CN105605883A - 含氧煤层气液化分离系统与工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明的含氧煤层气液化分离系统与工艺，其中含氧煤层气液化分离系统包括液化分离设备；膨胀机，膨胀机的膨胀端与液化分离设备的一气体出口通过管路连接，膨胀机的膨胀端用于使液化分离设备排出的氮氧尾气膨胀至低温低压后返回液化分离设备，膨胀机的增压端用于压缩干燥塔的再生气，以使再生气返回干燥设备。本发明的含氧煤层气液化分离工艺，包括冷却干燥处理后的含氧煤层气使含氧煤层气分离为液化天然气和氮氧尾气；利用膨胀机使氮氧尾气膨胀至低温低压，并利用氮氧尾气冷却含氧煤层气；利用膨胀机压缩干燥塔的再生气，以使再生气返回用于干燥处理含氧煤层气的干燥设备。本发明的技术方案的优点是：可以充分利用氮氧尾气，节能环保。

Description

含氧煤层气液化分离系统与工艺
技术领域
本发明涉及含氧煤层气利用领域，特别是涉及一种含氧煤层气液化分离系统与工艺。
技术领域
含氧煤层气是煤矿在开采过程中为防止瓦斯爆炸和突出，保证煤矿安全生产而抽排出的初级副产品，其主要成分为甲烷。从其成分含量上可以看出，煤层气是较为重要的能源和化工原料。但是由于其成分较为复杂，制约了含氧煤层气的综合利用。
通常对含氧煤层气的利用采用液化分离工艺，即利用液化分离设备使压缩净化后的煤层气分离出LNG和氮氧尾气，此时氮氧尾气具有较高的压力，如果直接放空，造成此部分的压力能损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以充分利用氮氧尾气的含氧煤层气液化分离系统与工艺。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，包括：
用于冷却干燥处理后的含氧煤层气使所述含氧煤层气分离为液化天然气和氮氧尾气的液化分离设备；
膨胀机，所述膨胀机的膨胀端与液化分离设备的一气体出口通过管路连接，所述膨胀机的膨胀端用于使液化分离设备排出的氮氧尾气膨胀至低温低压后返回液化分离设备，以此为所述液化分离设备提供冷量，所述膨胀机的增压端分别与用于对含氧煤层气进行干燥处理的干燥设备的再生气出口、再生气进口通过管路连接，所述膨胀机的增压端用于压缩所述干燥设备的再生气，以使所述再生气返回所述干燥设备。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，所述膨胀机为螺杆膨胀机或涡轮膨胀机或透平膨胀机或活塞膨胀机。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，所述液化分离设备包括通过管路依次连接的用于对所述含氧煤层气依次冷却的第一换热器、第二换热器、第三换热器、精馏塔，所述精馏塔的塔顶的一气体出口与所述膨胀机的膨胀端通过进气管路连接，所述膨胀机的膨胀端通过排气管路将膨胀至低温低压的氮氧尾气排出，所述排气管路依次经过第三换热器、第二换热器、第一换热器，以向过第三换热器、第二换热器、第一换热器依次提供冷量。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，所述液化分离设备还包括过冷器，所述进气管路经过所述过冷器，所述排气管路在经过第三换热器之前经过所述过冷器。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，还包括用于向所述精馏塔的塔顶提供冷量的氮气制冷系统，所述氮气制冷系统包括氮气压缩机以及第一节流阀，氮气压缩机通过第一管路向第一节流阀输送被压缩的氮气，氮气被第一节流阀节流降温后通过第二管路输至氮气压缩机，通过第一管路、第二管路，氮气在氮气压缩机与第一节流阀之间循环，第一管路依次经过第一换热器、第二换热器、第三换热器、过冷器，第一管路中的氮气在第一换热器、第二换热器、第三换热器、过冷器冷却，第二管路依次经过精馏塔塔顶、过冷器、第三换热器、第二换热器、第一换热器，第二管路中的氮气在精馏塔塔顶、过冷器、第三换热器、第二换热器、第一换热器中提供冷量。