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合成氣的凈化分離裝置和方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510514031.3

申請日:

2015.08.20

公開號:

CN105066585A

公開日:

2015.11.18

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F25J 3/02申請日:20150820|||公開
IPC分類號: F25J3/02 主分類號: F25J3/02
申請人: 上海堯興投資管理有限公司
發明人: 陸歡慶; 周懷祖; 李杰; 劉斌; 周琦; 劉紅艷; 楊守青; 孫永才; 張滋生; 李錕; 李冬陽; 吳龍; 王宗良
地址: 200131上海市浦東新區自由貿易試驗區加太路29號2號樓西部404-A12
優先權:
專利代理機構: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201 代理人: 李志東
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510514031.3

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.06.19|||2015.12.16|||2015.11.18

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了合成氣的凈化分離裝置和方法。其中,合成氣的凈化分離裝置包括:換熱器組、甲烷塔再沸器、第二合成氣返回管路、氣液分離器、洗滌塔、第一氣相管路、甲烷塔、液相管路、富甲烷液體管路和第二氣相管路。本發明的裝置,無需外部提供冷源,就可實現含甲烷合成氣的精制,同時最大限度的回收其中的甲烷,得到高純度甲烷產品,并且,裝置的結構簡單、投資和運行成本低,穩定性好,處理效率高。

