CN103256785A

CN103256785A - 一种移动式煤层气净化液化装置

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Publication number: CN103256785A
Application number: CN2013101830448A
Authority: CN
Inventors: 徐毅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-05-17
Also published as: CN103256785B

Abstract

本发明公开了一种移动式煤层气净化液化装置，包括颗粒物过滤器、脱水装置、硫和二氧化碳脱除装置、压缩液化装置、分馏装置和储气罐，颗粒物过滤器的出气端通过管道与脱水装置的进气端连接，脱水装置的出气端通过管道与硫和二氧化碳脱除装置的进气端连接，硫和二氧化碳脱除装置的出气端通过管道与所述压缩液化装置的进气端连接，压缩液化装置的出气端通过管道与分馏装置的进气端连接，分馏装置的出气端通过管道与储气罐的进气口连接。本发明的液化和分离均在低温下完成，分离纯度高安全性能好，能够在分离的同时制取液化天然气，有效地利用了煤层气资源，避免了排放造成的大气污染。整套设备安装在一个货柜集装箱中，能够移动和运输。

Description

一种移动式煤层气净化液化装置

技术领域

本发明涉及一种煤层气净化液化装置，特别是涉及一种移动式煤层气净化液化装置。

背景技术

煤层气是指储存在煤层中，以甲烷为主要成分的非常规天然气，属于天然气的一种，是采煤过程中产生的主要气体，与煤共存，又被称为瓦斯气体。煤层气是一种优质的能源和化工原料。在目前能源短缺的环境中是一种很好的补充能源。据据统计，我国每年排入大气的煤层气占全世界采煤排放的煤层气总量的三分之一，不但造成了严重的大气污染，更是很大的资源浪费。

我国煤层气资源丰富，居世界第三。每年在采煤的同时排放的煤层气在130亿立方米以上，真正有效利用的不多。煤层气勘探开发是世界上发展较快的非常规天然气产业。然而，由于一系列的技术难题，我国煤层气开发利用水平较低，这些技术难题主要包括煤层气的开采技术和储存运输技术。煤层气开采随技术进步已经有了长足的进步，主要制约煤层气综合利用水平的因素为煤层气的储存技术。传统煤层气储存技术是通过高压压缩后再进行运输，其储罐压力高达25MPa，在灌装和运输中带来极大地安全隐患。限制了煤层气的综合利用。

中国专利CN101104825A公开了一种矿井瓦斯气液化的方法，其中所述的方法是先将煤层气中所含氧气分离除去，其采用的脱氧方法是通过催化剂或者物理吸附的方法。催化脱氧工艺控制温度在600-700℃进行，在常压下将煤层气通过氧化反应器的催化剂床层，使煤层气中甲烷和氧气无明火燃烧生成二氧化碳和水将氧气消耗掉。所述物理吸附方法是使用孔穴直径大于氧分子小于甲烷分子直径的分子筛吸附煤层气中的氧气，脱氧后氧气含量控制在0.5%以下。该专利中催化脱氧方法会消耗煤层气中的甲烷，对于甲烷含量较少的煤层气来说，通过催化脱氧可能会使甲烷消耗殆尽，无法达到资源综合利用的效果。使用物理吸附脱氧，不仅存在脱氧效果不理想的问题，而且催化剂还需要不断再生活化，使后续处理程序依然存在极大的安全隐患。我国现有的矿井许多为生产规模较小的矿井，不适合大规模煤层气净化液化设备的安装建设。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种安全可靠、移动方便和环境污染小的移动式煤层气净化液化装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种移动式煤层气净化液化装置，包括颗粒物过滤器、脱水装置、硫和二氧化碳脱除装置、压缩液化装置、分馏装置和储气罐，所述颗粒物过滤器的出气端通过管道与所述脱水装置的进气端连接，所述脱水装置的出气端通过管道与所述硫和二氧化碳脱除装置的进气端连接，所述硫和二氧化碳脱除装置的出气端通过管道与所述压缩液化装置的进气端连接，所述压缩液化装置的出气端通过管道与所述分馏装置的进气端连接，所述分馏装置的出气端通过管道与所述储气罐的进气口连接。

