CN103322412B - 低浓度含氧煤层气的压缩方法及压缩装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低浓度含氧煤层气的压缩方法，包括如下步骤：1）预冷：将煤层气预冷至-15℃～10℃；2）增压：将预冷后的煤层气增压压缩，且温度不超过80℃；3）冷却；4）判断：测量冷却后的煤层气的压力，若煤层气的气压达到设定的气压值范围，则将煤层气送至下一工序；若煤层气的气压低于设定的气压值范围，则重复步骤1）至步骤3），直至煤层气的压力达到设定的气压值范围。本发明还提出了一种低浓度含氧煤层气的压缩装置，包括至少一级相互串联的压缩系统，压缩系统包括预冷换热器、压缩机和冷却器。本发明的低浓度含氧煤层气的压缩方法及压缩装置能够提高煤层气单次增压比，减少压缩次数，降低压缩能耗。

Description

低浓度含氧煤层气的压缩方法及压缩装置

技术领域

本发明涉及一种气体的压缩方法，具体的为一种低浓度含氧煤层气的压缩方法及压缩装置。

背景技术

煤层气属于煤矿生产中的伴生气。在煤矿开采前，需要事先在地面抽采煤层气；在煤矿开采的同时，需要在矿道内抽采煤层气。对地面抽采的煤层气，其甲烷含量高，含氧量小，安全性好，可以直接加压运输或用于其他用途。但更多的是为了煤矿开采的安全、在已经进行煤炭开采生产的矿道内抽采的煤层气。矿道内抽采得到的煤层气甲烷含量低，通常在30%～70%之间，这类煤层气中含空气，特别是对甲烷含量小于50%的煤层气，空气含量较高，对煤层气进行压缩危险性较大。

对于煤层气的常规运输，不需要将其压缩到较高压力，可采用风机等设备进行输送。目前已经开始研究对低浓度含氧煤层气进行深加工，如采用变压吸附、膜分离、深冷精馏等技术回收其中的甲烷。上述工艺需要煤层气具有较高压力，所以必须用压缩机对其进行增压。由于增压过程中，会导致煤层气温度和压力同时升高，这又会导致煤层气爆炸范围扩大。

常规的煤层气压缩方式主要考虑的是其防爆安全性，避免产生点火源发生危险，但是，这些煤层气压缩方法都需要反复多次压缩煤层气，压缩级数多，压缩能耗高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低浓度含氧煤层气的压缩方法及压缩装置，该低浓度含氧煤层气的压缩方法能够提高煤层气单次增压比，减少压缩次数，降低压缩能耗。

为达到上述目的，本发明首先提出了一种低浓度含氧煤层气的压缩方法，包括如下步骤：

1）预冷：将煤层气预冷至-15℃～10℃；

2）增压：将预冷后的煤层气增压压缩，煤层气的温度逐渐升高且不超过80℃；

3）冷却：将增压后的煤层气冷却至设定温度；

4）判断：测量冷却后的煤层气的压力，若煤层气的气压达到设定的气压值范围，则将煤层气送至下一工序；若煤层气的气压低于设定的气压值范围，则重复步骤1）至步骤3），直至煤层气的压力达到设定的气压值范围。

进一步，在对预冷后的煤层气增压压缩之前，将煤层气进行气液分离处理，将煤层气中的液体分离出来后再进行增压压缩。

进一步，所述步骤3）中，将煤层气冷却至40～45℃。

进一步，所述步骤3）中，冷却介质为空气或30℃～35℃的水。

进一步，所述步骤1）中，冷却介质为3℃～5℃的冷水。

进一步，所述煤层气中甲烷含量在25%～50%，汞、硫化氢和二氧化碳的总含量小于1.5%，其余为空气。

本发明还提出了一种低浓度含氧煤层气的压缩装置，包括至少一级相互串联的压缩系统，所述压缩系统包括预冷换热器、压缩机和冷却器，所述预冷换热器的煤层气出口与所述压缩机的煤层气入口相连，所述压缩机的煤层气出口与所述冷却器的煤层气入口相连。

进一步，所述预冷换热器与所述压缩机之间设有气液分离器，所述预冷换热器的煤层气出口与所述气液分离器的煤层气入口相连，所述气液分离器的煤层气出口与所述压缩机的煤层气入口相连。

进一步，还包括用于向所述预冷换热器提供冷量的制冷系统。

进一步，所述冷却器为水冷却器。

本发明的有益效果在于：

本发明的低浓度含氧煤层气的压缩方法，和现有的直接压缩方法相比，经过预冷后的煤层气单次增压比能达到1.93～2.54，比现有的直接压缩方法提高了37%～70%；由于单次增压比提高，能够以更少的增压压缩次数达到指定气压值，可减小压缩机的能耗；