權利要求書

1.一種合成氣的凈化分離裝置,所述合成氣含有甲烷,其特征在于,包括:
換熱器組,用于對所述合成氣進行第一換熱處理,以便得到冷卻的第一合成氣;
甲烷塔再沸器,所述甲烷塔再沸器與所述換熱器組相連,用于將所述第一合成氣進行降
溫處理,以便得到第二合成氣和熱量;
第二合成氣返回管路,所述第二合成氣返回管路與所述換熱器組和所述甲烷塔再沸器相
連,用于將所述第二合成氣輸送至所述換熱器組,利用所述換熱器組進行第二換熱處理,以
便使所述第二合成氣中的甲烷液化,得到氣液混合物;
氣液分離器,所述氣液分離器與所述換熱器組相連,用于將所述氣液混合物進行分離處
理,以便得到氣相和液相;
洗滌塔,所述洗滌塔與所述氣液分離器和所述換熱器組相連,用于對所述氣相進行洗滌
處理,以便得到凈化后的氣相;
第一氣相管路,所述第一氣相管路與所述洗滌塔和所述換熱器組相連,用于將所述凈化
后的氣相輸送至所述換熱器組,利用所述換熱器組進行第三換熱處理,以便得到復熱的氣相;
甲烷塔,所述甲烷塔與所述氣液分離器、所述甲烷塔再沸器、所述洗滌塔和所述換熱器組相
連,用于對所述液相進行第一精餾處理,以便得到精餾后的液相和精餾后的氣相;
液相管路,所述液相管路與所述甲烷塔和所述甲烷塔再沸器相連,用于將所述精餾后的
液相輸送至所述甲烷塔再沸器,利用所述熱量進行加熱蒸發和第二精餾處理,以便得到富甲
烷液體,再將所述富甲烷液體返回所述甲烷塔;
富甲烷液體管路,所述富甲烷液體管路與所述甲烷塔和所述換熱器組相連,用于將所述
富甲烷液體輸送至所述換熱器組,利用所述換熱器組進行第四換熱處理,以便獲得甲烷氣;
以及
第二氣相管路,所述第二氣相管路與所述甲烷塔和所述換熱器組相連,用于將所述精餾
后的氣相輸送至所述換熱器組,利用所述換熱器組進行第五換熱處理,以便獲得燃料氣。
2.根據權利要求1所述的裝置,其特征在于,進一步包括:
預處理單元,用于對所述合成氣進行預處理,去除所述合成氣中的雜質,以便得到凈化
后的合成氣。
3.根據權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述換熱器組包括第一換熱器和第二換
熱器,
任選地,第一換熱器和第二換熱器均為板翅式換熱器。
4.根據權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述洗滌塔和甲烷塔為板式塔或填料塔,
任選地,所述甲烷塔再沸器為內置式熱虹吸再沸器或外置式熱虹吸再沸器。
5.根據權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述甲烷塔進一步包括:
冷凝器,所述冷凝器設置在所述甲烷塔的上部,用于對所述精餾后的氣相進行冷凝處理,
使所述精餾后的氣相中的甲烷冷凝液化,并回流與所述富甲烷液體混合。
6.根據權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述氣液分離器與所述甲烷塔通過節流
減壓閥進行連接。
7.一種利用權利要求1~6任一項所述的裝置凈化分離合成氣的方法,所述合成氣含有
甲烷,其特征在于,包括:
利用換熱器組對所述合成氣進行第一換熱處理,以便得到冷卻的第一合成氣;
利用甲烷塔再沸器將所述第一合成氣進行降溫處理,以便得到降溫后的第二合成氣和熱
量,其中,所述熱量為甲烷塔供熱;
利用換熱器組將所述第二合成氣進行第二換熱處理,使所述第二合成氣中的甲烷液化,
以便得到氣液混合物;
利用氣液分離器將所述氣液混合物進行分離處理,以便得到氣相和液相;
利用洗滌塔對所述氣相進行洗滌處理,以便得到凈化后的氣相;
利用所述換熱器組對所述凈化后的氣相進行第三換熱處理,以便得到復熱的氣相;
利用甲烷塔對所述液相進行第一精餾處理,以便得到精餾后的液相和精餾后的氣相;
利用甲烷再沸器將所述精餾后的液相進行加熱蒸發和第二精餾處理,以便得到富甲烷液
體;
利用所述換熱器組將所述富甲烷液體進行第四換熱處理,以便獲得所述甲烷氣;以及
利用所述換熱器組將所述精餾后的氣相進行第五換熱處理,以便獲得燃料氣。
8.根據權利要求7所述的方法,其特征在于,進一步包括
利用所述換熱器組對高壓氮氣進行所述第六換熱處理,以便得到液氮;
利用所述液氮的一部分進行所述洗滌處理,以便得到凈化后的氣相;
將所述液氮的一部分加入所述氣相中,以便得到配氮氣相,其中,所述配氮氣相中氫氣
和氮氣的體積比為(2.8~3.2):1,優選地,為3:1;以及
利用所述液氮的一部分對所述精餾后的氣相進行冷凝處理,以便使所述精餾后的氣相中
的甲烷冷凝液化,并回流與所述富甲烷液體混合,
任選地,將所述洗滌塔塔底的部分液體回流至所述甲烷塔內,并與所述富甲烷液體混合。
9.根據權利要求7所述的方法,其特征在于,進一步包括:
對所述合成氣進行預處理,去除所述合成氣中的雜質,以便得到凈化后的合成氣。
10.根據權利要求7所述的方法,其特征在于,
所述第一合成氣的溫度為-100~-140℃;
所述第二合成氣的溫度為-110~-150℃;
所述氣液混合物的溫度為-170~-190℃。

說明書

合成氣的凈化分離裝置和方法

技術領域

本發明涉及化工領域,具體地,涉及合成氣的凈化分離裝置和方法。

背景技術

HYGAS氣化技術是一種先進的粉煤流化床氣化技術,具有能夠處理劣質煤、聯產輕質
芳烴和聯產甲烷產量大的特點。HYGAS氣化生產的合成氣因富含甲烷的特點,是作為煤制
天然氣氣化技術的最佳選擇。而其煤種適應性強、聯產芳烴的特點又使其具有廣泛地域應用
優勢。為滿足不同地區產業布局及不同用戶企業的發展方向,將HYGAS氣化合成氣中的甲
烷分離,提高合成氣(氫氣+氮氣混合氣或氫氣+一氧化碳混合氣)純度,降低其中的甲烷含
量,使之成為化學合成反應的原料氣,生產合成化學品,使之擁有更多的用途迫在眉睫。實
踐證明,如果合成氣壓力較高,通過變壓吸附等干法凈化方法來去除甲烷等惰性氣體并非上
佳選擇。

