煤制甲醇中合成氣深冷分離制LNG的流程研制

馬國(guó)英

身份證號(hào)碼：410522198704082023

煤制甲醇中合成氣深冷分離制LNG的流程研制

馬國(guó)英

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目前，國(guó)內(nèi)烯烴生產(chǎn)主要基于石腦油裂解，因此可以說(shuō)石油進(jìn)口依存度有多高，烯烴工業(yè)的對(duì)外依存度就有多高。1993年開(kāi)始，中國(guó)成為原油凈進(jìn)口國(guó)，而甲醇作為烯烴的重要原料，煤化工是一項(xiàng)發(fā)展迅速、前景廣闊的產(chǎn)業(yè)。利用煤制甲醇，后續(xù)聯(lián)產(chǎn)烯烴，搭建起煤和烯烴的橋梁，最大限度地利用了煤氣化中的各種有效成分，同時(shí)減少了溫室氣體的排放，屬于環(huán)保項(xiàng)目和資源綜合利用項(xiàng)目，對(duì)中國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、緩解石油供需矛盾具有重要意義。合成氣深冷分離制LNG工藝是煤制甲醇裝置中產(chǎn)品分離和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是甲醇合成氣中CO/H2純度的保證。

煤制甲醇；深冷分離制LNG工藝；流程分析

國(guó)內(nèi)甲醇合成裝置中在甲醇洗后分離甲烷的裝置不多。廣匯能源在哈密地區(qū)伊吾縣淖毛湖工業(yè)園區(qū)投資67.5億元建成的一期年產(chǎn)120×104t甲醇，此裝置采用的混合劑制冷工藝，預(yù)冷段采用混合劑提供冷量，可以提供-158℃的冷源，然后通過(guò)低溫液氮為精餾塔提供-180℃的低溫冷源，配置混合劑制冷劑，系統(tǒng)操作比較復(fù)雜；新疆廣匯在淖毛湖工業(yè)園區(qū)的100×104t/a烯烴項(xiàng)目采用的是氮膨脹的液化工藝，本文主要對(duì)此工藝方法進(jìn)行介紹。

1 設(shè)備應(yīng)用

1.1 板翅式換熱器

換熱設(shè)備在合成氣深冷分離制LNG裝置中所占比例很大，屬于核心設(shè)備。由于深冷工藝要求換熱器流動(dòng)阻力較小，單位體積和單位質(zhì)量的傳熱面積大，因此選用質(zhì)量小、傳熱面積大、流體通道多、結(jié)構(gòu)緊湊的板翅式換熱器，配備杭氧開(kāi)發(fā)的擁有專利技術(shù)的氣液均布器，使氣液兩相的流體在換熱器內(nèi)分布均勻，達(dá)到充分換熱的目的。

1.2 精餾塔

低溫精餾塔是LNG純度及分離度的關(guān)鍵，工藝方法中采用的精餾塔內(nèi)件的類型是350Y型規(guī)整填料，在正常的操作過(guò)程中，氣體經(jīng)過(guò)氣體分布器后，進(jìn)入精餾塔與液相逆行接觸，在填料的表面上，兩相接觸，發(fā)生傳質(zhì)，氣相是連續(xù)相，液相是分散相。正常操作中壓降是傳統(tǒng)篩板塔的70%左右。甲烷精餾塔采用塔板式精餾塔，采用的塔板類型是浮閥塔板，在操作過(guò)程中，氣體自下而上流動(dòng)，以鼓泡的形式經(jīng)過(guò)塔板，在經(jīng)過(guò)塔板后，與塔板上的液體進(jìn)行接觸，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的交換過(guò)程，即傳質(zhì)。浮閥塔板制造方便，效率高，操作彈性一般較大，可以同時(shí)滿足氣液相70%～110%的操作彈性范圍。

1.3 動(dòng)設(shè)備

動(dòng)設(shè)備往往是決定一套裝置能夠穩(wěn)定長(zhǎng)久運(yùn)行的關(guān)鍵。本裝置機(jī)械部分主要包括氮?dú)鈮嚎s機(jī)和氮?dú)馔钙脚蛎洐C(jī)。氮?dú)鈮嚎s機(jī)作為整個(gè)氮?dú)庋h(huán)回路過(guò)程中的增壓器，采用全凝式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，選用的是杭氧透平生產(chǎn)的技術(shù)，成熟可靠的產(chǎn)品，滿足能耗低、效率高、使用壽命長(zhǎng)、調(diào)節(jié)范圍寬的要求；膨脹機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的主要冷量來(lái)源，依靠膨脹制冷，代替焦?fàn)?湯姆遜節(jié)流效應(yīng)，等熵效率更高，制冷效率更好。

