CN206056115U - 一种lng热泵精馏生产超高纯甲烷的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置；包括原料液储罐，原料液储罐通过第一节流阀和蒸发器与第一精馏塔的第一原料气进口相连，第一精馏塔的气相出口通过第二换热器的第一原料气进口、第二换热器的第一原料气出口、热泵、第二换热器的第二原料气进口、第二换热器的第二原料气出口和三通与第二再沸器的原料气进口相连，第二再沸器的原料气出口通过第四节流阀与第二精馏塔的第一原料气进口相连，蒸发器内设有第一换热器，第二精馏塔液相出口通过第一换热器的第二原料气进口和第一换热器的第二原料气出口与储罐相连；具有工艺流程简单、操作简便，运行稳定、低能耗和制备液相甲烷纯度不低于99.9995％的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于生产超高纯甲烷技术领域，具体涉及一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置。
背景技术
目前，生产甲烷主要采用二级精馏法、吸附-膨胀脱附法和吸附-间歇精馏法；二级精馏法采用的为外部制冷技术，二级精馏法制取高纯甲烷，产品纯度可达99.99％，由于工艺过程中可利用提氦装置的剩余冷量，甲烷为副产品，成本低，但需要依托大型空分***。吸附-膨胀脱附法，通过多塔的高压吸附，低压脱附，实现纯化甲烷的目的，此法设备简单，操作、维护简便，但收率低，流程长，需要配套设备多，占地面积大。并且此方法需定期更换吸附剂，因此成本较高；吸附-间歇精馏法，此种方法是先通过吸附法脱去H2O、CO2、C2等杂质，然后通过间歇精馏，制得液相甲烷产品。此法产品纯度可达99.995％，甚至可提高到99.999％；但其操作复杂，工艺流程长，需定期更换吸附剂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种采用热泵精馏、双塔耦合精馏、工艺流程简单、操作简便，运行稳定、低能耗和制备液相甲烷纯度不低于99.9995％的一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置。
本实用新型的目的是这样实现的：包括原料液储罐，原料液储罐通过第一节流阀和蒸发器与第一精馏塔的第一原料气进口相连，第一精馏塔顶部的气相出口通过第二换热器的第一原料气进口、第二换热器的第一原料气出口、热泵、第二换热器的第二原料气进口、第二换热器的第二原料气出口和三通与第二再沸器的原料气进口相连，第二再沸器的原料气出口通过第四节流阀与第二精馏塔的第一原料气进口相连，蒸发器内部设有第一换热器，第二精馏塔底部液相出口通过第一换热器的第二原料气进口和第一换热器的第二原料气出口与储罐相连；第一精馏塔底部液相出口通过第二节流阀、第二换热器的尾气进口、第二换热器的尾气出口与火炬相连；三通的第三端通过第一再沸器和第三节流阀与第一精馏塔上部的第二原料气进口相连；第二精馏塔的顶部气相出口通过管道与第一换热器的第一原料气进口相连，第一换热器的第一原料气出口与气液分离器相连，所述气液分离器的顶部气相出口通过第五节流阀与火炬相连，所述气液分离器的底部液相出口通过管道与第二精馏塔的第二原料气进口相连。
本实用新型采用热泵精馏的方式，将第一精馏塔顶部部分气相通过热泵加压作为两个精馏塔塔底低温热源，液化后，又作为塔顶冷源，通过调节热泵的流量和压力改变精馏负荷。本实用新型克服传统观念，摒弃传统的液氮、甲烷等传统制冷剂，用部分原料作为制冷剂，参与制冷循环，在大幅度降低制冷成本的同时，提高了***运行中的安全系数。国内目前已投运的同类装置只有四、五家，且项目规模大小差距较大，为方便对比，本实用新型选择设计规模与本实用新型较类似的武汉某公司进行对比。具体可参见下表。
本实用新型采用热泵精馏和双塔耦合精馏，具有工艺流程简单、操作简便，运行稳定、低能耗和制备液相甲烷纯度不低于99.9995％的优点。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部件。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