进一步地，所述脱水装置包括分子筛干燥塔、第一控制阀、第二控制阀、加热装置、排液阀、储液罐、空气冷凝器和风扇，所述第一控制阀、第二控制阀均位于所述分子筛干燥塔上，且在第一控制阀和第二控制阀中设置有湿度传感器，所述第一控制阀与所述分子筛干燥塔与所述颗粒物过滤器之间的管道连通，所述第二控制阀位于所述分子筛干燥塔与所述二氧化碳和硫脱除装置之间，所述加热装置和所述排液阀均安装于所述分子筛干燥塔的底部，所述排液阀的一端与所述分子筛干燥塔连接，所述排液阀的另一端与所述空气冷凝器的一端连接，所述空气冷凝器的另一端与所述储液槽连接，所述空气冷凝器上设置有所述风扇。

进一步地，所述硫和二氧化碳脱除装置包括硫和二氧化碳过滤器、第三控制阀、第四控制阀，所述第三控制阀和第四控制阀设置于所述硫和二氧化碳过滤器上，所述第三控制阀和所述第四控制阀内均设置有二氧化碳和硫传感器，所述第三控制阀的第一端与所述硫和二氧化碳过滤器的顶端连通，所述第三控制阀的第二端与所述硫和二氧化碳过滤器的进气端连接，所述第四控制阀位于所述硫和二氧化碳过滤器和所述压缩液化装置之间。

进一步地，所述压缩液化装置包括压缩机和冷却器，所述压缩机的出气端与所述冷却器的进气端连接。

更进一步地，所述分馏装置包括第一分馏塔、第二分馏塔、冷凝器、减压阀、液体阀、杜瓦瓶和气液阀，所述第一分馏塔的顶部设置有所述冷凝器，所述第一分馏塔的进气端与所述压缩液化装置的出气端连接，所述第一分馏塔的出气端与所述减压阀的第一端连接，所述减压阀的第二端与所述第二分馏塔的进气端连接，所述第一分馏塔的底部设置有液体阀，所述第二分馏塔的底部设置有气液阀，所述液体阀和所述气液阀均通过管道与所述杜瓦瓶的瓶口连接，所述气液阀通过管道与所述储气罐的进气口连接。

本发明的有益效果是：

本发明是专为含空气煤层气设计的分离液化设备，其液化和分离均在低温下完成，分离纯度高安全性能好，能够在分离的同时制取液化天然气，有效地利用了煤层气资源，避免了排放造成的大气污染。整套设备安装在一个货柜集装箱中，能够移动和运输。对没有电力供应的煤矿，设备上可加装一套发电机，分离净化得到的高甲烷含量煤层气一部分通过储气罐储存作为移动式发电机的燃料进行发电，能够为整套设备提供电力。

附图说明

图1是本发明一种移动式煤层气净化液化装置的结构示意图；

图中：1-颗粒物过滤器，2-分子筛干燥塔，3-硫和二氧化碳过滤器，4-压缩机，5-冷却器，6-第一分馏塔，7-第二分馏塔，8-加热装置，9-储液罐，10-空气冷凝器，11-电扇，12-第一控制阀，13-第三控制阀，14-杜瓦瓶，15-排液阀，16-冷凝器，17-第二控制阀，18-第四控制阀，19-减压阀，20-液体阀，21-气液阀，22-储气罐，23-发电机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示，本发明一种移动式煤层气净化液化装置，包括颗粒物过滤器1、脱水装置、硫和二氧化碳脱除装置、压缩液化装置、分馏装置和储气罐22，颗粒物过滤器1的出气端通过管道与所述脱水装置的进气端连接，所述脱水装置的出气端通过管道与所述硫和二氧化碳脱除装置的进气端连接，所述硫和二氧化碳脱除装置的出气端通过管道与所述压缩液化装置的进气端连接，所述压缩液化装置的出气端通过管道与所述分馏装置的进气端连接，所述分馏装置的出气端通过管道与储气罐22的进气口连接。

