一種從焦?fàn)t煤氣制lng中回收冷量的工藝裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝裝置及方法，裝置包括脫氫塔、LNG回流泵、同軸壓縮膨脹機(jī)、分液罐和換熱器，其中：所述換熱器依次與脫氫塔、LNG回流泵、同軸壓縮膨脹機(jī)和分液罐連接；脫氫塔頂進(jìn)料口依次與換熱器和LNG回流泵連接。本發(fā)明的積極效果是：采用富氫氣冷量回收+膨脹機(jī)制冷從焦?fàn)t煤氣制LNG裝置中回收冷量，利用從焦?fàn)t煤氣中脫除的低溫富氫氣為LNG和混合冷劑提供部分冷量，同時(shí)復(fù)熱后的富氫氣經(jīng)過節(jié)流膨脹再次進(jìn)入換熱器提供冷量，直至常溫進(jìn)入同軸壓縮膨脹機(jī)。該工藝裝置流程簡單，相應(yīng)換熱器只增加兩股流道，操作簡單，可大大節(jié)省冷劑壓縮機(jī)組功耗，還可根據(jù)下游需求，靈活處置富氫氣。
【專利說明】
一種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及在焦?fàn)t煤氣制LNG過程中一種從焦?fàn)t煤氣制LNG裝置里回收冷量的工藝裝置及方法，特別針對用于中小型富含氮?dú)饷簹庵芁NG的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]焦?fàn)t煤氣是煉焦的副產(chǎn)品，其主要成分是甲烷、氫氣、氮?dú)?，是一種良好的化工原料和高熱值燃料。大規(guī)模的焦?fàn)t煤氣直接排放，不僅困擾企業(yè)和政府，同時(shí)浪費(fèi)大量可用資源。為了解決中小企業(yè)焦?fàn)t煤氣綜合利用的問題，將焦?fàn)t煤氣中甲烷和氫氣有效成分作為兩種資源加以利用。是實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣的綜合利用和下游產(chǎn)品的多元化，從根本上治理環(huán)境、解決企業(yè)困境的必然選擇。其中甲烷生產(chǎn)LNG，在生產(chǎn)LNG過程中，非甲烷組分?jǐn)y帶大量冷量，做好該部分冷量的回收利用，減少混合冷劑壓縮機(jī)組的功耗，提高焦?fàn)t煤氣制LNG的可行性和收益。
[0003]目前制LNG工藝技術(shù)主要有:階式制冷工藝、混合冷劑制冷工藝和膨脹制冷工藝。混合冷劑制冷大大簡化了液化單元，提高了操作可靠性、靈活性，強(qiáng)化系統(tǒng)的能量利用，從而實(shí)現(xiàn)低能耗、低投資的目的。與階式制冷相比，混合制冷工藝能以較小的壓縮機(jī)功耗來獲得更低溫位的冷量(-160Γ)。尤其是含有大量氫氣和氮?dú)獾慕範(fàn)t煤氣制LNG的場合，工藝氣中非甲烷組分?jǐn)y帶大量低溫位能量，若不加以回收利用，大量的冷量，即冷劑壓縮機(jī)組功耗利用率大大降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝裝置及方法，能充分利用非甲烷組分?jǐn)y帶的大量冷量，減少冷劑壓縮機(jī)功耗和冷劑壓縮機(jī)投資，具有能耗低、能量利用合理完全、冷劑壓縮機(jī)組投資低、操作靈活、流程簡單等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝裝置，包括換熱器、同軸壓縮膨脹機(jī)、分液罐、脫氫塔和脫氫塔底重沸器，其中:換熱器的出口8與同軸壓縮膨脹機(jī)的壓縮端進(jìn)口連接，換熱器的出口 9與同軸壓縮膨脹機(jī)的膨脹端進(jìn)口連接，同軸壓縮膨脹機(jī)的膨脹端出口與換熱器的冷流流道10連接;換熱器的出口 