專利名稱：一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及煤層氣液化裝置，具體涉及一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置。
背景技術(shù)：
煤層氣又稱煤礦瓦斯，主要成分是甲烷，既是一種清潔能源，又是一種重要的化工 原料，其開發(fā)利用既有利于減少碳的排放，又有利于減少礦井事故，是一件變廢為寶的好事。由于煤層氣成分的復(fù)雜性，所以煤層氣的氣體運輸，成為制約煤層氣開發(fā)利用的 關(guān)鍵因素，為了解決這一問題，目前一般采用將煤層氣液化然后進(jìn)行運輸利用的方法。煤層 氣液化后儲存效率高、占地少、投資省，并且有利于城市負(fù)荷的平衡調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有的天然氣液 化技術(shù)基本是針對純度較高的天然氣，其液化設(shè)備只包括壓縮機系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，但是煤 層氣由于氣源成分的復(fù)雜性，所以利用現(xiàn)有的天然氣液化設(shè)備進(jìn)行煤層氣液化，存在回收 率低，高溫易爆安全隱患。而且由于煤層氣氣源成分的復(fù)雜性以及甲烷含量的不同，煤層氣 自身不能作為制冷工質(zhì)達(dá)到液化的目的，必須采用外部設(shè)備冷卻，而現(xiàn)有天然氣冷卻系統(tǒng) 的制冷效果還有待提高。煤層氣低溫液化后的煤層氣體積縮小625倍，一臺35m3的標(biāo)準(zhǔn)液化氣槽車可運輸 21000標(biāo)方煤層氣，所以，為了加快對煤層氣的開發(fā)利用，特別需要研發(fā)一種能適應(yīng)于煤層 氣，且制冷效果好的煤層氣液化設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是為了解決利用現(xiàn)有的天然氣液化設(shè)備進(jìn)行煤層氣液化，存在回收率 低，高溫易爆安全隱患的技術(shù)問題，而提供了一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，以提 高制冷效率和安全性。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是—種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，包括制冷機系統(tǒng)和壓縮機系統(tǒng)，制冷機 系統(tǒng)包括換熱器和膨脹機，換熱器的工質(zhì)輸出端與膨脹機的輸入端通過管路連接，壓縮機 系統(tǒng)包括壓縮機、油氣分離器、高壓緩沖罐和低壓緩沖罐，各部件之間通過管路依次連接， 高壓緩沖罐輸出端通過管路與換熱器的工質(zhì)輸入端相連，膨脹機的輸出端與換熱器的回流 工質(zhì)輸入端連接，換熱器的回流工質(zhì)輸出端與低壓緩沖罐的輸入端連接，還包括來料氣處 理系統(tǒng)，來料氣處理系統(tǒng)包括過濾分離器、水冷卻器和低溫儲槽，過濾分離器和水冷卻器通 過管路連接，水冷卻器通過管路與換熱器的來料氣輸入端連接，換熱器來料氣輸出端與低 溫儲槽之間通過的管路連接。工作時，從礦井口收集到的來料氣，進(jìn)入過濾分離器后，將其 中的粉塵、二氧化碳、氧氣、氮氣和其他主要雜質(zhì)去除，來料氣經(jīng)水冷卻器冷卻后達(dá)到室溫 溫度，經(jīng)管路進(jìn)入換熱器來料氣輸入端。制冷機系統(tǒng)可以采用氦氣或者氮氣作為制冷工 質(zhì)，壓縮機將制冷工質(zhì)壓縮并冷卻后，通過高壓緩沖罐的輸出端進(jìn)入的換熱器的工質(zhì)輸入端，換熱器將來料氣和制冷工質(zhì)進(jìn)一步冷卻，溫度和壓力降低到煤層氣的液化溫度以下，將 煤層氣液化，然后制冷工質(zhì)經(jīng)膨脹機對外做工，輸出能量，液化后的煤層氣儲存到低溫儲槽 里。