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高含含氮层气制备液化天然气组合工艺

阅读:723发布:2021-01-13

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1.高含含氮层气制备液化天然气组合工艺,其特征在于,高含氧、高含氮的低压煤层气先后通过脱氧增压单元、脱酸吸收单元、脱酸再生单元,脱单元和制冷精馏单元制成液化天然气,其中包括前端增压、耐硫催化脱氧、后端增压、MDEA脱、分子筛脱水、脱苯、脱汞、液化、低温精馏脱氮和混合冷剂循环十个净化工段;具体地,高含氧、高含氮的低压煤层气首先经过前端增压至0.2~1MPa,进入脱氧反应器在催化剂作用下催化脱氧,其中的氧气与甲烷产生化学反应而脱除,高温脱氧气经过废热锅炉回收热能后,进入后端循环压缩机再次提高压,增压至4.5~6MPa,然后,进入脱酸吸收单元和脱酸再生单元脱除H2S和CO2,包括进入MDEA脱酸工段,脱除酸气至CO2≤50ppm后,继续进入脱水单元,包括进入分子筛脱水工段脱除气相水分,脱除至≤10ppm后,进入脱硫脱汞塔,脱除Hg至质量浓度≤0.01μg/m³,脱除苯类体积浓度≤10x10-6后得到净化气;最后,进入制冷精馏单元,净化气进入混合冷剂压缩机冷箱中冷却液化,然后利用甲烷和氮气沸点的不同,采用低温精馏的方法,将氮气从精馏塔塔顶富集后排出,液态甲烷从塔釜排出后再次进入冷箱过冷段过冷,混合冷剂压缩机冷箱为系统提供冷量,最后生产出合格的液化天然气产品;其中:
在脱氧增压单元中,新鲜的高含氧、高含氮的低压煤层气首先经过前端增压压缩机增压至0.2~1MPa,与部分来自后端循环压缩机的循环气混合,经过进出口换热器预热后,进入脱氧反应器,反应温度控制在400~700℃,甲烷与氧在催化剂的催化作用下反应生成CO2和水;出口高温脱氧气体先进入废热锅炉副产蒸汽后,进入进出口换热器进一步降温,最后再次经过出口冷却器降温至常温;脱氧后煤层气中氧气体积分数≤0.2%;
在脱酸吸收单元和脱酸再生单元中,常温煤层气经过后端增压至4.5~6MPa后从脱氧增压单元出来,从吸收塔下部进入,自下而上通过吸收塔;贫胺液从吸收塔上部进入,自上而下通过吸收塔;两者逆流流动,使气体中的H2S和CO2被吸收液吸收进入液相中,未被吸收的气相部分从吸收塔塔顶排出,得到脱酸后的煤层气,其CO2体积分数≤50ppm,H2S体积分数≤4ppm;
在脱水单元中,从脱酸吸收单元和脱酸再生单元中吸收塔顶排出脱酸合格的煤层气,进入脱水单元脱水塔,从脱水塔内的分子筛干燥器的顶部或底部进入,经过分子筛吸附水分后,煤层气中的水分≤1ppm;脱水塔为分子筛干燥塔,共计有二或三台,经过循环干燥、再生、冷却,以保证连续不断的干燥煤层气;同时,也是通过吸附的方式脱苯脱汞,脱硫脱汞塔采用载硫活性炭,原料气中的汞与硫在反应器中反应,活性硫将汞以硫化物的方式固定在活性炭的多孔结构上,脱硫脱汞后,Hg质量浓度≤0.01μg/m³,苯类体积分数≤10ppm,环烷类≤10ppm;
在制冷精馏单元中,采用混合冷剂制冷工艺,混合冷剂为N2、CH4、C2H4、C3H8 和C5H12组成的混合物;来自脱水单元的净化原料煤层气送入混合冷剂压缩机冷箱换热降温,混合冷剂压缩机冷箱中包括板翅主换热器、低温分离器、低温精馏塔、蒸发器和冷凝器;净化原料煤层气在板翅主换热器的预冷段预冷后,进入蒸发器被进一步冷却后进入低温精馏塔中,在低温精馏塔塔顶获得99%纯度的氮气,氮气在依次经过过冷段、液化段、预冷段进行回热后,作为脱水单元的再生气或仪表氮气使用;低温精馏塔塔底分馏出来浓度为98%的甲烷进入板翅主换热器过冷段过冷,后经过节流调压至0.01Mpa后进入常压储罐存储;在制冷精馏单元中,混合冷剂压缩机把压力0.2~0.5MPa的冷剂,压缩到2~4.5MPa的压力,为净化气体液化提供足够的冷量。
