焦炉煤气深度净化制LNG联产氢气的系统及方法与流程

技术特征：

1.一种焦炉煤气深度净化制lng联产氢气的系统，其特征在于，包括预洗塔(1)、脱硫塔(2)、脱碳塔(3)、第一吸附塔(4)、第二吸附塔(5)、汽提塔(6)、第一再沸器(7)、第一气液分离器(8)、第二气液分离器(9)、第一冷箱(10)、第二冷箱(11)、第二再沸器(12)、第三气液分离器(13)、分离塔(14)和甲烷化塔(15)，其中：所述预洗塔(1)为超重力旋转装置，其中：气柜经第一换热器(18)与预洗塔(1)下部的气相进口(103)连接，预洗塔(1)底部的液相出口(102)与气液分离装置(20)连接，预洗塔(1)顶部的气体出口(107)经第一压缩机(19)、第二换热器(26)和第三换热器(21)与脱硫塔(2)下部的进气口连接，脱硫塔(2)顶部的出气口经第四换热器(22)和第二压缩机(23)与焦炉连接，脱硫塔(2)顶部的出气口还与脱碳塔(3)下部的进气口连接，脱硫塔(2)底部的出液口与脱碳塔(3)上部的进液口连接，脱碳塔(3)底部的出液口经第五换热器(24)和第三压缩机(25)与预洗塔(1)上部的液相进口(109)连接，脱碳塔(3)顶部的出气口与第一吸附塔(4)的进气口和第二吸附塔(5)的进气口均连接，第一吸附塔(4)的出气口和第二吸附塔(5)的出气口均与第一再沸器(7)上部的进气口连接，第一吸附塔(4)的出气口和第二吸附塔(5)的出气口还均与第一冷箱(10)顶部的进气口连接，第一冷箱(10)底部的出气口也与第一再沸器(7)上部的进气口连接，第一再沸器(7)下部的出气口和第一冷箱(10)底部的出气口均与第二冷箱(11)顶部的进气口连接，第二冷箱(11)底部的物料出口与第三气液分离器(13)顶部的物料进口连接，第三气液分离器(13)顶部的富氢气出口与第二冷箱(11)底部的富氢气进口连接，第二冷箱(11)顶部的富氢气出口与第一冷箱(10)底部的富氢气进口连接，第一冷箱(10)顶部的富氢气出口与psa氢气提纯系统连接，第一冷箱(10)顶部的富氢气出口还与甲烷化塔(15)的进气口连接，第三气液分离器(13)底部的出液口与第二气液分离器(9)下部的物料进口连接，第二气液分离器(9)底部的出液口与第二冷箱(11)侧面的进液口连接，第二冷箱(11)侧面的出气口和第二气液分离器(9)顶部的出气口均与第一气液分离器(8)的物料进口连接，第一气液分离器(8)的出液口和出气口分别与汽提塔(6)中部的进液口和进气口连接，第三气液分离器(13)底部的出液口还与汽提塔(6)上部的进液口连接，汽提塔(6)顶部的富氢气出口与第二冷箱(11)侧面的富氢气进口连接，汽提塔(6)底部的出液口与第二冷箱(11)侧面的进液口连接，第二冷箱(11)底部的出液口与分离塔(14)的上部填料中部连接，第二冷箱(11)底部的出液口还与第二冷箱(11)底部的进液口连接，第二冷箱(11)侧面的出气口与分离塔(14)中部的进气口连接，分离塔(14)底部的富ch4液出口与第二冷箱(11)底部的富ch4液进口连接，第二冷箱(11)顶部的富ch4液出口与第一冷箱(10)底部的富ch4液进口连接，第一冷箱(10)顶部的富ch4液出口为lng出口，分离塔(14)顶部的co出口与第二冷箱(11)底部的co进口连接，第二冷箱(11)顶部的co出口与第一冷箱(10)底部的co进口连接，第一冷箱(10)顶部的co出口经第四压缩机(16)与甲烷化塔(15)的进气口连接，第四压缩机(16)的co出口与第一冷箱(10)顶部的co进口连接，第一冷箱(10)底部的co出口与第二冷箱(11)顶部的co进口连接，第二冷箱(11)底部的co出口与分离塔(14)顶部的co进口连接，第一冷箱(10)底部的co出口还与第二再沸器(12)上部的co进口连接，第二再沸器(12)顶部的co出口与分离塔(14)下部的co进口连接，分离塔(14)底部的出液口与第二再沸器(12)底部的进液口连接，第二再沸器(12)下部的出液口与第二冷箱(11)侧面的进液口连接，甲烷化塔(15)的出液口与第六换热器(17)连接，第六换热器(17)的出液口为lng出口。

