焦炉煤气制LNG工艺技术及设备介绍 / 四六文摘

LNG即液化天然气的英文（（LiquefiedNatural Gas）缩写。天然气是在气田中自然开采出来的可燃气体，主要成分由甲烷组成。LNG是通过在常压下气态的天然气冷却至-162℃，使之凝结成液体。天然气液化后可以大大节约储运空间，而且具有热值大、性能高等特点。

LNG是一种清洁、高效的能源。由于进口LNG有助于能源消费国实现能源供应多元化、保障能源安全，而出口LNG有助于天然气生产国有效开发天然气资源、增加外汇收入、促进国民经济发展，因而LNG贸易正成为全球能源市场的新热点。天然气作为清洁能源越来越受到青睐，很多国家都将LNG列为首选燃料，天然气在能源供应中的比例迅速增加。液化天然气正以每年约12%的高速增长，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。近年来全球LNG的生产和贸易日趋活跃，LNG已成为稀缺清洁资源，正在成为世界油气工业新的热点。

按照中国的LNG使用计划，2020年为2400亿立方米。而在进口天然气方面，发改委预计到2020年，中国要进口350亿立方米，相当于2500万吨/年，是广东省接收站的总量的7倍。

一、LNG的物化性质、用途及优点

1、LNG的主要成份为甲烷,化学名称为CH4,还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。

2、临界温度为-82.3℃,临界压力为45.8kg/cm3

3、沸点为-162.5℃,熔点为-182℃,着火点为650℃

4、液态密度为0.430T/m3,气态密度为0.688kg/Nm3

5、气态热值9100Kcal/m3,液态热值12000Kcal/kg

6、爆炸范围:上限为15%,下限为5%。

7、华白指数(W)44.94MJ/Nm3。

8、燃烧势(CP)45.18

9、辛烷值ASTM:130(研究法)。

10、无色、无味、无毒且无腐蚀性。

11、体积约为同量气态天然气体积的1/625

12. 天然气作为燃料的工作原理CH4+2O2—2H2O+CO2+38MJ/m3

13. LNG基本参数

LNG主要成分：甲烷（90%以上）、乙烷、氮气（0.5-1%）及少量C3～C5烷烃的低温液体。LNG是由天然气转变的另一种能源形式。

1）LNG的主要成份为甲烷，化学名称为CH4，还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。

2）临界温度为-82.3℃。

3）沸点为-161.25℃，着火点为650℃。

4）液态密度为0.420～0.46T/m3，气态密度为0.68-0.75kg/m3。

5）气态热值38MJ/m3，液态热值50MJ/kg。

6）爆炸范围：上限为15%，下限为5%。

7）辛烷值ASTM：130。

8）无色、无味、无毒且无腐蚀性。

9）体积约为同量气态天然气体积的1/625。

14、 LNG的六大优点

1）LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以可用汽车轮船很方便地将LNG运到没有天然气的地方使用。

2）LNG储存效率高，占地少。投资省，10m3LNG储存量就可供1万户居民1天的生活用气。

3）LNG作为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长。燃料费用低。环保性能好等优点。它可将汽油汽车尾气中HC减少72%，NOx减少39%， CO减少90%，SOx、Pb降为零。

4）LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。

5）由于LNG汽化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。

6）由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。

二、LNG的主要用途

液化天然气主要用作居民用途：包括居民的烹饪、取暖及用电；工业用途：包括作为原料或燃料以生产水泥、肥料、油漆、医药及其他产品；运输用途，包括作为汽车、轮船、火车甚至飞机上燃料。

1、作为清洁燃料汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点。

2、作代用汽车燃料使用。采用LNG作为汽车发动机燃料，发动机仅需作适当变动，运行不仅安全可靠，而且噪声低污染小，特别是在排放法规日益严格的今天，以LNG作为燃料的汽车，排气明显改善。据资料报道：与压缩天然气（CNG）比较，在相同的行程和运行时间条件下，对于中型和中重型车辆而言，LNG汽车燃料成本要低20%，重量要轻2/3，同时，供燃系统装置的成本也至少低2/3。可以证明，将天然气液化并以液态储运是促使它在运输燃料中应用的最经济有效的方法。

3、作为冷源用于生产速冷食品，以及塑料，橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化和电缆冷却等。