2.如权利要求1所述的高含氧含氮煤层气制备液化天然气组合工艺,其特征在于, 脱氧增压单元(1)的脱氧煤层气出口(113)连接入脱酸吸收单元(2)的脱氧气进口(209),脱酸吸收单元(2)的去贫富液换热器出口(211)和自胺液储罐接入口(212)分别连接脱酸再生单元(3)的自闪蒸罐接入口(308)和去胺液出口(309),脱酸吸收单元(2)的脱酸天然气出口(210)接入脱水单元(4)的脱酸煤层气入口(408),脱水单元(4)的干燥天然气出口(410)接入制冷精馏单元(5)的脱水天然气入口(508);
在脱氧增压单元(1)中,煤层气进口(111)经过前端增压压缩机(101)后分为二路,其中一路连接进出口换热器(102)后接入脱氧反应器(107)顶部,另一路连接循环汽水冷机(104)后接入后端循环压缩机(108)一端;脱氧反应器(107)底部接出通过废热锅炉(106)和进出口换热器(102)先后换热后经过脱氧气水冷机(103)后分为二路,其一连接后端循环压缩机(108)另一端,其二先后连接煤层气高压增氧机(109)和高压压缩机水冷器(105),然后由脱氧煤层气出口(113)接出;同时,蒸汽出口(110)和脱氧水进口(112)之间连接废热锅炉(106);
在脱酸吸收单元(2)中,脱氧气进口(209)通过原料气换热器(202)接入吸收塔(201)中部,吸收塔(201)顶部通过吸收冷却器(203)接入吸收分离器(204),吸收分离器(204)顶部接入塔顶过滤器(206),吸收塔(201)、吸收分离器(204)和塔顶过滤器(206)底部分别接入闪蒸罐(205),闪蒸罐(205)顶部接出到放空口(213),闪蒸罐(205)底部接出到去贫富液换热器出口(211);自胺液储罐接入口(212)接入吸收塔(201)上部部,其间通过环路连接溶液过滤器(207)和贫液泵(208);塔顶过滤器(206)顶部连接脱酸天然气出口(210);
在脱酸再生单元(3)中,自闪蒸罐接入口(308)通过再生贫富液换热器(303)接入再生塔(301)上部,再生塔(301)顶部通过塔顶再生冷却器(302)接入再生分离器(305),再生分离器(305)底部接入溶液贮槽(306),再生塔(301)底部通过再生贫富液换热器(303)换热后再通过再生贫富液冷却器(304)接入溶液贮槽(306),溶液贮槽(306)底部连接去胺液泵出口(309),其间连接消泡剂贮罐(307),消泡剂贮罐(307)连接消泡剂加入口(310),溶液贮槽(306)连接集液汇入口(311);导热油入口(312)和导热油出口(313)分别连接再生塔(301)下部再沸器
在脱水单元(4)中,脱酸煤层气入口(408)分二路,一路与脱水分离器(406)顶部一起分别连接A脱水塔(401)、B脱水塔(402)和C脱水塔(403)底部,另一路,分别通过阀装置各自穿过连接A脱水塔(401)、B脱水塔(402)和C脱水塔(403)底部管线并通过脱水冷却器(405)连接入脱水分离器(406),脱水分离器(406)底部连接排污去界外出口(409);A脱水塔(401)、B脱水塔(402)和C脱水塔(403)顶部共同连接入脱硫脱汞塔(407)底部,脱硫脱汞塔(407)顶部连接干燥天然气出口(410),同时,A脱水塔(401)、B脱水塔(402)和C脱水塔(403)塔顶接出管线局部循环连接脱水加热器(404);
在制冷精馏单元(5)中,脱水天然气入口(508)接入混合冷剂压缩机冷箱(504)降温冷却后部分进入脱氮塔(501)中部,脱氮塔(501)底部接入混合冷剂压缩机冷箱(504)液化冷却后连接成品LNG去储罐出口(505),脱氮塔(501)顶部接入回流罐(503),同时,回流罐(503)连接入混合冷剂压缩机冷箱(504),回流罐(503)底部连接回流泵(502)后接入脱氮塔(501)上部;温度稍高天然气接入口(506)和天然气回冷箱出口(507)接入脱氮塔(501)下部再沸器;制冷剂进口(509)和制冷剂出口(510)接入混合冷剂压缩机冷箱(504);
含氧含氮低压煤层气首先进入脱氧增压单元,在前端增压压缩机(101)的作用下,增压至0.2~0.5MPa,随后进入到脱氧反应器(107)中,在脱氧催化剂的作用下,氧气与甲烷反应为水和二氧化碳,从而达到脱除氧气的目的;其中脱氧反应温度控制在400~700℃,氧气进口浓度控制在3~15%,采用耐硫型催化剂,脱除后的氧气达到0.2%(v/v)以下;离开脱氧反应器(107),经过换热、冷却后,进入煤层气高压增压机(109),将压力提高至4~5.5MPa左右;经过脱氧增压单元后的煤层气,氧气被脱除,CO2含量大幅度升高,H2S含量大幅度降低转化为SO2;
