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1、(10)申请公布号 CN 102942972 A (43)申请公布日 2013.02.27 CN 102942972 A *CN102942972A* (21)申请号 201210458502.X (22)申请日 2012.11.14 C10L 3/08(2006.01) (71)申请人 中国电子工程设计院 地址 100840 北京市海淀区万寿路 27 号 (72)发明人 梅安华 李红凯 刘冲 王秋明 吴卫兵 (74)专利代理机构 北京双收知识产权代理有限 公司 11241 代理人 王菲 (54) 发明名称 利用焦炉煤气生产液化天然气的方法 (57) 摘要 本发明涉及一种利用焦炉煤气生产液化天。
2、然 气的方法， 是向焦炉煤气中加入煤气化工厂或冶 炼厂排放的具有一定压力的废气、 尾气， 形成混合 煤气， 所述混合煤气中 H2与 CO 的摩尔比为 3 3.21或H2与CO2的摩尔比为44.21， 然后 将所述混合煤气净化后进行甲烷化反应。其克服 LNG 产品中氢过剩的缺陷， 采用配气法生产 LNG， 将过剩的 H2转化成 CH4， 转化后的气体增加了 CH4 含量， 同时不含H2。 另使用PSA回收放空气中CH4， 返回到焦炉气中循环利用。 达到节能、 环保、 增产、 增效的目的。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权。
3、局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种利用焦炉煤气生产液化天然气的方法， 其特征在于 ： 包括以下步骤 ： （1） 焦炉煤气除尘、 除焦油并升压至 24.2MPa ； （2） 混合所述焦炉煤气和除尘、 除焦油后的来自煤气化工厂的煤气或冶炼工厂的尾气 或石灰工厂的窑气 ； 并使混合后的混合煤气中 H2与 CO 的摩尔比为 33.2 ： 1 或 H2与 CO2的 摩尔比为 44.2 ： 1 ； 所述煤气化工厂的煤气压力为 24.2MPa ； 所述冶炼工厂的尾气或石灰 工厂的窑气的压力为 0.30.7MPa ； （3） 步骤 （2） 得。
4、到的混合煤气脱除 H2S ； （4） 步骤 （3） 得到的气体进行甲烷化反应 ； 生成 CH4和 H2O ； （5） 甲烷化反应后的气体在 4MPa 压力下、 在 -154条件下液化， 成为液化天然气产品 ； （6） 没有液化的气体升压至 1.0MPa， 在常温下用 PSA 分子筛脱除其中的 N2， 被 PSA 分子 筛吸附的 CH4在常温和压力 0.11MPa 下解吸， 解吸气中的 CH4浓度为 90% 以上， 返回到焦炉 煤气中， 循环利用。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于 ： 所述煤气化工厂的煤气主要含 CO ； 所述 冶炼工厂的尾气主要含 CO ； 所述石灰工厂的窑气。
5、主要含 CO2。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的方法， 其特征在于 ： 当采用来自煤气化工厂的煤气或冶 炼工厂的尾气时， 所述步骤 （3） 中还包括脱除混合煤气中的 CO2的步骤。 权 利 要 求 书 CN 102942972 A 2 1/4 页 3 利用焦炉煤气生产液化天然气的方法 技术领域 0001 本发明涉及工业生产液化天然气的方法。 背景技术 0002 现有的工业生产液化天然气的方法多是直接利用焦炉煤气生产液化天然气 （LNG） ， 主要缺点是焦炉煤气中H2明显过多， 在直接利用焦炉煤气生产LNG时， 产生H2过剩， 在生产完毕后， 还需要把过剩的 H2从液化气产品中分离出去，。
6、 造成能耗高、 产品产量低、 环 保比较差、 工厂效益差。 0003 现有的把过剩的 H2分离出去大致有以下二种工艺 ： 一次分离和预分离工艺， 预分 离工艺采用的材料不同， 又分膜法和 PSA 法。 0004 1、 一次分离工艺 （冷法） 0005 经过压缩、 净化、 甲烷化后的焦炉煤气， 在冷箱中被冷剂冷却液化， 再进入液化精 馏单元， 通过低温精馏， 分离过剩氢气、 没有液化的氮气和得到合格 LNG 产品。 0006 2、 预分离工艺 0007 2.1 膜法 0008 经过压缩、 净化、 甲烷化后的焦炉煤气， 采用膜分离提氢 （可分离氢气总量的 60-90%） ， 提氢后富甲烷气体， 在。