4、作为工业气体燃料，用于玻壳厂、工艺玻璃厂等行业。

三、LNG的运输方式

LNG的运输方式主要有轮船、火车和汽车槽车等方式。在500～800公里经济运输半径范围内，采用汽车槽车运输LNG是比较理想的方式。槽车罐体采用双壁真空粉末绝热，配有操作阀安全系统及输液软管等。国内低温液体槽车的制造技术比较成熟，槽车使用安全。LNG产品采用深冷液体储罐储存，液体储罐为双壁真空粉末绝热，LNG的日蒸发率可控制在0.46%之内，储存周期为4～7天。

LNG是汽车的清洁燃料，在所有的清洁燃料中，天然气以其应用技术成熟、安全可靠、经济可行而被世界许多国家和专家视为目前最适宜的汽车替代燃料。汽车使用天然气作为动力燃料，与汽油相比，其尾气排放中HC减少72%，NOx减少39%， CO减少90%，SOx、Pb降为零。噪音降低40%。因此，推广使用天然气燃料，对减少大气污染、改善环境将会起到积极的推动作用。

四、焦炉煤气制LNG项目工艺技术方案

4.1 工艺技术方案的选择

4.1.1 原料路线确定的原则

焦炉煤气的主要成分为H2、CH4、CO和CO2，是焦炭生产过程中的副产物，其中含有甲烷合成所需的H2、CO和CO2，且自身就含有23~27%左右的甲烷，有利于甲烷化反应温度的控制，为使焦炉煤气中的有效成份得到最大化利用，节能减排，因此本项目以焦炉煤气为原料生产清洁能源LNG。

根据焦炉煤气组成及甲烷合成对原料气杂质含量的要求，特别是甲烷合成系统气体中总硫低于0.1ppm的要求，确定本项目生产工艺首先需净化，然后采用化学合成法将焦炉煤气转化为合成天然气（简称为“SNG”），再将SNG液化分离得到LNG，主要工艺装置包括压缩、净化、合成、液化等工段。

4.1.2 工艺技术方案的比较和选择

4.1.2.1 压缩工段

压缩工段任务是将焦炉煤气加压，以满足净化、合成、液化各工段要求的工作压力。

工业上常用的压缩机有：离心式压缩机、往复式压缩机、螺杆式压缩机。其优缺点如下：

（1）螺杆压缩机

螺杆压缩机的优点：可靠性高——螺杆压缩机零部件少，没有易损件，寿命长；操作维护方便，可实现无人值守运转；动力平衡性好——螺杆压缩机没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转；适应性强——螺杆压缩机具有强制输气的特点，排气量几乎不受排气压力的影响，在较广范围内能保证较高的效率；多相混输——螺杆压缩机的转子齿面实际上留有间隙，因而能耐液体冲击，可压送含液气体，含粉尘气体，易聚合气体等。

螺杆压缩机的缺点：螺杆压缩机的转子齿面是一空间曲面，需利用特制的刀具，在价格昂贵的专用设备上进行加工，另外对螺杆压缩机气缸的加工精度也有较高的要求，故造价高；由于受到转子刚度和轴承寿命等方面的限制，螺杆压缩机只能适用于中、低压范围。

（2）离心式压缩机

离心式压缩机的优点：结构紧凑、运行平稳、易损部件少、日常维护简单，压缩过程与润滑油不接触可做到绝对无油，转速高可与汽轮机直联。缺点：不适应于气量太小及压力大的场合，稳定工况较窄，较往复机效率低，转速高造成零件制造、装配要求高。

（3）往复式压缩机

往复式压缩机的优点：适用的压力范围广，适用于高压和超高压领域，排气量稳定。压缩效率高，适用性强。缺点：气体带油，转速不能太高，排气不连续，易损件多，维修量大。

根据需压缩气体的特点及装置占地、投资的要求，本项目原料气压缩拟选用螺杆式压缩机，合成气压缩、循环气压缩拟选用往复式压缩机。

4.1.2.2 净化工段

此工段包含两部分：脱油脱萘粗脱硫及精脱硫工序。

脱油脱萘粗脱硫部分拟采用活性炭吸附剂对焦炉煤气中的焦油、萘等进行脱除，与电脱尘、电捕焦工艺相比，该工艺具有能耗低、易操作等特点。粗脱硫部分采用活性炭脱硫剂，将焦炉气体中 H2S 含量降至～20mg/Nm3，粗脱硫的目的一是利用廉价的脱硫剂将大部分的无机硫脱除，降低运行成本；二是避免较高的H2S 分压影响有机硫加氢反应的转化率，提高精脱硫工序加氢脱硫的效果。

