煤制甲醇中合成氣深冷分離制LNG的流程研制

馬國英

身份證號碼：410522198704082023

煤制甲醇中合成氣深冷分離制LNG的流程研制

馬國英

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目前，國內烯烴生產主要基于石腦油裂解，因此可以說石油進口依存度有多高，烯烴工業的對外依存度就有多高。1993年開始，中國成為原油凈進口國，而甲醇作為烯烴的重要原料，煤化工是一項發展迅速、前景廣闊的產業。利用煤制甲醇，后續聯產烯烴，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，同時減少了溫室氣體的排放，屬于環保項目和資源綜合利用項目，對中國能源結構調整、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品分離和產品質量的關鍵環節，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

國內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伊吾縣淖毛湖工業園區投資67.5億元建成的一期年產120×104t甲醇，此裝置采用的混合劑制冷工藝，預冷段采用混合劑提供冷量，可以提供-158℃的冷源，然后通過低溫液氮為精餾塔提供-180℃的低溫冷源，配置混合劑制冷劑，系統操作比較復雜；新疆廣匯在淖毛湖工業園區的100×104t/a烯烴項目采用的是氮膨脹的液化工藝，本文主要對此工藝方法進行介紹。

1 設備應用

1.1 板翅式換熱器

換熱設備在合成氣深冷分離制LNG裝置中所占比例很大，屬于核心設備。由于深冷工藝要求換熱器流動阻力較小，單位體積和單位質量的傳熱面積大，因此選用質量小、傳熱面積大、流體通道多、結構緊湊的板翅式換熱器，配備杭氧開發的擁有專利技術的氣液均布器，使氣液兩相的流體在換熱器內分布均勻，達到充分換熱的目的。

1.2 精餾塔

低溫精餾塔是LNG純度及分離度的關鍵，工藝方法中采用的精餾塔內件的類型是350Y型規整填料，在正常的操作過程中，氣體經過氣體分布器后，進入精餾塔與液相逆行接觸，在填料的表面上，兩相接觸，發生傳質，氣相是連續相，液相是分散相。正常操作中壓降是傳統篩板塔的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，在操作過程中，氣體自下而上流動，以鼓泡的形式經過塔板，在經過塔板后，與塔板上的液體進行接觸，實現物質的交換過程，即傳質。浮閥塔板制造方便，效率高，操作彈性一般較大，可以同時滿足氣液相70%～110%的操作彈性范圍。

1.3 動設備

動設備往往是決定一套裝置能夠穩定長久運行的關鍵。本裝置機械部分主要包括氮氣壓縮機和氮氣透平膨脹機。氮氣壓縮機作為整個氮氣循環回路過程中的增壓器，采用全凝式汽輪機驅動，選用的是杭氧透平生產的技術，成熟可靠的產品，滿足能耗低、效率高、使用壽命長、調節范圍寬的要求；膨脹機作為整個系統的主要冷量來源，依靠膨脹制冷，代替焦爾-湯姆遜節流效應，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

氮氣膨脹制冷工藝與混合冷劑制冷工藝相比，前者具有流程簡單、工藝設備少、操作方便、日常消耗費用低等優點。雖然前者能耗比混合冷劑流程高，但針對本文依托的項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，采用帶氮氣膨脹機的膨脹制冷工藝更加合適。

2.2 流程分析

原料氣來自于甲醇洗工藝產生氣，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下，微量的CO2、H2O、CH3OH會造成低溫結冰而產生凍結管道的危險，因此，需要對原料氣進行預處理，一般采用分子篩進行吸附處理。一般需要達到二氧化碳含量≤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。

經過凈化后的原料氣進入LNG分離系統，首先原料經過E01、E02、E03、E04換熱器后，溫度降至-162℃，進入合成氣精餾塔T01的底部進行分離，塔頂是氮氣提供冷量，塔頂出來的氣體是富含氫氣的氣體，該氣體經過E04換熱器回收冷量后進入下一個合成工藝。T02塔底的氣體中富含甲烷，經過換熱器后溫度達到-162℃，節流去LNG儲罐儲存。

合成氣深冷分離制LNG裝置的冷源主要由循環氮氣回路的節流膨脹制冷工藝提供，低壓氮氣由氮氣壓縮機C1及氮氣透平膨脹機組ET1的增壓端增壓到4.7MPa，進入換熱器E01預冷至-75℃后進入甲烷精餾塔的再沸器E07，被冷卻至-90℃，進入換熱器E02繼續冷卻至-113.5℃。此時約97%的氮氣被抽出去氮氣透平膨脹機組的膨脹端進行膨脹制冷，降溫、降壓至-177.8℃、0.46MPa后進入液氮分離罐V03；還有3%的氮氣繼續經換熱器E03、E04冷卻到-162℃，再節流制冷產生液相，然后在液氮分離罐V03處匯合。分離出的液相進入合成氣精餾塔的冷凝器E05，為塔頂回流提供冷量，蒸發后的氣相與分離后的氣相混合后返回換熱器E04調整溫位，復溫至-164.5℃后進入甲烷精餾塔的冷凝器E06，為塔頂回流液提供冷量，釋放冷量后返回換熱器E03、E02、E01進行冷量回收，復溫后的低壓氮氣返回氮氣壓縮機組的入口，完成一次制冷循環。

2.3 結果

氮氣透平機膨脹機選用增壓透平機機組的形式，用膨脹制冷提供冷量，制冷效率高，對于等熵效率較高的膨脹機，制冷效果明顯提高。氮氣壓縮機選用離心式，排氣量和壓力穩定，維修量較少，不需要備機。采用雙塔冷卻制備LNG，配置板翅式換熱器，采用氮氣膨脹制冷工藝，具有能夠提供低溫位(-178℃)，還能夠適應變工況操作條件。無論是從能耗、設備投資還是操作性上考慮，采用氮氣膨脹制冷、雙塔提取LNG工藝比較經濟、可靠。

綜上所述，本文通過對氮氣膨脹制冷工藝及雙塔制備LNG工藝的介紹，以及對氮氣膨脹制冷工藝與混合劑制冷工藝的比較，表明利用此種方式進行深冷分離LNG具有高效性，可以實現甲醇合成氣的凈化。

[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，周勇.從煤制甲醇合成氣中回收LNG技術的開發[J].深冷技術，2014，07：52-55.