从甲烷混合气中同时制取压缩天然气和液化天然气的方法

摘要

从甲烷混合气中同时制取压缩天然气和液化天然气的方法，包括如下步骤：1)对甲烷混合气进行预处理，去除水、二氧化碳；2)甲烷混合气冷却至-120～-160℃后进入二级精馏塔为塔釜提供热量，之后再进一步冷却至-150～-165℃进入一级精馏塔进行精馏分离，在塔釜得到提浓的甲烷溶液；3)甲烷溶液经减压至5～10barg后进入二级精馏塔，再次进行精馏分离，在塔釜得到液化天然气粗产品，经过冷后进一步节流减压至常压，成为液化天然气产品；同时，二级精馏塔侧线出料或者塔釜出料得到压缩天然气粗产品，复热至常温后再压缩成为压缩天然气产品。本发明方法可同时获取压缩天然气和液化天然气两种产品，且较采用吸附、膜分离等常规制备压缩天然气产品的品质高。

说明书

技术领域

本发明涉及天然气制备技术领域，尤其是一种从甲烷混合气中同时制取压缩天然气和液化天然气的方法。

背景技术

煤、石油和天然气是当今世界一次能源的三大支柱，天然气在日本等某些能源消费大国已经成为第二大能源。19世纪前期，人类以煤炭代替柴薪为主要能源，实现了工业革命，带来了世界资本主义的发展，是第一次能源革命。20世纪中期，开始以石油代替煤炭为主要能源，带来了世界经济的繁荣，是第二次能源革命。进入21世纪，全世界将出现以天然气代替石油为主要能源的又一次能源消费结构大变革，2008年天然气在能源消费结构中的比重世界平均24.1％，预计2015年，天然气在世界能源结构中将占35～40％，成为第一大能源，将是第三次能源革命。21世纪将是一个天然气世纪，是清洁能源的时代。自1990年以来每年以23％的速率增长。世界能源经济正在由石油能源经济向天然气能源经济过渡。

天然气作为一种绿色能源，具有洁净、高效、资源丰富和方便储运等优点，大力发展天然气是缓解能源紧缺、减少环境污染的有效途径。为此，我国政府非常重视天然气产业的发展，天然气将成为我国能源发展战略中的一个亮点和绿色能源支柱之一。

国内天然气紧缺，很大一部分需要从国外进口，一般先将天然气制备成液化天然气，再通过船运销售到国内市场。对国外的天然气具有一定的依赖性。

近年来，采用焦炉煤气制备合成天然气的技术得到了长足的发展。焦炉煤气通过反应合成生成富含甲烷气体的合成气，再经过不同的分离提纯的方式制备压缩天然气或者液化天然气。该两种分离提纯的技术手段完全不同，所采用的设备装置也有很大的差异，压缩天然气通常采用吸附或膜分离等常规分离方法制取，液化天然气通常采用深冷分离的方法制取。不 能同时满足客户对压缩天然气和液化天然气两种产品的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种从甲烷混合气中同时制取压缩天然气和液化天然气的方法，利用该方法可以同时获取压缩天然气和液化天然气两种产品，且两种产品的产量可以按照需求进行转换调节。采用该方法制备的压缩天然气品质较采用吸附、膜分离等常规制备压缩天然气产品的品质高。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

从甲烷混合气中同时制取压缩天然气和液化天然气的方法，其包括如下步骤：

1)对甲烷混合气进行预处理，去除其中水、二氧化碳，处理后的甲烷混合气中水的含量≤1ppm，二氧化碳含量≤50ppm。

2)处理后的甲烷混合气冷却至-120℃～-160℃后进入二级精馏塔为塔釜提供热量，之后再进一步冷却至-150℃～-165℃进入一级精馏塔进行精馏分离，在塔釜得到提浓的甲烷溶液，甲烷含量为80～99％摩尔百分比，塔顶产生的含有摩尔百分比80％以上的氢气的富氢尾气复热至常温；

3)甲烷溶液经过减压至5～10barg后进入二级精馏塔，再次进行精馏分离，在塔釜得到液化天然气粗产品，其纯度符合天然气一类标准，甲烷含量≥99％，经过过冷后，进一步节流减压至常压，成为液化天然气产品，其纯度符合天然气一类标准，甲烷含量≥99％；同时，二级精馏塔侧线出料或者塔釜出料得到压缩天然气粗产品，其纯度符合天然气一类标准，塔釜出料甲烷含量≥99％，侧线出料甲烷含量范围≥93％，复热至常温后，再压缩至一定的压力，成为压缩天然气产品，其纯度符合天然气一类标准，塔釜出料产品甲烷含量范围≥99％，侧线出料产品甲烷含量范围≥93％；压缩天然气产品的压力为2～300barg；塔顶产生的含有80％以上的氮气的富氮尾气复热至常温。