經(jīng)膨脹機膨脹后的制冷工質(zhì)從膨脹機的輸出端輸入換熱器的回流工質(zhì)輸入端，經(jīng)換熱 器的回流工質(zhì)輸出端流回低壓緩沖罐。進(jìn)一步地，所述過濾分離器包括初級濾網(wǎng)分離器和后級膜分離器，經(jīng)過濾分離器 可得到含甲烷75%以上的氣體。所述制冷機系統(tǒng)包括五級換熱器，第一級換熱器的工質(zhì)輸入端與高壓緩沖罐的輸 出端相連，各級換熱器之間通過管路連接，第五級換熱器的來料氣輸出端與低溫儲槽相連。所述制冷機系統(tǒng)第二級換熱器為氟利昂制冷機，水冷卻器通過管路與第二級換熱 器的來料氣輸入端連接。所述制冷機系統(tǒng)第二級換熱器的工質(zhì)輸出端與第三級換熱器的工質(zhì)輸入端之間 設(shè)有內(nèi)純化器。所述制冷機系統(tǒng)第三級換熱器的工質(zhì)輸出端與第四級換熱器的工質(zhì)輸入端通過 三通連接，其中三通的一端與膨脹機的輸入端連接。所述膨脹機為透平膨脹機。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1)增加了來料器處理系統(tǒng)，和制冷機系統(tǒng)可單獨使用，可有效控制氣體中甲烷的含量。2)采用初級濾網(wǎng)分離器和后級膜分離器，可將來料氣中的粉塵、二氧化碳、氧氣、 氮氣和其他主要雜志去除，提高安全性，得到含甲烷75%以上的氣體。3)采用由氟利昂制冷機、內(nèi)純化器和膨脹機組成的冷卻系統(tǒng)，制冷效率高。

圖1為本實用新型所述的利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置示意圖。圖中1_過濾分離器、2-水冷卻器、3-低溫儲槽、4-第一級換熱器、5-第二級換熱 器、6-第三級換熱器、7-第四級換熱器、8-第五級換熱器、9-內(nèi)純化器、10-膨脹機、11-低 壓緩沖罐、12-壓縮機、13-油氣分離器、14-高壓緩沖罐、15-過濾單元、16-膨脹機控制單 元、17-液位計、18-去槽車。
具體實施方式
一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，包括制冷機系統(tǒng)和壓縮機系統(tǒng)，制冷機 系統(tǒng)包括換熱器和膨脹機10，換熱器的工質(zhì)輸出端與膨脹機10的輸入端通過管路連接，壓 縮機系統(tǒng)包括壓縮機12、油氣分離器13、高壓緩沖罐14和低壓緩沖罐11，各部件之間通過 管路依次連接，高壓緩沖罐15輸出端通過管路與換熱器的工質(zhì)輸入端相連，膨脹機10的輸 出端與換熱器的回流工質(zhì)輸入端連接，換熱器的回流工質(zhì)輸出端與低壓緩沖罐11的輸入 端連接，還包括來料氣處理系統(tǒng)，來料氣處理系統(tǒng)包括過濾分離器1、水冷卻器2和低溫儲 槽3，過濾分離器1和水冷卻器2通過管路連接，水冷卻器2通過管路與換熱器的來料氣輸 入端連接，換熱器來料氣輸出端與低溫儲槽3之間通過的管路連接。過濾分離器1包括初級濾網(wǎng)分離器和后級膜分離器；制冷機系統(tǒng)包括五級換熱器，分別為第一級換熱器4、第二級換熱器5、第三級換熱器6、第四級換熱器7和第五級換熱 器8，各級換熱器之間通過管路連接，第二級換熱器5為氟利昂制冷機，水冷卻器2通過管 路與第二級換熱器5的來料氣輸入端連接；第二級換熱器5的工質(zhì)輸出端與第三級換熱器 6的工質(zhì)輸入端之間設(shè)有內(nèi)純化器9 ；第三級換熱器6的工質(zhì)輸出端與第四級換熱器7的工 質(zhì)輸入端通過三通連接，三通的一端與膨脹機10的輸入端連接；膨脹機10為透平膨脹機， 膨脹機10設(shè)有過濾單元15和膨脹機控制單元16 ；第五級換熱器8的輸出端與低溫儲槽3 連接，低溫儲槽3設(shè)有液位計17和去槽車18。