7、冷箱中被冷剂冷却液化， 再进入液化精馏单元， 通过低温精 馏得到合格 LNG 并分离没有液化的气体 （氢气和氮气） 。 0009 2.2PSA 法 0010 经过升压、 净化、 甲烷化、 PSA 分离提氢 （可分离氢气总量的 60-90%） 、 提氢后富甲 烷气体压缩、 压缩后的富甲烷气体在冷箱中被冷剂冷却液化， 再进入液化精馏单元， 通过低 温精馏得到合格 LNG 并分离没有液化的气体 （氢气和氮气） 。 发明内容 0011 本发明所解决的技术问题是提供一种利用焦炉煤气生产液化天然气的方法， 其克 服LNG产品中氢过剩的缺陷， 采用配气法生产LNG， 将过剩的H2转化成CH4， 转化后的气体。
8、增 加了 CH4含量， 同时不含 H2， 达到节能、 环保、 增产、 增效的目的。 0012 本发明采用的技术方案是 ： 0013 一种利用焦炉煤气生产液化天然气的方法， 包括以下步骤 ： 0014 （1） 焦炉煤气除尘、 除焦油并升压至 24.2MPa ； 0015 （2） 混合所述焦炉煤气和除尘、 除焦油后的来自煤气化工厂的煤气或冶炼工厂的 尾气或石灰工厂的窑气 ； 并使混合后的混合煤气中H2与CO的摩尔比为33.2 ： 1或H2与CO2 的摩尔比为 44.2 ： 1 ； 所述煤气化工厂的煤气压力为 24.2MPa ； 所述冶炼工厂的尾气或石 灰工厂的窑气的压力为 0.30.7MPa ； 。
9、0016 （3） 步骤 （2） 得到的混合煤气脱除 H2S ； 0017 （4） 步骤 （3） 得到的气体进行甲烷化反应 ； 生成 CH4和 H2O ； 说 明 书 CN 102942972 A 3 2/4 页 4 0018 （5） 甲烷化反应后的气体在 4MPa 压力下、 在 -154条件下液化， 成为液化天然气 产品 ； 0019 （6） 没有液化的气体升压至 1.0MPa， 在常温下用 PSA 分子筛脱除其中的 N2， 被 PSA 分子筛吸附的 CH4在常温和压力 0.11MPa 下解吸， 解吸气中的 CH4浓度为 90% 以上， 返回到 焦炉煤气中， 循环利用。 0020 本发明的方法。
10、， 其中所述煤气化工厂的煤气主要含 CO ； 所述冶炼工厂的尾气 主要含 CO ； 所述石灰工厂的窑气主要含 CO2。所述来自煤气化工厂的煤气， 压力一般为 24.2MPa， 本发明直接将之利用， 与已经升压后的焦炉煤气配制混合， 提高焦炉煤气中的 CO 或 CO2含量， 充分利用焦炉煤气中的含量较高的 H2， 使之最大化地转化为液化天然气产品 ； 冶炼工厂的尾气或石灰工厂的窑气压力一般为 0.30.7MPa， 适当加压后与焦炉煤气配制混 合。 本发明的方法不但可以降低众多化工厂或冶炼厂的废气、 尾气排放， 还可以充分利用其 压力能源， 降低能耗， 减少能量损失， 提高经济效益。 0021 本。
11、发明的方法， 其中当采用来自煤气化工厂的煤气或冶炼工厂的尾气时， 所述步 骤 （3） 中还包括脱除混合煤气中的 CO2的步骤。 0022 本发明的技术效果是 ： 0023 （1） 综合利用煤气化工厂或冶炼厂排放的具有一定压力的废气、 尾气， 直接与升压 后的焦炉煤气混合， 降低甲烷化气体原料之前的压缩步骤， 降低能耗。 0024 （2） 简化甲烷气液化装置的工艺流程 0025 现有技术直接利用焦炉煤气生产LNG， 将产生H2过剩， 因此在甲烷气液化装置的工 艺流程中， 需要有脱除过剩 H2的设备， 冷剂最低温度为 -162。采用本发明的焦炉煤气配 气法生产LNG， 过剩的H2转化成CH4， 避。
12、免了H2过剩， 冷剂最低温度为-158， 在甲烷气液化 装置的工艺流程中， 不需要脱除过剩 H2设备， 甲烷气液化装置中关键设备冷箱结构可以简 化。简化了工艺流程并节省了建设投资。 0026 （3） 降低甲烷气液化装置的能耗 0027 采用本发明的焦炉煤气配气法生产 LNG， 甲烷气液化过程操作压力 4MPa， 现有技 术的直接利用焦炉煤气生产 LNG， 由于要分离过剩的 H2， 在甲烷气液化过程操作压力需要提 高到 5MPa， 采用焦炉煤气配气法生产 LNG， 压缩机能耗约低 5%。 0028 采用本发明的焦炉煤气配气法生产 LNG， 冷剂用量比直接利用焦炉煤气生产 LNG 少 17%， 冷。
