專利名稱：含氧煤層氣液化分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用液化原理進(jìn)行分離的裝置，尤其涉及一種含氧煤層氣液化分
罔裝直O(jiān)
背景技術(shù)：
含氧煤層氣是煤礦在開采過程中為防止瓦斯爆炸和突出，保證煤礦安全生產(chǎn)而抽 排出的初級(jí)副產(chǎn)品；其主要成分為甲烷，從其成分含量上可以看出，煤層氣是較為重要的能 源和化工原料。但是由于其成分較為復(fù)雜，特別是在煤層氣中含有氧，是非常危險(xiǎn)的助燃助 爆劑，制約了含氧煤層氣的綜合利用；實(shí)踐中，為了節(jié)約成本，煤層氣普遍在采煤過程中排 入大氣，造成資源的極度浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境造成污染。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種含氧煤層氣的液化技術(shù)。其中， ZL200610103425. 0的專利公開了低溫精餾法應(yīng)用于含氧煤層氣的分離和液化，具有分離純 度高，裝置結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。但是，該制冷工藝采用混合制冷或者膨脹制冷等常規(guī)的制冷方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，透平 膨脹集等輔助機(jī)械，制冷效率較低，降低了分離和液化裝置的處理能力。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的含氧煤層氣的液化裝置進(jìn)行改進(jìn)，改變現(xiàn)有的制冷流程，充分 并合理的利用工藝過程中的冷量回收過程，提高制冷效率，從而相對(duì)提高裝置的處理能力， 對(duì)于單井產(chǎn)量不高的煤層氣而言，可節(jié)約生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種含氧煤層氣液化分離裝置，改變現(xiàn)有的制冷流程，充 分并合理的利用工藝過程中的冷量回收過程，提高制冷效率，從而相對(duì)提高裝置的處理能 力，對(duì)于單井產(chǎn)量不高的煤層氣而言，可節(jié)約生產(chǎn)成本。本發(fā)明的一種含氧煤層氣液化分離裝置，包括主流程系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)；
所述主流程系統(tǒng)包括依次串接的一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器、三級(jí)換熱器和精餾塔，一級(jí) 換熱器設(shè)置有凈化后含氧煤層氣入口，位于精餾塔塔頂設(shè)置連通于精餾塔頂?shù)鯕獬隹诘?塔頂冷凝器，所述精餾塔塔內(nèi)位于塔底設(shè)置再沸器，精餾塔塔底設(shè)置冷凝液出口 ；
制冷系統(tǒng)包括混合制冷劑平衡罐、制冷劑壓縮機(jī)、制冷劑冷卻器、制冷劑一次氣液分離 器和制冷劑二次氣液分離器，制冷劑壓縮機(jī)入口連通于制冷劑平衡罐，制冷機(jī)壓縮機(jī)出口 通過制冷劑冷卻器連通于制冷劑一次氣液分離器，制冷劑一次氣液分離器氣體出口通過一 級(jí)換熱器連通于二次氣液分離器，二次氣液分離器氣體出口依次經(jīng)過二級(jí)換熱器、再沸器、 三級(jí)換熱器和一節(jié)流閥III連通于塔頂冷凝器，塔頂冷凝器制冷劑出口依次經(jīng)過三級(jí)換熱 器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器連通于混合制冷劑平衡罐使制冷劑回流循環(huán)使用；
混合制冷劑平衡罐內(nèi)混合制冷劑按質(zhì)量百分比包括氮35%，甲烷30. 65%，乙烯 16. 81%，丙烷 3.8%，丁烷 8. 17% 戊烷 5.57%;
一次氣液分離器的液體出口依次經(jīng)過一級(jí)換熱器和一節(jié)流閥I位于一級(jí)換熱器和二
3級(jí)換熱器之間連通于回流制冷劑；二次氣液分離器的液體出口依次經(jīng)過二級(jí)換熱器和一節(jié) 流閥II位于二級(jí)換熱器和三級(jí)換熱器之間連通于回流制冷劑；