通过将预冷后的煤层气进行液体分离处理，可减少压缩机实际压缩的气体量，压缩次数的减少和实际压缩量的减少可使压缩机能耗降低。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明低浓度含氧煤层气的压缩方法的工艺流程图；

图2为本发明低浓度含氧煤层气的压缩装置第一实施例的结构示意图；

图3为本发明低浓度含氧煤层气的压缩装置第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，为本发明低浓度含氧煤层气的压缩方法的工艺流程框图。本发明的低浓度含氧煤层气的压缩方法，包括如下步骤：

1）预冷：将煤层气预冷至-15℃～10℃，预冷的冷却介质可以采用3℃～5℃的冷水，也可采用其他的制冷系统提供冷量；

2）增压：将预冷后的煤层气增压压缩，煤层气的温度逐渐升高且不超过80℃，随着增压压缩的进行，煤层气的气压和温度均逐渐升高，当煤层气的温度达到80℃时，为确保安全，停止压缩，将煤层气引出并冷却；

3）冷却：将增压后的煤层气冷却至设定温度，一般将增压压缩后的煤层气冷却至40～45℃的常温，冷却介质可以采用空气或30℃～35℃的水；

4）判断：测量冷却后的煤层气的压力，若煤层气的气压达到设定的气压值范围，则将煤层气送至下一工序；若煤层气的气压低于设定的气压值范围，则重复步骤1）至步骤3），直至煤层气的压力达到设定的气压值范围。

本发明的低浓度含氧煤层气的压缩方法，和现有的直接压缩方法相比，经过预冷后的煤层气单次增压比能达到1.93～2.54，比现有的直接压缩方法提高了37%～70%；由于单次增压比提高，能够以更少的增压压缩次数达到指定气压值，可减少压缩机的能耗。

进一步，在对预冷后的煤层气增压压缩之前，将煤层气进行气液分离处理，将煤层气中的液体分离出来后再进行增压压缩。通过将预冷后的煤层气进行液体分离处理，可减少压缩机实际压缩的气体量，压缩次数的减少和实际压缩量的减少可使压缩机能耗降低。

进一步，煤层气中甲烷含量在25%～50%，汞、硫化氢和二氧化碳的总含量小于1.5%，其余为空气，能够采用本发明的低浓度含氧煤层气的压缩方法进行增压压缩，并能够达到提高单次增压比和降低能耗的目的。

下面对本发明的低浓度含氧煤层气的压缩装置的具体实施方式进行说明。

第一实施例

如图2所示，为本发明低浓度含氧煤层气的压缩装置第一实施例的结构示意图。本实施例的低浓度含氧煤层气的压缩装置，包括至少一级相互串联的压缩系统，压缩系统包括预冷换热器1、压缩机2和冷却器3，预冷换热器1的煤层气出口与压缩机2的煤层气入口相连，压缩机2的煤层气出口与冷却器3的煤层气入口相连。通过设置预冷换热器1，能够在增压压缩前将煤层气进行预冷处理。本实施例的预冷换热器1采用冷水提供冷量，冷水的温度为3℃～5℃。本实施例的冷却器3为水冷却器，能够满足要求。本实施例的低浓度含氧煤层气的压缩装置包括一级压缩系统。

进一步，预冷换热器1与压缩机2之间设有气液分离器4，预冷换热器4的煤层气出口与气液分离器4的煤层气入口相连，气液分离器4的煤层气出口与压缩机2的煤层气入口相连，即预冷换热器1通过气液分离器4后与压缩机相连。通过设置气液分离器4，能够将预冷后的煤层气进行气液分离处理。

下面通过本实施例的低浓度含氧煤层气的压缩装置对低浓度含氧煤层气的压缩方法的具体实施方式作详细说明。

本实施例采用的煤层气的组分为：甲烷含量35%，氮气含量52.5%，氧气含量12.5%，并含饱和水。

煤层气的初始压力为0.001MPaG，温度40℃，首先进入预冷换热器1，被冷却到10℃；然后进入气液分离器4进行气液分离；分离得到的气体进入压缩机2，当煤层气被增压到0.096MPaG时，温度为70℃；送入压缩机2后冷却器3被30℃的冷却水冷却到40℃，压力达到设定的气压值范围，直接送下一个工序。