因此,高壓的含甲烷的合成氣的凈化分離方法有待研究。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此,本發明的一個目的在于提
出一種利用深冷法凈化煤氣化的含甲烷合成氣的裝置和方法,在制得合格合成氣的同時,也
獲得了高純度甲烷產品。

根據本發明的一個方面,本發明提供了一種合成氣的凈化分離裝置。根據本發明的實施
例,包括:換熱器組,用于對所述合成氣進行第一換熱處理,以便得到冷卻的第一合成氣;
甲烷塔再沸器,所述甲烷塔再沸器與所述換熱器組相連,用于將所述第一合成氣進行降溫處
理,以便得到第二合成氣和熱量;第二合成氣返回管路,所述第二合成氣返回管路與所述換
熱器組和所述甲烷塔再沸器相連,用于將所述第二合成氣輸送至所述換熱器組,利用所述換
熱器組進行第二換熱處理,以便使所述第二合成氣中的甲烷液化,得到氣液混合物;氣液分
離器,所述氣液分離器與所述換熱器組相連,用于將所述氣液混合物進行分離處理,以便得
到氣相和液相;洗滌塔,所述洗滌塔與所述氣液分離器和所述換熱器組相連,用于對所述氣
相進行洗滌處理,以便得到凈化后的氣相;第一氣相管路,所述第一氣相管路與所述洗滌塔
和所述換熱器組相連,用于將所述凈化后的氣相輸送至所述換熱器組,利用所述換熱器組進
行第三換熱處理,以便得到復熱的氣相;甲烷塔,所述甲烷塔與所述氣液分離器、所述甲烷
塔再沸器、所述洗滌塔和所述換熱器組相連,用于對所述液相進行第一精餾處理,以便得到
精餾后的液相和精餾后的氣相;液相管路,所述液相管路與所述甲烷塔和所述甲烷塔再沸器
相連,用于將所述精餾后的液相輸送至所述甲烷塔再沸器,利用所述熱量進行加熱蒸發和第
二精餾處理,以便得到富甲烷液體;富甲烷液體管路,所述富甲烷液體復熱管路與所述甲烷
塔再沸器和所述換熱器組相連,用于將所述富甲烷液體輸送至所述換熱器組,利用所述換熱
器組進行第四換熱處理,以便獲得甲烷氣;第二氣相管路,所述第二氣相管路與所述甲烷塔
和所述換熱器組相連,用于將所述精餾后的氣相輸送至所述換熱器組,利用所述換熱器組進
行第五換熱處理,以便獲得燃料氣。

根據本發明實施例的裝置,無需外部提供冷源,就可實現含甲烷合成氣的精制,同時最
大限度的回收其中的甲烷,得到高純度甲烷產品,并且,裝置的結構簡單、投資和運行成本
低,穩定性好,處理效率高。

另外,根據本發明上述實施例的合成氣的凈化分離裝置還可以具有如下附加的技術特
征:

根據本發明的實施例,該裝置進一步包括:預處理單元,用于對所述合成氣進行預處理,
去除所述合成氣中的雜質,以便得到凈化后的合成氣。

根據本發明的實施例,所述換熱器組包括第一換熱器和第二換熱器。

根據本發明的實施例,第一換熱器和第二換熱器均為板翅式換熱器。

根據本發明的實施例,所述洗滌塔和甲烷塔為板式塔或填料塔。

根據本發明的實施例,所述甲烷塔再沸器為內置式熱虹吸再沸器或外置式熱虹吸再沸
器。

根據本發明的實施例,所述甲烷塔進一步包括:冷凝器,所述冷凝器設置在所述甲烷塔
的上部,用于對所述精餾后的氣相進行冷凝處理,使所述精餾后的氣相中的甲烷冷凝液化,
并回流與所述富甲烷液體混合。根據本發明的實施例,所述氣液分離器與所述甲烷塔通過節
流減壓閥進行連接。