12與分液罐的進(jìn)口連接，分液罐的氣相出口與換熱器的冷流流道11連接，分液罐的液相出口與脫氫塔的上部進(jìn)口連接，脫氫塔的氣相出口與換熱器的進(jìn)口 13連接，脫氫塔的下部出口與重沸器的下部進(jìn)口連接，重沸器頂部殼程氣相出口與脫氫塔塔釜進(jìn)口連接，脫氫塔的液相出口和重沸器的底部殼程液相出口均與換熱器的冷流入口 14連接，換熱器的熱流出口 15與脫氫塔的中部進(jìn)口連接;換熱器的熱流出口 16依次與節(jié)流閥和換熱器的冷流進(jìn)口 17連接;換熱器的熱流出口 18與脫氫塔底重沸器的管程進(jìn)口連接，重沸器的管程出口與換熱器的熱流進(jìn)口 19連接。
[0006]本發(fā)明還提供了一種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝方法，包括如下步驟:壓力為2MPa.a、溫度為38°C的凈化焦?fàn)t煤氣與制冷劑在換熱器中預(yù)冷至_25°C后，作為脫氫塔底重沸器的熱源，經(jīng)過重沸器降溫至-65°C后進(jìn)入換熱器，冷卻至-125°C后進(jìn)入脫氫塔，與脫氫塔上部的LNG逆流接觸吸收進(jìn)行傳熱傳質(zhì)；重沸器頂部殼程氣相返回脫氫塔塔釜，進(jìn)行兩相分離，其中液相約-1lOtC與重沸器液相一起進(jìn)入換熱器過冷至_160°C，然后經(jīng)節(jié)流降壓后成為合格的LNG產(chǎn)品；壓力為1.85MPa.a、溫度為_130°C的脫氫塔塔頂氣相不凝氣，進(jìn)入換熱器冷卻冷凝至-165 °C后進(jìn)入分液罐進(jìn)行兩相分離，液相進(jìn)入脫氫塔，壓力為1.8210^.&、溫度為-165°(:的氣相富氫氣作為低溫位冷源進(jìn)入換熱器，復(fù)熱至-110°(:后進(jìn)入同軸壓縮膨脹機(jī)膨脹至200kPa.a，-169.2 °C，然后再次進(jìn)入換熱器換熱，直至富氫氣復(fù)熱至35 °C后出換熱器。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:換熱器新增兩個(gè)冷流流道，通過將低溫位的富氫氣通入新增流道的換熱器，為LNG和混合冷劑提供冷量，同時(shí)復(fù)熱后的富氫氣經(jīng)過膨脹機(jī)膨脹制冷降溫后，再次進(jìn)入新增流道的換熱器再次提供冷量，直到復(fù)熱至35°C。直至非甲烷組分所攜帶的冷量全部回收利用。其中同軸膨脹壓縮機(jī)成熟可靠，與其他單純采用混合冷劑制冷不回收冷量工藝相比，混合冷劑壓縮機(jī)組軸功率減少約2300kW、混合冷劑循環(huán)量大大減少、投資較少、制造工期短、減少占地面積，同時(shí)增大混合冷劑壓縮機(jī)組國產(chǎn)化，使得本發(fā)明的工程總投資大幅下降；能量利用完全，在保證LNG產(chǎn)品熱值的前提下，將焦?fàn)t煤氣中的甲烷組分盡可能的全部回收，制成LNG，解決遠(yuǎn)距離輸送問題，液化后的天然氣體積縮小600多倍，為天然氣遠(yuǎn)距離輸送創(chuàng)造了條件。同時(shí)LNG進(jìn)簡單汽化裝置后就可以變成氣態(tài)使用，克服了長途鋪設(shè)管線耗資大，覆蓋地區(qū)有限的條件。回收冷量后，焦?fàn)t煤氣制LNG項(xiàng)目的綜合能耗大大降低，同時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焦?fàn)t煤氣制甲醇等項(xiàng)目的能量利用率。
【附圖說明】