在预冷换热器4中，提供冷量的是5℃的冷却水，冷却水可由溴化锂吸收式制冷机组提供，也可根据实际条件由其余制冷机组提供。

在本实施例中，经过预冷后的煤层气单次增压比为1.93，和常规压缩方式相比提高了37.8%；经过气液分离后，分离后的气体摩尔分数占原煤层气的99.2%，压缩机压缩量减少0.8%。压缩次数减少1次，压缩机电耗降低5.5%。

第二实施例

如图3所示，为本发明低浓度含氧煤层气的压缩装置第二实施例的结构示意图。本实施例的低浓度含氧煤层气的压缩装置，包括至少一级相互串联的压缩系统，压缩系统包括预冷换热器1、压缩机2和冷却器3，预冷换热器1的煤层气出口与压缩机2的煤层气入口相连，压缩机2的煤层气出口与冷却器3的煤层气入口相连。通过设置预冷换热器1，能够在增压压缩前将煤层气进行预冷处理。本实施例的低浓度含氧煤层气的压缩装置还包括用于向预冷换热器4提供冷量的制冷系统，该制冷系统为氟利昂制冷系统。本实施例的冷却器3为水冷却器，能够满足要求。本实施例的低浓度含氧煤层气的压缩装置包括两级压缩系统。

进一步，预冷换热器1与压缩机2之间设有气液分离器4，预冷换热器4的煤层气出口与气液分离器4的煤层气入口相连，气液分离器4的煤层气出口与压缩机2的煤层气入口相连，即预冷换热器1通过气液分离器4后与压缩机相连。通过设置气液分离器4，能够将预冷后的煤层气进行气液分离处理。

下面通过本实施例的低浓度含氧煤层气的压缩装置对低浓度含氧煤层气的压缩方法的具体实施方式作详细说明。

本实施例采用的煤层气组分为：甲烷含量30%，氮气含量55%，氧气含量15%，并含饱和水。

煤层气的初始压力为0.005MPaG，温度40℃，首先进入第一级压缩系统：在预冷换热器1内被冷却到-10℃，然后进入气液分离器4进行气液分离，气液分离后的煤层气进入压缩机2，当煤层气被增压到0.163MPaG时，温度为80℃，此时停止压缩机3，将煤层气送入冷却器3被冷却到40℃。

由于煤层气未达到设定的压力值范围，煤层气再被送入第二级压缩系统：在预冷换热器1内被冷却到-15℃，然后送入气液分离器4进行气液分离，气液分离得到的气体送入压缩机2，当煤层气被增压到0.557MPaG时，温度为75℃，此时停止压缩机3，将煤层气送入冷却器3被冷却到45℃，冷却后的煤层气压力达到了设定的压力值范围，直接送下一个工序。

本实施例的氟利昂制冷系统为预冷换热器1提供-20℃的低温制冷剂，能够满足预冷的要求。

在本实施例中，经过预冷后上网煤层气单次增压比为2.5，和常规压缩方式相比提高70%；经过气液分离后，分离后的气体摩尔分数占原煤层气的98%，压缩机压缩量减少2%。压缩次数减少4次，压缩机电耗降低12%。

当然，低浓度含氧煤层气的压缩装置还可根据压缩方法的需要设置三级及三级以上的压缩系统，其实施方式相当，不再一一累述。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种低浓度含氧煤层气的压缩方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)预冷：将煤层气预冷至-15℃～10℃；

2)增压：将预冷后的煤层气增压压缩，煤层气的温度逐渐升高且不超过80℃；

3)冷却：将增压后的煤层气冷却至设定温度；

4)判断：测量冷却后的煤层气的压力，若煤层气的气压达到设定的气压值范围，则将煤层气送至下一工序；若煤层气的气压低于设定的气压值范围，则重复步骤1)至步骤3)，直至煤层气的压力达到设定的气压值范围。

2.根据权利要求1所述的低浓度含氧煤层气的压缩方法，其特征在于：在对预冷后的煤层气增压压缩之前，将煤层气进行气液分离处理，将煤层气中的液体分离出来后再进行增压压缩。

3.根据权利要求1所述的低浓度含氧煤层气的压缩方法，其特征在于：所述步骤3)中，将煤层气冷却至40～45℃。

4.根据权利要求3所述的低浓度含氧煤层气的压缩方法，其特征在于：所述步骤3)中，冷却介质为空气或30℃～35℃的水。

5.根据权利要求1-4任一项所述的低浓度含氧煤层气的压缩方法，其特征在于：所述煤层气中甲烷含量在25％～50％，汞、硫化氢和二氧化碳的总含量小于1.5％，其余为空气。