根據本發明的另一方面,本發明提供了一種利用前述的裝置凈化分離合成氣的方法,所
述合成氣含有甲烷。根據本發明的實施例,該方法包括:利用換熱器組對所述合成氣進行第
一換熱處理,以便得到冷卻的第一合成氣;利用甲烷塔再沸器將所述第一合成氣進行降溫處
理,以便得到降溫后的第二合成氣和熱量,其中,所述熱量為甲烷塔供熱;利用換熱器組將
所述第二合成氣進行第二換熱處理,使所述第二合成氣中的甲烷液化,以便得到氣液混合物;
利用氣液分離器將所述氣液混合物進行分離處理,以便得到氣相和液相;利用洗滌塔對所述
氣相進行洗滌處理,以便得到凈化后的氣相;利用所述換熱器組對所述凈化后的氣相進行第
三換熱處理,以便得到復熱的氣相;利用甲烷塔對所述液相進行第一精餾處理,以便得到精
餾后的液相和精餾后的氣相;利用甲烷再沸塔將所述精餾后的液相進行加熱蒸發和第二精餾
處理,以便得到富甲烷液體;利用所述換熱器組將所述富甲烷液體進行第四換熱處理,以便
獲得所述甲烷氣;以及利用所述換熱器組將所述精餾后的氣相進行第五換熱處理,以便獲得
燃料氣。

根據本發明實施例的方法,無需外部提供冷源,就可實現含甲烷合成氣的精制,同時最
大限度的回收其中的甲烷,得到高純度甲烷產品,并且,該方法的操作簡單、投資和運行成
本低,安全性好,處理效率高。

根據本發明的實施例,該方法進一步包括:對所述合成氣進行預處理,去除所述合成氣
中的雜質,以便得到凈化后的合成氣。

根據本發明的實施例,所述第一合成氣的溫度為-100~-140℃;所述第二合成氣的溫度
為-110~-150℃;所述氣液混合物的溫度為-170~-190℃。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明
顯,或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和
容易理解,其中:

圖1顯示了根據本發明一個實施例的合成氣的凈化分離裝置的結構示意圖;

圖2顯示了根據本發明一個實施例的凈化分離合成氣的方法流程示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例,所述實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或
類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的
實施例是示例性的,僅用于解釋本發明,而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中,術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、
“豎直”、“水平”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關
系,僅是為了便于描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作,因此不能理
解為對本發明的限制。

需要說明的是,術語“第一”、“第二”僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對
重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以
明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。進一步地,在本發明的描述中,除非另有說明,
“多個”的含義是兩個或兩個以上。

根據本發明的一個方面,本發明提供了一種合成氣的凈化分離裝置。參考圖1,根據本
發明的實施例,對本發明的合成氣的凈化分離裝置進行解釋說明,圖中箭頭的方向為物體流
動的方向,該裝置包括:換熱器組100、甲烷塔再沸器200、第二合成氣返回管路800、氣
液分離器300、洗滌塔400、第一氣相管路900、甲烷塔500、液相管路1100、富甲烷液體
管路1200和第二氣相管路1300,其中,換熱器組100用于對合成氣進行第一換熱處理,得
到冷卻的第一合成氣;甲烷塔再沸器200與換熱器組100相連,用于將第一合成氣進行降溫
處理,得到第二合成氣和熱量;第二合成氣返回管路800與換熱器組100和甲烷塔再沸器
200相連,用于將第二合成氣輸送至換熱器組100,利用換熱器組進行第二換熱處理,使第
二合成氣中的甲烷液化,得到氣液混合物;氣液分離器300與換熱器組100相連,用于將氣
液混合物進行分離處理,得到氣相和液相;洗滌塔400與氣液分離器300和換熱器組100相
連,用于對氣相進行洗滌處理,得到凈化后的氣相;第一氣相管路900與洗滌塔400和換熱
器組100相連,用于將凈化后的氣相輸送至換熱器組100,利用換熱器組100進行第三換熱
處理,以便得到復熱的氣相;甲烷塔500與氣液分離器300、甲烷塔再沸器200和換熱器組
100相連,用于對液相進行第一精餾處理,得到精餾后的液相和精餾后的氣相;液相管路1100
與甲烷塔500和甲烷塔再沸器200相連,用于將精餾后的液相輸送至甲烷塔再沸器200,利
用第一合成氣進行降溫處理產生的熱量進行加熱蒸發和第二精餾處理,得到富甲烷液體,再
將富甲烷液體返回甲烷塔500;富甲烷液體管路1200與甲烷塔500和換熱器組100相連,
用于將富甲烷液體輸送至換熱器組100,利用換熱器組100進行第四換熱處理,獲得甲烷氣,
該甲烷氣為復熱的甲烷氣;第二氣相管路1300與甲烷塔500和換熱器組100相連,用于將
精餾后的氣相輸送至換熱器組100,利用換熱器組100進行第五換熱處理,獲得燃料氣,該
燃料氣為復熱的燃料氣。

