一種甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備lng的裝置及工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備LNG的裝置及工藝。通過在壓縮機前面設置甲烷輸送管道，解決了甲烷的含量的較小時，不能壓縮的問題，尤其適合于煤層氣中的甲烷體積含量為15%~40%時甲烷的回收利用；本工藝系統(tǒng)安全性高、操作壓力低、裝置能耗低,甲烷氣提取率可以達到99%，從而使煤礦生產(chǎn)排放的瓦斯氣轉化為優(yōu)質清潔能源，具有顯著的經(jīng)濟和環(huán)境效益。
【專利說明】-種甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備LNG的裝置及 工藝

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣體分離【技術領域】，具體涉及到一種甲烷含量15-40%的含氧煤層氣 提純制備LNG的裝置及工藝。

【背景技術】
[0002] 煤層氣的有效成分是甲烷，是一種寶貴的清潔能源和重要的化工原料，應該加以 很好利用。我國煤層氣資源非常豐富，儲量居世界第三位，但對煤層氣的開發(fā)利用卻很少， 每年排入大氣的煤層氣總量巨大，不僅是很大的資源浪費，也造成了嚴重的環(huán)境污染。目 前，我國煤層氣主要以井下抽采方式為主，所得煤層氣壓力小，甲烷濃度一般僅為39Γ80%， 低于40%的約占2/3,并混有N 2、02和其他雜質氣體，因此要實現(xiàn)對煤層氣的充分利用，必須 對這種含氧煤層氣進行分離提純，產(chǎn)品為LNG (液化天然氣）或CNG (壓縮天然氣)。目前， 含氧煤層氣制取LNG的方法普遍采用先經(jīng)過變壓吸附、膜分離、水合物工藝等對原料氣凈 化提濃，然后再通過膨脹制冷循環(huán)或低溫工質制冷循環(huán)進行液化的工藝，普遍存在工藝復 雜、安全性低、一次性投資大、運行費用高、維護難度大、產(chǎn)品純度低、回收率低的缺陷，使得 含氧煤層氣制取LNG不能有效推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是提供一種流程簡單、安全性高、一次性投資不大、運行費用低、 維護方便、適合于甲烷體積含量為159Γ40%的含氧煤層氣提純制備LNG的裝置及工藝。
[0004] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案是，一種甲烷含量15-40%的含氧煤 層氣提純制備LNG的裝置，包括依次連接的水洗塔、壓縮機、冷氣機組、汽水分離器、吸附 器、主換熱器、再沸器，再沸器位于精餾塔底部，精餾塔下端連接有LNG貯槽，精餾塔下端與 LNG貯槽之間設置有過冷器，精餾塔底部通過甲烷輸送管道與水洗塔和壓縮機之間的管路 連接；甲烷輸送管道上連接有甲烷補充管道。
[0005] 精餾塔的中上部通過過冷器、主換熱器，與消音器連接、或者依次與電加熱器、吸 附器、消音器連接。
[0006] 精餾塔頂部通過過冷器、主換熱器依次與氮氣增壓機、增壓透平膨脹機增壓端、冷 卻器連接，冷卻器的出口通過主換熱器、過冷器與精餾塔上部連接；增壓透平膨脹機增壓端 依次通過冷卻器、主換熱器與增壓透平膨脹機膨脹端連接，增壓透平膨脹機膨脹端通過主 換熱器與氮氣增壓機連接；氮氣增壓機上連接有補充氮氣管路。
[0007] 所述的甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備LNG的工藝，包括以下步驟：煤層 氣通過水洗塔后，與甲烷輸送管道輸送的甲烷氣體混合，然后混合氣依次進入壓縮機、冷氣 機組、汽水分離器、吸附器、主換熱器，然后進入再沸器，在再沸器中部分液化后進入精餾塔 進行精餾；在精餾塔底部得到的LNG經(jīng)過過冷器后輸送至LNG貯槽，從精餾塔頂部得到氮氣 經(jīng)過氮氣冷卻循環(huán)系統(tǒng)后送回精餾塔上部做回流液。