所述一級(jí)冷卻器、二級(jí)冷卻器、三級(jí)冷卻器、再沸器和塔頂冷凝器均為按照介質(zhì)種類設(shè) 置流道的間壁式結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，精餾塔塔頂?shù)鯕獬隹诮?jīng)過塔頂冷凝器連通于塔頂氣液分離器，塔頂氣 液分離器氮氧氣出口依次經(jīng)過一成品冷卻器、三級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器將氮 氧氣輸出；塔頂氣液分離器液體出口連通于精餾塔；所述精餾塔塔底的冷凝液出口連通于 成品冷卻器；所述成品冷卻器為間壁式結(jié)構(gòu)；
進(jìn)一步，在主流程系統(tǒng)中，三級(jí)換熱器和精餾塔之間設(shè)置節(jié)流閥IV ； 進(jìn)一步，所述制冷機(jī)壓縮機(jī)為三級(jí)壓縮。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明結(jié)構(gòu)的含氧煤層氣液化分離裝置，制冷裝置采用 混合制冷并結(jié)合節(jié)流制冷，改變現(xiàn)有的制冷流程，充分并合理的利用工藝過程中的冷量回 收過程，提高制冷效率，從而相對(duì)提高裝置的處理能力，對(duì)于單井產(chǎn)量不高的煤層氣而言， 可節(jié)約生產(chǎn)成本，只利用一套壓縮設(shè)備，節(jié)約動(dòng)力能源。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式附圖為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示本實(shí)施例的含氧煤層氣液化分離裝置，包括 主流程系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)；
所述主流程系統(tǒng)包括依次串接的一級(jí)換熱器1、二級(jí)換熱器2、三級(jí)換熱器4和精餾塔 5，一級(jí)換熱器1設(shè)置凈化后含氧煤層氣入口，位于精餾塔5塔頂設(shè)置連通于精餾塔頂?shù)?氣出口的塔頂冷凝器8，所述精餾塔5塔內(nèi)位于塔底設(shè)置再沸器6，精餾塔5塔底設(shè)置冷凝 液出口 ；
制冷系統(tǒng)包括混合制冷劑平衡罐10、制冷劑壓縮機(jī)11、制冷劑冷卻器12、制冷劑一次 氣液分離器13和制冷劑二次氣液分離器15，制冷劑壓縮機(jī)11入口連通于制冷劑平衡罐 10，制冷機(jī)壓縮機(jī)11出口通過制冷劑冷卻器12連通于制冷劑一次氣液分離器13，制冷劑 一次氣液分離器13氣體出口通過一級(jí)換熱器1連通于二次氣液分離器15，二次氣液分離 器15氣體出口依次經(jīng)過二級(jí)換熱器2、再沸器6、三級(jí)換熱器3和一節(jié)流閥III 17連通于塔 頂冷凝器8，塔頂冷凝器8制冷劑出口依次經(jīng)過三級(jí)換熱器3、二級(jí)換熱器2和一級(jí)換熱器 1連通于混合制冷劑平衡罐10使制冷劑回流循環(huán)使用；
混合制冷劑平衡罐10內(nèi)混合制冷劑按質(zhì)量百分比包括氮35%，甲烷30. 65%，乙烯 16. 81%，丙烷3.8%，丁烷8.17%戊烷5. 57% ；本配比能合理分配制冷劑中各個(gè)成分在各個(gè) 環(huán)節(jié)的氣液成分，合理控制流程中的溫度指標(biāo)；
一次氣液分離器13的液體出口依次經(jīng)過一級(jí)換熱器1和一節(jié)流閥I 14位于一級(jí)換熱 器1和二級(jí)換熱器2之間連通于回流制冷劑；二次氣液分離器15的液體出口依次經(jīng)過二級(jí) 換熱器2和一節(jié)流閥II 16位于二級(jí)換熱器2和三級(jí)換熱器3之間連通于回流制冷劑；所述一級(jí)冷卻器1、二級(jí)冷卻器2、三級(jí)冷卻器3、再沸器6和塔頂冷凝器8均為按照介 質(zhì)種類設(shè)置流道的間壁式結(jié)構(gòu)；各個(gè)通過介質(zhì)之間完全獨(dú)立且可互相之間交換熱量。