精脱硫随着脱硫剂的研究和开发，已有很多种成熟的脱硫方法，如活性炭法、

钴钼加氢/镍钼加氢串氧化锌工艺，铁钼加氢串铁锰脱硫工艺等，并且在焦炉煤气脱硫中已运行多年，效果良好。本项目拟选用两步脱硫工艺：第一步铁钼加氢串中温氧化锌脱硫工艺，第二步镍钼加氢串中温氧化锌脱硫工艺，确保焦炉煤气总硫量小于 0.1ppm，满足甲烷合成催化剂对焦炉煤气硫含量的要求。

4.1.2.3 合成工段

国外的煤制天然气技术有丹麦托普索、英国戴维 Davy-CRG，已有多年的运行经验。国内目前新奥集团、西南化工研究院等大型能源企业有已运行或在建煤制合成天然气项目。

（1）丹麦托普索甲烷合成技术特点：1）单线生产能力大，单线能力在1.0×105m3 /h～2.0×105m3 /h 天然气之间。2）MCR-2X 催化剂活性好，转化率高，副产物少，消耗量低。3）MCR-2X 催化剂使用温度范围很宽，在 250℃～700℃范围内都具有很高且稳定的活性。4）MCR-2X 催化剂在高压情况下，可以避免羰基形成，保持高活性、寿命长。5）可以产出高压蒸汽用于驱动大型压缩机，能量效率高。6）高品质的替代天然气，甲烷体积分数可达 94～96%，高位热值达 37.26～38.10MJ/Nm3。7）甲烷化进料气的压力高达 8.0MPa，可减少设备尺寸。该技术转让费很高，目前正在进行的国内大唐国际 40×108Nm3 /a SNG 项目采用此技术。

（2）英国戴维 Davy-CRG 甲烷合成技术特点：1）CEG-LH 催化剂已经过工业化验证，拥有美国大平原等很多业绩。2）CEG-LH 催化剂具有变换功能，合成气不需要调节 H/C 比，转化率高。3）CEG-LH 催化剂使用范围很宽，在230℃～700℃范围内都具有很高且稳定的活性。4）甲烷化压力高达 3.0MPa～6.0MPa，可减少设备尺寸。美国大平原 15×108Nm3 /a 煤制代用天然气项目自80 年代至今一直在商业化运行。该技术转让费高，唐山新奥永顺清洁能源有限公司焦炉煤气制 LNG 项目采用的此技术。

（3）2006 年 10 月始，新地能源工程技术有限公司先后完成了甲烷合成的

小试、中试和 1000Nm3/d 焦炉煤气规模的中试，自主开发了甲烷合成催化剂、绝热型反应器、高效分离设备等技术。2008 年 12 月成功地在新奥煤基清洁能源试验中心甲烷化装置上实现合成气和焦炉煤气的测试考核。2010 年 12 月 18 日中试装置通过了由河北省科技成果转化中心组织的“焦炉煤气合成天然气预还原催化剂及工艺”项目成果鉴定。采用此工艺的河南京宝新奥焦炉煤气制液化天然气项目，于 2013 年 5 月份开车成功，是国内首个开车成功的焦炉煤气制液化天然气项目，已稳定、连续、安全运行四年多的时间。此外，同样采用此工艺的滦县唐钢气体有限公司焦炉煤气液化天然气项目、鹤岗嘉润煤化工有限公司焦炉煤气制液化天然气项目也已开车近多年，陆续成功开车的焦炉煤气制液化天然气装置增加了近 10 套。新地能源工程技术有限公司自主技术的特点：

（1）具有自主知识产权的系列甲烷合成催化剂，具有转化率高、选择性好，

耐热和耐水合性能优良，起活温度低和原料气适应性强的特点。催化剂的转化率≥99%，选择性≥99%，空速 1000～8000h-1；耐热型催化剂可在 700℃下使用；催化剂的高强度≥100N/cm，磨耗低≤1%；催化剂寿命可达 3 年以上；还能适用于不同成分的煤基合成气。