脱酸采用复合胺液吸收-解吸工艺;脱氧增压后的煤层气,温度为25~65℃,压力为4~
5.5MPa,从吸收塔(201)底部进入自下而上复合贫胺液,而贫胺液温度为35~55℃,压力为
5.5~6.5MPa,从吸收塔(201)顶部进入自上而下,气液两相在吸收塔(201)填料上完成传质、传热过程,CO2、H2S、SO2、HCN酸性气体被复合贫胺液吸收,同时由贫胺液变为富胺液;脱酸后的煤层气从吸收塔(201)顶部排出,经过吸收冷却器(203)和吸收分离器(204),冷却回收气体带出液后,进入脱水单元(4);吸收了酸性气的贫胺液变为富胺液后,进入吸收塔(201)底部塔釜内,经过节流阀减压至0.3~0.9MPa后,进入闪蒸罐(205)闪蒸出部分酸性气体;经过闪蒸后的富液进入脱酸再生单元(3)中的再生贫富液换热器(303),与吸收塔(201)塔釜排出的热贫液进行换热,经过预热后的富液温度为60~90℃左右,从再生塔(301)顶部进入;富胺液自上而下,来自吸收塔(201)塔底再沸器的胺液蒸汽自下而上,两者逆流接触在填料上完成传质、传热,酸性气体从吸收塔(201)顶部排出,富液再生后得到贫胺液从吸收塔(201)底部排出,经过再生贫富液换热器(303)、再生贫富液冷却器(304)进入胺液储罐储存;吸收塔顶部温度85~115℃,压力0.1~0.7MPa,吸收塔(201)底部温度100~130℃,压力0.1~0.8Mpa;
天然气的脱水脱烃采用变温吸附工艺完成气体中杂质的深度脱除,来自脱酸再生单元(3)的天然气进入脱水单元(4)后分成两路,其中一路经程控阀进入脱水塔(401),塔内的吸附剂将气体中的水分吸附下来后,成为干燥的脱水后煤层气,再次进入脱硫脱汞塔(407),在固体吸附剂的作用下,金属汞被吸收后成为净化气,送入混合冷剂压缩机冷箱(504)进行冷却冷凝;另一路气体作为再生气使用,再生过程如下:吸附剂再生过程包括加热和吹冷两个步骤,在吸附净化塔A脱水塔(401)处于吸附状态时,B脱水塔(402)处于再生过程的加热阶段、C脱水塔403处于再生过程的吹冷阶段;
来自脱酸系统的另一路天然气经过程控阀进入C脱水塔(403)底部,吹冷C脱水塔(403),从C脱水塔(403)顶部出来的再生气经程控阀后进入再生气的脱水加热器(404),加热至260℃,然后经过程控阀进入B脱水塔(402)的上部,经下部排出后经过程控阀进入再生气的脱水冷却器(405)至40℃,最后进入再生气的脱水分离器(406)分离出液态混合物后,至此C脱水塔(403)完成再生阶段的冷吹,B脱水塔(402)完成再生阶段的热吹;
当A脱水塔(401)完成吸附净化后,切换到C脱水塔(403),即C脱水塔(403)吸附,A脱水塔(401)进行再生过程加热阶段,B脱水塔(402)进行再生过程吹冷阶段,如此循环往复;
在制冷精馏单元(5),来自脱水单元(4)的净化煤层气进入混合冷剂压缩机冷箱(504)中,逐渐冷却至-120~-155℃,其后抽出一部分原料气作为脱氮塔(501)精馏再沸器的热源,随后再返回混合冷剂压缩机冷箱(504),再次冷却至-140~-160℃,经过原料气节流降压至200~1000kpa,从脱氮塔(501)中部进入;脱氮塔(501)入口至塔釜部分为提馏段,入口液体自上而下,脱氮塔(501)底部再沸器产生的气体自下而上,两者在提馏段填料上逆向接触,完成传质、传热,LNG浓度逐步提高,氮气含量逐渐下降,至脱氮塔(501)塔釜出口LNG浓度大于95%(mol%);从脱氮塔(501)塔釜底部抽出的LNG再次返回混合冷剂压缩机冷箱(504)过冷段,完成过冷冷却,最终从混合冷剂压缩机冷箱(504)中排出-162℃的合格LNG产品;脱氮塔(501)塔顶气相部分经过节流后的混合冷剂冷却为气液两相,进入回流罐(503),气相部分即氮气进入混合冷剂压缩机冷箱(504)中逐步升高温度,最终以常温状态从混合冷剂压缩机冷箱(504)排出,液相部分由回流泵(502)打入脱氮塔(501)顶部完成回流;来自混合冷剂压缩机冷箱(504)冷剂压缩机出口的高压制冷剂压力为2000~4000kpa,温度25~45℃,进入混合冷剂压缩机冷箱(504)中逐步冷却至-150~-165℃,经过冷剂节流阀节流至
