專利名稱：含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用液化原理進行分離的方法，尤其涉及一種含氧煤層氣液 化回收的裝置。
背景技術：
含氧煤層氣是煤礦在開采過程中為防止瓦斯爆炸和突出，保證煤礦安全生產而抽 排出的初級副產品；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境造成污染。隨著科學技術的發展，出現了多種含氧煤層氣的液化技術。其中， ZL200610103425. 0的專利公開了低溫精餾法應用于含氧煤層氣的分離和液化，具有分離純 度高，裝置結構簡單的優點。但是，該制冷工藝采用混合制冷或者膨脹制冷等常規的制冷方式，結構復雜，透平 膨脹集等輔助機械，制冷效率較低，降低了分離和液化裝置的處理能力。因此，需要對現有的含氧煤層氣的液化工藝進行改進，改變現有的制冷工藝，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，從而相對提高裝置的處理能力， 對于單井產量不高的煤層氣而言，可節約生產成本。

實用新型內容有鑒于此，本實用新型提供了一種含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，改變現有 的制冷工藝，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，從而相對提高 裝置的處理能力，對于單井產量不高的煤層氣而言，可節約生產成本。本實用新型的一種含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，包括壓縮凈化系統和液化 分離系統；壓縮凈化系統包括依次串接的水封罐、原料氣壓縮機、原料氣除酸吸收塔和變壓 吸附系統；液化分離系統包括主流程系統和制冷系統；所述主流程系統包括依次串接的一級換熱器、二級換熱器、三級換熱器和精餾塔， 變壓吸附系統的凈化后含氧煤層氣出口連通于一級換熱器，位于精餾塔塔頂設置連通于精 餾塔頂氮氧氣出口的塔頂冷凝器，所述精餾塔塔內位于塔底設置再沸器，精餾塔塔底設置 冷凝液出口 ；制冷系統包括混合制冷劑平衡罐、制冷劑壓縮機、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，制冷劑壓縮機入口連通于制冷劑平衡罐，制冷機壓縮機 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過二級換熱器、再沸器、三級換熱器和一節流閥III連通于塔頂冷凝器，塔頂冷凝器制冷劑出口依次經過三級 換熱器、二級換熱器和一級換熱器連通于混合制冷劑平衡罐使制冷劑回流循環使用；一次氣液分離器的液體出口依次經過一級換熱器和一節流閥I位于一級換熱器 和二級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過二級換熱器和 一節流閥II位于二級換熱器和三級換熱器之間連通于回流制冷劑；所述一級冷卻器、二級冷卻器、三級冷卻器、再沸器和塔頂冷凝器均為按照介質種 類設置流道的間壁式結構。進一步，精餾塔塔頂氮氧氣出口經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過一成品冷卻器、三級換熱器、二級換熱器和一級換熱器連通 于變壓吸附系統；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構。進一步，變壓吸附系統包括并聯的三個吸附塔；進一步，所述水封罐與原料氣壓縮機之間還設有氣液分離器；原料氣壓縮機出口 與原料氣除酸吸收塔之間還設置原料氣冷卻器；原料氣除酸吸收塔出口與變壓吸附系統之 間還順序設置有塔后冷卻器和塔后氣液分離器；進一步，所述原料氣壓縮機為兩級壓縮，制冷機壓縮機為三級壓縮；進一步，所述變壓吸附系統凈化含氧煤層氣出口通過一用于過濾微量吸附劑粉沫 的分離器連通于一級換熱器；進一步，在主流程系統中，三級換熱器和精餾塔之間設置節流閥IV。