[发明专利]工业合成气低温前脱甲烷方法及系统

说明书

一种工业合成气低温前脱甲烷方法及系统，其将净化合成气经低温冷箱内冷却实现CH₄和工业合成气初步分离，之后经深冷传质系统实现CH₄深度分离和回收，LNG提纯塔塔釜得到LNG副产品，经进一步过冷后送去储存，LNG提纯塔塔顶得到富CO气经复热升压后，一部分返回冷箱过冷后作为深冷传质系统两塔的冷回流，剩余平衡部分与复热后的富氢气体洗涤塔塔顶产生的脱甲烷富氢气体汇合，系统所需冷源主要由冷剂循环压缩膨胀制冷系统提供N₂冷剂；另外本发明充分回收工艺侧介质自身产生的低温冷量作为外供冷源补充。本发明提高了下游合成装置目标产品的反应速度、单程转化率和收率，大大降低了能耗和配套投资，同时脱出的甲烷以LNG副产品产出，进一步改善了装置运营效益。

技术领域

本发明涉及主要以煤为原料来制取化工产品和油品的技术领域，适用于煤碳气化工艺（如碎煤加压气化、KBR气化、HYGAS气化等）产生的含有较高的甲烷（CH₄）成分的粗煤气，以及炼焦过程中的副产焦炉气等，经变换和净化所得到的工业合成气的进一步优化处理脱除惰性组分甲烷（含量在20%以下）的技术，具体涉及一种工业合成气低温前脱甲烷方法及系统。

背景技术

目前对于含有较高甲烷（CH₄)成分的气化气、焦炉气等工业气体经变换和净化处理后，所得到的净化气体（含有甲烷成分的工业合成气）被直接用作目标化工产品和油品的合成原料气使用。

工业合成气中的主要有效成分为氢（H₂)和一氧化碳（CO)，甲烷（CH₄)为惰性组分。甲烷（CH₄)的存在降低了有效成分氢（H₂)和一氧化碳（CO)的分压，减弱了合成过程中的推动力、降低了目标产品的单程转化率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业合成气低温前脱甲烷方法及系统，其可以提高目标产品的单程转化率、降低能耗，并缩减装置投资，同时原合成气中的甲烷以高附加值的LNG副产品产出，进一步改善装置的运营效益。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种工业合成气低温前脱甲烷方法，其包括如下步骤：

（1）预冷：将净化合成气和升压后的冷剂气体均通过深冷冷换和气液分离系统的预冷器预冷，预冷器出口温度为既满足向LNG提纯塔再沸器提供低温热源，又能满足冷剂循环压缩膨胀制冷系统的冷剂膨胀机恒熵膨胀要求；

（2）冷却：经步骤（1）预冷后的净化合成气通过深冷冷换和气液分离系统的冷却器冷却冷凝，冷却器出口冷却终点温度为甲烷的冰点温度以上，使净化合成气中的甲烷成分从深冷冷换和气液分离系统的气液分离器以凝液的形式分离出来，该过程由于合成气中CO分压较高，部分CO组分也出现在凝液中，气液分离器分离出来的凝液通过减压逆向返回冷却器复热回收冷量后，送入深冷传质系统的LNG提纯塔；

（3）LNG提纯和富氢气体洗涤：将步骤（2）中由气液分离器分离出来的工艺凝液减压、复热后在LNG提纯塔中进行提纯，提纯过程中的热负荷由预冷后的净化合成气提供，冷负荷由冷却器提供的富CO过冷液提供；从气液分离器出来的气相进入深冷传质系统的富氢气体洗涤塔中，富CO过冷液从富氢气体洗涤塔的塔顶引入，通过逆向传质将残存的甲烷组分最大程度地回收下来，塔釜液经减压后引入LNG提纯塔作为冷回流的一部分，塔顶的脱甲烷气经复热后出冷箱；

（4）脱甲烷合成气的生成：从步骤（3）中LNG提纯塔塔顶分离后的富CO气顺序逆向返回冷却器和预冷器进行复热冷回收，然后由冷箱外的富CO气压缩机组升压至富氢气体洗涤塔塔顶产生、并顺序逆向通过冷却器、预冷器进行复热后的脱甲烷富氢气体的压力，升压后的富CO气定量分出两股物流分别再次循环返回冷箱内的预冷器、冷却器冷却冷凝后形成富CO过冷液，分别引入LNG提纯塔塔顶和富氢气体洗涤塔塔顶，剩余的平衡富CO气将与复热后的脱甲烷富氢气体混合构成脱除甲烷的合成气送往下游合成单元。