200~500kpa,进入脱氮塔(501)塔顶气相冷却,为塔顶提供低温冷量,随后再次返回到混合冷剂压缩机冷箱(504)温度逐步提高,为原料煤层气提供冷量;从混合冷剂压缩机冷箱(504)排出的低压冷剂再次返回到冷剂压缩机入口,完成冷剂循环。

说明书全文

高含含氮层气制备液化天然气组合工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及IPC分类F25J3/08 从气体或气体混合物中分离出气体杂质的技术,属于煤层气制液化天然气领域,尤其是适于撬组合安装的以含高浓度氧气和氮气的煤层气经过包括脱氧和脱氮在内的工序制备液化天然的气设备。

背景技术

[0002] 中国煤层气资源丰富,抽排的煤层气主要是采煤过程中,由动采区和采空区产生的混合煤层气,其中掺杂了大量空气,甲烷浓度变化范围大,集中在30%~80%,俗称“煤矿瓦斯”。常温常压下,甲烷在空气中的爆炸极限在5%~15%,随着温度和压升高,爆炸极限迅速扩大。因为煤层气中含有氧气所以具有一定的危险性,而含有大量氮气,无法达到车用压缩天然气或液化天然气的质量标准,从而大大限制了其应用。
[0003] 上海交通大学201010274504.4一种燃气提纯技术领域的含氧煤层气的液化精馏方法,利用含氧煤层气液化后再通过精馏塔分离掉其中的杂质氮气和氧气,从而在塔底得到高纯度的液态产品。
[0004] 中国专利CN102206129A,公开了一种含氧煤层气分离的方法,从包括氧气、氮气、甲烷等的含氧煤层气中分离提纯甲烷,采用精馏塔将通入其中的含氧煤层气低温精馏,从而分离提纯甲烷。
[0005] 上述专利申请中,基本都是采用低温精馏的方法分离煤层气中的氧气和氮气,甚至进行了爆炸极限的计算,以避免爆炸的可能性。上述规避爆炸极限的手段,在理论计算中可以实现,但是实际运行中煤层气氧含量非常不稳定,一旦氧气浓度波动,会使后端原料气的爆炸极限也跟随波动,更加致命的是实际生产中是无法实时监测所有位置的氧气浓度。所以使用过程中的安全问题其实一直存在。
[0006] 有些国家煤矿多采用先采气再采煤的方式,在这种情况下,通常煤层气的氧含量较低,对高氧含量的脱除研究较少。中国是目前对高含氧、高含氮煤层气研究比较多的国家,通常的脱除方法有变压吸附(PSA)技术、膜分离技术、直接液化精馏分离等。
[0007] 煤炭科学研究总院重庆研究院 中国科学院理化技术研究所201010282232.2公开了一种利用含氧煤层气制取液化天然气的方法,包括压缩净化工序和液化分离工序,液化分离工序包括主流程工艺和制冷工艺,制冷工艺中采用特殊的混合制冷剂结合节流制冷以及特殊的制冷剂流程;制冷工艺采用混合制冷并结合节流制冷。
[0008] 西南化工研究设计院201010244261.X公开了一种煤矿区煤层气生产液化天然气的工艺,将煤矿区煤层气经除氧、加压、脱硫、脱和干燥处理后,作为原料气进入低温装置进行低温分离,分离后分别得到废氮气和气体甲烷,再使低温分离得到的气体甲烷进入制冷液化装置进行制冷液化,从而得到液化天然气。
[0009] 中国海洋石油总公司 中海石油气电集团有限责任公司201310400700.5公开了一种含氧煤层气的脱氧、脱氮系统。所述系统包括冷箱、精馏塔、煤层气脱氧、脱氮机构、混合冷剂循环机构和氮气冷剂循环机构;混合冷剂循环机构为冷箱提供冷量;氮气冷剂循环机构为冷箱和精馏塔提供冷量;煤层气脱氧、脱氮机构包括原料气管线、设置于精馏塔塔顶的再冷凝器和设置于精馏塔塔底的再沸器;原料气管线与所述冷箱相连通,然后从冷箱中引出后与再沸器相连通;原料气管线从再沸器引出后再进入至冷箱中,然后从冷箱中引出后与精馏塔相连通;再沸器的气相出口通过管路与冷箱相连通,管路经冷箱冷却后与LNG储罐相连通。
[0010] 煤炭科学研究总院重庆研究院 201020529949.8公开了一种含氧煤层气制取液化天然气的装置,包括压缩净化工序和液化分离工序,液化分离工序包括主流程工艺和制冷工艺,制冷工艺中采用混合制冷剂结合节流制冷以及特殊的制冷剂流程。