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，还包括混合冷剂制冷系统，所述混合冷剂制冷系统包括混合冷剂压缩机、第二节流阀、第三节流阀，混合冷剂压缩机通过第三管路向第二节流阀输送被压缩的气相制冷剂，气相制冷剂被第三节流阀节流降温后通过第四管路返回混合冷剂压缩机，通过第三管路、第四管路，气相制冷剂在混合冷剂压缩机与第二节流阀之间循环，第三管路分别依次经过第一换热器、第二换热器、精馏塔的塔底再沸器、第三换热器，第四管路分别依次经过第三换热器、第二换热器、第一换热器，第三管路中的气相制冷剂在第一换热器、第二换热器、精馏塔的塔底再沸器、第三换热器中冷却，第四管路中的气相制冷剂在第三换热器、第二换热器、第一换热器中提供冷量，混合冷剂压缩机通过第五管路向第三节流阀输送被压缩的液相制冷剂，液相制冷剂被第三节流阀节流降温后与第四管路中的气相制冷剂汇合并输至混合冷剂压缩机，第五管路经过第一换热器。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，还包括：
用于对含氧煤层气进行压缩的压缩机；
用于对压缩后的含氧煤层气进行脱碳处理的脱碳设备，与所述压缩机通过管路连接；
用于对脱碳处理后的含氧煤层气进行干燥处理的干燥设备，与所述脱碳设备通过管路连接，所述干燥设备与所述液化分离设备通过管路连接。
本发明的含氧煤层气液化分离工艺，包括：
冷却干燥处理后的含氧煤层气使所述含氧煤层气分离为液化天然气和氮氧尾气；
利用膨胀机使所述氮氧尾气膨胀至低温低压，并利用所述氮氧尾气冷却含氧煤层气；
利用膨胀机压缩干燥塔的再生气，以使所述再生气返回用于干燥处理含氧煤层气的干燥设备。
本发明的含氧煤层气液化分离工艺，其中，包括：
通过第一管路向第一节流阀输送被压缩的氮气，所述氮气被所述第一节流阀节流降温后通过第二管路输至氮气压缩机，通过第一管路、第二管路，所述氮气在氮气压缩机与第一节流阀之间循环，利用所述第二管路中的氮气冷却干燥处理后的含氧煤层气，以使所述含氧煤层气分离为液化天然气和氮氧尾气。
本发明的含氧煤层气液化分离工艺，其中，还包括：通过第三管路向第二节流阀输送被压缩的气相制冷剂，气相制冷剂被第三节流阀节流降温后通过第四管路返回混合冷剂压缩机，通过第三管路、第四管路，气相制冷剂在混合冷剂压缩机与第二节流阀之间循环，第三管路经过液化分离设备，第四管路经过液化分离设备，第三管路中的气相制冷剂在液化分离设备中冷却，第四管路中的气相制冷剂在液化分离设备中提供冷量，混合冷剂压缩机通过第五管路向第三节流阀输送被压缩的液相制冷剂，液相制冷剂被第三节流阀节流降温后与第四管路中的气相制冷剂汇合并输至混合冷剂压缩机。
本发明的技术方案的优点是：可以充分利用氮氧尾气，节能环保。
附图说明
图1为本发明的含氧煤层气液化分离系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的含氧煤层气液化分离系统，包括：
用于冷却干燥处理后的含氧煤层气使含氧煤层气分离为液化天然气和氮氧尾气的液化分离设备；
膨胀机ET1，膨胀机ET1的膨胀端与液化分离设备的一气体出口通过管路连接，膨胀机ET1的膨胀端用于使液化分离设备排出的氮氧尾气膨胀至低温低压后返回液化分离设备，以此为液化分离设备提供冷量，膨胀机的增压端分别与用于对含氧煤层气进行干燥处理的干燥设备的再生气出口、再生气进口通过管路连接，膨胀机的增压端用于压缩干燥设备的再生气，以使再生气返回干燥设备。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，膨胀机ET1为螺杆膨胀机或涡轮膨胀机或透平膨胀机或活塞膨胀机。