其中,需要說明的是,本發明的換熱器組100中含有多條換熱通道,保證不同產品在不
同的換熱通道中進行換熱,不僅換熱效率高,而且避免不同產品間的污染。

根據本發明實施例的裝置,無需外部提供冷源,利用換熱處理,對合成氣進行深冷分離,
實現能源的合理利用,并且可以對含甲烷合成氣進行精制,同時最大限度的回收其中的甲烷,
得到高純度甲烷產品,并且,本發明的裝置的結構簡單、投資和運行成本低,穩定性好,處
理效率高。

在本發明中使用術語"深冷性分離"、“深冷分離”表示混合物通過使用低于在操作壓力
下從該混合物冷凝至少一種組分所要求的溫度的最低溫度下進行運行的分離方法(例如冷
凝、蒸餾和/或分餾)進行分離。通常,所述最低溫度將低于-60℉(-50℃),優選地低于
-150℉(-100℃)。

根據本發明的實施例,合成氣是由粉煤氣化得到的。由此,合成氣中甲烷含量高。

根據本發明的實施例,該裝置進一步包括:預處理單元600,用于對所述合成氣進行預
處理,去除所述合成氣中的雜質,以便得到凈化后的合成氣。由此,通過預處理,去除合成
氣中的水份、二氧化碳和甲醇等雜質,進而,得到的燃料氣和甲烷氣的純度更高,適合冷箱
處理,避免冷箱中設備堵塞或損壞。

根據本發明的一些實施例,預處理單元600包括吸附器和粉塵過濾器。根據本發明的一
些實施例,吸附器為分子篩吸附器。根據本發明的具體實施例,預處理單元包括兩臺分子篩,
當一臺運行時,合成氣進入在線的分子篩器床層,水分、二氧化碳、甲醇等通過床層時被吸
入床體,另一臺則處于再生循環,冷卻和待用,由來自界外的氮氣通過蒸汽加熱器加熱后進
行再生。其中,再生使用低壓氮氣或其他氣體進行的,經過再生氣蒸汽加熱器加熱,加熱后
的低壓氮氣經過分子篩,去除飽和床的水分、CO2及其它吸附的雜質,然后,再生氣體在安
全位置放空,同時,經分子篩干燥的合成氣離開在線分子篩,經過粉塵過濾器,然后進入冷
箱進行深冷凈化分離處理。

根據本發明的實施例,利用換熱器組100對高壓氮氣進行換熱降溫處理,得到液氮,該
液氮分為三股,一股作為洗滌塔頂400的洗滌液對合成氣進行洗滌精制;一股經換熱器組進
入合成氣管線,對氣相進行配氮,氣相中氮氣和氫氣的體積比為(2.8~3.2):1,優選地,為
3:1;一股(少量)進入冷凝器900對甲烷塔500出口氣相進行冷卻降溫,產生回流液,增
加甲烷氣回收率。由此,利用高壓氮氣液化作為冷源,基本不用裝置外部提供冷源,就可實
現含甲烷合成氣的精制,同時最大限度的回收了其中的甲烷,得到高純度甲烷產品。