（2）采用高效节能工艺，通过梯级换热网络，最大限度地提高了热的回收

效率，充分利用反应热，根据项目实际需要，可产生高品质蒸汽，同时副产低压

蒸汽和工艺热水，循环损失温度 35℃以下。

（3）由于装置较低的运行温度使设备材料可实现国产化，能耗低，床层温度分布均匀，更易大型化，大大降低工厂的建设投资。

（4）本工艺为零排放的清洁能源生产工艺。工艺产生的生成水中 COD＜20mg/L，可达到国家排放标准，可直接用于工艺用水或冷却用水。

国内外同类或类似项目工艺技术比较见表 4.1-1。

表 4.1-1 国内外同类或类似项目工艺技术比较

综合工艺技术、投资、运行成本等多方面因素，本项目甲烷合成拟采用新地能源工程技术有限公司专有技术。本项目甲烷合成反应器拟选三台反应器串并联使用。

4.1.2.4 液化工段

液化工段任务是将合成工段送出的 SNG 经深冷分离，得到 LNG。分离后的

液相产品送往 LNG 储罐储存，分离出的富氢气做初净化再生气，再送焦化做燃料；富氮气高点放空。液化工段主要包括净化工序、液化分离两部分内容。

（1）净化工序

净化工序的目的是将原料气中的NH3、H2O、汞脱除。SNG中含有一定量的NH3和饱和水，若不脱除进入冷箱就会造成冷箱冻堵；SNG中的汞成分包括单质汞、汞离子及有机汞化物，即使汞的含量极低，会造成铝合金材料设备的腐蚀（液化部分中大部分低温换热器的材质选用铝合金）。各种杂质的控制指标如下：

NH3 ＜1ppm（vol）

水＜1ppm（vol）

汞＜0.1μg/m3

芳香族化合物 1～10ppm（vol）

1）脱氨

因为NH3在水中的溶解度极大，体积比达到700:1，通过水洗即可达到很好的脱NH3效果。本项目使用脱盐水对SNG进行喷淋水洗，脱除SNG中的NH3。

2）脱水

气体脱水的方法有很多，按其原理可归纳为如下四种，如下表：

表 4.1-3 脱水方法列表

LNG 装置脱水多采用固体吸附脱水法。因为这种方法具有吸附能力强、低水汽分压下的吸附性高以及同时进一步脱除残余酸性气等优点。

3）脱汞

目前国内常用的脱汞方法包括两大类：物理方法、化学方法。

物理方法脱汞主要原理是根据汞在一定温度压力下的饱和蒸气压的变化进行脱汞处理，采用天然气节流膨胀产生低温，原料气中的汞蒸气冷凝，然后进行分离。工艺流程复杂，-30℃、3MPa下汞蒸气浓度为1777ng/Nm3。

化学脱汞方法包括三种：载硫活性炭、金属硫化物和载银分子筛。三种工艺

流程相近，载硫活性炭是国内最常用的气相脱汞剂，能将天然气中的汞脱到20ng/Nm3以下，其他两种方法仅能将汞脱到8000ng/Nm3。

（2）液化分离

迄今为止，在天然气深冷领域中成熟的制冷工艺主要有以下三种：阶式制冷循环工艺、混合制冷循环工艺和膨胀机制冷循环工艺。

1）氮气膨胀制冷循环工艺

氮气膨胀机制冷循环工艺是利用透平膨胀机制冷原理，以氮气为介质，进行密闭循环制冷，该工艺的主要优点是制冷剂简单，操作方便，设备台数少，投资少；主要缺点是能耗较高，液化率低，对压力有较高要求。这种工艺适用于规模较小，资金紧张的情况下。

2）阶式制冷循环工艺

阶式制冷循环是用丙烷（或丙烯）、乙烷（或乙烯）、甲烷（或氮气）等纯冷剂进行的三级制冷，使天然气在多个温度等级的制冷剂中与相应的制冷剂换热，从而使其冷却发生相变。

阶式制冷能耗低，且工艺操作灵活，开停车快捷，易于初期开车投产。其缺点是需要三个大型循环气压缩机，以及相当数量的冷换设备；流程长、设备多、控制复杂等，适用于超大型的天然气液化装置。

3）混合制冷循环工艺

是以多组分的混合制冷剂（N2和C1～C5的混合物）取代传统的单一组分的制冷剂，大大简化了制冷单元，提高了操作可靠性、灵活性，强化系统的能量利用，从而实现低能耗、低投资的目的。此流程简单，效率高。