2.根据权利要求1所述的焦炉煤气深度净化制lng联产氢气的系统，其特征在于，所述预洗塔(1)包括传动装置(101)、转轴(115)和预洗壳体(108)，传动装置(101)与转轴(115)一端连接，转轴(115)另一端连接有转子(104)，转子(104)设于预洗壳体(108)内腔的中下部，预洗壳体(108)的顶部中间连接有气体出口(107)，预洗壳体(108)的底部连接有液相出口(102)，预洗壳体(108)的一侧底部连接有气相进口(103)，预洗壳体(108)的另一侧中上部连接有液相进口(109)，液相进口(109)连接有l形液体管道，l形液体管道的竖直管延伸至转子(104)中部，l形液体管道的竖直管上安装有若干个液相喷嘴(111)，预洗壳体(108)内腔的顶部设有除沫器(106)，除沫器(106)底部与转子(104)顶部之间安装有分隔板(105)，转子(104)顶部中间与分隔板(105)之间通过第一密封垫(110)密封，转子(104)底部中间两侧与转轴(115)之间分别通过第二密封垫(112)和第三密封垫(113)密封，转子(104)内部填充有填料层(114)。

3.一种焦炉煤气深度净化制lng联产氢气的方法，所述焦炉煤气深度净化制lng联产氢气的方法采用权利要求1或2所述的焦炉煤气深度净化制lng联产氢气的系统，其特征在于，包括如下步骤：

s1，洗脱苯后的焦炉煤气经第一换热器(18)换热到20-25℃后从预洗塔(1)下部送入预洗塔(1)中，同时来自脱碳塔(3)底部的煤气洗涤剂经第五换热器(24)换热和第三压缩机(25)加压后从预洗塔(1)上部送入预洗塔(1)；其中，预洗塔(1)为超重力旋转装置；

s2，换热后的焦炉煤气与煤气洗涤剂在预洗塔(1)内逆流或错流接触进行预处理，预处理后的煤气洗涤剂在预洗塔(1)的超重力作用下在预洗塔(1)内壁聚集后排出至气液分离装置(20)；

s3，预处理后的焦炉煤气经第一压缩机(19)加压到0.3-1.0mpa后经过第二换热器(26)换热、第三换热器(21)深冷至-22～-28℃后进入脱硫塔(2)，在脱硫塔(2)内与脱硫塔(2)通入的贫甲醇进行低温甲醇洗操作脱出焦炉煤气中的杂质，得到深度净化后的焦炉煤气，42-50％的深度净化后的焦炉煤气经过第四换热器(22)复热并经第二压缩机(23)减压到8-10kpa后作为返炉煤气用于焦炉加热，其余深度净化后的焦炉煤气进入脱碳塔(3)进行脱碳；

s4，脱碳塔(3)脱碳后的焦炉煤气进入第一吸附塔(4)或第二吸附塔(5)中吸附残留的甲醇和co2，使它们含量小于0.1ml/m³；

s5，吸附后的焦炉煤气经第一冷箱(10)换热至-130～-140℃后分为两股，其中一股与吸附后的焦炉煤气混合后进入第一再沸器(7)进行汽化而作为汽提塔(6)的热源；从第一再沸器(7)出来的焦炉煤气与从第一冷箱(10)出来的另一股吸附后的焦炉煤气混合后进入第二冷箱(11)，在第二冷箱(11)中进一步冷却至-180～-185℃；

s6，从第二冷箱(11)出来物料进入第三气液分离器(13)，并在第三气液分离器(13)中进行气液分离，其中大部分co和ch4已冷凝，第三气液分离器(13)分离出的气相富氢气经过第一冷箱(10)和第二冷箱(11)复温至常温后，一部分去psa氢气提纯系统进行提氢，另一部分与co混合进入甲烷化塔(15)进行甲烷的合成；

s7，第三气液分离器(13)分离出的液相物料分为两股物料，其中：一股物料经过减压膨胀后温度降至-180～-185，压力变为1.0～1.5mpa，该股物料进入第二气液分离器(9)进行气液分离，第二气液分离器(9)分离的液相进入第二冷箱(11)换热后与第二气液分离器(9)分离的气相物料混合，使其温度升至-170～-175℃后，该股物料进入第一气液分离器(8)进行气液分离，第一气液分离器(8)分离得到的气相和液相进入汽提塔(6)的两层填料之间进行提氢；第三气液分离器(13)分离出的液相物料中的另一股物料经减压膨胀后温度降至-180～-185，压力变为1.0～1.5mpa，该股物料由汽提塔(6)上部进入汽提塔(6)进行提氢；经过汽提塔(6)汽提后富氢气由汽提塔(6)顶部解析出来，并经过第一冷箱(10)和第二冷箱(11)复温至35～45℃去往psa氢气提纯系统进行提氢；