本實用新型的有益效果在于本實用新型結構的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝 置，制冷工藝采用混合制冷并結合節流制冷，改變現有的制冷工藝，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，從而相對提高裝置的處理能力，對于單井產量不高 的煤層氣而言，可節約生產成本，只利用一套壓縮設備，節約動力能源。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。


圖1為本實用新型壓縮凈化系統結構示意圖；圖2為本實用新型液化分離系統結構示意圖。
具體實施方式
圖1為本實用新型壓縮凈化系統結構示意圖，圖2為本實用新型液化分離系統結 構示意圖，如圖所示本實施例的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，包括壓縮凈化系統和 液化分離系統；壓縮凈化系統包括依次串接的水封罐1、原料氣壓縮機3、原料氣除酸吸收塔5和 變壓吸附系統；如圖所示，變壓吸附系統包括并聯的吸附塔8、吸附塔9和吸附塔10，當然， 可以是其它數量的吸附塔進行連接使用；液化分離系統包括主流程系統和制冷系統；所述主流程系統包括依次串接的一級換熱器12、二級換熱器13、三級換熱器4和 精餾塔16，變壓吸附系統的凈化后含氧煤層氣出口連通于一級換熱器12，位于精餾塔16塔頂設置連通于精餾塔頂氮氧氣出口的塔頂冷凝器20，所述精餾塔16塔內位于塔底設置再 沸器17，精餾塔16塔底設置冷凝液出口 ；制冷系統包括混合制冷劑平衡罐22、制冷劑壓縮機23、制冷劑冷卻器M、制冷劑 一次氣液分離器25和制冷劑二次氣液分離器27，制冷劑壓縮機23入口連通于制冷劑平衡 罐22，制冷機壓縮機23出口通過制冷劑冷卻器M連通于制冷劑一次氣液分離器25，制冷 劑一次氣液分離器25氣體出口通過一級換熱器12連通于二次氣液分離器27，二次氣液分 離器27氣體出口依次經過二級換熱器13、再沸器17、三級換熱器14和一節流閥III 29連通 于塔頂冷凝器20，塔頂冷凝器20制冷劑出口依次經過三級換熱器14、二級換熱器13和一 級換熱器12連通于混合制冷劑平衡罐22使制冷劑回流循環使用；一次氣液分離器25的液體出口依次經過一級換熱器12和一節流閥I沈位于一 級換熱器12和二級換熱器13之間連通于回流制冷劑；二次氣液分離器27的液體出口依次 經過二級換熱器13和一節流閥II觀位于二級換熱器13和三級換熱器14之間連通于回流 制冷劑；所述一級冷卻器12、二級冷卻器13、三級冷卻器14、再沸器17和塔頂冷凝器20均 為按照介質種類設置流道的間壁式結構；各個通過介質之間完全獨立且可互相之間交換熱量。混合制冷劑平衡罐22內混合制冷劑按質量百分比包括氮35%，甲烷30. 65%，乙 烯 16. 81%，丙烷 3.8%，丁烷 8. 17% 戊烷 5.57%。本實施例中，精餾塔16塔頂氮氧氣出口經過塔頂冷凝器20連通于塔頂氣液分離 器21，塔頂氣液分離器21氮氧氣出口依次經過一成品冷卻器18、三級換熱器14、二級換熱 器13和一級換熱器12連通于變壓吸附系統；塔頂氣液分離器21液體出口連通于精餾塔 16，用于冷凝液回流至精餾塔；所述精餾塔16塔底的冷凝液出口連通于成品冷卻器18 ；所 述成品冷卻器18為間壁式結構；通過成品冷卻器18過冷產品并通過三級換熱器14、二級 換熱器13和一級換熱器12回收冷量，充分利用低溫氮氧氣的冷量，進一步提高冷卻效率， 并使氮氧氣最終溫度升高，并適用于下級流程。本實施例中，原料氣除酸吸收塔23內用于吸收酸性氣體的吸收液為一乙醇胺、二 乙醇胺或甲基二乙醇胺水溶液，本實施例為二乙醇胺水溶液。本實施例中，變壓吸附系統包括并聯的三個吸附塔，吸附塔的吸附劑包括芳香烴 吸附劑和硫浸煤基活性炭；利于除去雜質，防止影響最終產品質量；同時提高吸附工序的 效率。