權(quán)利要求一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，包括制冷機系統(tǒng)和壓縮機系統(tǒng)，制冷機系統(tǒng)包括換熱器和膨脹機，換熱器的工質(zhì)輸出端與膨脹機的輸入端通過管路連接，壓縮機系統(tǒng)包括壓縮機、油氣分離器、高壓緩沖罐和低壓緩沖罐，各部件之間通過管路依次連接，高壓緩沖罐輸出端通過管路與換熱器的工質(zhì)輸入端相連，膨脹機的輸出端與換熱器的回流工質(zhì)輸入端連接，換熱器的回流工質(zhì)輸出端與低壓緩沖罐的輸入端連接，其特征是還包括來料氣處理系統(tǒng)，來料氣處理系統(tǒng)包括過濾分離器、水冷卻器和低溫儲槽，過濾分離器和水冷卻器通過管路連接，水冷卻器通過管路與換熱器的來料氣輸入端連接，換熱器來料氣輸出端與低溫儲槽之間通過的管路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，其特征是所述過濾分 離器包括初級濾網(wǎng)分離器和后級膜分離器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，其特征是所述制 冷機系統(tǒng)包括五級換熱器，第一級換熱器的工質(zhì)輸入端與高壓緩沖罐的輸出端相連，各級 換熱器之間通過管路連接，第五級換熱器的來料氣輸出端與低溫儲槽相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，其特征是所述制冷機 系統(tǒng)第二級換熱器為氟利昂制冷機，水冷卻器通過管路與第二級換熱器的來料氣輸入端連 接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，其特征是所述制冷機 系統(tǒng)第二級換熱器的工質(zhì)輸出端與第三級換熱器的工質(zhì)輸入端之間設(shè)有內(nèi)純化器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，其特征是所述制冷機 系統(tǒng)第三級換熱器的工質(zhì)輸出端與第四級換熱器的工質(zhì)輸入端通過三通連接，其中三通的 一端與膨脹機的輸入端連接。
7 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，其特征是所述膨 脹機為透平膨脹機。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，其特征是所述膨脹機 為透平膨脹機。
專利摘要本實用新型公開了一種利用低溫制冷機的煤層氣液化裝置，是為了解決現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行煤層氣液化，存在回收率低，安全隱患的問題，包括制冷機系統(tǒng)和壓縮機系統(tǒng)，制冷機系統(tǒng)包括換熱器和膨脹機，壓縮機系統(tǒng)包括壓縮機、油氣分離器、高壓緩沖罐和低壓緩沖罐，各部件之間依次連接，高壓緩沖罐與換熱器相連，膨脹機與換熱器的回流工質(zhì)輸入端連接，還包括由過濾分離器、水冷卻器和低溫儲槽組成的來料氣處理系統(tǒng)，過濾分離器和水冷卻器連接，水冷卻器與換熱器、低溫儲槽依次連接。本實用新型具有以下優(yōu)點增加了來料器處理系統(tǒng)，可有效控制氣體中甲烷的含量；采用初級濾網(wǎng)分離器和后級膜分離器，提高安全性，得到含甲烷75％以上的氣體；冷卻系統(tǒng)的制冷效率高。
文檔編號C10L3/10GK201634653SQ20102012558
公開日2010年11月17日 申請日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者李勤, 梁文清, 肖秋紅 申請人:山西能源產(chǎn)業(yè)集團科技發(fā)展有限公司;梁文清;李勤