三种工艺的技术经济比较如下表：

综上所述，混合制冷工艺流程简单、设备少，能耗低，适应性强，且操作灵活、开停车方便，因此本项目拟选用混合制冷工艺将合成天然气液化，并采用低温精馏工艺将甲烷中的氮气和氢气分离出来，具有甲烷收率高、能耗低等特点。

4）低温液化分离技术

新地能源工程技术有限公司拥有一支高效的、技术精湛的团队，2011年11月，承接的国家 863 课题“SNG 输送、液化与车用技术”的子课题--10000Nm3 /d 煤基合成天然气液化分离技术的中试装置通过了国家科技部专家的成果鉴定，并

对含氢天然气的净化、液化、精馏分离、混合冷剂补充调配等进行了开发；2013 年11 月，通过 30×104Nm3 /d SNG 液化工艺包审查，专家组一致认为，本次含氢合成天然气混合制冷低温液化分离技术的创新性达到国际先进水平。

4.2 工艺流程和消耗定额

4.2.1 工艺流程概述

4.2.1.1 总体工艺方案概述

焦炉煤气制LNG项目原料为焦炉煤气，经压缩、净化、合成、液化分离得到 LNG。其主要生产方法如下：脱硫采用加氢转化串干法脱硫工艺，将焦炉煤气中总硫含量降到 0.1ppm 以下；甲烷合成采用新地能源工程技术有限公司甲烷合成技术使焦炉煤气中的 CO、CO2 与氢气发生反应生成甲烷，反应余热利用废锅副产蒸汽；液化分离采用混合冷剂制冷与低温精馏工艺将 SNG 液化成 LNG，使氮气和氢气与甲烷分离，LNG 常压储存，装车外运。

原料气组成一览表

总体流程图如下：

4.2.2 原辐材料及消耗

4.2.3 水、电和其他动力供应表

4.3 主要设备选择

4.3.1 概述

焦炉煤气制LNFG项目工艺生产装置包括压缩工段、净化工段、合成工段、液化工段、LNG储罐及装车站及相配套的气体供应站、冷水站、导热油炉等公用工程和辅助装置。

项目立足于国内自行设计、制造，充分利用国内外先进技术，做到精心设计、合理选材、结构先进，从而使设备满足先进工艺要求。在保证工厂先进性、安全性和可靠性前提下，最大程度地节约投资。

4.3.1.1 各工段设备综合情况

（1）压缩工段

定型设备主要为原料气压缩机、合成气压缩机、防爆桥式起重机。

（2）净化工段

定型设备为开工炉。非定型设备主要为一级加氢预转化器、中温脱硫槽、二级加氢转化器、滤油槽、氧化锌脱硫槽、产品换热器、氮气冷却器、脱油脱萘塔、粗脱硫塔、二硫化碳槽等。主要材质为低合金钢、低合金钢加隔热衬里浇注料、不锈钢，内件采用不锈钢、铬钼耐热钢。

（3）合成工段

定型设备主要为循环液泵、循环气压缩机、开工加热炉、废锅等。非定型设备主要为反应器、预热器、冷却器、气水分离罐等。依据介质及操作条件不同，主要材质为铬钼钢、低合金钢加隔热衬里浇注料、低合金钢，内件采用不锈钢。

（4）液化工段

定型设备为制冷剂压缩机、冷箱、氮气压缩机、BOG 压缩机、汽化器、电加热器等。非定型设备主要为脱氨塔、脱水塔、脱汞塔、制冷剂分液罐、丙烷储罐、异戊烷储罐、冷却器、加热器等。主要材质为低合金钢、高合金不锈钢等。

（5）LNG 储罐及装车站

定型设备为 LNG 装车泵、LNG 装车臂、BOG 加热器等。非定型设备为 LNG 储罐，主要材质为低合金钢、高合金不锈钢。

（6）气体供应站

定型设备为空压机、净化系统、气化器、变压吸附制氮机组等。非定型设备为液氮储罐、仪表空气储罐、氮气储罐等。主要材质为高合金不锈钢、低合金钢。

（7）全厂火炬

本项目设置高架火炬，为供应商成套供应非定型设备，共 1 套。

4.3.1.2 工艺生产装置主要设备分类汇总

本项目工艺生产装置定型设备包括泵、压缩机、防爆桥式起重机、过滤器、加热器、冷箱等；非定型设备有贮罐、大型储罐、分离器、换热器、塔器、反应器等，主要材质有碳素钢、低合金钢和高合金钢。