[0008]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0009]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]—種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝裝置，如圖1所示，包括:換熱器1、同軸壓縮膨脹機(jī)2、分液罐3、LNG回流栗4、脫氫塔5、節(jié)流閥6、脫氫塔底重沸器7等，其中:
[0011 ]換熱器I的出口 8與同軸壓縮膨脹機(jī)2的壓縮端進(jìn)口連接，換熱器I的出口 9與同軸壓縮膨脹機(jī)2的膨脹端進(jìn)口連接，同軸壓縮膨脹機(jī)2的膨脹端出口與換熱器I的冷流流道10連接;換熱器I的出口 12與分液罐3的進(jìn)口連接，分液罐3的氣相出口與換熱器I的冷流流道11連接，分液罐3的液相出口依次與LNG回流栗4、脫氫塔5連接，脫氫塔5的氣相出口與換熱器I的進(jìn)口 13連接，脫氫塔5的下部出口與重沸器7的下部進(jìn)口連接，重沸器頂部殼程氣相出口與脫氫塔塔釜進(jìn)口連接，脫氫塔5的液相出口與重沸器7的底部殼程液相出口均與換熱器I的冷流入口 14連接，換熱器I的熱流出口 15與脫氫塔5的中部進(jìn)口連接;換熱器I的熱流出口 16依次與節(jié)流閥6和換熱器I的冷流進(jìn)口 17連接;換熱器I的熱流出口 18與脫氫塔底重沸器7的管程進(jìn)口連接，重沸器7的管程出口與換熱器I的熱流進(jìn)口 19連接。
[0012]所述換熱器I為制冷劑及其他物流提供能量交換的場所;膨脹機(jī)為再次制冷設(shè)備，將壓力能轉(zhuǎn)化為冷量，充分利用非甲烷組分?jǐn)y帶的能量;壓縮機(jī)為同軸膨脹壓縮機(jī)，將富氫氣增壓，為下游利用提供可能的壓力。富氫氣冷凝過冷，經(jīng)分液罐3分離后液相作為脫氫塔5塔頂回流液。脫氫塔作為分離LNG和氫氣的傳質(zhì)場所。
[0013]所述脫氫塔既可以是填料塔也可以是板式塔。
[0014]本發(fā)明還提供了在一種從焦?fàn)t煤氣制LNG裝置里回收冷量的工藝方法，包括如下步驟:
[0015]凈化焦?fàn)t煤氣2MPa.a，約38 °C與制冷劑在換熱器I中預(yù)冷至_25 V后，從換熱器I的熱流出口 18抽出，作為脫氫塔底重沸器7的熱源從重沸器7上部進(jìn)入重沸器7，凈化焦?fàn)t煤氣溫度降為_65°C后返回?fù)Q熱器I的熱流進(jìn)口 19。經(jīng)過換熱器冷卻至-125°C后作為脫氫塔5中部進(jìn)料，與脫氫塔5上部來自LNG回流栗4的LNG逆流接觸吸收進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，重沸器頂部殼程氣相返回脫氫塔塔釜，進(jìn)行兩相分離，其中液相約-1lOtC與重沸器液相一起進(jìn)入換熱器I的冷流入口 14過冷至-160°C，節(jié)流降壓后成為合格的LNG產(chǎn)品；脫氫塔5塔頂氣相不凝氣1.8510^.&，約-130°(:，經(jīng)換熱器1冷卻冷凝至約-165°(:，然后進(jìn)入分液罐3，進(jìn)行兩相分離，液相進(jìn)入LNG回流栗栗送至脫氫塔5;氣相富氫氣1.82MPa.a，約-165°C作為低溫位冷源從新增冷流流道11進(jìn)入換熱器I，復(fù)熱至-1lOtC后出換熱器I出口9，進(jìn)入同軸壓縮膨脹機(jī)2膨脹至2001^&.&，-169.2°(:，再次進(jìn)入換熱器1新增冷流流道10換熱，直至富氫氣復(fù)熱至35°(:后出換熱器I的冷流流道8，冷量完全利用，為焦?fàn)t煤氣和混合冷劑提供冷源。