本實施例中，所述水封罐1與原料氣壓縮機3之間還設有氣液分離器2，防止壓縮 機3出現液擊現象，保證其安全運行；原料氣壓縮機3出口與原料氣除酸吸收塔5之間還設 置原料氣冷卻器，較低的溫度利于原料氣除酸吸收塔5正常吸收；原料氣除酸吸收塔5出口 與變壓吸附系統之間還順序設置有塔后冷卻器6和塔后氣液分離器7，冷卻并氣液分離后 可進來那個減少帶入吸附塔的雜質，為吸附凈化提供良好的吸附條件。本實施例中，所述原料氣壓縮機3為兩級壓縮，制冷機壓縮機23為三級壓縮，級間 均設置冷卻及氣液分離器，降低壓縮氣體的單級壓縮比，以及單級出口的溫度，從而降低能 耗；本實施例中，所述變壓吸附系統凈化含氧煤層氣出口通過一用于過濾微量吸附劑粉沫的分離器11連通于一級換熱器12，保證凈化含氧煤層氣的潔凈，避免影響換熱器的換 熱效率。本實施例中，在主流程系統中，三級換熱器14和精餾塔16之間設置節流閥IV 15， 節流降壓后進一步降低溫度，利于冷凝和分離。本實用新型在生產時，包括A.壓縮凈化工序將來自煤礦的低濃度含氧煤層原料氣經水封罐1混合式水冷、 原料氣壓縮機3壓縮和原料氣除酸吸收塔5和變壓吸附系統凈化去除雜質得到凈化含氧煤 層氣；吸收塔內的吸收液為醇胺水溶液，用于脫出酸性氣體；脫出酸性氣體后的原料氣通 過吸附塔內的吸附劑脫除原料其中的芳香烴；同時，吸附塔中加入硫浸煤基活性炭用于脫 除原料氣中的汞，得到主要成分為CH4、N2和O2的凈化含氧煤層氣；B.液化分離工序液化分離工序包括Bi.主流程工藝將凈化含氧煤層氣依次通過一級換熱器、二級換熱器和三級換 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過節流閥III 29節流 后進入精餾塔；精餾塔塔底得到液化天然氣，剩余冷凝液由塔底流出經成品冷卻器冷卻后 即為成品液化天然氣；塔頂得到隊和A混合氣并含有少量CH4進入塔頂冷凝器20 ；精餾塔16頂流出的隊和&進入塔頂冷凝器20析出攜帶出的少量CH4組分，有 塔頂氣液分離器21進行氣液分離后，液態為CH4由精餾塔16頂回流至至塔內；分離掉液態 CH4后隊和&通過成品冷卻器18冷卻精餾塔底出來的液化天然氣后依次通過三級換熱器 14、二級換熱器13和一級換熱器12回收冷量后溫度為進入變壓吸附系統，作為吸附塔中吸 附劑再生時的冷吹氣體。B2.制冷工藝B21.制冷劑平衡罐22的混合制冷劑經制冷劑壓縮機23壓縮、制冷劑冷卻器M 冷卻；一次氣液分離器25 —次氣液分離后，氣態進入一級換熱器冷卻，進入二次氣液分離 器27 二次氣液分離后，氣態進入二級換熱器冷卻后進入精餾塔底的再沸器17，加熱塔底冷 凝液后自身被冷卻后，進入三級換熱器14冷卻，先進入塔底再沸器冷卻后再進入三級換熱 器冷卻，可減小三級換熱器的負荷，保證原料氣的冷卻效果，同時加熱了塔底冷凝液，提高 精餾和制冷效率，相對提高裝置的處理能力；三級換熱器14冷卻后經節流降壓后降溫進入 塔頂冷凝器6冷卻塔頂出口的N2和&及少量CH4組分，依次經過三級換熱器6、二級換熱 器13和一級換熱器12逐漸換熱并回流至壓縮入口循環使用；B22. 一次氣液分離后的液體進入一級換熱器12冷卻經節流閥I沈節流后由一 級換熱器和二級換熱器之間進入回流制冷劑回流；二次氣液分離后的液體進入二級換熱器 13冷卻，經節流閥II 28節流后降壓后由二級換熱器13和三級換熱器14之間進入回流制冷 劑回流；通過節流降低壓力從而達到蒸發降溫的目的，并不需要額外的設備和動力，節約能 源，減小設備和占地投入。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參 照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本 實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應 涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于包括壓縮凈化系統和液化分 離系統；壓縮凈化系統包括依次串接的水封罐、原料氣壓縮機、原料氣除酸吸收塔和變壓吸附 