CN104194853A - 一种甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备lng的装置及工艺 - Google Patents

一种甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备lng的装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于一种甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的装置及工艺。通过在压缩机前面设置甲烷输送管道，解决了甲烷的含量的较小时，不能压缩的问题，尤其适合于煤层气中的甲烷体积含量为15%~40%时甲烷的回收利用；本工艺系统安全性高、操作压力低、装置能耗低,甲烷气提取率可以达到99%，从而使煤矿生产排放的瓦斯气转化为优质清洁能源，具有显著的经济和环境效益。

Description

一种甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的装置及工艺
技术领域
本发明属于气体分离技术领域，具体涉及到一种甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的装置及工艺。
背景技术
煤层气的有效成分是甲烷，是一种宝贵的清洁能源和重要的化工原料，应该加以很好利用。我国煤层气资源非常丰富，储量居世界第三位，但对煤层气的开发利用却很少，每年排入大气的煤层气总量巨大，不仅是很大的资源浪费，也造成了严重的环境污染。目前，我国煤层气主要以井下抽采方式为主，所得煤层气压力小，甲烷浓度一般仅为3%~80%，低于40%的约占2/3，并混有N2、O2和其他杂质气体，因此要实现对煤层气的充分利用，必须对这种含氧煤层气进行分离提纯，产品为LNG（液化天然气）或CNG（压缩天然气）。目前，含氧煤层气制取LNG的方法普遍采用先经过变压吸附、膜分离、水合物工艺等对原料气净化提浓，然后再通过膨胀制冷循环或低温工质制冷循环进行液化的工艺，普遍存在工艺复杂、安全性低、一次性投资大、运行费用高、维护难度大、产品纯度低、回收率低的缺陷，使得含氧煤层气制取LNG不能有效推广。
发明内容
本发明的目的就是提供一种流程简单、安全性高、一次性投资不大、运行费用低、维护方便、适合于甲烷体积含量为15%~40%的含氧煤层气提纯制备LNG的装置及工艺。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的装置，包括依次连接的水洗塔、压缩机、冷气机组、汽水分离器、吸附器、主换热器、再沸器，再沸器位于精馏塔底部，精馏塔下端连接有LNG贮槽，精馏塔下端与LNG贮槽之间设置有过冷器，精馏塔底部通过甲烷输送管道与水洗塔和压缩机之间的管路连接；甲烷输送管道上连接有甲烷补充管道。
精馏塔的中上部通过过冷器、主换热器，与消音器连接、或者依次与电加热器、吸附器、消音器连接。
精馏塔顶部通过过冷器、主换热器依次与氮气增压机、增压透平膨胀机增压端、冷却器连接，冷却器的出口通过主换热器、过冷器与精馏塔上部连接；增压透平膨胀机增压端依次通过冷却器、主换热器与增压透平膨胀机膨胀端连接，增压透平膨胀机膨胀端通过主换热器与氮气增压机连接；氮气增压机上连接有补充氮气管路。
所述的甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的工艺，包括以下步骤：煤层气通过水洗塔后，与甲烷输送管道输送的甲烷气体混合，然后混合气依次进入压缩机、冷气机组、汽水分离器、吸附器、主换热器，然后进入再沸器，在再沸器中部分液化后进入精馏塔进行精馏；在精馏塔底部得到的LNG经过过冷器后输送至LNG贮槽，从精馏塔顶部得到氮气经过氮气冷却循环系统后送回精馏塔上部做回流液。
在精馏塔的中上部抽出废气，废气依次通过过冷器、主换热器，然后分成两路，第一路经电加热器，然后进入吸附器作为吸附器的再生气，再经过消音器后排出，第二路直接经过消音器后排出；吸附器再生阶段废气走第一路，再生结束走第二路。
所述的氮气冷却循环系统为：从精馏塔顶部排出的氮气依次通过过冷器、主换热器后，与补充氮气管路补充的氮气、循环的氮气的一起进入氮气增压机，然后进入增压透平膨胀机增压端加压后进入冷却器，然后进入主换热器换热后分成两路，一路通过过冷器后送入精馏塔上部做回流液，另一路通过增压透平膨胀机膨胀端膨胀后进入主换热器回收冷量后作为循环的氮气，重新进入氮气增压机。
 本发明产生的有益效果是，通过在压缩机前面设置甲烷输送管道，解决了甲烷的含量较小时，不能压缩的问题，尤其适合于煤层气中的甲烷体积含量为15%~40%时甲烷的回收利用；本工艺系统安全性高、操作压力低、装置能耗低, 甲烷气提取率可以达到99%，从而使煤矿生产排放的瓦斯气转化为优质清洁能源，具有显著的经济和环境效益。
附图说明
图1为本发明煤层气提纯制备LNG的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
如图1所示，甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的装置，包括依次连接的水洗塔1、压缩机2、冷气机组3、汽水分离器4、吸附器5、主换热器11、再沸器13；再沸器13位于精馏塔12底部，精馏塔12下端连接有LNG贮槽15，精馏塔12下端与LNG贮槽15之间设置有过冷器14，精馏塔12底部通过甲烷输送管道16与水洗塔1和压缩机2之间的管路连接；甲烷输送管道上16连接有甲烷补充管道17。
精馏塔12的中上部通过过冷器14、主换热器11，与消音器连接、或者依次与电加热器6、吸附器5、消音器7连接。
精馏塔12顶部通过过冷器14、主换热器11依次与氮气增压机8、增压透平膨胀机9的增压端18、冷却器10连接，冷却器10的出口通过主换热器11、过冷器14与精馏塔12上部连接；增压透平膨胀机9的增压端18依次通过冷却器10、主换热器11与增压透平膨胀机9的膨胀端19连接，增压透平膨胀机9的膨胀端19通过主换热器与氮气增压机8连接；氮气增压机8上连接有补充氮气管路20。
甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的工艺，包括以下步骤：含氧煤层气（甲烷体积含量为15%~40%）通过水洗塔1后，与甲烷输送管道16输送的甲烷气体混合，然后混合气依次进入压缩机2、冷气机组3、汽水分离器4、吸附器5、主换热器11，然后进入再沸器13，在再沸器13中部分液化后进入精馏塔12进行精馏；在精馏塔12底部得到的LNG经过过冷器14后输送至LNG贮槽15，从精馏塔12顶部得到氮气经过氮气冷却循环系统后送回精馏塔12上部做回流液。
所述的氮气冷却循环系统为：从精馏塔12顶部排出的氮气依次通过过冷器14、主换热器11后，与补充氮气管路20补充的氮气、循环的氮气的一起进入氮气增压机8，然后进入增压透平膨胀机9的增压端18加压后进入冷却器10，然后进入主换热器11换热后分成两路，一路通过过冷器后14送入精馏塔12上部做回流液，另一路返回增压透平膨胀机9的膨胀端19膨胀后进入主换热器11，回收冷量后作为循环的氮气，重新进入氮气增压机8。
在精馏塔12的中上部抽出废气，废气依次通过过冷器14、主换热器11，然后分成两路，第一路经电加热器6，然后进入吸附器5作为吸附器5的再生气，然后经过消音器7排出；第二路直接经过消音器7后排出；吸附器再生阶段废气走第一路，再生结束走第二路。 

