專利名稱：低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取lng工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通過加壓和冷卻處理使氣體或氣體混合物進行液化、固化或分離的技術(shù)領(lǐng)域，具體的為一種低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝。
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雜，特別是在煤層氣中含有氧，是非常危險的助燃助爆劑，制約了含氧煤層氣的綜合利用，實踐中，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和對環(huán)境造成污染。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前在低濃度煤層氣提純制取天然氣的領(lǐng)域中，出現(xiàn)了多種含氧煤層氣的液化技術(shù)。公開號為CN101922850A和CN101929788A的中國專利分別公開了一種利用含氧煤層氣制取液化天然氣的方法和利用含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，該方法和裝置采用混合冷劑自復疊制冷循環(huán)，將凈化后的原料氣液化并分離，得到LNG產(chǎn)品。另夕卜，公開號為CN1952569的中國專利申請公開了一種含空氣煤層氣的液化工藝，其冷量由氣體膨脹產(chǎn)生。在現(xiàn)有的采用煤層氣制取天然氣的工藝方法中，原料氣在處理過程中需要經(jīng)歷壓縮、凈化(脫酸、脫水)、液化和分離等工序，才能提純出甲烷，制成天然氣產(chǎn)品，現(xiàn)有的工藝方法雖然在一定程度上能夠滿足利用煤層氣提純制取天然氣的要求，但是還存在如下問題:現(xiàn)有的采用煤層氣提純制取天然氣工藝均需對原料氣(低濃度含氧煤層氣)進行壓縮，否則，如果原料氣壓力過低，會影響凈化效果，并使得低溫段需要更低的溫度，能耗增加；壓縮后的原料氣壓力一般約0.5MPa，因此僅能處理甲烷含量30%以上的含氧煤層氣，而國內(nèi)煤礦普遍存在煤層透氣性差的問題，導致在煤層氣的抽采時滲入大量空氣，大大降低原料氣甲烷的含量。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)(尤其在南方)礦井甲烷含量30%以下的煤層氣的抽采量遠大于甲烷含量30%以上的抽采量。如果煤層氣甲烷含量低于25%，在壓縮至0.5MPa的過程中，爆炸風險大大增加，因此目前的低濃度煤層氣深冷液化濃縮具有一定的局限性。有鑒于此，本發(fā)明旨在探索一種低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，該低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝能夠適用于甲烷含量低于30%的煤層氣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，該低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝能夠適用于甲烷含量低于30%的煤層氣。為達到上述目的， 本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，包括:1)富集工序:將煤層氣通過煤層氣富集系統(tǒng)進行甲烷富集處理，煤層氣中甲烷的摩爾比含量由10-28%上升至35-45% ；2)壓縮凈化工序:將經(jīng)富集工序得到的煤層氣經(jīng)壓縮凈化后得到凈化煤層氣；3)液化分離工序:將煤層氣中的甲烷組分進行液化分離，并得到液化天然氣產(chǎn)品。進一步，步驟I)所述富集工序中，在進行甲烷富集處理前的煤層氣的壓強為105 120KPa，溫度為常溫；在甲烷富集處理中，先利用鼓風機將煤層氣提壓至150KPa，經(jīng)冷卻裝置冷卻至常溫，并脫除煤層氣中的游離態(tài)水，然后進入變壓吸附裝置進行甲烷富集。進一步，所述變壓吸附裝置包括至少4個相互配合的吸附塔，吸附塔內(nèi)設(shè)置用于吸附煤層氣中的甲烷組分和部分空氣的吸附劑，且吸附塔均按照吸附、均壓降、真空解吸和均壓升的工況進行循環(huán)工作；任意時刻，均至少有一個吸附塔處于吸附工況，至少有一個吸附塔處理真空解析工況。