[发明专利]一种焦炉气制液化天然气的深冷分离系统

摘要

本发明公开了一种焦炉气制液化天然气的深冷分离系统，包括甲烷-氢气精馏塔，甲烷-氮气精馏塔，原料气冷却器，氮过冷器，甲烷-氢气精馏塔的塔顶冷凝器一，甲烷-氮气精馏塔的塔顶冷凝器二，及甲烷-氮气精馏塔的塔底再沸器，构成天然气的深冷分离管路系统、富氢气回收管路系统和富氮气管路系统；还包括为原料气冷却器和氮过冷器提供冷量的双级氮膨胀制冷循环回路。本发明一种焦炉气制液化天然气的深冷分离系统，成本低、投资少，系统稳定、操作简单、天然气的回收率高。

主权项

一种焦炉气制液化天然气的深冷分离系统，包括甲烷‑氢气精馏塔（T‑101），甲烷‑氮气精馏塔（T‑ 102），原料气换热器（E‑201），氮过冷器（E‑202），甲烷‑氢气精馏塔（T‑101）的塔顶冷凝器一（E‑104），甲烷‑氮气精馏塔（T‑ 102）的塔顶冷凝器二（E‑105），及甲烷‑氮气精馏塔（T‑102）的塔底再沸器（E‑106）， 经甲烷化处理及预处理得到的原料气，依次经所述原料气换热器（E‑201）的第一冷却管路（LY‑1）、塔底再沸器 （E‑106）的冷却管路、原料气换热器（E‑201）的第二冷却管路（LY‑2）、甲烷‑氢气精馏塔（T‑101）入口、甲烷‑氢气精馏塔（T‑ 101）塔底出口、减压阀一（V‑101）、甲烷‑氮气精馏塔（T‑102）入口、塔底再沸器（E‑106）的加热管路、原料气换热器（E‑201）的第三冷却管路（LY‑3）、减压阀三（V‑103）和天然气储罐，构成天然气的深冷分离管路系统，其中塔底再沸器（E‑106）的加热管路出口还与甲烷‑氮 气精馏塔（T‑102）的塔底上升气流入口连通； 甲烷‑氢气精馏塔（T‑101）的塔顶出口依次与塔顶冷凝器一（E‑104）的冷却管路、氮过冷器（E‑202）的 第一复热管路（FD‑1）、原料气换热器（E‑201）的第一复热管路（FY‑1）和富氢气回收管连通，构成富氢气回收管路系统，其中塔顶冷凝器一（E‑ 104）的冷却管路出口还与甲烷‑氢气精馏塔（T‑101）的塔顶回流液入口连通； 甲烷‑氮气精馏塔（T‑102）的塔顶出口依次与塔顶冷凝器二（E‑105）的冷却管路、氮过冷器（E‑202）的 第二复热管路（FD‑2）、原料气换热器（E‑201）的第二复热管路（FY‑2）和富氮气管连通，构成富氮气管路系统，其中塔顶冷凝器二（E‑105） 的冷却管路出口还与甲烷‑氮气精馏塔（T‑102）的塔顶回流液入口连通；还包括为原料气换热器（E‑201）和氮过冷器（E‑202）提供冷量的双级氮膨胀制冷循环回路，所述双级氮膨胀制冷循环回路，包括循环氮气压缩机（C‑101），热端增压透平膨胀机（ET‑101），冷端增压透平膨胀机（ET‑102）和J/T阀（V‑102）；低压氮气经循环氮气压 缩机（C‑101）增压并冷却至室温后分成两股，一股进入热端增压透平膨胀机（ET‑101）的增压端增压，然后进入原料气换热器（E‑201）的第四冷却管路（LY‑4）冷却，从原料气换热器（E‑201）中部抽出大部分氮气进入所述热端增压透平膨胀机（ET‑101）的膨胀端，从膨胀端出口进入原料气换热器（E‑201）的第四复热管路（FY‑4）复热，为原料气换热器（E‑201）提供冷量；从原料气换热器（E‑201）中部抽出小部分氮气进入氮过冷器（E‑202）的冷却管路（LD‑1）冷却、液化，经J/T阀（V‑102）减压制冷，作为甲烷‑氢气精馏塔（T‑101）的塔顶冷凝器一（E‑ 104）和甲烷‑氮气精馏塔（T‑102）的塔顶冷凝器二（E‑105）的冷源，所述塔顶冷凝器一（E‑104）和塔顶冷凝器二（E‑105）分别为甲烷‑氢气精馏塔（T‑101）、甲烷‑氮气精馏塔（T‑102）提供所需的回流液，液氮蒸发后依次经氮过冷器（E‑202）的第三复热管路（FD‑3）和原料气换热器（E‑201）的第五复热管路（FY‑5）复热，为氮过冷器（E‑202）和原料气换热器（E‑201）提供冷量；另一股进入冷端增压透平膨胀机（ET‑102）的增压端增压，然后进入原料气换热器（E‑201）的第五冷却管路（LY‑5）冷却，然后进入冷端增压透平膨