Claims (6)

1.一种甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的装置，包括依次连接的水洗塔、压缩机、冷气机组、汽水分离器、吸附器、主换热器、再沸器，其特征在于：再沸器位于精馏塔底部，精馏塔下端连接有LNG贮槽，精馏塔下端与LNG贮槽之间设置有过冷器，精馏塔底部通过甲烷输送管道与水洗塔和压缩机之间的管路连接；甲烷输送管道上连接有甲烷补充管道。
2.如权利要求1所述的甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的装置，其特征在于，精馏塔的中上部通过过冷器、主换热器，与消音器连接、或者依次与电加热器、吸附器、消音器连接。
3.如权利要求1所述的甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的装置，其特征在于，精馏塔顶部通过过冷器、主换热器依次与氮气增压机、增压透平膨胀机增压端、冷却器连接，冷却器的出口通过主换热器、过冷器与精馏塔上部连接；增压透平膨胀机增压端依次通过冷却器、主换热器与增压透平膨胀机膨胀端连接，增压透平膨胀机膨胀端通过主换热器与氮气增压机连接；氮气增压机上连接有补充氮气管路。
4. 利用权利要求1所述的甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的装置的工艺，其特征在于，包括以下步骤：煤层气通过水洗塔后，与甲烷输送管道输送的甲烷气体混合，然后混合气依次进入压缩机、冷气机组、汽水分离器、吸附器、主换热器，然后进入再沸器，在再沸器中部分液化后进入精馏塔进行精馏；在精馏塔底部得到的LNG经过过冷器后输送至LNG贮槽，从精馏塔顶部得到氮气经过氮气冷却循环系统后送回精馏塔上部做回流液。
5. 如权利要求4所述的甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的工艺，其特征在于，在精馏塔的中上部抽出废气，废气依次通过过冷器、主换热器，然后分成两路，第一路经电加热器，然后进入吸附器作为吸附器的再生气，再经过消音器后排出，第二路直接经过消音器后排出；吸附器再生阶段废气走第一路，再生结束走第二路。
6. 如权利要求4所述的甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备LNG的工艺，其特征在于，所述的氮气冷却循环系统为：从精馏塔顶部排出的氮气依次通过过冷器、主换热器后，与补充氮气管路补充的氮气、循环的氮气的一起进入氮气增压机，然后进入增压透平膨胀机增压端加压后进入冷却器，然后进入主换热器换热后分成两路，一路通过过冷器后送入精馏塔上部做回流液，另一路通过增压透平膨胀机膨胀端膨胀后进入主换热器回收冷量后作为循环的氮气，重新进入氮气增压机。
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