[发明专利]一种利用氮气和氦气膨胀制冷分离焦炉煤气的方法

说明书

本发明涉及一种利用氮气和氦气膨胀制冷分离焦炉煤气的方法，该方法包括以下步骤：1)将焦炉煤气压缩及预冷后，送入一级氮循环膨胀制冷系统，经进一步降温后送入精馏塔中；2)由精馏塔底部排出的甲烷经二级氦循环膨胀制冷系统降温液化后，送入液化天然气储罐中储存，由精馏塔顶部排出的氢气依次进行第一正仲态转化、第二正仲态转化后，送入液氢储罐中储存；第一正仲态转化过程由二级氦循环膨胀制冷系统提供冷量，第二正仲态转化过程由三级氦循环膨胀制冷系统提供冷量。与现有技术相比，本发明通过氮气和氦气膨胀低温循环从焦炉煤气中制取液化天然气和液氢，提高了焦炉煤气的利用效率与能量利用率，减少了焦炉煤气排空现象，环境污染小。

技术领域

本发明属于焦化/钢厂行业焦炉煤气综合利用技术领域，涉及一种利用氮气和氦气膨胀制冷分离焦炉煤气的方法。

背景技术

我国焦炭产量位居世界前列，2006年为2.33亿吨，2009年为3.53亿吨，2012年增长到4.43亿吨。在生产焦炭的同时会产生大量焦炉煤气，如果按照生产1t焦炭产生430m³焦炉煤气计算，2012年我国全年焦炉煤气发生量达1905亿m³，其中70％左右的焦炉煤气用于企业自用、商用及城市居民用气，剩余的焦炉煤气基本没有得到很好地利用，有的甚至直接燃烧释放到大气中。目前工业上焦炉煤气的利用途径主要有：作为城市燃气、发电、提取制氢、制甲醇等，但这些方法的效率及能量利用率较低，效益不明显。因此，焦炉煤气的有效回收利用对实现我国资源的循环利用和经济的可持续发展具有重要意义。

焦炉煤气可回收的产品主要以甲烷和氢气为主，该回收方式有几大优势：

(1)原料成本优势。焦炉煤气作为一种焦炭生产过程中的副产品，其价格非常低。氢元素在自然界中主要以化合物的形式存在，单质氢气价格在1.26元/m³左右，天然气液化采用的天然气井口价格在0.9元/m³左右，美国现在井口价已经达到1.99元/m³；而焦炉煤气的生产成本主要是能耗成本，所以生产出来的液氢(LH₂)和液化天然气(LNG)在价格上也非常有竞争力。

(2)能耗方面优势。目前氢气的主流制法是电解水或水煤气法，其能耗约为50kWh/kg，相对较高，而焦炉煤气中含有大量单质氢气，分离焦炉煤气中的氢气，可大大减少氢气制取过程的能耗。

(3)甲烷和氢气都是未来中国能源结构中大力发展的清洁能源，应用前景广阔。甲烷作为天然气的主要成分，具有燃烧热值高、大气排放物少、能源利用效率高等特点；氢能具备热值高、可循环等优势，它的清洁无污染特点符合可持续发展的理念。

公开号为CN106753628A的中国发明专利公开了一种焦炉煤气制LNG联产甲醇的方法及装置，焦炉煤气先经过压缩机加压后，再经过TSA预处理和PSA脱苯除去萘、焦油、NH₃、苯及其它重烃化合物，再经过焦炉煤气压缩机加压后送入加氢脱硫装置进行脱硫，再送入MDEA脱碳装置进行脱碳，再进行LNG深冷分离，得到产品LNG。其流程过于复杂，成本较高，稳定性和可靠性有待进一步验证，且该技术主要回收LNG产品，并未有效利用焦炉煤气中含量较高的H₂。

公开号为CN107446635A的中国发明专利公开了一种焦炉煤气利用新方法，将焦炉产生的荒煤气与甲烷按一定的比例混合，所产生的混合气体通入等离子体热裂解反应器产生含有乙炔、氢气与一氧化碳的混合气体，该混合气通过净化进入分离提浓装置提取得到乙炔产品和尾气；尾气经过压缩和预热进入甲烷化反应装置，反应后的气体经过变压吸附分离装置得到产品氢气和合成甲烷，所得到合成甲烷一部分与荒焦炉煤气混合送入等离子体裂解反应器，另一部分作为产品输出。该工艺虽然可以得到氢气、合成天然气与乙炔三种产品，但流程复杂，能耗相对较高。

公开号为CN107261748A的中国发明专利公开了一种焦炉煤气生产天然气的系统，使用变压吸附方法处理焦炉煤气，从中提取天然气，但其没有对焦炉煤气中所含有的大量氢气进行回收处理。