脱水装置包括分子筛干燥塔2、第一控制阀12、第二控制阀17、加热装置8、排液阀15、储液罐9、空气冷凝器10和风扇11，第一控制阀12、第二控制阀17均位于分子筛干燥塔2上，且在第一控制阀12和第二控制阀17中设置有湿度传感器，第一控制阀12与分子筛干燥塔2和颗粒物过滤器1之间的管道连通，第二控制阀17位于分子筛干燥塔2与二氧化碳和硫脱除装置之间，加热装置8和排液阀15均安装于分子筛干燥塔2的底部，排液阀15的一端与分子筛干燥塔2连接，排液阀15的另一端与空气冷凝器10的一端连接，空气冷凝器10的另一端与储液槽9连接，空气冷凝器10上设置有风扇11。

硫和二氧化碳脱除装置包括硫和二氧化碳过滤器3、第三控制阀13、第四控制阀18，第三控制阀13和第四控制阀18设置于硫和二氧化碳过滤器3上，第三控制阀13和第四控制阀18内均设置有二氧化碳和硫传感器，第三控制阀13的第一端与硫和二氧化碳过滤器3的顶端连通，第三控制阀13的第二端与硫和二氧化碳过滤器3的进气端连接，第四控制阀18位于硫和二氧化碳过滤器3和压缩液化装置之间。压缩液化装置包括压缩机4和冷却器5，压缩机4的出气端与冷却器5的进气端连接。

所述分馏装置包括第一分馏塔6、第二分馏塔7、冷凝器16、减压阀19、液体阀20、杜瓦瓶14和气液阀21，第一分馏塔6的顶部设置有冷凝器16，第一分馏塔6的进气端与压缩液化装置的出气端连接，第一分馏塔6的出气端与减压阀19的第一端连接，减压阀91的第二端与第二分馏塔7的进气端连接，第一分馏塔6的底部设置有液体阀20，第二分馏塔7的底部设置有气液阀21，液体阀20和气液阀21均通过管道与杜瓦瓶14的瓶口连接，气液阀21通过管道与储气罐22的进气口连接。

本发明的工作原理如下：

第一步，从排放管道来的含有空气的煤层气通过颗粒物过滤器1过滤掉包括灰尘在内的颗粒物；

第二步，除去颗粒物的煤层气通过分子筛干燥塔2脱除水分。当煤层气中的水分含量经过分子筛脱水后小于阈值时，第二控制阀17打开，煤层气进入二氧化碳和硫脱除塔，否则第一控制阀12打开继续脱水。分子筛再生过程使用热空气再生法，空气通过加热装置8加热到200至250℃，用于分子筛干燥塔2中分子筛的再生，分子筛再生过程中产生的水通过排液阀15进入空气冷凝器10进行冷凝，然后储存在储液罐9中进行下一步利用。

第三步，脱水后的煤层气通过第二控制阀17进入硫和二氧化碳过滤器3，利用化学方法脱除二氧化碳和硫，当煤层气中二氧化碳和硫含量低于设定阈值时第四控制阀18打开煤层气进入压缩机进行下一步压缩液化过程，否则第三控制阀13打开，煤层气进行重复脱除二氧化碳和硫。