根據本發明的實施例,換熱器組100包括第一換熱器110和第二換熱器120。由此,換
熱效率高,效果好,尤其是,對合成氣進行換熱冷卻降溫的溫度低,深冷分離的效果好。

根據本發明的實施例,第一換熱器110和第二換熱器120均為板翅式換熱器。由此,換
熱效率更高,效果更佳,尤其是,對合成氣進行換熱冷卻降溫處理的溫度低,占地少,造價
低,深冷分離的效果好,甲烷的回收率高,得到的燃料氣和甲烷氣的純度高。

根據本發明的實施例,洗滌塔400和甲烷塔500為板式塔或填料塔。由此,在滿足洗滌、
精餾效果的同時,根據處理氣量的大小,操作彈性、阻力降等的要求,實現洗滌塔400和甲
烷塔500采用相應塔型的最佳組合。

根據本發明的實施例,甲烷塔再沸器200為內置式熱虹吸再沸器或外置式熱虹吸再沸
器。由此,合成氣的分離效果好,設備布置緊湊難度低,有利于大規格的裝置的安裝布置。

根據本發明的實施例,甲烷塔500進一步包括:冷凝器510,所述冷凝器設置在所述甲
烷塔的上部,用于對所述精餾后的氣相進行冷凝處理,使所述精餾后的氣相中的甲烷冷凝液
化,并回流與所述富甲烷液體混合。由此,對為深冷液化的甲烷進一步進行冷凝處理,得到
液化的甲烷,從而,甲烷的回收率高,燃料氣中的甲烷含量低。此外,也可以將洗滌塔400
塔底的部分液體回流至甲烷塔500內,并與富甲烷液體混合。由此,將洗滌塔中液化的甲烷
返回甲烷塔,從而,甲烷的回收率高,燃料氣中的甲烷含量低。

根據本發明的實施例,氣液分離器300為氣液分離器或閃蒸罐。由此,充分將液相從氣
液混合物中分離,避免液相損失。

根據本發明的實施例,所述氣液分離器與所述甲烷塔通過節流減壓閥700進行連接。由
此,通過減壓節流,在獲得更低溫度物流的同時,原溶解在液態甲烷中的氮氣、氬氣、一氧
化碳、氫氣等解析出來,提高了富甲烷氣的純度。

根據本發明的另一方面,本發明提供了一種利用前述的裝置凈化分離合成氣的方法,所
述合成氣含有甲烷。參考圖2,根據本發明的實施例,對該法進行解釋說明,該方法包括:

S100第一換熱處理

根據本發明的實施例,利用換熱器組對所述合成氣進行第一換熱處理,得到冷卻的第一
合成氣。由此,將待冷卻的合成氣與凈化分離凈化處理的待復熱的氣體進行換熱處理,對合
成氣進行冷卻,無需外部冷源,實現了能量的合理、高效利用。根據本發明的一些實施例,
第一合成氣的溫度為-100~-140℃。

根據本發明的實施例,該方法進一步包括:在第一換熱處理前,對所述合成氣進行預處
理,去除所述合成氣中的雜質,以便得到凈化后的合成氣,該合成氣適合冷箱處理。由此,
通過預處理,去除合成氣中的水份、二氧化碳和甲醇等雜質,進而,避免了上述介質在冷箱
內積累、凝結和堵塞設備或損壞設備。

根據本發明的實施例,利用換熱器組對高壓氮氣進行換熱降溫處理,得到液氮,該液氮
分為三股,一股作為洗滌塔頂400的洗滌液對合成氣進行洗滌精制;一股經換熱器組進入合
成氣管線,對氣相進行配氮,氣相中氮氣和氫氣的體積比為(2.8~3.2):1,優選地,為3:1;
一股(少量)進入冷凝器510對甲烷塔500出口冷凝液冷卻降溫,產生回流液,增加甲烷氣
回收率。由此,利用高壓氮氣液化作為冷源,基本不用裝置外部提供冷源,就可實現含甲烷
合成氣的精制,同時最大限度的回收了其中的甲烷,得到高純度甲烷產品。