胀机（ET‑102）的膨胀端，从膨胀端出口进入原料气换热器（E‑201）的第三复热管路（FY‑3）复热，为原料气换热器（E‑201）提供冷量；来自原料气换热器（E‑201）的第三、第四和第五复热管路（FY‑3、4和5）的氮气，汇入循环氮气压缩机（C‑101）的入口，进入下一次制冷循环；具体步骤如下：步骤一：焦炉气经甲烷化处理及预处理后得到主要成分为甲烷、氢气、氮气和少量乙烷的压力为1.7～2.1Mpa的原料气，将所述原料气导入原料气换热器（E‑201）的第一冷却管路（LY‑1）冷却至‑120～‑126℃后，从所述原料气换热器（E‑201）中部抽出，然后导入塔底再沸器（E‑106）作为该塔底再沸器（E‑106）的热源，然后导入原料气换热器（E‑201）的第二冷却管路（LY‑2）继续降温至‑140～‑150℃，从原料气换热器（E‑201）出来的含少量液体的原料气导入甲烷‑氢气精馏塔（T‑101），精馏后得到塔顶富氢气体和‑150～‑160℃的塔底液体产物，该塔底液体产物的主要成分为氮、甲烷和氢；步骤二：将所述塔顶富氢气体依次经塔顶冷凝器一（E‑104）的冷却管路、氮过冷器（E‑202）的第一复热管路（FD‑1）、原料气换热器（E‑201）的第一复热管路（FY‑1），为所述氮过冷器（E‑202）和原料气换热器（E‑201）提供冷量，复热至常温后返回甲烷化反应装置或经PSA提纯得高纯氢气；将所述塔底液体产物经减压阀一V‑101减压至0.3～0.42Mpa后导入甲烷‑氮气精馏塔（T‑102），精馏后得到塔底甲烷产物和塔顶富氮气；所述塔顶富氮气依次经塔顶冷凝器二（E‑105）的冷却管路、氮过冷器（E‑202）的第二复热管路（FD‑2）、原料气换热器（E‑201）第二复热管路（FY‑2）为氮过冷器（E‑202）和原料气换热器（E‑201）提供冷量；所述塔底甲烷产物依次经塔底再沸器（E‑106）的加热管路、原料气换热器（E‑201）的第三冷却管路（LY‑3）过冷6～8℃、减压阀三（V‑103）减压至所需压力后，导入天然气储罐；所述原料气换热器（E‑201）和氮过冷器（E‑202）采用双级氮膨胀制冷循环：压力为0.28～0.36Mpa的低压氮气经循环氮气压缩机（C‑101）增压并冷却至室温后分成两股，一股进入热端增压透平膨胀机（ET‑101）的增压端增压至2.2～2.4Mpa，然后进入原料气换热器（E‑201）的第四冷却管路（LY‑4）冷却至‑25℃，从原料气换热器（E‑201）中部抽出大部分氮气进入所述热端增压透平膨胀机（ET‑101）的膨胀端，从膨胀端出口出来的压力为0.3～0.4Mpa、温度为‑165℃的氮气，进入原料气换热器（E‑201）的低压氮气通道即第四复热管路（FY‑4）复热，为原料气换热器（E‑201）提供冷量；从原料气换热器（E‑201）中部抽出小部分氮气进入氮过冷器（E‑202）的冷却管路（LD‑1）中液化、冷却至‑170～‑180℃，经J/T阀（V‑102）减压制冷，作为甲烷‑氢气精馏塔（T‑101）的塔顶冷凝器一（E‑104）和甲烷‑氮气精馏塔（T‑102）的塔顶冷凝器二（E‑105）的冷源，所述塔顶冷凝器一（E‑104）为甲烷‑氢气精馏塔（T‑101）提供所需的回流液，所述塔顶冷凝器二（E‑105）为甲烷‑氮气精馏塔（T‑102）提供所需的回流液，所述回流液的主要成分均为氮、甲烷和氢，液氮蒸发后依次经氮过冷器（E‑202）的第三复热管路（FD‑3）和原料气换热器（E‑201）的第五复热管路（FY‑5）复热，为氮过冷器（E‑202）和原料气换热器（E‑201）提供冷量；另一股进入冷端增压透平膨胀机（ET‑102）的增压端增压至1.7～1.85Mpa，然后进入原料气换热器（E‑201）的第五冷却管路（LY‑5）冷却至‑110～‑120℃，然后进入（ET‑102）的膨胀端，从膨胀端出口进入原料气换热器（E‑201）的低压氮气通道即第三复热管路（FY‑3）复热，为原料气换热器（E‑201）提供冷量；来自原料气换热器（E‑201）的第三、第四和第五复热管路（FY‑3、4和5）的氮气，汇入循环氮气压缩机（C‑101）的入口，进入下一次制冷循环。