进一步，步骤1)甲烷混合气预处理去除水采用吸附的方法脱除。

又，步骤1)甲烷混合气预处理去除二氧化碳采用化学吸收方法进行脱除即湿法脱碳和/或采用吸附方法进行脱除即干法脱碳。

优选的，步骤2)处理后的甲烷混合气先预冷至5～15℃。

另外，步骤2)中冷却甲烷混合气的冷量除了由复热的压缩天然气和两股富氮尾气提供之外，由混合冷剂提供；混合冷剂压缩至20～50barg后冷却至30℃～40℃，进行气液分离，气、液两相分别进行冷却，液相冷却至-30℃～-100℃后节流至2～6barg，气相冷却至-150℃～-165℃后节流至2～6barg，再进行换热提供冷量，被复热至常温后再进行压缩冷却，形成混合冷剂制冷循环。

优选的，混合冷剂压缩至20～50barg后冷却至30℃～40℃，再预冷至5℃～15℃后进行气液分离。

二级精馏塔的塔顶冷凝冷源均由液氮提供；氮气压缩至20～50barg后冷却至40℃，再进行冷却，冷却至-150℃～-165℃后分为两股，分别进行节流，节流至3～5barg后为精馏塔提供冷量，之后复热至常温，再进行压缩冷却，形成氮气制冷循环。

优选的，氮气压缩至20～50barg后冷却至40℃，再预冷至5℃～15℃后进行冷却。

所述甲烷混合气、混合冷剂和氮气预冷所需要的冷量由冷冻水提供。

另外，本发明压缩天然气和液化天然气的产品比例按照需求进行调节，调节的比例为0:1-1:0。

二级精馏塔的工况调节通过调节塔釜液位、塔顶回流量、塔顶冷凝量来实现；混合冷剂的流量调节通过混合冷剂压缩机入口导叶或者入口调节阀的调节、混合冷剂压缩机的回流阀的调节、混合冷剂压缩机驱动源的大小来实现；混合冷剂组分的调节通过增加不同组分的冷剂量，实现冷剂组分的变化；氮气的流量调节通过氮气压缩机入口导叶或者入口调节阀的调节、氮气压缩机的回流阀的调节、氮气压缩机驱动源的大小来实现。

采用本发明方法制备的压缩天然气产品能够满足GB 17820-2012《天然气》中一类天然气的标准，相较于现行的采用吸附、膜分离等技术从甲烷混合气中分离提纯的压缩天然气产品仅能达到二类天然气标准而言，产品品质得到了极大的提升，属于优质的压缩天然气产品。

本发明相对于现有的液化天然气和压缩天然气分离提纯方法而言，其优点在于：

采用本发明方法相较于传统的吸附、分离方法单一制备压缩天然气产 品和深冷分离方法单一制备液化天然气产品而言，优点在于可以同时制备压缩天然气和液化天然气两种产品，且通过调节二级精馏塔的工况条件以及混合冷剂的流量和组分、氮气的流量，压缩天然气和液化天然气的比例可以通过控制手段进行大范围的调节。

采用本发明方法制备的压缩天然气产品相对于采用传统的吸附、膜分离等技术制备的压缩天然气产品来说，产品品质得到了极大地提升，达到了国标一类天然气的标准。尤其是采用塔釜出料这种方式得到的压缩天然气的产品品质更是达到了液化天然气的标准。

采用本发明方法制备压缩天然气相对于采用液化天然气加压汽化制备压缩天然气来说，得到压缩天然气产品品质同样较高，达到了液化天然气的标准。其优点在于，采用本发明方法进行制备的能耗更低，经济性更好。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的从甲烷混合气中同时制取压缩天然气和液化天然气的方法，其包括如下步骤：

1)对甲烷混合气进行预处理，去除其中水、二氧化碳，处理后的甲烷混合气中水的含量≤1ppm，二氧化碳含量≤50ppm。

2)处理后的甲烷混合气冷却至-120℃～-160℃后进入二级精馏塔为塔釜提供热量，之后再进一步冷却至-150℃～-165℃进入一级精馏塔进行精馏分离，在塔釜得到提浓的甲烷溶液，甲烷含量为80～99％摩尔百分比，塔顶产生的含有摩尔百分比80％以上的氢气的富氢尾气复热至常温；

3)甲烷溶液经过减压至5～10barg后进入二级精馏塔，再次进行精馏分离，在塔釜得到液化天然气粗产品，其纯度符合天然气一类标准，甲烷含量≥99％，经过过冷后，进一步节流减压至常压，成为液化天然气产品，其纯度符合天然气一类标准，甲烷含量≥99％；同时，二级精馏塔侧线出料或者塔釜出料得到压缩天然气粗产品，其纯度符合天然气一类标准，塔釜出料甲烷含量≥99％，侧线出料甲烷含量范围≥93％，复热至 常温后，再压缩至一定的压力，成为压缩天然气产品，其纯度符合天然气一类标准，塔釜出料产品甲烷含量范围≥99％，侧线出料产品甲烷含量范围≥93％；压缩天然气产品的压力为2～300barg；塔顶产生的含有80％以上的氮气的富氮尾气复热至常温。

