一种兰炭尾气制液化天然气的装置及方法
本发明涉及一种兰炭尾气制液化天然气的装置及方法。将兰炭尾气增压后送至预净化单元脱焦油、脱苯脱萘后，进一步增压送入脱酸单元脱碳（二氧化碳）脱硫（硫化氢），脱碳脱硫后的兰炭尾气送入甲烷合成单元甲烷化，得到的合成气再送入脱氨单元脱氨，然后送入脱水单元干燥，最后经液化单元深冷分离脱氮后制得液化天然气。
发明专利
CN202410502842.0
2024-04-24
CN118325650A
2024-07-11
C10L3/10(2006.01)
新地能源工程技术有限公司
何振勇;张晓哲;张海涛;郑忠英;王立森;张庆志;王培;陈亮;王冬一;焦丛哲;宋鑫
065000 河北省廊坊市开发区华祥路118号新奥科技园B楼
北京卓恒知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
唐曙晖
河北;13
1.一种兰炭尾气制液化天然气的装置，其特征在于，其包括依次经管道连接的第一压缩装置（B1）、预净化装置（B2）、第二压缩装置（B3）、脱酸装置（B4）、甲烷合成装置（B5）、脱氨装置（B6）、脱水装置（B7）和液化装置（B8），第一压缩装置（B1）连接有兰炭尾气进料管道（S01），甲烷合成装置蒸汽出口管道（S10）分为三个支路，第一支路（S11）连接预净化装置（B2），第二支路（S12）连接脱酸装置（B4）和第三支路（S13）连接脱水装置（B7），分别用于供给预净化装置（B2）、脱酸装置（B4）和脱水装置（B7）热量。 2.根据权利要求1所述的兰炭尾气制液化天然气的装置，其特征在于， 液化装置富氮尾气管道（S14）分为两路，第一路（S16）连接至脱水装置，第二路（S15）为直接排放管道；和/或 预净化装置（B2）包括串联的脱焦油塔和脱苯脱萘塔。 3.根据权利要求1或2所述的兰炭尾气制液化天然气的装置，其特征在于， 脱酸装置（B4）包括胺吸收塔（A01）、第一冷却器（A02）、第一气液分离器（A03）、第一减压阀（A04）、闪蒸罐（A05）、第一换热器（A06）、第二换热器（A07）、胺再生塔（A08）、第一再沸器（A09）、第二冷却器（A10）、第二气液分离器（A11）、回流泵（A12）、第三冷却器（A13）、半贫液泵（A14）、第四冷却器（A15）以及贫液泵（A16）， 兰炭气进料管（401）连接胺吸收塔（A01）下部或底部气体进口，贫液进料管（422）连接胺吸收塔（A01）的顶部或上部液体进口，半贫液进料管（421）连接胺吸收塔（A01）中部液体进口，胺吸收塔（A01）底部液体出口连接有胺液排出管（404），胺吸收塔（A01）的顶部气体出口连接有顶部出口管道（402）， 顶部出口管道（402）经第一冷却器（A02）连接第一气液分离器（A03）进口，第一气液分离器（A03）设有第一气液分离器顶部出口管道（403）， 胺液排出管（404）经第一减压阀A04连接闪蒸罐A05进口，闪蒸罐A05的底部设有闪蒸罐液相出口管道（405）， 闪蒸罐（A05）底部的闪蒸罐液相出口管道（405）分为两个支路，其中一个支路闪蒸罐出口管道第一支管（406）连接第一换热器（A06）一个换热通道，另一支路闪蒸罐出口管道第二支管（407）连接第二换热器（A07）一个换热通道，换热后的两个支管汇合为胺再生塔进料管（408），连接胺再生塔（A08）的上部或顶部， 胺再生塔（A08）的塔顶出口管道（409）经第二冷却器（A10）连接第二气液分离器（A11），第二气液分离器（A11）设有气液分离器气相出口管道（410）和气液分离器液相出口管道（411），气液分离器液相出口管道（411）经回流泵A12返回胺再生塔（A08）， 胺再生塔（A08）设有第一再沸器（A09）加热塔底液以提供汽提蒸汽，胺再生塔（A08）底部液体出口管道（413）经由第一换热器（A06）、第四冷却器（A15）、贫液泵（A16）连接胺吸收塔（A01）顶部或上部； 胺再生塔（A08）的中部液体出口连接半贫液出口管道（414），半贫液出口管道（414）经第二换热器（A07）、第三冷却器（A13）、半贫液泵（A14）返回胺吸收塔（A01）中部。 4.