五、主要设备选择

5.1 关键设备选择的依据

参考国内外同类装置成熟经验，依据相关标准、规范及规定进行设计，在满足安全的基础上，力求做到技术先进，结构合理，节能降耗，使本装置成为同行中有代表性的先进装置。

（1）填料塔

本项目多个工段中采用填料塔。填料塔具有结构简单，传质和传热效率高，操作弹性大，阻力降较小等特点。

填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。其塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，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。填料塔内采用高性能液体分布器，提高了塔的传质效率，使气液在塔内更好地接触

分布更均匀，以便发挥填料塔的最大效率和最大生产能力。

（2）气化器

本项目气化器采用空气加热式。它是利用环境空气自然对流加热低温液体，使其气化成常温气体的换热设备。

空温式气化器用铝合金支架固定安装，它的基本单元是换热管，由若干传热

管组成板状排列，两端由集气管或集液管焊接形成一个板型管束,再由若干个板

型管束组成气化器。空温式气化器技术特性：

利用自然空气传导对流辐射加热，无需额外的能耗，节能且环保。

独特的桥式结构，组合美观大方，整体钢性强，运输使用安全，运行时，能有效消除各部份的冷热应力，整体结构性能相当稳定。

介质换热均匀，无偏流现象，保证介质流速控制在安全的范围之内。

换热面积设计裕量充足，独特的翅片管技术，使整体通风性能优良，极其有

利于化霜和落霜，有效地提高了气化效果，在同等条件之下，系统满负荷工作时

间相对更长。

（3）换热器

焦炉煤气制LNG项目换热设备采用固定式管板换热器。固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖等部件构成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外壳直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。

当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，

热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，这种换热器适用于两种介

质温差不大，或温差较大但壳程压力不高，及壳程介质清洁，不易结垢的场合。

（4）冷箱/板翅式换热器

在焦炉煤气制LNG项目液化工段中主换热器操作温度很低（-165℃），所以将此换热器布置在冷箱内。冷箱是将几台钎焊铝制板翅式换热器和配管放置在密闭的钢制箱体内，并在箱体与箱内设备之间充填满珠光砂。板翅式换热器内部为密闭结构，外部结构由型钢和碳钢板制成，这一组装过程在制造厂内进行，并经过耐压和气密试验后出厂。在箱体的顶部和底部各设一人孔，以便检修和充填珠光砂时使用。

另外，箱顶还设有压力调节盒。在板翅式换热器与支撑梁相接触的部位，放置隔热材料。珠光砂在安装现场充填，以达到保冷的目的。

冷箱的作用和特点：

冷箱利用其传热效率高，可实现多股物料同时换热，可以最大限度的利用余

热和余冷，降低能耗，提高产品收率。

冷箱的主要优点有：传热性能好。由于翅片在不同程度上促进了湍流并破坏

了传热热边界层的发展，故传热系数很大。

冷、热流体间的传热不仅仅以隔板为传热面，大部分热量是通过翅片传递的，

结构高度紧凑，传热面积可达 2500m2 /m3，最高可达 4300m2 /m3。通常板翅式

换热器采用铝合金制造，因此换热器的重量轻。由于铝合金在低温条件下的延展性和抗拉强度均很高，因此板翅式换热器适用于低温和超低温操作场合；同时，由于翅片对隔板的支撑作用，其允许的操作压力也较高，可达 5MPa。此外，板翅式换热器还可用于多种不同介质在同一换热器内进行多股流换热。冷箱的全钎焊结构，安全可靠性高，冷箱的换热效率高，占地面积小，重量轻，操作成本低。

冷箱的主要缺点有：结构复杂、造价高；流道尺寸小，容易堵塞，而且检修和清洗困难，因此所处理的物料应洁净或预先净制。另外，由于隔板和翅片均由薄铝板制成，一旦腐蚀造成内漏很难发现和检修，故要求换热介质对铝材无腐蚀性。