[0011] 另外,中国专利CN101445755A,介绍了采空区、动采区抽排含氧混合煤层气提纯,液化用的一种煤层气提纯方法,该方法主要通过原料煤层气—脱氧—增压脱碳—脱—脱氮—储运等环节。该专利重点在于脱氧环节前置,从而避免后端爆炸极限出现。

发明内容

[0012] 本发明的目的是提供高含氧含氮煤层气制备液化天然气组合工艺,将脱氧、脱氮工艺优先融入到煤层气液化中,以脱氧、脱酸、脱水和冷箱脱氮多撬块或单元进行组合,形成从头到尾完整的液化工艺路线。
[0013] 本发明的目的将通过以下技术措施来实现:高含氧、高含氮的低压煤层气先后通过脱氧增压单元、脱酸吸收单元、脱酸再生单元,脱水单元和制冷精馏单元制成液化天然气,其中包括前端增压、耐硫催化脱氧、后端增压、MDEA脱碳、分子筛脱水、脱苯、脱汞、液化、低温精馏脱氮和混合冷剂循环十个净化工段;具体地,高含氧、高含氮的低压煤层气首先经过前端增压至0.2~1MPa,进入脱氧反应器在催化剂作用下催化脱氧,其中的氧气与甲烷产生化学反应而脱除,高温脱氧气经过废热锅炉回收热能后,进入后端循环压缩机再次提高压力,增压至4.5~6MPa,然后,进入脱酸吸收单元和脱酸再生单元脱除H2S和CO2,包括进入MDEA脱酸工段,脱除酸气至CO2≤50ppm后,继续进入脱水单元,包括进入分子筛脱水工段脱除气相水分,脱除至≤10ppm后,进入脱硫脱汞塔,脱除Hg至质量浓度≤0.01μg/m³,脱除苯类体积浓度≤10x10-6后得到净化气;最后,进入制冷精馏单元,净化气进入混合冷剂压缩机冷箱中冷却液化,然后利用甲烷和氮气沸点的不同,采用低温精馏的方法,将氮气从精馏塔塔顶富集后排出,液态甲烷从塔釜排出后再次进入冷箱过冷段过冷,混合冷剂压缩机冷箱为系统提供冷量,最后生产出合格的液化天然气产品;其中:在脱氧增压单元中,新鲜的高含氧、高含氮的低压煤层气首先经过前端增压压缩机增压至0.2~1MPa,与部分来自后端循环压缩机的循环气混合,经过进出口换热器预热后,进入脱氧反应器,反应温度控制在400~700℃,甲烷与氧在催化剂的催化作用下反应生成CO2和水;出口高温脱氧气体先进入废热锅炉副产蒸汽后,进入进出口换热器进一步降温,最后再次经过出口冷却器降温至常温;脱氧后煤层气中氧气体积分数≤0.2%。
[0014] 在脱酸吸收单元和脱酸再生单元中,常温煤层气经过后端增压至4.5~6MPa后从脱氧增压单元出来,从吸收塔下部进入,自下而上通过吸收塔;贫胺液从吸收塔上部进入,自上而下通过吸收塔;两者逆流流动,使气体中的H2S和CO2被吸收液吸收进入液相中,未被吸收的气相部分从吸收塔塔顶排出,得到脱酸后的煤层气,其CO2体积分数≤50ppm,H2S体积分数≤4ppm。
[0015] 在脱水单元中,从脱酸吸收单元和脱酸再生单元中吸收塔顶排出脱酸合格的煤层气,进入脱水单元脱水塔,从脱水塔内的分子筛干燥器的顶部或底部进入,经过分子筛吸附水分后,煤层气中的水分≤1ppm;脱水塔为分子筛干燥塔,共计有二或三台,经过循环干燥、再生、冷却,以保证连续不断的干燥煤层气;同时,也是通过吸附的方式脱苯脱汞,脱硫脱汞塔采用载硫活性炭,原料气中的汞与硫在反应器中反应,活性硫将汞以硫化物的方式固定在活性炭的多孔结构上,脱硫脱汞后,Hg质量浓度≤0.01μg/m³,苯类体积分数≤10ppm,环烷类≤10ppm。
[0016] 在制冷精馏单元中,采用混合冷剂制冷工艺,混合冷剂为N2、CH4、C2H4、C3H8 和C5H12组成的混合物;来自脱水单元的净化原料煤层气送入混合冷剂压缩机冷箱换热降温,混合冷剂压缩机冷箱中包括板翅主换热器、低温分离器、低温精馏塔、蒸发器和冷凝器;净化原料煤层气在板翅主换热器的预冷段预冷后,进入蒸发器被进一步冷却后进入低温精馏塔中,在低温精馏塔塔顶获得99%纯度的氮气,氮气在依次经过过冷段、液化段、预冷段进行回热后,作为脱水单元的再生气或仪表氮气使用;低温精馏塔塔底分馏出来浓度为98%的甲烷进入板翅主换热器过冷段过冷,经过节流调压至0.01Mpa后进入常压储罐存储;在制冷精馏单元中,混合冷剂压缩机把压力0.2~0.5MPa的冷剂,压缩到2~4.5MPa的压力,为净化气体液化提供足够的冷量。