[0008] 在精餾塔的中上部抽出廢氣，廢氣依次通過過冷器、主換熱器，然后分成兩路，第 一路經(jīng)電加熱器，然后進入吸附器作為吸附器的再生氣，再經(jīng)過消音器后排出，第二路直接 經(jīng)過消音器后排出；吸附器再生階段廢氣走第一路，再生結束走第二路。
[0009] 所述的氮氣冷卻循環(huán)系統(tǒng)為：從精餾塔頂部排出的氮氣依次通過過冷器、主換熱 器后，與補充氮氣管路補充的氮氣、循環(huán)的氮氣的一起進入氮氣增壓機，然后進入增壓透平 膨脹機增壓端加壓后進入冷卻器，然后進入主換熱器換熱后分成兩路，一路通過過冷器后 送入精餾塔上部做回流液，另一路通過增壓透平膨脹機膨脹端膨脹后進入主換熱器回收冷 量后作為循環(huán)的氮氣，重新進入氮氣增壓機。
[0010] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是，通過在壓縮機前面設置甲烷輸送管道，解決了甲烷的 含量較小時，不能壓縮的問題，尤其適合于煤層氣中的甲烷體積含量為159Γ40%時甲烷的 回收利用；本工藝系統(tǒng)安全性高、操作壓力低、裝置能耗低，甲烷氣提取率可以達到99%， 從而使煤礦生產(chǎn)排放的瓦斯氣轉化為優(yōu)質清潔能源，具有顯著的經(jīng)濟和環(huán)境效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明煤層氣提純制備LNG的裝置結構示意圖。

【具體實施方式】
[0012] 下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍不限于此。
[0013] 如圖1所示，甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備LNG的裝置，包括依次連接 的水洗塔1、壓縮機2、冷氣機組3、汽水分離器4、吸附器5、主換熱器11、再沸器13 ;再沸器 13位于精餾塔12底部，精餾塔12下端連接有LNG貯槽15,精餾塔12下端與LNG貯槽15 之間設置有過冷器14,精餾塔12底部通過甲烷輸送管道16與水洗塔1和壓縮機2之間的 管路連接；甲烷輸送管道上16連接有甲烷補充管道17。
[0014] 精餾塔12的中上部通過過冷器14、主換熱器11，與消音器連接、或者依次與電加 熱器6、吸附器5、消音器7連接。
[0015] 精餾塔12頂部通過過冷器14、主換熱器11依次與氮氣增壓機8、增壓透平膨脹機 9的增壓端18、冷卻器10連接，冷卻器10的出口通過主換熱器11、過冷器14與精餾塔12 上部連接；增壓透平膨脹機9的增壓端18依次通過冷卻器10、主換熱器11與增壓透平膨 脹機9的膨脹端19連接，增壓透平膨脹機9的膨脹端19通過主換熱器與氮氣增壓機8連 接；氮氣增壓機8上連接有補充氮氣管路20。
[0016] 甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備LNG的工藝，包括以下步驟：含氧煤層氣 (甲烷體積含量為159Γ40%)通過水洗塔1后，與甲烷輸送管道16輸送的甲烷氣體混合，然 后混合氣依次進入壓縮機2、冷氣機組3、汽水分離器4、吸附器5、主換熱器11，然后進入再 沸器13,在再沸器13中部分液化后進入精餾塔12進行精餾；在精餾塔12底部得到的LNG 經(jīng)過過冷器14后輸送至LNG貯槽15,從精餾塔12頂部得到氮氣經(jīng)過氮氣冷卻循環(huán)系統(tǒng)后 送回精餾塔12上部做回流液。
[0017] 所述的氮氣冷卻循環(huán)系統(tǒng)為：從精餾塔12頂部排出的氮氣依次通過過冷器14、主 換熱器11后，與補充氮氣管路20補充的氮氣、循環(huán)的氮氣的一起進入氮氣增壓機8,然后進 入增壓透平膨脹機9的增壓端18加壓后進入冷卻器10,然后進入主換熱器11換熱后分成 兩路，一路通過過冷器后14送入精餾塔12上部做回流液，另一路返回增壓透平膨脹機9的 膨脹端19膨脹后進入主換熱器11，回收冷量后作為循環(huán)的氮氣，重新進入氮氣增壓機8。