如图1所示，本实用新型包括原料液储罐48，原料液储罐48通过第一节流阀1和蒸发器2与第一精馏塔4的第一原料气进33相连，第一精馏塔4顶部的气相出口30通过第二换热器的第一原料气进口36、第二换热器的第一原料气出口41、热泵6、第二换热器的第二原料气进口38、第二换热器的第二原料气出口40和三通17与第二再沸器10的原料气进口28相连，第二再沸器10的原料气出口48通过第四节流阀11与第二精馏塔13的第一原料气进口44相连，蒸发器2内部设有第一换热器3，第二精馏塔13底部液相出口29通过第一换热器3的第二原料气进口21和第一换热器3的第二原料气出口19与储罐16相连；第一精馏塔4底部液相出口35通过第二节流阀12、第二换热器5的尾气进口39、第二换热器5的尾气出口37与火炬7相连；三通17的第三端通过第一再沸器8和第三节流阀9与第一精馏塔4上部的第二原料气进口31相连；第二精馏塔13的顶部气相出口26通过管道与第一换热器3的第一原料气进口18相连，第一换热器3的第一原料气出口22与气液分离器14相连，所述气液分离器14的顶部气相出口23通过第五节流阀15与火炬7相连，所述气液分离器14的底部液相出口25通过管道与第二精馏塔13的第二原料气进口27相连。
一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置的生产方法，包括如下步骤：
步骤一：原料液储罐48中的LNG原料液通过第一节流阀1、蒸发器的原料气进口20、蒸发器的原料气出口17和第一精馏塔4的第一原料气进口33后进入第一精馏塔4内；所述LNG原料液的组成成份为：甲烷、氢气、氩气、氮气；LNG原料液的温度为：-160～-155℃，气相分率为0，甲烷摩尔分数：96.4％；第一节流阀1后原料液温度为：-156℃；蒸发器的原料气出口17的原料气温度为：-151～-147℃，气相分率为1；
步骤二：第一精馏塔4对原料气进行精馏提纯，精馏提纯后的气相通过第一精馏塔4的顶部气相出口30、第二换热器5的第一原料气进口36和第二换热器5的第一原料气出口41进入热泵6内；所述第一精馏塔4的顶部气相出口30的原料气温度为：-150～-155℃，甲烷摩尔分数：98.8％；第二换热器5的第一原料气出口41的原料气温度：0～10℃；
步骤三：步骤二中所述的进入热泵6内的原料气通过第二换热器的第二原料气进口38、第二换热器的第二原料气出口40、三通17和第二再沸器10的原料气进口28进入第二再沸器10内；所述热泵6出口的原料气温度为：35～40℃，第二换热器5的第二原料气出口40的原料气温度为：-138～-135℃，气相分率为：0.75；
步骤四：步骤三中所述的进入第二再沸器10内的原料气通过第二再沸器10的原料气出口48、第四节流阀11和第二精馏塔13的第一原料气进口44进入第二精馏塔13的内部；第二再沸器的原料气出口48的原料气温度为：-139℃，气相分率为：0；
步骤五：使上述步骤四中所述进入第二精馏塔13内的原料气进行精馏提纯，精馏提纯后的液相通过第二精馏塔13的底部液相出口29、第一换热器3的第二原料气进口21和第一换热器3的第二原料气出口19进入储罐16内部；第二精馏塔13的底部液相出口液相甲烷的温度为：-142℃；第一换热器3的第二原料气19出口液相甲烷的温度为：-151℃，气相分率0；所述的储罐16内部的液相甲烷的纯度不低于99.9995％；
步骤六：步骤二中所述的第一精馏塔4对原料气进行精馏提纯后的液相通过第一精馏塔4的底部液相出口35、第二节流阀12、第二换热器5的尾气进口39和第二换热器5的尾气出口37进入火炬7内部；所述第一精馏塔4的底部液相出口35的废液温度为：-149℃～-145℃；第二换热器5的尾气出口37废液温度为：20℃～25℃；
步骤七：所述步骤三中通过三通17的原料气由三通17第三端进入第一再沸器8内，所述进入第一再沸器8内的原料气通过第三节流阀9和第一精馏塔4的第二原料气进口31进入第一精馏塔4内进行精馏提纯；所述第一再沸器8的原料气出口中的原料气温度为：-142℃，气相分率为：0；