2 工藝流程

2.1 工藝方案選擇

氮?dú)馀蛎浿评涔に嚺c混合冷劑制冷工藝相比，前者具有流程簡(jiǎn)單、工藝設(shè)備少、操作方便、日常消耗費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。雖然前者能耗比混合冷劑流程高，但針對(duì)本文依托的項(xiàng)目中氣源組分中氫氣組分較高、甲烷組分較低的情況，綜合分析可知，采用帶氮?dú)馀蛎洐C(jī)的膨脹制冷工藝更加合適。

2.2 流程分析

原料氣來(lái)自于甲醇洗工藝產(chǎn)生氣，主要成分是CO、H2、CH4，另外還有微量的CO2、H2O、CH3OH等，由于氣體需要在深冷狀態(tài)下，微量的CO2、H2O、CH3OH會(huì)造成低溫結(jié)冰而產(chǎn)生凍結(jié)管道的危險(xiǎn)，因此，需要對(duì)原料氣進(jìn)行預(yù)處理，一般采用分子篩進(jìn)行吸附處理。一般需要達(dá)到二氧化碳含量≤1×10-6、硫化氫含量≤0.1×10-6、甲醇含量≤1×10-6、水含量≤0.1×10-6的凈化指標(biāo)。

經(jīng)過(guò)凈化后的原料氣進(jìn)入LNG分離系統(tǒng)，首先原料經(jīng)過(guò)E01、E02、E03、E04換熱器后，溫度降至-162℃，進(jìn)入合成氣精餾塔T01的底部進(jìn)行分離，塔頂是氮?dú)馓峁├淞浚敵鰜?lái)的氣體是富含氫氣的氣體，該氣體經(jīng)過(guò)E04換熱器回收冷量后進(jìn)入下一個(gè)合成工藝。T02塔底的氣體中富含甲烷，經(jīng)過(guò)換熱器后溫度達(dá)到-162℃，節(jié)流去LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。

合成氣深冷分離制LNG裝置的冷源主要由循環(huán)氮?dú)饣芈返墓?jié)流膨脹制冷工藝提供，低壓氮?dú)庥傻獨(dú)鈮嚎s機(jī)C1及氮?dú)馔钙脚蛎洐C(jī)組ET1的增壓端增壓到4.7MPa，進(jìn)入換熱器E01預(yù)冷至-75℃后進(jìn)入甲烷精餾塔的再沸器E07，被冷卻至-90℃，進(jìn)入換熱器E02繼續(xù)冷卻至-113.5℃。此時(shí)約97%的氮?dú)獗怀槌鋈サ獨(dú)馔钙脚蛎洐C(jī)組的膨脹端進(jìn)行膨脹制冷，降溫、降壓至-177.8℃、0.46MPa后進(jìn)入液氮分離罐V03；還有3%的氮?dú)饫^續(xù)經(jīng)換熱器E03、E04冷卻到-162℃，再節(jié)流制冷產(chǎn)生液相，然后在液氮分離罐V03處匯合。分離出的液相進(jìn)入合成氣精餾塔的冷凝器E05，為塔頂回流提供冷量，蒸發(fā)后的氣相與分離后的氣相混合后返回?fù)Q熱器E04調(diào)整溫位，復(fù)溫至-164.5℃后進(jìn)入甲烷精餾塔的冷凝器E06，為塔頂回流液提供冷量，釋放冷量后返回?fù)Q熱器E03、E02、E01進(jìn)行冷量回收，復(fù)溫后的低壓氮?dú)夥祷氐獨(dú)鈮嚎s機(jī)組的入口，完成一次制冷循環(huán)。

2.3 結(jié)果

氮?dú)馔钙綑C(jī)膨脹機(jī)選用增壓透平機(jī)機(jī)組的形式，用膨脹制冷提供冷量，制冷效率高，對(duì)于等熵效率較高的膨脹機(jī)，制冷效果明顯提高。氮?dú)鈮嚎s機(jī)選用離心式，排氣量和壓力穩(wěn)定，維修量較少，不需要備機(jī)。采用雙塔冷卻制備LNG，配置板翅式換熱器，采用氮?dú)馀蛎浿评涔に?，具有能夠提供低溫?-178℃)，還能夠適應(yīng)變工況操作條件。無(wú)論是從能耗、設(shè)備投資還是操作性上考慮，采用氮?dú)馀蛎浿评洹㈦p塔提取LNG工藝比較經(jīng)濟(jì)、可靠。

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)氮?dú)馀蛎浿评涔に嚰半p塔制備LNG工藝的介紹，以及對(duì)氮?dú)馀蛎浿评涔に嚺c混合劑制冷工藝的比較，表明利用此種方式進(jìn)行深冷分離LNG具有高效性，可以實(shí)現(xiàn)甲醇合成氣的凈化。

[1]趙建龍.探究煤制甲醇中的合成氣深冷分離制LNG工藝[J].科技展望，2016，25：60-61.

[2]趙偉達(dá)，周勇.從煤制甲醇合成氣中回收LNG技術(shù)的開(kāi)發(fā)[J].深冷技術(shù)，2014，07：52-55.