本實(shí)施例中，精餾塔5塔頂?shù)鯕獬隹诮?jīng)過塔頂冷凝器8連通于塔頂氣液分離器 9，塔頂氣液分離器9氮氧氣出口依次經(jīng)過一成品冷卻器7、三級(jí)換熱器3、二級(jí)換熱器2和 一級(jí)換熱器1將氮氧氣輸出；塔頂氣液分離器9液體出口連通于精餾塔5，用于冷凝液回流 至精餾塔；所述精餾塔5塔底的冷凝液出口連通于成品冷卻器7 ；所述成品冷卻器7為間壁 式結(jié)構(gòu)；通過成品冷卻器7過冷產(chǎn)品并通過三級(jí)換熱器3、二級(jí)換熱器2和一級(jí)換熱器1回 收冷量，充分利用低溫氮氧氣的冷量，進(jìn)一步提高冷卻效率。本實(shí)施例中，在主流程系統(tǒng)中，三級(jí)換熱器3和精餾塔5之間設(shè)置節(jié)流閥IV 4 ；通 過節(jié)流降壓，進(jìn)一步降低溫度，利于冷凝以及分離。本實(shí)施例中，所述制冷機(jī)壓縮機(jī)11為三級(jí)壓縮，級(jí)間均設(shè)置冷卻及氣液分離器， 降低壓縮氣體的單級(jí)壓縮比，以及單級(jí)出口的溫度，從而降低能耗。本發(fā)明在生產(chǎn)時(shí)，包括
A.主流程工藝將凈化含氧煤層氣依次通過一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和三級(jí)換熱器冷 卻，，形成冷凝液和氣體的混合物，出換熱器凈化含氧煤層氣經(jīng)過節(jié)流閥III 17節(jié)流后進(jìn)入 精餾塔；精餾塔塔底得到液化天然氣，剩余冷凝液由塔底流出經(jīng)成品冷卻器冷卻后即為成 品液化天然氣；塔頂?shù)玫絅2和O2混合氣并含有少量CH4進(jìn)入塔頂冷凝器8 ；
精餾塔5頂流出的N2和O2進(jìn)入塔頂冷凝器8析出攜帶出的少量CH4組分，有塔頂氣 液分離器9進(jìn)行氣液分離后，液態(tài)為CH4由精餾塔5頂回流至至塔內(nèi)；分離掉液態(tài)CH4后N2 和O2通過成品冷卻器7冷卻精餾塔底出來的液化天然氣后依次通過三級(jí)換熱器3、二級(jí)換 熱器2和一級(jí)換熱器1回收冷量后溫度為作為尾氣輸出。B.制冷工藝
Bi.制冷劑平衡罐10的混合制冷劑經(jīng)制冷劑壓縮機(jī)11壓縮、制冷劑冷卻器12冷卻； 一次氣液分離器13—次氣液分離后，氣態(tài)進(jìn)入一級(jí)換熱器冷卻，進(jìn)入二次氣液分離器15 二 次氣液分離后，氣態(tài)進(jìn)入二級(jí)換熱器冷卻后進(jìn)入精餾塔底的再沸器6，加熱塔底冷凝液后自 身被冷卻后，進(jìn)入三級(jí)換熱器3冷卻，先進(jìn)入塔底再沸器冷卻后再進(jìn)入三級(jí)換熱器冷卻，可 減小三級(jí)換熱器的負(fù)荷，保證原料氣的冷卻效果，同時(shí)加熱了塔底冷凝液，提高精餾和制冷 效率，相對(duì)提高裝置的處理能力；三級(jí)換熱器3冷卻后經(jīng)節(jié)流降壓后降溫進(jìn)入塔頂冷凝器6 冷卻塔頂出口的N2和O2及少量CH4組分，依次經(jīng)過三級(jí)換熱器6、二級(jí)換熱器2和一級(jí)換 熱器1逐漸換熱并回流至壓縮入口循環(huán)使用；
B2. 一次氣液分離后的液體進(jìn)入一級(jí)換熱器1冷卻經(jīng)節(jié)流閥I 14節(jié)流后由一級(jí)換熱器 和二級(jí)換熱器之間進(jìn)入回流制冷劑回流；二次氣液分離后的液體進(jìn)入二級(jí)換熱器2冷卻， 經(jīng)節(jié)流閥II 16節(jié)流后降壓后由二級(jí)換熱器2和三級(jí)換熱器3之間進(jìn)入回流制冷劑回流；通 過節(jié)流降低壓力從而達(dá)到蒸發(fā)降溫的目的，并不需要額外的設(shè)備和動(dòng)力，節(jié)約能源，減小設(shè) 備和占地投入。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種含氧煤層氣液化分離裝置，其特征在于包括主流程系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)；所述主流程系統(tǒng)包括依次串接的一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器、三級(jí)換熱器和精餾塔，一級(jí)換熱器設(shè)置有凈化后含氧煤層氣入口，位于精餾塔塔頂設(shè)置連通于精餾塔頂?shù)鯕獬隹诘乃斃淠?