[0017] 本发明的优点和效果: 充分利用各个物质的物性条件,前端脱氧工艺有效避免各物质爆炸极限问题,从源头消除氧气隐患,工艺流程操作安全可靠,中间脱酸、脱水、脱汞、脱苯工艺成熟稳定,后端低温精馏液化工艺甲烷收率高,提高能源利用率,LNG产品质量有保障;提高制冷效率,节约动力能源,降低了故障率,减少了设备数量,减少了占地面积,工艺组合具有更好的安全性,提高装置的处理能力,减少碳排放,最大限度回收煤层气资源;相比PSA脱氮工艺具有节约投资10%,甲烷回收率提高10%,运行成本降低10%以上的特点。
附图说明
[0018] 图1为本发明实施例1结构示意图。
[0019] 图2为本发明实施例1中脱氧增压单元结构示意图。
[0020] 图3为本发明实施例1中脱酸吸收单元结构示意图。
[0021] 图4为本发明实施例1中脱酸再生单元结构示意图。
[0022] 图5为本发明实施例1中脱水单元结构示意图。
[0023] 图6为本发明实施例1中制冷精馏单元结构示意图。
[0024] 附图标记包括:脱氧增压单元1、脱酸吸收单元2、脱酸再生单元3,脱水单元4、制冷精馏单元5;
前端增压压缩机101、进出口换热器102、脱氧气水冷机103、循环汽水冷机104、高压压缩机水冷器105、废热锅炉106、脱氧反应器107、后端循环压缩机108、煤层气高压增氧机
109、蒸汽出口110、煤层气进口111、脱氧水进口112、脱氧煤层气出口113;
吸收塔201、原料气换热器202、吸收冷却器203、吸收分离器204、闪蒸罐205、塔顶过滤器206、溶液过滤器207、贫液208、脱氧气进口209、脱酸天然气出口210、去贫富液换热器出口211、自胺液储罐接入口212、放空口213;
再生塔301、塔顶再生冷却器302、再生贫富液换热器303、再生贫富液冷却器304、再生分离器305、溶液贮槽306、消泡剂贮罐307、自闪蒸罐接入口308、去胺液泵出口309、消泡剂加入口310、集液汇入口311、导热油入口312、导热油出口313;
A脱水塔401、B脱水塔402、C脱水塔403、脱水加热器404、脱水冷却器405、脱水分离器
406、脱硫脱汞塔407、脱酸煤层气入口408、排污去界外出口409、干燥天然气出口410;
脱氮塔501、回流泵502、回流罐503、混合冷剂压缩机冷箱504、成品LNG去储罐出口505、温度稍高天然气接入口506、天然气回冷箱出口507、脱水天然气入口508、制冷剂进口509、制冷剂出口510。

具体实施方式

[0025] 本发明原理在于,从高含氧、高含氮的煤层气中获得合格质量标准的液化天然气需要经过催化脱氧、脱酸、脱水、脱苯脱汞、液化和低温精馏等工艺路径,最终得到液化天然气产品,但是,有效的前置脱氧工艺对于整体净化处理的安全运行具有关键作用,才能保证整个液化装置的安全、稳定运行。
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0027] 实施例1:如附图1所示,脱氧增压单元1的脱氧煤层气出口113连接入脱酸吸收单元2的脱氧气进口209,脱酸吸收单元2的去贫富液换热器出口211和自胺液储罐接入口212分别连接脱酸再生单元3的自闪蒸罐接入口308和去胺液泵出口309,脱酸吸收单元2的脱酸天然气出口210接入脱水单元4的脱酸煤层气入口408,脱水单元4的干燥天然气出口410接入制冷精馏单元5的脱水天然气入口508;在脱氧增压单元1中,如附图2所示,煤层气进口111经过前端增压压缩机101后分为二路,其中一路连接进出口换热器102后接入脱氧反应器107顶部,另一路连接循环汽水冷机
104后接入后端循环压缩机108一端;脱氧反应器107底部接出通过废热锅炉106和进出口换热器102先后换热后经过脱氧气水冷机103后分为二路,其一连接后端循环压缩机108另一端,其二先后连接煤层气高压增氧机109和高压压缩机水冷器105,然后由脱氧煤层气出口
113接出;同时,蒸汽出口110和脱氧水进口112之间连接废热锅炉106;
在脱酸吸收单元2中,如附图3所示,脱氧气进口209通过原料气换热器202接入吸收塔