s8，汽提塔(6)底部液相经过第二冷箱(11)换热至-180～-185℃，压力变为0.25～0.50mpa，分为两部分：其中一部分直接进入分离塔(14)上部填料中部；另一部分在第二冷箱(11)中汽化为气相，温度升至-170～-175℃，压力保持0.25～0.50mpa后作为热源进入分离塔(14)；

s9，进入分离塔(14)中的物料经过分离塔(14)分离后，底部富ch4液的温度为-170～-180℃，压力为0.3～0.4mpa，底部富ch4液经过减压膨胀后经过第一冷箱(10)和第二冷箱(11)换热至常温后获得lng；

s10，分离塔(14)顶部的气体co经过第一冷箱(10)和第二冷箱(11)换热至常温后，进入第四压缩机(16)进行压缩后分为两部分，压缩后的co压力为0.7～0.8mpa，其中：一部分进入分离塔(14)顶部作为分离塔(14)的回流液，该股回流液经过第一冷箱(10)换热至-150～-155℃后分流一股物料至第二再沸器(12)进行汽化而作为分离塔(14)的热源，在分离塔(14)中冷却后的物料进入第二冷箱(11)换热至180～-185℃后进入分离塔(14)顶部作为回流液；另一部分与富氢气混合后进入甲烷化塔(15)进行甲烷的合成，甲烷化塔(15)合成的甲烷在第六换热器(17)作用下得到lng。

4.根据权利要求3所述的焦炉煤气深度净化制lng联产氢气的方法，其特征在于，所述煤气洗涤剂的用量为0.20～0.32kg/m³焦炉煤气，脱硫塔(2)中贫甲醇的用量为1.30～1.50kg/m³焦炉煤气。

5.根据权利要求3所述的焦炉煤气深度净化制lng联产氢气的方法，其特征在于，所述低温甲醇洗操作的温度为-20℃～-40℃，压力为0.3-1.5mpa。

6.根据权利要求3所述的焦炉煤气深度净化制lng联产氢气的方法，其特征在于，所述第一吸附塔(4)或第二吸附塔(5)的吸附操作温度为-60～-50℃，操作压力5～6mpa；脱附操作温度为180～350℃，操作压力为50～200kpa，脱附采用氮气。

7.根据权利要求3所述的焦炉煤气深度净化制lng联产氢气的方法，其特征在于，所述汽提塔(6)的操作压力为1.0～1.5mpa，温度为-196～40℃。

8.根据权利要求3所述的焦炉煤气深度净化制lng联产氢气的方法，其特征在于，所述分离塔(14)的操作压力为0.1～0.5mpa，温度为-196～40℃。

9.根据权利要求3所述的焦炉煤气深度净化制lng联产氢气的方法，其特征在于，所述甲烷化塔(15)的甲烷化温度为230℃～650℃，压力为3.0～6.0mpa，氢碳比为2.90～3.10，催化剂采用镍基催化剂。

技术总结
本发明提供一种焦炉煤气深度净化制LNG联产氢气的系统及方法，属于焦炉煤气净化领域。通过设置预洗塔为超重力旋转装置，使脱苯后的焦炉煤气可在预洗塔内通过超重力旋转技术进行杂质的初步脱除，以深度脱除脱苯后的焦炉气内的尘、苯、焦油、萘、氨和硫等有害物质，解决了焦炉煤气中的硫、氨超标会影响后系统稳定运行的问题，还解决了焦炉煤气中的焦油、萘会造成压缩系统堵塞的问题，还解决了粗脱硫不正常造成精脱硫的脱硫吸附剂提前失效而增加运行成本的问题。通过预处理，使焦炉煤气返回焦炉后无需再脱硫，能减少投资和脱硫废液的产生。通过焦炉煤气深冷分离分离出CH4、CO、H2，进而通过甲烷化反应制备LNG，同时副产高纯的氢气产品。

技术研发人员：王贵;尚书娟;左永飞;范辉;刁秀辉;郝成浩;张琦宇;李刚
受保护的技术使用者：赛鼎工程有限公司
技术研发日：2021.02.08
技术公布日：2021.06.15