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，液化分离设备包括通过管路依次连接的用于对含氧煤层气依次冷却的第一换热器E1、第二换热器E2、第三换热器E3、精馏塔T1，精馏塔T1的塔顶的一气体出口与膨胀机ET1的膨胀端通过进气管路11连接，膨胀机ET1的膨胀端通过排气管路12将膨胀至低温低压的氮氧尾气排出，排气管路12依次经过第三换热器E3、第二换热器E2、第一换热器E1，以向过第三换热器E3、第二换热器E2、第一换热器E1依次提供冷量。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，还包括过冷器E4，进气管路11经过过冷器E4，排气管路12在经过第三换热器E3之前经过过冷器E4。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，还包括用于向精馏塔塔顶提供冷量的氮气制冷系统，氮气制冷系统包括氮气压缩机C1以及第一节流阀21，氮气压缩机C1通过第一管路31向第一节流阀21输送被压缩的氮气，氮气被第一节流阀21节流降温后通过第二管路32输至氮气压缩机C1，通过第一管路31、第二管路32，氮气在氮气压缩机C1与第一节流阀21之间循环，第一管路31依次经过第一换热器、第二换热器、第三换热器、过冷器，第一管路31中的氮气在第一换热器、第二换热器、第三换热器、过冷器冷却，第二管路依次经过精馏塔塔顶、过冷器、第三换热器、第二换热器、第一换热器，第二管路中的氮气在精馏塔塔顶、过冷器、第三换热器、第二换热器、第一换热器中提供冷量。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，还包括混合冷剂制冷系统，混合冷剂制冷系统包括混合冷剂压缩机C2、第二节流阀22、第三节流阀23，混合冷剂压缩机通过第三管路33向第二节流阀22输送被压缩的气相制冷剂，气相制冷剂被第三节流阀节流降温后通过第四管路34返回混合冷剂压缩机C2，通过第三管路、第四管路，气相制冷剂在混合冷剂压缩机与第二节流阀之间循环，第三管路分别依次经过第一换热器、第二换热器、精馏塔的塔底再沸器E5、第三换热器E3，第四管路34分别依次经过第三换热器、第二换热器、第一换热器，第三管路中的气相制冷剂在第一换热器、第二换热器、精馏塔的塔底再沸器、第三换热器中冷却，第四管路中的气相制冷剂在第三换热器、第二换热器、第一换热器中提供冷量，混合冷剂压缩机通过第五管路35向第三节流阀23输送被压缩的液相制冷剂，液相制冷剂被第三节流阀23节流降温后与第四管路34中的气相制冷剂汇合并输至混合冷剂压缩机C2，第五管路35经过第一换热器E1，第五管路35的液相制冷剂在第一换热器E1内冷却。
本发明的含氧煤层气液化分离系统，其中，还包括：
用于对含氧煤层气进行压缩的压缩机；
用于对压缩后的含氧煤层气进行脱碳处理的脱碳设备，与压缩机通过管路连接；
用于对脱碳处理后的含氧煤层气进行干燥处理的干燥设备，与脱碳设备通过管路连接，干燥设备与液化分离设备通过管路连接。
本发明的含氧煤层气液化分离工艺，包括：
冷却干燥处理后的含氧煤层气使含氧煤层气分离为液化天然气和氮氧尾气；
利用膨胀机使氮氧尾气膨胀至低温低压，并利用氮氧尾气冷却含氧煤层气；
利用膨胀机压缩干燥塔的再生气，以使再生气返回用于干燥处理含氧煤层气的干燥设备。
本发明的含氧煤层气液化分离工艺，其中，包括：
通过第一管路向第一节流阀输送被压缩的氮气，氮气被第一节流阀节流降温后通过第二管路输至氮气压缩机，通过第一管路、第二管路，氮气在氮气压缩机与第一节流阀之间循环，利用第二管路中的氮气冷却干燥处理后的含氧煤层气，以使含氧煤层气分离为液化天然气和氮氧尾气。
本发明的含氧煤层气液化分离工艺，其中，还包括：通过第三管路向第二节流阀输送被压缩的气相制冷剂，气相制冷剂被第三节流阀节流降温后通过第四管路返回混合冷剂压缩机，通过第三管路、第四管路，气相制冷剂在混合冷剂压缩机与第二节流阀之间循环，第三管路经过液化分离设备，第四管路经过液化分离设备，第三管路中的气相制冷剂在液化分离设备中冷却，第四管路中的气相制冷剂在液化分离设备中提供冷量，混合冷剂压缩机通过第五管路向第三节流阀输送被压缩的液相制冷剂，液相制冷剂被第三节流阀节流降温后与第四管路中的气相制冷剂汇合并输至混合冷剂压缩机。