系統；液化分離系統包括主流程系統和制冷系統；所述主流程系統包括依次串接的一級換熱器、二級換熱器、三級換熱器和精餾塔，變壓 吸附系統的凈化后含氧煤層氣出口連通于一級換熱器，位于精餾塔塔頂設置連通于精餾塔 頂氮氧氣出口的塔頂冷凝器，所述精餾塔塔內位于塔底設置再沸器，精餾塔塔底設置冷凝 液出口 ；制冷系統包括混合制冷劑平衡罐、制冷劑壓縮機、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，制冷劑壓縮機入口連通于制冷劑平衡罐，制冷機壓縮機出口 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過二級換熱器、再沸器、 三級換熱器和一節流閥III連通于塔頂冷凝器，塔頂冷凝器制冷劑出口依次經過三級換熱 器、二級換熱器和一級換熱器連通于混合制冷劑平衡罐使制冷劑回流循環使用；一次氣液分離器的液體出口依次經過一級換熱器和一節流閥I位于一級換熱器和二 級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過二級換熱器和一節 流閥II位于二級換熱器和三級換熱器之間連通于回流制冷劑；所述一級冷卻器、二級冷卻器、三級冷卻器、再沸器和塔頂冷凝器均為按照介質種類設 置流道的間壁式結構。
2.根據權利要求1所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于精餾塔塔 頂氮氧氣出口經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 過一成品冷卻器、三級換熱器、二級換熱器和一級換熱器連通于變壓吸附系統；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 冷卻器為間壁式結構。
3.根據權利要求2所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于變壓吸附 系統包括并聯的三個吸附塔。
4.根據權利要求3所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于所述水封 罐與原料氣壓縮機之間還設有氣液分離器；原料氣壓縮機出口與原料氣除酸吸收塔之間還 設置原料氣冷卻器；原料氣除酸吸收塔出口與變壓吸附系統之間還順序設置有塔后冷卻器 和塔后氣液分離器。
5.根據權利要求4所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于所述原料 氣壓縮機為兩級壓縮，制冷機壓縮機為三級壓縮。
6.根據權利要求5所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于所述變壓 吸附系統凈化含氧煤層氣出口通過一用于過濾微量吸附劑粉沫的分離器連通于一級換熱器。
7.根據權利要求6所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于在主流程 系統中，三級換熱器和精餾塔之間設置節流閥IV。
專利摘要本實用新型公開了一種含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，包括壓縮凈化工序和液化分離工序，液化分離工序包括主流程工藝和制冷工藝，制冷工藝中采用混合制冷劑結合節流制冷以及特殊的制冷劑流程；本實用新型制冷工藝采用混合制冷并結合節流制冷，改變現有的制冷工藝，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，從而相對提高裝置的處理能力，對于單井產量不高的煤層氣而言，可節約生產成本，只利用一套壓縮設備，節約動力能源。
文檔編號F25J3/08GK201844656SQ201020529949
公開日2011年5月25日 申請日期2010年9月15日 優先權日2010年9月15日
發明者劉利亞, 姚成林, 寇偉偉, 李祖偉, 王勇, 王長元, 肖露, 霍春秀, 黃克海 申請人:煤炭科學研究總院重慶研究院