，所述精餾塔塔內(nèi)位于塔底設(shè)置再沸器，精餾塔塔底設(shè)置冷凝液出口；制冷系統(tǒng)包括混合制冷劑平衡罐、制冷劑壓縮機(jī)、制冷劑冷卻器、制冷劑一次氣液分離器和制冷劑二次氣液分離器，制冷劑壓縮機(jī)入口連通于制冷劑平衡罐，制冷機(jī)壓縮機(jī)出口通過制冷劑冷卻器連通于制冷劑一次氣液分離器，制冷劑一次氣液分離器氣體出口通過一級(jí)換熱器連通于二次氣液分離器，二次氣液分離器氣體出口依次經(jīng)過二級(jí)換熱器、再沸器、三級(jí)換熱器和一節(jié)流閥Ⅲ連通于塔頂冷凝器，塔頂冷凝器制冷劑出口依次經(jīng)過三級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器連通于混合制冷劑平衡罐使制冷劑回流循環(huán)使用；混合制冷劑平衡罐內(nèi)混合制冷劑按質(zhì)量百分比包括氮 35%，甲烷 30.65%，乙烯 16.81%，丙烷 3.8%，丁烷 8.17% 戊烷 5.57%；一次氣液分離器的液體出口依次經(jīng)過一級(jí)換熱器和一節(jié)流閥Ⅰ位于一級(jí)換熱器和二級(jí)換熱器之間連通于回流制冷劑；二次氣液分離器的液體出口依次經(jīng)過二級(jí)換熱器和一節(jié)流閥Ⅱ位于二級(jí)換熱器和三級(jí)換熱器之間連通于回流制冷劑；所述一級(jí)冷卻器、二級(jí)冷卻器、三級(jí)冷卻器、再沸器和塔頂冷凝器均為按照介質(zhì)種類設(shè)置流道的間壁式結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氧煤層氣液化分離裝置，其特征在于精餾塔塔頂?shù)鯕?出口經(jīng)過塔頂冷凝器連通于塔頂氣液分離器，塔頂氣液分離器氮氧氣出口依次經(jīng)過一成品 冷卻器、三級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器將氮氧氣輸出；塔頂氣液分離器液體出口連 通于精餾塔；所述精餾塔塔底的冷凝液出口連通于成品冷卻器；所述成品冷卻器為間壁式 結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含氧煤層氣液化分離裝置，其特征在于在主流程系統(tǒng)中，三 級(jí)換熱器和精餾塔之間設(shè)置節(jié)流閥IV。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含氧煤層氣液化分離裝置，其特征在于所述制冷機(jī)壓縮機(jī) 為三級(jí)壓縮。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含氧煤層氣液化分離裝置，包括主流程系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)；主流程系統(tǒng)包括依次串接的一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器、三級(jí)換熱器和精餾塔，制冷系統(tǒng)包括混合制冷劑平衡罐、制冷劑壓縮機(jī)、制冷劑冷卻器、制冷劑一次氣液分離器和制冷劑二次氣液分離器；本發(fā)明制冷裝置采用混合制冷并結(jié)合節(jié)流制冷，改變現(xiàn)有的制冷流程，充分并合理的利用工藝過程中的冷量回收過程，提高制冷效率，從而相對(duì)提高裝置的處理能力，對(duì)于單井產(chǎn)量不高的煤層氣而言，可節(jié)約生產(chǎn)成本，只利用一套壓縮設(shè)備，節(jié)約動(dòng)力能源。
文檔編號(hào)F25B1/00GK101928617SQ20101028223
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者任小坤, 史紅兵, 姚成林, 孫郁, 寇偉偉, 張武, 王長元, 肖露, 胡千庭, 高元景 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所;煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院