進一步，在所述吸附工況下，將所述吸附塔的塔底接口和塔頂接口分別連通進氣管和放空管，煤層氣在吸附塔內(nèi)流通，吸附劑吸附煤層氣中的甲烷組分和部分空氣，直至吸附劑吸附飽和；在所述均壓降工況下，將所述吸附塔的塔頂接口與升壓管連通；在所述真空解析工況下，將所述吸附塔的塔底接口與真空管連通，利用真空泵抽真空至設(shè)定真空度，使被吸附的甲烷組分脫離吸附劑；在所述均壓升工況下，將所述吸附塔的塔頂接口與升壓管連通；且當其中一個吸附塔處于均壓降工況時，必有另一個吸附塔處于均壓升工況與處于均壓降工況的吸附塔配合，即處于均壓降工況的吸附塔的煤層氣通過升壓管進入處于均壓升工況的吸附塔內(nèi)。進一步，步驟2)所述壓縮凈化工序中，首先利用壓縮機將步驟1)得到的煤層氣壓縮至0.5MPa，然后利用脫碳系統(tǒng)脫除煤層氣中的酸性氣體，最后利用吸附凈化系統(tǒng)脫除煤層氣中的水及殘余酸性氣體，得到凈化煤層氣。進一步，步驟3)所述液化分離工序中，將步驟2)得到的凈化煤層氣通入液化分離裝置中將甲烷組分進行液化分離，并利用制冷循環(huán)裝置提供所需的冷量，在液化分離裝置的精餾塔中，得到甲烷摩爾比含量大于99%的液化天然氣產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，通過在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加富集工序，能夠?qū)⒓淄楹繛?0-28%的煤層氣的甲烷含量濃縮至35-45%，然后利用壓縮凈化工序和液化分離工序?qū)γ簩託膺M行壓縮、凈化和液化分離，能夠最終制取得到天然氣產(chǎn)品，即擴寬了煤層氣利用范圍，使得甲烷含量為10%以上的低濃度煤層氣均能夠利用本發(fā)明的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝提純制取液化天然氣。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:圖1為本發(fā)明低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝的實施例的工藝流程圖；圖2為富集工序的工藝流程圖；圖3為變壓吸附裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合 附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。首先對適用于本發(fā)明低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取天然氣的裝置的具體實施方式
進行說明。如圖1所示，該低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取天然氣的裝置，包括壓縮凈化系統(tǒng)、液化分離系統(tǒng)和沿煤層氣流向設(shè)置在壓縮凈化系統(tǒng)前的煤層氣富集系統(tǒng)21。如圖2所示，煤層氣富集系統(tǒng)21沿煤層氣流向依次包括鼓風機1、冷卻裝置2和變壓吸附裝置3，如圖3所示，變壓吸附裝置3包括并列設(shè)置的至少四個吸附塔4、用于向吸附塔4進氣的進氣管5、用于對吸附塔4抽取真空的真空管6、用于吸附塔4降壓的放空管7和用于吸附塔4升壓的升壓管8，真空管6上設(shè)有用于抽真空的真空泵9，升壓管8的排氣口上設(shè)有密閉閥門V17，任意吸附塔4的底部接口與進氣管5和真空管6之間分別通過閥門相連，任意吸附塔4的頂部接口與放空管7和升壓管8之間分別通過閥門相連，吸附塔4內(nèi)設(shè)有用于吸附煤層氣中的甲烷組分的吸附劑。真空管6的另一端與壓縮凈化系統(tǒng)相連，冷卻裝置2為水冷器，能夠滿足煤層氣的冷卻要求。變壓吸附裝置3包括并列設(shè)置的四個吸附塔4，四個吸附塔4分別為A塔、B塔、C塔和D塔，四個吸附塔4的底部接口與進氣管5之間分別通過閥門V1、閥門V2、閥門V3和閥門V4相連；四個吸附塔4的底部接口與真空管6之間分別通過閥門V5、閥門\、閥門V7和閥門V8相連；四個吸附塔4的頂部接口與升壓管8之間分別通過閥門V9、閥門Vltl、閥門V11和閥門V12相連；四個吸附塔4的頂部接口與放空管7之間分別通過閥門V13、閥門V14、閥門V15和閥門V16相連。采用該結(jié)構(gòu)的變壓吸附裝置3，通過4個吸附塔4的協(xié)同工作，能夠保證煤層氣的供應和處理均能夠處于連續(xù)狀態(tài)，且在煤層氣的供應和處理過程中，每一個吸附塔4分別經(jīng)歷吸附、均降壓、真空解析、等待和均升壓四個工況。