[0018] 在精餾塔12的中上部抽出廢氣，廢氣依次通過過冷器14、主換熱器11，然后分成 兩路，第一路經(jīng)電加熱器6,然后進入吸附器5作為吸附器5的再生氣，然后經(jīng)過消音器7排 出；第二路直接經(jīng)過消音器7后排出；吸附器再生階段廢氣走第一路，再生結束走第二路。
【權利要求】
1. 一種甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備LNG的裝置，包括依次連接的水洗塔、 壓縮機、冷氣機組、汽水分離器、吸附器、主換熱器、再沸器，其特征在于：再沸器位于精餾塔 底部，精餾塔下端連接有LNG貯槽，精餾塔下端與LNG貯槽之間設置有過冷器，精餾塔底部 通過甲烷輸送管道與水洗塔和壓縮機之間的管路連接；甲烷輸送管道上連接有甲烷補充管 道。
2. 如權利要求1所述的甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備LNG的裝置，其特征在 于，精餾塔的中上部通過過冷器、主換熱器，與消音器連接、或者依次與電加熱器、吸附器、 消音器連接。
3. 如權利要求1所述的甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備LNG的裝置，其特征在 于，精餾塔頂部通過過冷器、主換熱器依次與氮氣增壓機、增壓透平膨脹機增壓端、冷卻器 連接，冷卻器的出口通過主換熱器、過冷器與精餾塔上部連接；增壓透平膨脹機增壓端依次 通過冷卻器、主換熱器與增壓透平膨脹機膨脹端連接，增壓透平膨脹機膨脹端通過主換熱 器與氮氣增壓機連接；氮氣增壓機上連接有補充氮氣管路。
4. 利用權利要求1所述的甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備LNG的裝置的工藝， 其特征在于，包括以下步驟：煤層氣通過水洗塔后，與甲烷輸送管道輸送的甲烷氣體混合， 然后混合氣依次進入壓縮機、冷氣機組、汽水分離器、吸附器、主換熱器，然后進入再沸器， 在再沸器中部分液化后進入精餾塔進行精餾；在精餾塔底部得到的LNG經(jīng)過過冷器后輸送 至LNG貯槽，從精餾塔頂部得到氮氣經(jīng)過氮氣冷卻循環(huán)系統(tǒng)后送回精餾塔上部做回流液。
5. 如權利要求4所述的甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備LNG的工藝，其特征在 于，在精餾塔的中上部抽出廢氣，廢氣依次通過過冷器、主換熱器，然后分成兩路，第一路經(jīng) 電加熱器，然后進入吸附器作為吸附器的再生氣，再經(jīng)過消音器后排出，第二路直接經(jīng)過消 音器后排出；吸附器再生階段廢氣走第一路，再生結束走第二路。
6. 如權利要求4所述的甲烷含量15-40%的含氧煤層氣提純制備LNG的工藝，其特征在 于，所述的氮氣冷卻循環(huán)系統(tǒng)為：從精餾塔頂部排出的氮氣依次通過過冷器、主換熱器后， 與補充氮氣管路補充的氮氣、循環(huán)的氮氣的一起進入氮氣增壓機，然后進入增壓透平膨脹 機增壓端加壓后進入冷卻器，然后進入主換熱器換熱后分成兩路，一路通過過冷器后送入 精餾塔上部做回流液，另一路通過增壓透平膨脹機膨脹端膨脹后進入主換熱器回收冷量后 作為循環(huán)的氮氣，重新進入氮氣增壓機。
【文檔編號】C10L3/10GK104194853SQ201410434311
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權日:2014年7月4日
【發(fā)明者】韓俊義, 盧紅太, 陳學坤, 張建英, 周元軍 申請人:韓俊義, 盧紅太, 陳學坤, 張建英, 周元軍