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煤制甲醇中的合成气深冷分离制 LNG的工艺研制 煤制甲醇中的合成气深冷分离制 LNG的工艺研制 赖秀文。张淑文，胡明辉。陈兵 (杭州杭氧股份有限公司石化工程公司，浙江省杭州市中山北路592号弘元大厦310014) 摘要：基于石化工程公司承担的国内煤制10万t／a芳烃项目中的合成气深 冷分离制LNG成套装置为背景，研制出一种带膨胀机的液化工艺，利用高压氮 气通过透平膨胀机绝热膨胀的循环制冷提供大部分冷量，利用双塔低温精馏实现 合成气的分离与LNG的液化，气体在膨胀机中膨胀降温的同时，能够输出功用 于驱动增压机。该工艺相对于混合冷剂工艺来说整体紧凑占地面积小，冷剂消耗 少(约89％)，综合运行成本较低，安全性高，启动时间短，适应在70％～ 110％的变负荷工况运行等特点，充分实现了从工艺到设备国产化的目标。 关键词：深冷分离；甲醇合成气；LNG；膨胀制冷循环；精馏塔 前言 甲醇是一种极其重要的化工原料，在我国80％以上的甲醇来源于煤炭转化，这取决于 我国富煤、少气、缺油的资源现状 。目前国内烯烃生产主要基于石脑油裂解，因此可以 说石油进口依存度有多高，烯烃工业的对外依存度就有多高。1993年开始，我国成为原油 净进口国，至21309年末，我国原油对外依存度超过50％的“国际戒线”，进口量达到2．04亿 吨。而甲醇作为烯烃的重要原料，据统计，2010年甲醇制烯烃项目甲醇消费量仅有30万 吨，意味着仅生产了lO万吨乙烯，截止到2011年10月，国内仅有三套煤制烯烃装置投产， 后期计划建设的烯烃项目产能预计将会突破1800万吨㈨，实用新型高效的煤制烯烃装置已 迫在眉睫。 我国已探明的煤炭储量高达2000多亿吨，煤化工是一项发展迅速，前景非常宏大的产 业，利用煤制甲醇，后续联产烯烃，搭建起煤和烯烃的桥梁，最大限度地利用了煤气化中的 各种有效成分，同时减少了温室气体的排放，属于环保项目和资源综合利用项目。此外，推 ·56· 广甲醇燃料部分替代石油产品，对中国能源结构调整、缓解石油供需矛盾具有重要意义。 合成气深冷分离制LNG工艺是煤制甲醇装置中产品分离和产品质量的关键环节，是甲 广甲醇燃料部分替代石油产品，对中国能源结构调整、缓解石油供需矛盾具有重要意义。 合成气深冷分离制LNG工艺是煤制甲醇装置中产品分离和产品质量的关键环节，是甲 醇合成气中一氧化碳／氢纯度的保证。在国内，针对低温甲醇洗后的原料气进行甲烷分离的 装置仅为：广汇能源在哈密地区伊吾县淖毛湖工业园区投资67．5亿元建成了一期年产 120万吨甲醇／80万吨二甲醚、4．9亿m3LNG项目。该项目中甲烷低温分离装置采用BV的 “混合冷剂+液氮节流联合制冷工艺流程”，预冷段采用氮气、甲烷、乙烯、丙烷及异戊烷 组成的混合冷剂液化循环，提供一158。C温位的冷源，然后通过外置液氮系统为低温精馏塔 提供一180℃温位的冷源∞]。由于该系统比较复杂，需要配置冷剂，因此新疆广汇在淖毛湖 工业园区的100万t／a烯烃项目(一期工程)甲烷深冷分离装置没有采用BV的混合冷剂制 冷工艺流程，而是采用林德的氮膨胀制冷工艺，该工艺为由2级增压透平膨胀机组构成的制 冷工艺流程。 1工艺设备 本文研制的合成气深冷分离制LlqG工艺包含的设备有：板翅式换热器、精馏塔、氮气 压缩机及氮气透平膨胀机等。 1．1板翅式换热器 换热设备在本装置中所占比例很大，属于核心设备。由于深冷工艺要求换热器流动阻力 较小，单位体积和单位重量的传热面积大，因此本装置选用重量轻、传热面积大、流体通道 多、结构紧凑的板翅式换热器，配备杭氧开发的拥有专利技术的气液均布器，使气液两相的 流体在换热器内分布均匀，达到充分换热的目的。 1．2精馏塔 低温精馏塔的选型是LNG纯度及回收率的重要保证，本工艺采用的合成气精馏塔内件 选定杭氧填料的350Y型规整填料，原料气经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过 填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质，气相为连续相，液相为分散 相。在正常操作状态下，压降比传统筛板塔低30％左右。 甲烷精馏塔内件选定浮阀塔盘，气体靠压差自下向上以鼓泡的形式穿过塔盘上的液层升 向塔顶。在每层塔盘上气、液两相密切接触，进行传质。浮阀塔盘具有制造方便、塔板开孔 率大、板效率高等优点，因阀片可随气量变化自由升降，操作弹性大，可同时满足气液相 70％～110％的操作弹性范围。 1．3动设备 动设备往往是决定一套装置能够稳定长久运行的关键，本装置机械部分主要包括氮气压 缩机、氮气透平膨胀机。氮气压缩机作为整个氮气循环回路过程中的增压器，采用全凝式汽 ·57· 轮机驱动，选用的是杭氧透平生产的技术成熟可靠的产品，满足能耗低、效率高、使用寿命 长、调节范围广的要求；膨胀机作为整个系统的主要冷量来源，依靠膨胀制冷，代替焦