進氣管5上設(shè)有緩沖罐110，真空管6上設(shè)有位于真空泵9后的緩沖罐1111，緩沖罐IIll的底部設(shè)有排污口，頂部設(shè)有與壓縮凈化系統(tǒng)相連的煤層氣出氣口，通過設(shè)置緩沖罐Iio和緩沖罐1111，能夠使煤層氣富集系統(tǒng)的煤層氣供應和輸出均勻。該低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取天然氣的裝置還包括沿煤層氣流向設(shè)置在煤層氣富集系統(tǒng)前的主動抑爆裝置23，主動抑爆裝置23沿煤層氣流向依次包括自動阻爆閥門12、自動噴粉抑爆裝置13和水封阻火泄爆裝置14，氣柜22的煤層氣出口與自動阻爆閥門12相連。雖然該低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取天然氣的裝置適用的煤層氣中甲烷含量可低于其爆炸極限，但是為了安全起見，設(shè)置主動抑爆裝置，能夠防止爆炸。該低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取天然氣的裝置還包括抑爆控制裝置，抑爆控制裝置包括控制器，以及分別設(shè)置在煤層氣富集系統(tǒng)、壓縮凈化系統(tǒng)、液化分離系統(tǒng)內(nèi)的火焰監(jiān)測器和壓力傳感器，控制器與自動阻爆閥門12、自動噴粉抑爆裝置13和水封阻火泄爆裝置14相連，當在煤層氣富集系統(tǒng)、壓縮凈化系統(tǒng)、液化分離系統(tǒng)中監(jiān)測到火焰或超壓現(xiàn)象發(fā)生時，火焰監(jiān)測器或壓力傳感器向控制器發(fā)送監(jiān)測信號，控制器控制自動阻爆閥門12立即切斷電源、自動噴粉抑爆裝置13立即噴粉阻止火焰擴散、水封阻火泄爆裝置14的爆破片立即泄爆，從而全面保證廠區(qū)設(shè)備和操作人員的安全。壓縮凈化系統(tǒng)沿煤層氣流向依次包括用于對煤層氣加壓的壓縮機15、用于脫除煤層氣中的酸性氣體的脫碳系統(tǒng)16和用于脫除煤層氣中的水及殘余酸性氣體的吸附凈化系統(tǒng)17，壓縮機15的煤層氣入口與真空管6相連，吸附凈化系統(tǒng)17的煤層氣出口與液化分離系統(tǒng)相連，甲烷富集后的煤層氣通過壓縮凈化系統(tǒng)處理后得到凈化煤層氣。液化分離系統(tǒng)包括液化分離裝置18和用于向液化分離裝置提供冷量的制冷循環(huán)裝置19，液化分離裝置18的煤層氣入口和煤層氣出口分別與吸附凈化系統(tǒng)17的煤層氣出口和天然氣存儲罐20相連，凈化煤層氣通過液化分離系統(tǒng)后得到甲烷含量大于99%的天然氣產(chǎn)品。下面結(jié)合上述裝置對本發(fā)明的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝的的具體實施方式
進行詳細說明。本實施例的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，包括:I)富集工序:將煤層氣通過煤層氣富集系統(tǒng)21進行甲烷富集處理，煤層氣中甲烷的摩爾比含量由10-28%上升至35-45%。具體的，本實施例的富集工序中，在進行甲烷富集處理前的煤層氣的壓強為105 120KPa，溫度為常溫；在甲烷富集處理中，先利用鼓風機I將煤層氣提壓至150KPa，經(jīng)冷卻裝置2冷卻至常溫，并脫除煤層氣中的游離態(tài)水，然后進入變壓吸附裝置3進行甲烷富集。如上所 述，變壓吸附裝置3包括至少4個相互配合的吸附塔4，吸附塔4內(nèi)設(shè)置用于吸附煤層氣中的甲烷組分和部分空氣的吸附劑，且吸附塔4均按照吸附、均壓降、真空解吸和均壓升的工況進行循環(huán)工作；任意時刻，均至少有一個吸附塔處于吸附工況，至少有一個吸附塔處理真空解析工況，能夠保證煤層氣的供應和處理分別處于連續(xù)狀態(tài)。在吸附工況下，將吸附塔4的塔底接口和塔頂接口分別連通進氣管5和放空管7，煤層氣在吸附塔4內(nèi)流通，吸附劑吸附煤層氣中的甲烷組分和部分空氣，直至吸附劑吸附飽和；在均壓降工況下，將吸附塔4的塔頂接口與升壓管5連通；在真空解析工況下，將吸附塔4的塔底接口與真空管6連通，利用真空泵9抽真空至設(shè)定真空度，使被吸附的甲烷組分脫離吸附劑；在均壓升工況下，將吸附塔4的塔頂接口與升壓管8連通；且當其中一個吸附塔4處于均壓降工況時，必有另一個吸附塔4處于均壓升工況與該處于均壓降工況的吸附塔4配合，即處于均壓降工況的吸附塔4的煤層氣通過升壓管進入處于均壓升工況的吸附塔4內(nèi)，一方面可使吸附飽和的吸附塔進行均降壓降低壓強，便于抽真空，另一方面使吸附飽和的吸附塔4內(nèi)的煤層氣進入真空解析后的吸附塔4內(nèi)進行再次吸附，防止甲烷組分被放空或被抽至壓縮凈化工序中，能夠有效提高富集后的煤層氣中的甲烷組分含量。具體的，變壓吸附裝置3中各個閥門的工作狀態(tài)時序如表I所示:表I變壓吸附裝置中各個閥門的工作狀態(tài)時序表