13、剂压缩机能耗要低 17%。 0029 现有技术的直接利用焦炉煤气生产 LNG， 在分离过剩的 H2时， H2中夹带 CH4， CH4含 量约 6.8%, 占焦炉煤气中 CH4总量的 2.68%， 这部分的压缩和加工过程能耗给白白浪费了。 0030 （4） 增加产品 LNG 产量 0031 采用本发明的焦炉煤气配气法生产 LNG， 充分利用焦炉煤气中的 H2， 产品 LNG 产量 比现有技术的直接利用焦炉煤气生产 LNG， 产品 LNG 产量增加 50%。 0032 （5） 增加工厂效益 0033 由于采用本发明的焦炉煤气配气法生产 LNG， 充分利用焦炉煤气中的 H2， 比现有 技术的直接利用。
14、焦炉煤气生产 LNG， 产品 LNG 产量增加 50% 和甲烷气液化装置的能耗降低 15%， 工厂全投资财务内部收益率 （所得税前 ： 21.3%） 提高一倍。 0034 （6） 降低甲烷气液化装置的 CO2排放 说 明 书 CN 102942972 A 4 3/4 页 5 0035 现有技术的直接利用焦炉煤气生产 LNG， 在分离过剩的 H2时， H2中夹带 CH4， CH4含 量约 6.8%,CH4工厂在作为燃料时， 生成 CO2排放。采用本发明的焦炉煤气配气法生产 LNG， 避免了以上现象。 0036 （7） 放空气中 CH4回收利用 0037 使用 PSA 回收放空气中 CH4， CH。
15、4浓度可达 90以上， 加到焦炉气中循环利用， 约增 加 10%LNG 产量和降低能耗。 附图说明 0038 图 1 是本发明的方法的一种优选实施方式的流程示意图。 具体实施方式 0039 为进一步说明本发明， 结合以下实施例具体说明 ： 0040 如图 1 所示， 一种利用焦炉煤气生产液化天然气的方法， 其是采用配气法生产 LNG， 具体包括以下步骤 ： 0041 第一步配制混合煤气 ： 0042 焦炉煤气 （主要含CO和H2， 其中H2含量高， CO含量低） 除尘、 除焦油升压至4.2MPa ； 0043 采用直接来自煤气化工厂的压力为 4.2MPa 的煤气 （主要含 CO 和 H2， 其。
16、中 CO 含量 高， H2含量低） 除尘、 除焦油后与所述焦炉煤气混合 ； 使混合后的混合煤气中 H2与 CO 的摩尔 比为 33.2 ： 1 ； 0044 第二步混合煤气净化 ： 0045 混合煤气脱除 H2S ； 当使用的配气用气体主要含 CO 时， 在气体净化装置中脱除混 合煤气中少量的CO2， 减少H2的消耗， 再脱除混合煤气中有害物质H2S等， 保障气体甲烷化反 应的催化剂活性和使用寿命 ； 当使用的配气用气体主要含CO2时， 在气体净化装置中主要脱 除混合煤气中的 H2S。 0046 第三步气体甲烷化 ： 0047 在气体甲烷化装置中， 净化后的混合煤气中 H2与 CO 或 CO2。
17、发生反应 （反应条件 ： 35， 4.2MPa， 催化剂） 生成 CH4和 H2O。混合气甲烷化后为甲烷气， 甲烷气中仅含有 CH4、 N2 和 H2O（气） 。 0048 第四步甲烷气液化 ： 0049 在甲烷气液化装置中， 甲烷气压力为 4MPa， 在 -154甲烷液化， 成为 LNG 产品。甲 烷气体液化过程中冷量， 由冷剂压缩、 冷却、 节流膨胀产生的冷量通过冷箱来提供。 0050 冷剂压缩机冷剂入口压力为 0.2MPa， 温度为 35， 冷剂压缩机冷剂出口压力为 4MPa， 冷剂最低温度为 -158。 0051 第五步放空气中 CH4回收利用 ： 0052 没有液化的 N2放空 （放。
18、空气） ， 放空气中含有一定数量 CH4。 0053 放空气升压到 1.0MPa， 在常温下使用 PSA 脱除 N2， N2和少量 CH4排放作为燃料， 被 PSA 吸附的 CH4在常温和 0.11MPa 压力下解吸， 解吸气中 CH4浓度可达 90以上， 加到焦炉 气中， 循环利用解吸气的 CH4。 0054 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述， 并非对本发明的范 说 明 书 CN 102942972 A 5 4/4 页 6 围进行限定， 在不脱离本发明设计精神的前提下， 本领域普通工程技术人员对本发明的技 术方案作出的各种变形和改进， 均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。 说 明 书 CN 102942972 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102942972 A 7 。