（5）一级加氢转化器

一级加氢转化器是净化工段的关键设备。其结构由内衬隔热衬里和外金属承压外壳组成。脱油焦炉煤气经过内装活性炭的粗脱硫塔，再进入焦炉煤气换热器预热至 350～400℃后，依次送入预加氢转化器、由顶部进入一级加氢转化器，在铁钼催化剂的作用下，焦炉煤气中的不饱和烃、有机硫化合物（COS、硫醚、硫醇等）、氧等与氢气发生反应，焦炉煤气中的不饱和烃转化为饱和烃、有机硫转化为易于脱除的 H2S。因操作温度较高（最高 450℃），所以从材料经济角度度考虑铺设 150mm 厚轻质浇注隔热衬里，保证外壁温度在 120℃左右。为了控制反应温度，设备设置远传温度计口并与紧急切断装置联锁。因介质在反应温度下存在氢腐蚀，高温硫腐蚀，在衬里施工前设备内部与介质接触表面需进行内防腐处理。

外形尺寸为 Ф2.1m，总高 14.7m，主要材质为 Q345R，设备内件为 15CrMo。

（6）一段反应器

反应器是本项目的关键设备，直接关系到本项目的成败。

甲烷化反应是强放热反应，反应式如下：

CO+3H2→CH4+H2O △H298=－206.2kJ/mol

CO2+4H2→CH4+2H2O △H298=－165.0kJ/mol

若原料气中有 1%的 CO 进行甲烷化反应，气体温升可达 72℃；若有 1%的CO2 发生反应，温升可达 60℃，所以，必须严格控制原料气中 CO 和 CO2 的含量在规定的工艺指标内，否则会因超温而烧坏催化剂甚至设备。综合其反应特性和材料经济角度考虑采用结构由内衬隔热衬里和外金属承压外壳组成的绝热反应器。因反应温度最高可达 550℃，反应器内壁铺设轻质浇注隔热衬里，保证外壁温度在 70℃以下。因介质在反应温度下存在氢腐蚀，高温硫腐蚀。在衬里施工前设备内部与介质接触表面需进行内防腐处理。为了控制反应温度，设备设置远传温度计口并与紧急切断装置联锁。气体入口设置分布器使反应气体均匀进入床层，避免局部过热。

外形尺寸为 Ф1.5m，总高 8m，主要材质为 Q345R，内衬隔热衬里。

（7）LNG储罐

LNG 储罐采用立式圆筒形、双层壁、平底、自支撑吊顶结构。内罐材料采用奥氏体不锈钢，外罐材料采用低合金钢制造。内罐用来贮存低温液体，外罐构成一个保冷空间（夹层）。内、外罐均为平底结构，罐顶为自支撑吊顶。内罐底部采用泡沫玻璃砖绝热，环形空间及顶部采用珠光砂绝热，通过良好的保冷设计，可使贮罐低温液体的蒸发损失与粉末真空绝热贮槽相媲美。

大型低温贮罐内罐保持常压，顶部气相空间的压力一般为十几千帕。顶部设有紧急放空阀及压力/真空安全阀，压力超高时，通过压力控制从放空阀泄压，一旦负压超过设计真空值时，即通过压力/真空安全阀将气体引入内罐，保持罐内压力稳定在一定范围内。外罐与内罐之间珠光砂夹层充密封氮气，使其维持微正压，保持珠光砂干燥。外罐顶部设置呼吸阀，将夹层空间压力设定在一定范围内。

LNG 储罐外形尺寸 Ф22.3×21.53m，公称容积 5000m3。内罐主体材质 06Cr19Ni10，外罐主体材质 Q345R。

大型立式圆柱形平底拱顶双壳低温贮罐具有贮存容积大、蒸发损失小、造价低、占地面积小和安全可靠等优点。

5.2 大型超限设备概况

大型超限设备的设计，应考虑运输、安装等因素，应将容器适当分段、分片以便于运输及现场进行组焊和制作。具体运输包装措施参照《压力容器涂敷与运输包装》JB/T4711-2003 执行。

为了确保设备、材料能安全无损运抵指定地点，承包运输安装单位做好以下工作：

（1）制定装卸方案：根据设备外形、包装尺寸和重量，选择合适的车型及装卸机械。确定摆放方位及合理的支承位置，尽量降低超限等级。

（2）制定加固封车方案：根据设备装载的实际情况，应采取有效的加固措施，为了调整重心，可以配重或加长。

（3）设备在装卸运输中，必须小心谨慎作业，不能碰撞，伸出体外的设备管口法兰等附属部件，必须有防损坏措施。

（4）确定安全可靠的行车路线，减少行车风险。

焦炉煤气制LNG工艺技术及设备介绍

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