根据权利要求1-3中任一项所述的兰炭尾气制液化天然气的装置，其特征在于， 甲烷合成装置包括第三换热器（Y01）、第四换热器（Y02）、一级反应器（Y03）、一级废锅（Y04）、二级反应器（Y05）、二级废锅（Y06）、第五换热器（Y07）、三级反应器（Y08）、第六换热器（Y09）、第五冷却器（Y10）、第三气液分离器（Y11）、第七换热器（Y12）、第四气液分离器（Y13）、压缩机（Y14）、泵（Y15）， 脱酸气进料管道（501）经第三换热器（Y01）后分成两个分支管，脱酸气第一分支管（502）和脱酸气第二分支管（503），其中脱酸气第一分支管（502）与循环气管道（521）、循环液管道（524）汇合后连接换热器（Y02）的一个换热通道，出换热通道后经一级反应器进料管（504）连接一级反应器（Y03）， 一级反应器（Y03）的一级反应器出口管道（505）依次经由一级废锅（Y04）、第四换热器（Y02）后与脱酸气第二分支管（503）一起连接二级反应器（Y05）的进口， 二级反应器出口管道（508）依次经由二级废锅（Y06）、第五换热器（Y07）、第三换热器（Y01）、第七换热器（Y12）后连接第四气液分离器（Y13）， 第四气液分离器（Y13）的气相出口管道分为两个支管，气相出口第一支管（513）经由第五换热器（Y07）连接三级反应器（Y08）进料口，气相出口第二支管（514）连接压缩机（Y14）进口，压缩机出口管道（520）连接第七换热器（Y12），出第七换热器后的循环气管道（521）与循环液管道（524）、脱酸气第一分支管（502）汇合后经由第四换热器（Y02）连接一级反应器（Y03）进料口， 三级反应器（Y08）出口管道（516）经由第六换热器（Y09）、第五冷却器（Y10）连接第三气液分离器（Y11），第三气液分离器气相出口管道（51）为甲烷合成装置的输出产品气管道；第三气液分离器液相出口管道（522）与第四气液分离器（Y13）液体出口管道（523）汇合后连接泵（Y15），从该泵出来的循环液管道（524）与循环气管道（521）、脱酸气第一分支管（502）汇合， 输入装置的除氧水管道连接第六换热器（Y09），出第六换热器后分别连接一级废锅（Y04）和二级废锅（Y06），然后通过蒸汽管道（526）输出装置。 5.根据权利要求1-4中任一项所述的兰炭尾气制液化天然气的装置，其特征在于， 脱胺装置采用水洗工艺，包括水洗塔（M01），水洗塔（M01）下部连接有水洗塔进料管（601），水洗塔（M01）上部连接有脱盐水管道（602），水洗塔（M01）的顶部设有水洗塔顶部出口管道（603），水洗塔（M01）的底部设有水洗塔底部出口管道（604）。 6.根据权利要求1-5中任一项所述的兰炭尾气制液化天然气的装置，其特征在于， 脱水装置采用变压变温吸附工艺，包括加热器（D02）、第六冷却器（D03）、第五气液分离器（D04）、由三台脱水塔：第一脱水塔（T1）、第二脱水塔（T2）、第三脱水塔（T3）和程控阀构成的脱水塔集成（D01），脱水装置输入管道（701）分出三个支路，每个支路上设有程控阀，分别连接第一、第二和第三脱水塔的合成气进口， 分别设有程控阀的第一、第二和第三脱水塔的合成气出口支管汇合为装置输出管道（703）， 低压再生气管道（702）分出三个支路，每个支路上设有程控阀，分别连接第一、第二和第三脱水塔的再生气进口，分别设有程控阀的三个脱水塔的脱水再生气输出支管汇合为脱水再生气输出管道（704），然后连接加热器（D02）进口，加热器（D02）出口连接热再生气输入管道（705），热再生气输入管道（705）分支为三个设有程控阀的热再生气输入支管分别连接第一、第二和第三脱水塔的再生气进口， 出脱水塔的设有程控阀的各再生气输出支管汇合为再生气输出管道（706），然后连接第六冷却器（D03）进口，第六冷却器（D03）出口经第五气液分离器进口管道（707）连接第五气液分离器（D04）。 7.根据权利要求1-6中任一项所述的兰炭尾气制液化天然气的装置，其特征在于， 液化装置包括原料气预冷器（L01）、冷箱（L02）、主换热器（L03）、第二再沸器（L04）、第二减压阀（L05）、脱氮塔（L06）、冷凝器（L07）、第六气液分离器（L08）、第一节流阀（L09）、混合制冷剂压缩机（L21）、混合制冷剂预冷器（L22）、第七气液分离器（L23）、第二节流阀（L24）、第三节流阀（L25）、氮气压缩机（L31）和氮气预冷器（L32）， 脱水装置排出管（801）经原料气预冷器（L01）连接冷箱（L02）内的主换热器（L03）第一换热通道，第一换热通道出口经过再沸器（L04）的一个换热通道后连接主换热器（L03）第二换热通道，第二换热通道出口经由第二减压阀（L05）连接脱氮塔（L06）进口， 脱氮塔再沸器（L04）由前述的来自第一换热通道出口与脱氮塔再沸器之间的连接管道内物流提供热量，脱氮塔塔顶出气管道（809）经过冷凝器（L07）的一个换热通道后连接第六气液分离器（L08），第六气液分离器气相出口管道（812）返回主换热器（L03）第三换热通道，从主换热器第三换热通道热端出冷箱，作为富氮尾气经富氮尾气管道（813）出液化装置， 第六气液分离器液相出口管道（811）回流进脱氮塔（L06）上部或顶部， 脱氮塔底部出液管道（806）连接主换热器（L03）第四换热通道，第四换热通道出口管道（807）离开主换热器，经第一节流阀（L09）通过液化天然气产品管道（808）输出液化装置。 