步骤八：步骤五中所述精馏提纯后的气相通过第二精馏塔13的顶部气相出口26、第一换热器3的第一原料气进口18和第一换热器3的第一原料气出口22进入气液分离器14内，经过气液分离器14进行气液分离后的尾气通过气液分离器14的顶部气相出口23和第五节流阀15进入火炬7内，经过气液分离器14进行气液分离后的液相通过气液分离器14的底部液相出口25和第二精馏塔13的第二原料气进口27进入第二精馏塔13内部进行精馏提纯；第二精馏塔13的顶部气相出口26原料气温度为：-144℃；第一换热器3的第一原料气出口22的原料气温度为：-151℃；气液分离器14的顶部气相出口23尾气温度：-151℃，甲烷摩尔分数50％～58％；气液分离器14的底部液相出口温度：-151℃。
本实用新型为一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置，其中超高纯甲烷在国内没有相关定义，但是在国际较高标准中说明，甲烷含量≥99.9995％的甲烷产品被定义为超高纯级产品，即超高纯甲烷，本实用新型中的超高纯甲烷名称来源于此，其具体参考的文献为：《中国工业气体大全》1704页中表II.1.2-20，Messer Griesheim GmbH.High PurityGases(Catalog).1992.28。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种LNG热泵精馏生产超高纯甲烷的装置，其特征在于：包括原料液储罐(20)，原料液储罐(20)通过第一节流阀(1)和蒸发器(2)与第一精馏塔(4)的第一原料气进口(33)相连，第一精馏塔(4)顶部的气相出口(30)通过第二换热器的第一原料气进口(36)、第二换热器的第一原料气出口(34)、热泵(6)、第二换热器的第二原料气进口(38)、第二换热器的第二原料气出口(40)和三通(17)与第二再沸器(10)的原料气进口(28)相连，第二再沸器(10)的原料气出口(24)通过第四节流阀(11)与第二精馏塔(13)的第一原料气进口(32)相连，蒸发器(2)内部设有第一换热器(3)，第二精馏塔(13)底部液相出口(29)通过第一换热器(3)的第二原料气进口(21)和第一换热器(3)的第二原料气出口(19)与储罐(16)相连；第一精馏塔(4)底部液相出口(35)通过第二节流阀(12)、第二换热器(5)的尾气进口(39)、第二换热器(5)的尾气出口(37)与火炬(7)相连；三通(17)的第三端通过第一再沸器(8)和第三节流阀(9)与第一精馏塔(4)上部的第二原料气进口(31)相连；第二精馏塔(13)的顶部气相出口(26)通过管道与第一换热器(3)的第一原料气进口(18)相连，第一换热器(3)的第一原料气出口(22)与气液分离器(14)相连，所述气液分离器(14)的顶部气相出口(23)通过第五节流阀(15)与火炬(7)相连，所述气液分离器(14)的底部液相出口(25)通过管道与第二精馏塔(13)的第二原料气进口(27)相连。
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|---|---|---|---|---|
| CN106288652A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 河南心连心深冷能源股份有限公司 | 一种lng热泵精馏生产超高纯甲烷的装置及生产方法 |
| CN107144092A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-09-08 | 河南心连心深冷能源股份有限公司 | 一种以乙烯热泵精馏生产高纯乙烯的装置及其生产工艺 |
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2016
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