S200降溫處理

根據本發明的實施例,利用甲烷塔再沸器將第一合成氣進行降溫處理。得到降溫后的第
二合成氣和熱量,其中,該熱量為甲烷塔供熱。由此,利用第一合成氣在降溫處理釋放的熱
量,為甲烷塔供熱,實現了能量的合理、高效利用。根據本發明的一些實施例,所述第二合
成氣的溫度為-110~-150℃。

S300第二換熱處理

根據本發明的實施例,利用換熱器組將第二合成氣進行第二換熱處理,使第二合成氣中
的甲烷液化,得到氣液混合物。由此,再次利用換熱器組進行換熱降溫處理,利用甲烷與其
它氣體的液化溫度差,使第二合成氣中的甲烷液化。根據本發明的一些實施例,氣液混合物
的溫度為-170~-190℃。

S400分離處理

根據本發明的實施例,利用氣液分離器將氣液混合物進行分離處理,以便得到氣相和液
相。由此,從氣液混合物分離得到液相,該液相為甲烷。

S500洗滌處理

根據本發明的實施例,利用洗滌塔對所述氣相進行洗滌處理,以便得到凈化后的氣相。
由此,氣相的純度高。

根據本發明的一些實施例,氣相含有氮氣和氫氣,且氫氣:氮氣的體積比大于3:1。

根據本發明的一些實施例,利用液氮進行洗滌處理。由此,氣相的純度高,且不引入雜
質,并向氣相中添加了氮氣,使氣相中氮氣和氫氣的體積比接近1:3。

S600第三換熱處理

根據本發明的實施例,利用換熱器組對凈化后的氣相進行第三換熱處理,得到復熱的氣
相。由此,利用常溫的待冷卻合成氣對氣相通過換熱對氣相進行復熱,實現了能量的合理、
高效利用。

根據本發明的一些實施例,在利用換熱器組對凈化后的氣相進行第三換熱處理時,可以
利用該換熱器組內其他通道的氮氣對該氣相進行配氣,使氮氣和氫氣的體積比為(2.8~3.2):
1,優選地,為3:1。

S700第一精餾處理

根據本發明的實施例,利用甲烷塔對液相進行第一精餾處理,得到精餾后的液相和精餾
后的氣相。由此,液相和氣相的純度更高,進而甲烷氣和燃料氣的純度更高。

S800加熱蒸發和第二精餾處理

根據本發明的實施例,利用甲烷再沸器將所述精餾后的液相進行加熱蒸發和第二精餾處
理,以便得到富甲烷液體。由此,對液相進一步純化,得到的富甲烷液體中甲烷含量更高。

根據本發明的一些實施例,富甲烷液體中甲烷含量不低于96%。

S900第四換熱處理

根據本發明的實施例,利用換熱器組將富甲烷液體進行第四換熱處理,以便獲得甲烷氣,
該甲烷氣為復熱的甲烷氣。由此,利用常溫的待冷卻合成氣對富甲烷液體通過換熱器組進行
復熱,得到常溫的甲烷氣,實現了能量的合理、高效利用。

S1000第五換熱處理

根據本發明的實施例,利用所述換熱器組將所述精餾后的氣相進行第五換熱處理,以便
獲得燃料氣,該燃料氣為復熱的燃料氣。由此,利用常溫的待冷卻合成氣對氣相通過換熱器
組進行復熱,得到常溫的燃料氣,實現了能量的合理、高效利用。

根據本發明的一些實施例,精餾后的氣相包括氮氣、甲烷、氫氣和一氧化碳。

根據本發明實施例的方法,無需外部提供冷源,就可實現含甲烷合成氣的精制,同時最
大限度的回收其中的甲烷,得到高純度甲烷產品,并且,該方法的操作簡單、投資和運行成
本低,安全性好,處理效率高。