權(quán)利要求
1.一種低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，其特征在于:包括: O富集工序:將煤層氣通過煤層氣富集系統(tǒng)進行甲烷富集處理，煤層氣中甲烷的摩爾比含量由10-28%上升至35-45% ； 2)壓縮凈化工序:將經(jīng)富集工序得到的煤層氣經(jīng)壓縮凈化后得到凈化煤層氣； 3)液化分離工序:將煤層氣中的甲烷組分進行液化分離，并得到液化天然氣產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，其特征在于:步驟I)所述富集工序中，在進行甲烷富集處理前的煤層氣的壓強為105 120KPa，溫度為常溫；在甲烷富集處理中，先利用鼓風機將煤層氣提壓至150KPa，經(jīng)冷卻裝置冷卻至常溫，并脫除煤層氣中的游離態(tài)水，然后進入變壓吸附裝置進行甲烷富集。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，其特征在于:所述變壓吸附裝置包括至少4個相互配合的吸附塔，吸附塔內(nèi)設(shè)置用于吸附煤層氣中的甲烷組分和部分空氣的吸附劑，且吸附塔均按照吸附、均壓降、真空解吸和均壓升的工況進行循環(huán)工作；任意時刻，均至少有一個吸附塔處于吸附工況，至少有一個吸附塔處理真空解析工況。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，其特征在于: 在所述吸附工況下，將所述吸附塔的塔底接口和塔頂接口分別連通進氣管和放空管，煤層氣在吸附塔內(nèi)流通，吸附劑吸附煤層氣中的甲烷組分和部分空氣，直至吸附劑吸附飽和； 在所述均壓降工況下，將所述吸附塔的塔頂接口與升壓管連通； 在所述真空解析工況 下，將所述吸附塔的塔底接口與真空管連通，利用真空泵抽真空至設(shè)定真空度，使被吸附的甲烷組分脫離吸附劑； 在所述均壓升工況下，將所述吸附塔的塔頂接口與升壓管連通； 且當其中一個吸附塔處于均壓降工況時，必有另一個吸附塔處于均壓升工況與處于均壓降工況的吸附塔配合，即處于均壓降工況的吸附塔的煤層氣通過升壓管進入處于均壓升工況的吸附塔內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，其特征在于:步驟2)所述壓縮凈化工序中，首先利用壓縮機將步驟I)得到的煤層氣壓縮至0.5MPa，然后利用脫碳系統(tǒng)脫除煤層氣中的酸性氣體，最后利用吸附凈化系統(tǒng)脫除煤層氣中的水及殘余酸性氣體，得到凈化煤層氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，其特征在于:步驟3)所述液化分離工序中，將步驟2)得到的凈化煤層氣通入液化分離裝置中將甲烷組分進行液化分離，并利用制冷循環(huán)裝置提供所需的冷量，在液化分離裝置的精餾塔中，得到甲烷摩爾比含量大于99%的液化天然氣產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純制取LNG工藝，包括1)富集工序?qū)⒚簩託馔ㄟ^煤層氣富集系統(tǒng)進行甲烷富集處理，煤層氣中甲烷的含量由10-28%上升至35-45%；2)壓縮凈化工序?qū)⒔?jīng)富集工序得到的煤層氣經(jīng)壓縮凈化后得到凈化煤層氣；3)液化分離工序?qū)⒚簩託庵械募淄榻M分進行液化分離，并得到液化天然氣產(chǎn)品。通過在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加富集工序，能夠?qū)⒓淄楹繛?0-28%的煤層氣的甲烷含量濃縮至35-45%，然后利用壓縮凈化工序和液化分離工序?qū)γ簩託膺M行壓縮、凈化和液化分離，能夠最終制取得到天然氣產(chǎn)品，即擴寬了煤層氣利用范圍，使得甲烷含量為10%以上的低濃度煤層氣均能夠提純制取天然氣的方法提純制取液化天然氣。
文檔編號C10L3/10GK103146449SQ20131005867
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者胡千庭, 姚成林, 肖露, 王勇, 令狐磊 申請人:中煤科工集團重慶研究院