利用本发明的含氧煤层气液化分离系统进行本发明的含氧煤层气液化分离工艺的具体实施方式为：低压含氧煤层气经过压缩机压缩至4-8bar，进入脱碳设备，控制CO2含量小于50ppm，然后进入干燥设备，控制露点小于-70℃，最后进入液化分离设备，压力6bar、流量4150Nm3/h、30％CH4和70％Air的含氧煤层气进入第一换热器E1、第二换热器E2、第三换热器E3降温至-155℃进入精馏塔T1，在精馏塔T1塔底分离出-140℃的LNG，进入第三换热器E3冷却至-160℃后，输出甲烷含量99.5％、流量1250Nm3/h的LNG产品。在精馏塔T1塔顶分离出氮气氧气含量99.8％、流量2900Nm3/h、4.1bar、-177℃的氮氧尾气，氮氧尾气进过冷器复温至-162℃进入膨胀机ET1膨胀至1.7bar、-182℃，然后依次进入过冷器、第三换热器E3、第二换热器E2、第一换热器E1复温，最后常温常压从液化分离设备中排出。
此时膨胀机ET1带动膨胀机增压端对氮气进行压缩，将来自干燥设备中4.2bar、40℃的氮气压缩至6bar，然后再输送至干燥设备。
氮气压缩机C1将2.5bar的氮气压缩至30bar，依次经过第一换热器E1、第二换热器E2、第三换热器E3、过冷器后，降温至-171℃，经过第一节流阀节流至-180℃、3.3bar，为精馏塔塔顶提供冷量，最后气相的氮气经过复温后，再次进入氮气压缩机。
混合冷剂压缩机C2将由氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异丁烷组成的混合冷剂从2.5bar压缩至25bar，并冷却分离出气相制冷剂和液相制冷剂，液相制冷剂进入第一换热器E1经降温并经过第三节流阀节流降温降压至-46℃、2.7bar，气相冷剂依次进入第一换热器E1、第二换热器E2、精馏塔T1的塔底再沸器E5、第三换热器E3，经第二节流阀节流降温降压至-166℃、3.3bar，并且节流后的制冷剂在进入第一换热器E1前混合，进入第一换热器E1后，再回到混合冷剂压缩机的入口。
本发明的技术方案中：含氧煤层气经压缩并脱碳脱水后，进入液化分离设备，分离出LNG和氮氧尾气，由于氮氧尾气压力较高，利用此部分的尾气进入膨胀机的膨胀，为液化分离设备提供冷量，并带动膨胀机增压端对干燥设备的再生气进行压缩，由于本发明的技术方案充分利用了氮氧尾气中的压力能，为液化分离设备提供冷量，并对再生气进行增压，节能环保。
利用本发明的含氧煤层气液化分离系统进行本发明的含氧煤层气液化分离工艺得到的甲烷含量更高的LNG产品，同时可节省20％的能源。
本发明的优点是：
1)利用了氮氧尾气的压力能，氮氧尾气经过膨胀降温减压，为液化分离设备提供冷量，降低能耗，节能环保。
2)再生气用膨胀机提供循环动力，降低再生过程中的能耗，并省去了再生气压缩机。
3)再生气采用氮气，由于氮气为惰性气体，避免了再生过程中存在的爆炸风险。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种含氧煤层气液化分离系统，其特征在于，包括：
用于冷却干燥处理后的含氧煤层气使所述含氧煤层气分离为液化天然气和氮氧尾气的液化分离设备；
膨胀机，所述膨胀机的膨胀端与液化分离设备的一气体出口通过管路连接，所述膨胀机的膨胀端用于使液化分离设备排出的氮氧尾气膨胀至低温低压后返回液化分离设备，以此为所述液化分离设备提供冷量，所述膨胀机的增压端分别与用于对含氧煤层气进行干燥处理的干燥设备的再生气出口、再生气进口通过管路连接，所述膨胀机的增压端用于压缩所述干燥设备的再生气，以使所述再生气返回所述干燥设备。
2.如权利要求1所述的含氧煤层气液化分离系统，其特征在于，所述膨胀机为螺杆膨胀机或涡轮膨胀机或透平膨胀机或活塞膨胀机。