根據本發明的實施例,該方法進一步包括:對所述合成氣進行預處理,去除所述合成氣
中的雜質,以便得到凈化后的合成氣,該合成氣適合冷箱處理。

根據本發明的實施例,所述第一合成氣的溫度為-100~-140℃;所述第二合成氣的溫度
為-110~-150℃;所述氣液混合物的溫度為-170~-190℃。

下面參考具體實施例,對本發明進行說明,需要說明的是,這些實施例僅僅是說明性的,
而不能理解為對本發明的限制。

實施例1

利用合成氣的凈化分離裝置對煤氣化的合成氣進行凈化分離處理,并利用分離得到的氫
氮合成氣合成氨,其中,該煤氣化的合成氣的組分為:氫氣78%、甲烷19%、氮氣0.1%、
一氧化碳2%、氬氣0.1%和乙烷1%。同時,通過深冷和液氮洗滌的方法對煤氣化的合成氣
進行精制并獲得高純度甲烷產品,其中,凈化分離裝置的結構如圖1所示,利用該裝置對合
成氣進行凈化分離處理的步驟如下:

(1)利用預處理單元對合成氣進行預處理,去除合成氣中的水分、二氧化碳、甲醇和
灰塵等雜質,得到干燥的適合冷箱處理的合成氣。

(2)干燥的合成氣進入換熱器110通道B3,溫度降至-110~-140℃。同時,高壓氮氣(壓
力高于進口煤氣化合成氣壓力)依次通過換熱器120通道A5、換熱器110通道B6,溫度降
至-170~-190℃,氮氣液化為液氮,其中,小部分液氮作為洗滌塔塔頂洗滌液進入洗滌塔400,
大部分液氮在合成氣經過換熱器110時通過通道B8配入一定量的氮,成為合格的氫氮合成
氣送出,少部分液氮作為冷媒進入甲烷塔500頂冷凝器510,給塔頂冷凝器510提供冷量后,
經過換熱器110通道B1、換熱器120通道A1復熱成常溫后,排入大氣。

(3)步驟(2)得到的合成氣入甲烷塔再沸器200,給甲烷塔500提供蒸發熱量,自身
被冷卻為-120~-150℃,隨后進入換熱器110的通道B7,溫度降至-170~-190℃,此時氣化合
成氣中絕大部分的甲烷液化,得到氣液混合介質。

(4)氣液混合介質進入氣液分離罐300中部入口,氣液分離罐300的上端出口與洗滌
塔400下部入口連通,氣液分離罐300分離出的氣相進入洗滌塔400,經過液氮洗滌得到精
制凈化氣(H2:N2體積比大于3:1),精制氣經過換熱器110通道B5、換熱器120通道A4
復熱為常溫,在合成氣經過換熱器110時,通過通道B8配入一定量的氮,成為合格的氫氮
合成氣(12)送出,其中,氫氮合成氣中H2:N2體積比=3:1。

(5)氣液分離罐300的下端出口經過節流減壓閥700與甲烷塔500中部連通,氣液分
離罐300中的液體經過節流,進入甲烷塔500,經過甲烷塔再沸器200的加熱蒸發及精餾分
離,在甲烷塔500底部得到純度很高的富甲烷液體,該富甲烷液體中CH4%>96%。

(6)甲烷塔500底部液態甲烷經過節流閥700減壓節流膨脹后,經過換熱器110通道
B4、換熱器120通道A3復熱至常溫后后作為甲烷氣產品外送,甲烷氣產品中,甲烷+乙烷
≥98%。

(7)甲烷塔500頂部的氣相經塔頂冷凝器510換熱,部分氣相液化,作為回流液流回
甲烷塔500塔頂。甲烷塔500頂部不凝氣經換熱器110通道B2、換熱器120通道A2復熱成
常溫后作為燃料氣外送,該燃料氣組份中甲烷含量小于1%。

在本說明書的描述中,參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、
或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包
含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中,對上述術語的示意性表述不一定指
的是相同的實施例或示例。而且,描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個
或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例,本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本
發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型,本發明的
范圍由權利要求及其等同物限定。

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合成氣 凈化 分離 裝置 方法
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