201中部,吸收塔201顶部通过吸收冷却器203接入吸收分离器204,吸收分离器204顶部接入塔顶过滤器206,吸收塔201、吸收分离器204和塔顶过滤器206底部分别接入闪蒸罐205,闪蒸罐205顶部接出到放空口213,闪蒸罐205底部接出到去贫富液换热器出口211;自胺液储罐接入口212接入吸收塔201上部部,其间通过环路连接溶液过滤器207和贫液泵208;塔顶过滤器206顶部连接脱酸天然气出口210;
在脱酸再生单元3中,如附图4所示,自闪蒸罐接入口308通过再生贫富液换热器303接入再生塔301上部,再生塔301顶部通过塔顶再生冷却器302接入再生分离器305,再生分离器305底部接入溶液贮槽306,再生塔301底部通过再生贫富液换热器303换热后再通过再生贫富液冷却器304接入溶液贮槽306,溶液贮槽306底部连接去胺液泵出口309,其间连接消泡剂贮罐307,消泡剂贮罐307连接消泡剂加入口310,溶液贮槽306连接集液汇入口311;导热油入口312和导热油出口313分别连接再生塔301下部再沸器;
在脱水单元4中,如附图5所示,脱酸煤层气入口408分二路,一路与脱水分离器406顶部一起分别连接A脱水塔401、B脱水塔402和C脱水塔403底部,另一路,分别通过阀装置各自穿过连接A脱水塔401、B脱水塔402和C脱水塔403底部管线并通过脱水冷却器405连接入脱水分离器406,脱水分离器406底部连接排污去界外出口409;A脱水塔401、B脱水塔402和C脱水塔403顶部共同连接入脱硫脱汞塔407底部,脱硫脱汞塔407顶部连接干燥天然气出口
410,同时,A脱水塔401、B脱水塔402和C脱水塔403塔顶接出管线局部循环连接脱水加热器
404;
在制冷精馏单元5中,如附图6所示,脱水天然气入口508接入混合冷剂压缩机冷箱504降温冷却后部分进入脱氮塔501中部,脱氮塔501底部接入混合冷剂压缩机冷箱504液化冷却后连接成品LNG去储罐出口505,脱氮塔501顶部接入回流罐503,同时,回流罐503连接入混合冷剂压缩机冷箱504,回流罐503,底部连接回流泵502后接入脱氮塔501上部;温度稍高天然气接入口506和天然气回冷箱出口507接入脱氮塔501下部再沸器;制冷剂进口509和制冷剂出口510接入混合冷剂压缩机冷箱504;
含氧含氮低压煤层气首先进入脱氧增压单元,在前端增压压缩机101的作用下,增压至
0.2~0.5MPa,随后进入到脱氧反应器107中,在脱氧催化剂的作用下,氧气与甲烷反应为水和二氧化碳,从而达到脱除氧气的目的;其中脱氧反应温度控制在400~700℃,氧气进口浓度控制在3~15%,采用耐硫型催化剂,脱除后的氧气达到0.2%(v/v)以下;离开脱氧反应器
107,经过换热、冷却后,进入煤层气高压增压机109,将压力提高至4~5.5MPa左右;经过脱氧增压单元后的煤层气,氧气被脱除,CO2含量大幅度升高,H2S含量大幅度降低转化为SO2;
脱酸采用复合胺液吸收-解吸工艺;脱氧增压后的煤层气,温度为25~65℃,压力为4~
5.5MPa,从吸收塔201底部进入自下而上复合贫胺液,而贫胺液温度为35~55℃,压力为5.5~6.5MPa,从吸收塔201顶部进入自上而下,气液两相在吸收塔201填料上完成传质、传热过程,CO2、H2S、SO2、HCN酸性气体被复合贫胺液吸收,同时由贫胺液变为富胺液;脱酸后的煤层气从吸收塔201顶部排出,经过吸收冷却器203和吸收分离器204,冷却回收气体带出液后,进入脱水单元;吸收了酸性气的贫胺液变为富胺液后,进入吸收塔201底部塔釜内,经过节流阀减压至0.3~0.9MPa后,进入闪蒸罐205闪蒸出部分酸性气体;经过闪蒸后的富液进入脱酸再生单元3中的再生贫富液换热器303,与吸收塔201塔釜排出的热贫液进行换热,经过预热后的富液温度为60~90℃左右,从再生塔301顶部进入;富胺液自上而下,来自吸收塔
201塔底再沸器的胺液蒸汽自下而上,两者逆流接触在填料上完成传质、传热,酸性气体从吸收塔201顶部排出,富液再生后得到贫胺液从吸收塔201底部排出,经过再生贫富液换热器303、再生贫富液冷却器304进入胺液储罐储存。吸收塔顶部温度85~115℃,压力0.1~
0.7MPa,吸收塔201底部温度100~130℃,压力0.1~0.8Mpa;
天然气的脱水脱烃采用变温吸附工艺完成气体中杂质的深度脱除,来自脱酸再生单元