因?yàn)榉羌淄榻M分的富氫氣攜帶的冷量完全回收利用，通過冷劑壓縮機(jī)組制冷量減少，混合冷劑循環(huán)量相應(yīng)減少，從而降低混合冷劑壓縮機(jī)組的功率，提高冷量利用率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝裝置，其特征在于:包括換熱器、同軸壓縮膨脹機(jī)、分液罐、脫氫塔和脫氫塔底重沸器，其中:換熱器的出口(8)與同軸壓縮膨脹機(jī)的壓縮端進(jìn)口連接，換熱器的出口( 9)與同軸壓縮膨脹機(jī)的膨脹端進(jìn)口連接，同軸壓縮膨脹機(jī)的膨脹端出口與換熱器的冷流流道(1)連接;換熱器的出口(I2)與分液罐的進(jìn)口連接，分液罐的氣相出口與換熱器的冷流流道(11)連接，分液罐的液相出口與脫氫塔的上部進(jìn)口連接，脫氫塔的氣相出口與換熱器的進(jìn)口(13)連接，脫氫塔的下部出口與重沸器的下部進(jìn)口連接，重沸器頂部殼程氣相出口與脫氫塔塔釜進(jìn)口連接，脫氫塔的液相出口和重沸器的底部殼程液相出口均與換熱器的冷流入口(14)連接，換熱器的熱流出口(15)與脫氫塔的中部進(jìn)口連接;換熱器的熱流出口(I6)依次與節(jié)流閥和換熱器的冷流進(jìn)口(17)連接;換熱器的熱流出口(18)與脫氫塔底重沸器的管程進(jìn)口連接，重沸器的管程出口與換熱器的熱流進(jìn)口(19)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝裝置，其特征在于:在分液罐和脫氫塔之間設(shè)置LNG回流栗。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝裝置，其特征在于:所述脫氫塔為填料塔或板式塔。4.一種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝方法，其特征在于:包括如下步驟:壓力為2MPa.a、溫度為38°C的凈化焦?fàn)t煤氣與制冷劑在換熱器中預(yù)冷至_25°C后，作為脫氫塔底重沸器的熱源，經(jīng)過重沸器降溫至_65°C后進(jìn)入換熱器，冷卻至-125°C后進(jìn)入脫氫塔，與脫氫塔上部的LNG逆流接觸吸收進(jìn)行傳熱傳質(zhì)；重沸器頂部殼程氣相返回脫氫塔塔釜，進(jìn)行兩相分離，其中液相約-1lOtC與重沸器液相一起進(jìn)入換熱器過冷至_160°C，然后經(jīng)節(jié)流降壓后成為合格的LNG產(chǎn)品；壓力為1.85MPa.a、溫度為_130°C的脫氫塔塔頂氣相不凝氣，進(jìn)入換熱器冷卻冷凝至_165°C后進(jìn)入分液罐進(jìn)行兩相分離，液相進(jìn)入脫氫塔，壓力為1.82MPa.a、溫度為-165°C的氣相富氫氣作為低溫位冷源進(jìn)入換熱器，復(fù)熱至-1lOtC后進(jìn)入同軸壓縮膨脹機(jī)膨脹至2001^&.&，-169.2°(:，然后再次進(jìn)入換熱器換熱，直至富氫氣復(fù)熱至35°(:后出換熱器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝方法，其特征在于:分液罐進(jìn)行兩相分離后的液相經(jīng)LNG回流栗栗送至脫氫塔。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種從焦?fàn)t煤氣制LNG中回收冷量的工藝方法，其特征在于:復(fù)熱至35°C后出換熱器的富氫氣進(jìn)入同軸壓縮膨脹機(jī)的壓縮端進(jìn)口。
【文檔編號】F25J5/00GK105910387SQ201610322376
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】孫林, 蘇理林, 劉家洪, 黃勇, 汪貴, 白宇恒, 龍海洋, 田靜, 鄭穎
【申請人】中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司