用焦炉气生产液化天然气的制冷循环

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1、学兔兔www.xuetutu.com天然气化工2010年第35卷用焦炉气生产液化天然气的制冷循环陶鹏万，陈凯，王少楠，杨先忠，周君(1．西南化工研究设计院，四川成都；2．四川天一科技股份有限公司，四川成都)摘要：经过净化的焦炉气(COG)通过甲烷化反应，使CO和CO：转化成甲烷，COG中原有的组分H2、N：、CO、CO2、CHC系统，变成H：、N。、C系统。本文提出了用低温分离的方法将CH4与H：、分离，得到纯度(体积分数)99．5％以上的甲烷，并再进行液化，得到液体甲烷(LNG)的工艺流程，并评述了采用产品甲烷作为制冷剂的带有预冷的后置式甲烷绝热膨胀制冷循环及带

2、有预冷的高压甲烷二次节流制冷循环。关键词：焦炉气；甲烷化；液化天然气；节流；膨胀中图分类号：TQ53文献标识码：B文章编号：1001-9219(201O)Ol-50．05我国是焦炭生产大国，年产量已超过3亿吨，对于天然气液化，根据不同的用途，可使用不占全球产量一半以上，每吨焦炭副产焦炉气约同的制冷流程。对于基本负荷型液化装置，可采用400m。除自用、民用和商用燃料外，每年放散的煤丙烷、乙烯、甲烷组成的逐级冷冻循环液化天然气，气超过2o0亿m。其能耗最低，但流程复杂；也可采用闭式的混合冷焦炉煤气成分较为复杂，其中CH、CO、CO：、冻剂冷冻循环，或预冷的混合冷冻剂冷

3、冻循环，其CH体积分数近40％，且氢含量高(体积分数54％能耗比前者略高，但流程简单。这两种流程处理能-59％，下同)，通过甲烷化反应，即：力均较大，为1．4xl06Nm3／d～4．2xl06Nm。对于高CO+3H2=cn,+H20峰负荷型天然气液化装置，可采用带膨胀的冷冻循CO2+4H2=CH4+2H20环，利用天然气本身压力，在2．8MPa压力下进行等可将CO、CO：转化为甲烷，并使CO：体积分数熵膨胀制冷，而使天然气液化，其液化率近10％，全降低到50x10以下，这样焦炉气就变成主要含部液化相当于循环比lO以上，未液化部分经压缩CH、H：和少量N2的气体混合

4、物，通过低温气体分作为返回气输出，其规模为56xlo4Nm3／dt3]。离和液化技术，得到液体甲烷(LNG)。200亿In。的上述两种类型的液化冷冻循环，基于天然气本COG，可以得到70亿IT1’-80亿m的合成天然气【”，身具有较高的压力(2．8MPa～4．0MPa)，所以总的液可生产LNG500万t~570万t。化能耗较低，焦炉气仅为常压，需净化、加压、甲烷对于CH4、N2、H2的低温分离，国内20世纪60化，再进行低温分离，然后液化生产LNG。年代就已经开发，西南化工研究设计院(曾用名四由于焦炉气甲烷化后，主要组成为H、CH及川I化工研究院)在70年代初完成

5、了合成氨尾气提少量氮。可以采用变压吸附的方法将甲烷与氢氮组氩的中间试验，并通过了国家鉴定。合成氨尾气含分分离，获得甲烷纯度大于9o％的合成天然气有Hz、N、Ar、CH四种组分，经过低温分离，分别得(SNG)【】】，由于甲烷与氢氮的沸点相差比较大，同样到含H285％以上的H2馏分，含CH495％以上的甲可采用低温分离的方法，获得甲烷纯度大于95％的烷馏分，含N95％以上的N馏分，以及含ArSNG，或甲烷纯度大于99．5％的LNG。99．99％的纯氩。采用三塔精馏，冷凝器采用液氮蒸对于低温分离，装置的冷量主要是提供跑冷损发，CH、N2复叠式制冷[2】。失、复热不足冷量

6、损失及漏泄损失。对于液化，装置冷量除了提供分离损失的冷量外，还必须提供随液收稿日期：2007-10-08；作者简介：陶鹏万(1941一)，男，教授体产品带走的冷量。后者需要的冷量远比前者大，级高级工程师，电邮：tpw2OO2@tom．corn。对于COG生产LNG来讲，分离需要的冷量仅为全学兔兔www.xuetutu.com第1期陶鹏万等：用焦炉气生产液化天然气的制冷循环51部冷量需要的5％以下。因此对于生产LNG，选取适度进行。由于氢氮沸点较低，可适当提高分离压力宜的分离温度及制冷循环至关重要，这样可降低液和降低甲烷收率来解决，这样使分离液化功耗达到化能耗。较低

7、水平。根据卡诺循环【4】的制冷系数K=TJ(T~一，式1分离液化工艺流程中、分别为高、低温热源温度(K)，当=303K，尸l=0．1013MPa时，对氮级温度T2=77K，K=0．34；甲为了使COG生产LNG装置操作稳定、灵活，既烷级温度=1l1．7K，eK--O．584。可以以LNG输出产品，如需要也可输出一定量卡诺循环所消耗功，ALK=Q21e，Q：为气体液化SNG产品。分离部分和液化部分分开，各自独立。时被取出的热量。可以看出取出同样的热量Q，采1．1由COG生产SNG用液氮级温度要比液甲烷级温度的功耗大72％。因由COG生产SNG的流程如图1所示。此对于

8、COG生产