进一步，步骤1)甲烷混合气预处理去除水采用吸附的方法脱除。

又，步骤1)甲烷混合气预处理去除二氧化碳采用化学吸收方法进行脱除即湿法脱碳和/或采用吸附方法进行脱除即干法脱碳。

优选的，步骤2)处理后的甲烷混合气先预冷至5～15℃。

另外，步骤2)中冷却甲烷混合气的冷量除了由复热的压缩天然气和两股富氮尾气提供之外，由混合冷剂提供；混合冷剂压缩至20～50barg后冷却至30℃～40℃，进行气液分离，气、液两相分别进行冷却，液相冷却至-30℃～-100℃后节流至2～6barg，气相冷却至-150℃～-165℃后节流至2～6barg，再进行换热提供冷量，被复热至常温后再进行压缩冷却，形成混合冷剂制冷循环。

优选的，混合冷剂压缩至20～50barg后冷却至30℃～40℃，再预冷至5℃～15℃后进行气液分离。

二级精馏塔的塔顶冷凝冷源均由液氮提供；氮气压缩至20～50barg后冷却至40℃，再进行冷却，冷却至-150℃～-165℃后分为两股，分别进行节流，节流至3～5barg后为精馏塔提供冷量，之后复热至常温，再进行压缩冷却，形成氮气制冷循环。

优选的，氮气压缩至20～50barg后冷却至40℃，再预冷至5℃～15℃后进行冷却。

所述甲烷混合气、混合冷剂和氮气预冷所需要的冷量由冷冻水提供。

另外，本发明压缩天然气和液化天然气的产品比例按照需求进行调节，调节的比例为0:1-1:0。

实施例

甲烷混合气经过湿法脱碳1，脱水2和干法脱碳3预处理，去除其中高沸点的组分水、二氧化碳。其中湿法脱碳1属于可选项，根据甲烷混合气中的二氧化碳含量来确定是否增加湿法脱碳。处理后的甲烷混合气中，水 的含量应≤1ppm，二氧化碳含量应≤50ppm。

处理好的甲烷混合气进入预冷单元4进行预冷，预冷至12℃后进入换热单元5进行冷却，冷却至-127℃后进入二级精馏塔6塔釜再沸器61为塔釜提供热量，之后再进入换热单元5中进一步冷却，冷却至-156℃后进入一级精馏塔7塔釜进行精馏分离，在塔釜得到提浓的甲烷溶液，甲烷溶液中甲烷组分的含量为99％，塔顶含80％以上氢气的富氢尾气经过换热单元5复热至常温。甲烷溶液经过节流阀V6减压至7barg后进入二级精馏塔6，再次进行精馏分离，在塔釜得到甲烷纯度为99.2％液化天然气粗产品，过冷至-162℃后，进一步由节流阀V1减压至常压，成为液化天然气产品；同时，二级精馏塔6侧线出料①或者塔釜出料②得到压缩天然气粗产品，采用①路线得到的压缩天然气粗产品中的甲烷含量≥93％，采用②路线得到的压缩天然气粗产品中的甲烷含量≥99％，经过换热单元5(换热器)复热至常温后，再经过天然气压缩单元8压缩至一定的压力，成为压缩天然气产品，具体的压力视压缩天然气产品的需求而定；塔顶含80％以上氮气的富氮尾气经过换热单元5(换热器)后复热至常温。

换热单元5所需要的冷量除了复热的压缩天然气和两股尾气之外，主要由混合冷剂提供。混合冷剂经过冷剂压缩单元9压缩至30barg后冷却至40℃，进入预冷单元4进行预冷，预冷至12℃后进入分液罐11进行气液分离，液相送至换热单元5(换热器)进行冷却，冷却至-50℃后由节流阀V4减压至4barg，再返回换热单元5，同时，气相也送至换热单元5进行冷却至-156℃后由节流阀V5减压至4barg，再返回换热单元5与返流的液相冷剂汇合，被复热至常温后再进入冷剂压缩单元9进行压缩冷却，形成冷剂制冷循环。

二级精馏塔6的塔顶(冷凝器62)冷源均由液氮提供。氮气经过氮气压缩单元10压缩至30barg后冷却至40℃，进入预冷单元4进行预冷，预冷至12℃后进入换热单元5进行冷却，冷却至-156℃后分为两股，一股通过节流阀V2减压至5barg进入二级精馏塔6为塔顶(冷凝器62)提供冷量，另一股通过节流阀V3减压至5barg进入一级精馏塔7为塔顶(冷凝器72)提供冷量，两股换热后的氮气汇合之后经过换热单元5换热后复热至常温，再进入氮气压缩单元10进行压缩冷却，形成氮气制冷循环。

预冷单元4的冷量由冷冻水提供，冷冻水进入预冷单元4换热后，复热至冷却水返回。是否采用预冷单元4由冷冻水条件确定，如本身具有冷冻水，或者具有制备冷冻水的条件，即可采用预冷单元，否则，处理好的甲烷混合气、混合冷剂和氮气均不经过预冷，直接进入换热单元5进行冷却。