3.如权利要求2所述的含氧煤层气液化分离系统，其特征在于，所述液化分离设备包括通过管路依次连接的用于对所述含氧煤层气依次冷却的第一换热器、第二换热器、第三换热器、精馏塔，所述精馏塔的塔顶的一气体出口与所述膨胀机的膨胀端通过进气管路连接，所述膨胀机的膨胀端通过排气管路将膨胀至低温低压的氮氧尾气排出，所述排气管路依次经过第三换热器、第二换热器、第一换热器，以向过第三换热器、第二换热器、第一换热器依次提供冷量。
4.如权利要求3所述的含氧煤层气液化分离系统，其特征在于，所述液化分离设备还包括过冷器，所述进气管路经过所述过冷器，所述排气管路在经过第三换热器之前经过所述过冷器。
5.如权利要求4所述的含氧煤层气液化分离系统，其特征在于，还包括用于向所述精馏塔的塔顶提供冷量的氮气制冷系统，所述氮气制冷系统包括氮气压缩机以及第一节流阀，氮气压缩机通过第一管路向第一节流阀输送被压缩的氮气，氮气被第一节流阀节流降温后通过第二管路输至氮气压缩机，通过第一管路、第二管路，氮气在氮气压缩机与第一节流阀之间循环，第一管路依次经过第一换热器、第二换热器、第三换热器、过冷器，第一管路中的氮气在第一换热器、第二换热器、第三换热器、过冷器冷却，第二管路依次经过精馏塔塔顶、过冷器、第三换热器、第二换热器、第一换热器，第二管路中的氮气在精馏塔塔顶、过冷器、第三换热器、第二换热器、第一换热器中提供冷量。
6.如权利要求5所述的含氧煤层气液化分离系统，其特征在于，还包括混合冷剂制冷系统，所述混合冷剂制冷系统包括混合冷剂压缩机、第二节流阀、第三节流阀，混合冷剂压缩机通过第三管路向第二节流阀输送被压缩的气相制冷剂，气相制冷剂被第三节流阀节流降温后通过第四管路返回混合冷剂压缩机，通过第三管路、第四管路，气相制冷剂在混合冷剂压缩机与第二节流阀之间循环，第三管路分别依次经过第一换热器、第二换热器、精馏塔的塔底再沸器、第三换热器，第四管路分别依次经过第三换热器、第二换热器、第一换热器，第三管路中的气相制冷剂在第一换热器、第二换热器、精馏塔的塔底再沸器、第三换热器中冷却，第四管路中的气相制冷剂在第三换热器、第二换热器、第一换热器中提供冷量，混合冷剂压缩机通过第五管路向第三节流阀输送被压缩的液相制冷剂，液相制冷剂被第三节流阀节流降温后与第四管路中的气相制冷剂汇合并输至混合冷剂压缩机，第五管路经过第一换热器。
7.如权利要求1所述的含氧煤层气液化分离系统，其特征在于，还包括：
用于对含氧煤层气进行压缩的压缩机；
用于对压缩后的含氧煤层气进行脱碳处理的脱碳设备，与所述压缩机通过管路连接；
用于对脱碳处理后的含氧煤层气进行干燥处理的干燥设备，与所述脱碳设备通过管路连接，所述干燥设备与所述液化分离设备通过管路连接。
8.一种含氧煤层气液化分离工艺，其特征在于，包括：
冷却干燥处理后的含氧煤层气使所述含氧煤层气分离为液化天然气和氮氧尾气；
利用膨胀机使所述氮氧尾气膨胀至低温低压，并利用所述氮氧尾气冷却含氧煤层气；
利用膨胀机压缩干燥塔的再生气，以使所述再生气返回用于干燥处理含氧煤层气的干燥设备。
9.如权利要求8所述的含氧煤层气液化分离工艺，其特征在于，包括：
通过第一管路向第一节流阀输送被压缩的氮气，所述氮气被所述第一节流阀节流降温后通过第二管路输至氮气压缩机，通过第一管路、第二管路，所述氮气在氮气压缩机与第一节流阀之间循环，利用所述第二管路中的氮气冷却干燥处理后的含氧煤层气，以使所述含氧煤层气分离为液化天然气和氮氧尾气。
10.如权利要求9所述的含氧煤层气液化分离工艺，其特征在于，还包括：通过第三管路向第二节流阀输送被压缩的气相制冷剂，气相制冷剂被第三节流阀节流降温后通过第四管路返回混合冷剂压缩机，通过第三管路、第四管路，气相制冷剂在混合冷剂压缩机与第二节流阀之间循环，第三管路经过液化分离设备，第四管路经过液化分离设备，第三管路中的气相制冷剂在液化分离设备中冷却，第四管路中的气相制冷剂在液化分离设备中提供冷量，混合冷剂压缩机通过第五管路向第三节流阀输送被压缩的液相制冷剂，液相制冷剂被第三节流阀节流降温后与第四管路中的气相制冷剂汇合并输至混合冷剂压缩机。
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