3的天然气进入脱水单元4后分成两路,其中一路经程控阀进入脱水塔,塔内的吸附剂将气体中的水分吸附下来后,成为干燥的脱水后煤层气,再次进入脱硫脱汞塔407,在固体吸附剂的作用下,金属汞被吸收后成为净化气,送入混合冷剂压缩机冷箱504进行冷却冷凝;另一路气体作为再生气使用,再生过程如下:吸附剂再生过程包括加热和吹冷两个步骤,在吸附净化塔A脱水塔401处于吸附状态时,B脱水塔402处于再生过程的加热阶段、C脱水塔403处于再生过程的吹冷阶段;
来自脱酸系统的另一路天然气经过程控阀进入C脱水塔403底部,吹冷C脱水塔403,从C脱水塔403顶部出来的再生气经程控阀后进入再生气的脱水加热器404,加热至260℃,然后经过程控阀进入B脱水塔402的上部,经下部排出后经过程控阀进入再生气的脱水冷却器
405至40℃,最后进入再生气的脱水分离器406分离出液态混合物后,至此C脱水塔403完成再生阶段的冷吹,B脱水塔402完成再生阶段的热吹;
当A脱水塔401完成吸附净化后,切换到C脱水塔403,即C脱水塔403吸附,A脱水塔401进行再生过程加热阶段,B脱水塔402进行再生过程吹冷阶段,如此循环往复;
在制冷精馏单元5,来自脱水单元4的净化煤层气进入混合冷剂压缩机冷箱504中,逐渐冷却至-120~-155℃,其后抽出一部分原料气作为脱氮塔501精馏再沸器的热源,随后再返回混合冷剂压缩机冷箱504,再次冷却至-140~-160℃,经过原料气节流降压至200~
1000kpa,从脱氮塔501中部进入;脱氮塔501入口至塔釜部分为提馏段,入口液体自上而下,脱氮塔501底部再沸器产生的气体自下而上,两者在提馏段填料上逆向接触,完成传质、传热,LNG浓度逐步提高,氮气含量逐渐下降,至脱氮塔501塔釜出口LNG浓度大于95%(mol%);
从脱氮塔501塔釜底部抽出的LNG再次返回混合冷剂压缩机冷箱504过冷段,完成过冷冷却,最终从混合冷剂压缩机冷箱504中排出-162℃的合格LNG产品;脱氮塔501塔顶气相部分经过节流后的混合冷剂冷却为气液两相,进入回流罐503,气相部分即氮气进入混合冷剂压缩机冷箱504中逐步升高温度,最终以常温状态从混合冷剂压缩机冷箱504排出,液相部分由回流泵502打入脱氮塔501顶部完成回流;来自混合冷剂压缩机冷箱504冷剂压缩机出口的高压制冷剂压力为2000~4000kpa,温度25~45℃,进入混合冷剂压缩机冷箱504中逐步冷却至-150~-165℃,经过冷剂节流阀节流至200~500kpa,进入脱氮塔501塔顶气相冷却,为塔顶提供低温冷量,随后再次返回到混合冷剂压缩机冷箱504温度逐步提高,为原料煤层气提供冷量;从混合冷剂压缩机冷箱504排出的低压冷剂再次返回到冷剂压缩机入口,完成冷剂循环。
[0028] 经过了脱氧、脱酸和脱水脱汞净化后,净化气进入混合冷剂压缩机冷箱冷却冷凝后进入精馏塔中部,进气压力为0.2~1.2MPa,温度-155~-165℃,从精馏塔顶部获得纯度大于95%(mol%)的氮气,底部获得大于95%(mol%)的液化天然气(LNG)产品。
[0029] 前述中,高含氧、高含氮的低压煤层气流量为50000Nm³/d,压力为100kpaG,而且以体积分数/%计组分包括45.6%的 CH4,40.2 %的N2,12.1 %的O2 ,2 %的H2O,以及0.1其他气体,最终LNG产品,水含量 ≤ 1ppm,CO2 ≤ 50ppm,总硫 ≤ 1ppm,O2 ≤ 0.2%,N2 ≤ 1%。
[0030] 前述中,MDEA又名甲基二乙醇胺,无色或微黄色粘稠液体,沸点不高,能与水、醇互溶,微溶于醚,主要用于油田气和煤气、天然气的脱硫净化、乳化剂和酸性气体吸收剂、酸控制剂、聚泡沫催化剂。
[0031] 前述中,集液汇入口311汇集来自溶液系统各点排尽、排污MDEA溶液。
[0032] 前述中,混合冷剂循环使用,不够时可由混合冷剂储配工段。
[0033] 前述中,控制催化剂床层升温幅度,有较高浓度氧含量的煤层气进入时,可以将脱氧后的气体与入口原料气混合,达到降低氧浓度,控制催化剂床层温度的目的。
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