煤气降温至-5℃～-25℃后进行气液分离，输出气液分离得到的液相，得到第一混烃产品；
将气液分离得到的气相进行第一次精馏分离，输出第一次精馏分离得到的液相，得到第二混烃产品；
将第一次精馏分离得到的气相降温至-145℃～-165℃，接着，进行第二次精馏分离，将第二次精馏分离得到的气体升温后输出，得到富氢气；
将第二次精馏分离得到的液体进行第三次精馏分离，输出第三次精馏分离的液体，得到LNG产品，将第三次精馏分离得到的尾气升温后输出；
其中，采用混合制冷剂为所述热解煤气液化和所述第一次精馏分离提供冷量，采用氮气为所述第二次精馏分离和所述第三次精馏分离的提供冷量。
6.如权利要求5所述的热解煤气的气体分离方法，其特征在于，净化所述热解煤气的操作包括以下步骤：
将所述热解煤气压缩至0.5MPa～0.8MPa；
去除所述热解煤气中的润滑油和煤焦油；
去除所述热解煤气中的氨；
去除所述热解煤气中的苯和萘；
将所述热解煤气继续压缩至2MPa～4MPa；
将所述热解煤气中的有机硫转化为无机硫；
去除所述热解煤气中的汞杂质；
去除所述热解煤气中的酸性杂质；
去除所述热解煤气中的水。
7.如权利要求6所述的热解煤气的气体分离方法，其特征在于，
去除所述热解煤气中的氨的操作中，采用水洗的方法去除所述热解煤气中的氨；
去除所述热解煤气中的汞杂质的操作中，采用载硫活性炭吸附所述热解煤气中的汞杂质。
8.如权利要求5所述的热解煤气的气体分离方法，其特征在于，采用混合制冷剂为所述热解煤气液化和所述第一次精馏分离提供冷量的操作为：
将低压的混合制冷剂增压后，冷却至40℃后进行气液分离，气液分离后的液相节流制冷后，返流为所述热解煤气液化提供冷量后复温，气液分离后的气相节流制冷后，然后返流为所述第一次精馏分离提供冷量，与返流的液相混合为所述热解煤气液化提供冷量后复温，返流形成回路。
9.如权利要求5所述的热解煤气的气体分离方法，其特征在于，采用氮气为所述第二次精馏分离和所述第三次精馏分离提供冷量的操作为：
将氮气压缩后冷却至40℃，通过节流制冷后，为所述第二次精馏分离和所述第三次精馏分离提供冷量，然后返流复温，形成回路。
10.如权利要求5所述的热解煤气的气体分离方法，其特征在于，所述热解煤气中含有甲烷、氢气和C2～C5，以及一氧化碳、氮气、二氧化碳、有机硫、二氧化硫、硫化氢、氨、焦油、粉尘和水蒸气中的一种或几种，其中，甲烷的体积含量为40％～45％，氢气的体积含量为20％～25％，C2～C5的体积含量为10％～14％。
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2015
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