8.根据权利要求7所述的兰炭尾气制液化天然气的装置，其特征在于， 混合制冷剂循环用于提供液化所需冷量，主换热器（L03）的低压混合制冷剂出口管道（821）连接混合制冷剂压缩机（L21）进口，混合制冷剂压缩机出口管道（822）依次连接混合制冷剂预冷器（L22）、第七气液分离器（L23），第七气液分离器气相出口管道（826）连接主换热器（L03）第五换热通道进口，第五换热通道出口管道（827）经第三节流阀（L25）后返回主换热器（L03）第六换热通道；第七气液分离器（L23）液相出口管道连接主换热器第七换热通道，经第七换热通道出口管道（825）经第二节流阀（L24）后返回主换热器（L23）第六换热通道，第六换热通道出口经低压混和制冷剂出口管道（821）连接混合制冷剂压缩机（L21）进口， 主换热器第八换热通道出口管道（831）连接氮气压缩机（L31）进口，氮气压缩机出口管道（832）连接氮气预冷器（L32），氮气预冷器出口管道（833）连接主换热器（L03）第九换热通道，第九换热通道出口管道（834）经节流阀（L33）连接冷凝器（L07）另一换热通道，出该换热通道后返回主换热器（L03）第八换热通道，第八换热通道出口管道（831）返回氮气压缩机（L31）进口。 9.一种兰炭尾气制液化天然气的方法，其特征在于，包括如下步骤： 兰炭尾气经过第一压缩装置增压至0.75±0.20MPa，优选0.75±0.10MPa，增压后的兰炭尾气进入预净化装置脱焦油、脱苯脱萘，将兰炭尾气中的焦油、萘含量降至不高于1mg/Nm3，苯含量不高于20mg/Nm3； 预净化完成的兰炭尾气通过第二压缩装置进一步增压至2.1±0.20MPa，优选2.1±0.10MPa，进一步增压后的兰炭尾气输送至脱酸装置进行脱酸，经过脱酸装置处理后的兰炭尾气中二氧化碳含量不高于50ppm，硫化氢不高于0.1ppm； 脱酸后的兰炭尾气通过甲烷合成装置进料管送入甲烷合成装置进行甲烷合成反应，甲烷合成单元为三台反应器串联，反应热回收产生蒸汽，一部分兰炭尾气与循环气、水混合后在一级反应器中发生甲烷化反应，出口温度控制在540±10℃，出口气体经余热回收后，与另一部分的兰炭尾气混合进入二级反应器发生甲烷化反应，出口温度控制在470±10℃，出口气体经余热回收后分为两部分，一部分作为循环气经压缩机增压送至一级反应器，另一部分进入三级反应器发生甲烷化反应，出口气体经冷却分液后成为合成气；甲烷合成单元中的反应热经余热回收系统回收，用于副产2.5±0.5MPa的蒸汽，蒸汽中的一部分送至预净化装置，用于其中的吸附剂再生热源，一部分送至脱酸单元，用于其中MDEA溶液的再生热源，一部分送至脱水单元，用于其中分子筛的再生热源； 由甲烷合成单元产出的合成气送入脱氨装置脱除合成气中微量的氨，脱氨单元采用水洗工艺，最终输出气流中的氨含量不高于1ppm； 由脱氨单元脱氨后的合成气送入脱水装置进行干燥，脱水单元采用分子筛变压变温吸附（PTSA）工艺，最终使输出气流中的水含量不高于1ppm，来自液化单元的一部分富氮尾气引入本单元作为分子筛的再生气，完成分子筛再生后的再生尾气即富氮尾气经脱水装置再生尾气管道排出单元，再生气的加热热源为甲烷合成单元产出的蒸汽； 经脱水干燥后的合成气送入液化装置进行深冷分离以产出符合指标的液化天然气，液化单元采用带预冷的低温精馏工艺，包括预冷器、冷箱、制冷剂压缩机及氮气压缩机，合成气首先经过预冷器预冷至12±5℃，然后进入冷箱完成低温精馏，进入冷箱的合成气，经冷箱中的主换热器初冷至-95℃~-105℃后抽出，经过脱氮塔的塔釜蒸发器作为热源后，返回主换热器继续冷却至-145℃~-150℃后，通过减压阀减压至0.6±0.1MPa后进入脱氮塔，其中的氮、氢组分以气体形式从塔顶流出作为富氮尾气，剩余的甲烷则以液体形式从塔底流出作为液化天然气，富氮尾气经主换热器复热后出单元，复热后的富氮尾气分为两部分，一部分送至脱水单元作为再生气后排放，另一部分直接排放，脱氮塔塔底流出的液化天然气中氮含量不高于1%，经主换热器过冷至-162±5℃后送出冷箱，节流后作为液化天然气产品输出液化单元。