第四步，经过脱水、脱二氧化碳、脱硫后的煤层气原料气通过压缩机进入制冷设备中的冷介质进行热交换，使得煤层气温度达到-150℃、压力达到0.8 MPa。

第五步，经过预冷却的煤层气进入第一分馏塔6的底部，并且从下到上经过每一块塔板，在与第一分馏塔6顶部的冷凝器16接触时，大部分被冷却为液体。温度大概为-175℃，压力为0.8MPa。冷凝器16中的液体一部分通过减压阀19（经过减压阀19后液体的温度进一步降低到-190℃，压力减小到0.2 MPa）进入第二分馏塔7的顶部进一步进行精馏。另一部分液体流回第一分馏塔6，从上向下流过塔板，与向上走的原料气进行热交换。这样越向上，甲烷气体含量越少，越向下，液体中甲烷含量越多。从第一分馏塔6下部放出的富含甲烷的液体（甲烷含量大于90%）通过液体阀20储存在杜瓦瓶14中进行装车运输储存。第二精馏塔7精馏后，从第二精馏塔7顶部放出含有很少量甲烷的空气。第二精馏塔7底部放出含有很高甲烷含量的液体，并储存在杜瓦瓶14中进行装车运输储存。第二精馏塔7底部放出含有很高甲烷含量的液化气，一部分通过管道进入储气罐22中进行储存。对没有电力供应的煤矿，储气罐22中储存高甲烷含量的煤层气通过管道和发电机23相连接，作为发电机23燃料进行发电，产生的电能为整套装置提供能量。

Claims

1.一种移动式煤层气净化液化装置，其特征在于：包括颗粒物过滤器、脱水装置、硫和二氧化碳脱除装置、压缩液化装置、分馏装置和储气罐，所述颗粒物过滤器的出气端通过管道与所述脱水装置的进气端连接，所述脱水装置的出气端通过管道与所述硫和二氧化碳脱除装置的进气端连接，所述硫和二氧化碳脱除装置的出气端通过管道与所述压缩液化装置的进气端连接，所述压缩液化装置的出气端通过管道与所述分馏装置的进气端连接，所述分馏装置的出气端通过管道与所述储气罐的进气口连接。

2.根据权利要求1所述的一种移动式煤层气净化液化装置，其特征在于：所述脱水装置包括分子筛干燥塔、第一控制阀、第二控制阀、加热装置、排液阀、储液罐、空气冷凝器和风扇，所述第一控制阀、第二控制阀均位于所述分子筛干燥塔上，且在第一控制阀和第二控制阀中设置有湿度传感器，所述第一控制阀与所述分子筛干燥塔与所述颗粒物过滤器之间的管道连通，所述第二控制阀位于所述分子筛干燥塔与所述二氧化碳和硫脱除装置之间，所述加热装置和所述排液阀均安装于所述分子筛干燥塔的底部，所述排液阀的一端与所述分子筛干燥塔连接，所述排液阀的另一端与所述空气冷凝器的一端连接，所述空气冷凝器的另一端与所述储液槽连接，所述空气冷凝器上设置有所述风扇。

3.根据权利要求1所述的一种移动式煤层气净化液化装置，其特征在于：所述硫和二氧化碳脱除装置包括硫和二氧化碳过滤器、第三控制阀、第四控制阀，所述第三控制阀和第四控制阀设置于所述硫和二氧化碳过滤器上，所述第三控制阀和所述第四控制阀内均设置有二氧化碳和硫传感器，所述第三控制阀的第一端与所述硫和二氧化碳过滤器的顶端连通，所述第三控制阀的第二端与所述硫和二氧化碳过滤器的进气端连接，所述第四控制阀位于所述硫和二氧化碳过滤器和所述压缩液化装置之间。

4.根据权利要求1所述的一种移动式煤层气净化液化装置，其特征在于：所述压缩液化装置包括压缩机和冷却器，所述压缩机的出气端与所述冷却器的进气端连接。

5.根据权利要求1所述的一种移动式煤层气净化液化装置，其特征在于：所述分馏装置包括第一分馏塔、第二分馏塔、冷凝器、减压阀、液体阀、杜瓦瓶和气液阀，所述第一分馏塔的顶部设置有所述冷凝器，所述第一分馏塔的进气端与所述压缩液化装置的出气端连接，所述第一分馏塔的出气端与所述减压阀的第一端连接，所述减压阀的第二端与所述第二分馏塔的进气端连接，所述第一分馏塔的底部设置有液体阀，所述第二分馏塔的底部设置有气液阀，所述液体阀和所述气液阀均通过管道与所述杜瓦瓶的瓶口连接，所述气液阀通过管道与所述储气罐的进气口连接。