CN203319966U - 煤层气水合物分离精制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤层气水合物分离精制系统，其特征是串联设置各反应单元；在相邻的反应单元之间，以上级反应单元的气体出口与下级反应单元的进气输入端口相连通；煤层气是在第一级反应单元的进气输入端口导入。本实用新型煤层气水合物生产工艺安全，尾气排放中甲烷的利用率显著提高。

Description

煤层气水合物分离精制系统

技术领域

本实用新型涉及煤层气水合物分离精制系统。 

技术背景

煤层气是优质清洁能源，我国深埋2000米以浅煤层气地质资源量约为30万亿立方米，居世界第三位，相当于450亿顿标煤或310亿吨石油。煤层气环境性能好，热效率高，与燃煤相比，煤层气燃烧的灰分排放量为燃煤的1/148,SO₂排放量为燃煤的1/700，CO₂排放量为燃煤的3/5，故煤层气是常规天然气最现实可靠的补充或替代能源。 

煤层气抽采后甲烷浓度较低，一般在30%以下，氮气、氧气和二氧化碳含量较高，故热值偏低，需要通过浓缩手段来提高其利用价值。而浓缩过程一般可采用煤层气深冷液化精馏法和煤层气水合物法，前者需要将物料冷冻至-162℃以下，在0.1Mpa绝压下通过深冷精馏分离，该法能耗高，设备投资费用巨大。煤层气水合物法是在一定温度和压力条件下将水与烃类形成白色结晶水合物，与冰雪相似，形成CH₄·6H₂O 等笼形包合物，甲烷水合物中含气量较高，饱和甲烷水合物中气体和水的比率是生成水合物气体分子的函数，在标准状态下，1个体积的水合物根据气体的性质和组成可包含150-170个体积的甲烷，能量密度高，在相同条件下，不同气体因形成水合物的亲和力不同，通过控制水合物的生成条件，可实现甲烷、CO₂、N₂、O₂等混合气体组分的分离。煤层气中甲烷气体转化为水合物状态时，体积明显减小，该特性也是甲烷气体转化为水合物状态存储方法的基础。 

目前煤层气水合物法都是采用单塔吸收，但单塔吸收无法保证吸收后的尾气中甲烷被有效去除，结果是能量负荷高，分离效率低，分离不完全，排放气中含有甲烷仍然是待解决的难题。 

实用新型内容

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种煤层气水合物分离精制系统，以期达到彻底分离和回收煤层气中甲烷的目的，最终解决排放气中甲烷的含量问题，使其最低化，即小于0.5%，以达到提高经济效益和环境效益的目的。 

本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案： 

本实用新型煤层气水合物分离精制系统的特点是串联设置各反应单元；所述反应单元的构成为：呈立式设置吸收塔，吸收塔上的进液喷嘴位于顶部，出液端口位于底部，气体入口位于下部侧壁，气体出口位于上部侧壁；进气输入端口通过气体压缩机并经气体入口与吸收塔相连通，在气体出口与气体入口之间设置气体循环通路，在出液端口与吸收塔循环泵之间设置液体循环通路；设置与吸收塔循环泵的出口管路相连通的水合物分解器，位于水合物分 解器底部的液体回流端口通过水合物循环泵与进液喷嘴相连通，分离气体输出端口位于水合物分解器的顶部；吸收液分别在吸收塔循环泵的入口端和水合物循环泵的输出端口导入；在相邻的反应单元之间，以上级反应单元的气体出口与下级反应单元的进气输入端口相连通；煤层气是在第一级反应单元的进气输入端口导入。 

本发明煤层气水合物分离精制系统的特点也在于：所述反应单元共有两级、三级或更多级。 

与已有技术相比，本实用新型有益效果体在： 

1、本实用新型中煤层气从塔底喷入塔内，吸收液从塔顶喷嘴喷入塔内，二者呈逆流接触，均呈雾状，气液接触面积大，且气液颗粒较小，这大大缩短了甲烷水合物的生成时间，提高了生产效率； 

2、本实用新型中煤层气中甲烷气体溶解、晶核生成和晶体生长速度得到增强，未被吸收的甲烷通过循环压缩机返回到塔底继续吸收，达到了闭路循环的目的； 

3、本实用新型吸收液通过循环泵被强制循环，增大了进入塔内的线速度，便于在塔顶生成雾状进料； 

4、本实用新型吸收液冷却器和分解器置于塔外可以增大传热面积，确保有效供冷和供热负荷； 

5、本实用新型通过分解器解析的吸收液可以返回到塔顶循环使用，降低了生产成本；多级吸收单元可以确保最终排放气体中的甲烷含量小于0.5%，达到排放标准。 

附图说明

图1为本实用新型结构示意图； 

图中标号：1吸收塔，1a进液喷嘴；1b出液端口；1c气体入口；1d气体出口；2进气输入端口；3气体压缩机；4气体循环通路；5吸收塔循环泵；6液体循环通路；7水合物分解器；7a液体回流端口，7b气体输出端口；8水合物循环泵；9第一冷却器；10换热器；11第二冷却器；12第三冷却器；T1一级吸收塔；F2一级水合物分解器；T2二级吸收塔；F2二级水合物分解器。 

具体实施方式

本实施例中煤层气水合物分离精制系统的结构形式是：串联设置各反应单元； 

如图1所示，反应单元的构成为：呈立式设置吸收塔1，吸收塔上的进液喷嘴1a位于顶部，出液端口1b位于底部，气体入口1c位于下部侧壁，气体出口1d位于上部侧壁；进气输入端口2通过气体压缩机3并经气体入口1c与吸收塔1相连通，在气体出口1d与气体入口1c之间设置气体循环通路4，在出液端口1b与吸收塔循环泵5之间设置液体循环通路6；设 置与吸收塔循环泵5的出口管路相连通的水合物分解器7，位于水合物分解器7底部的液体回流端口7a通过水合物循环泵8与进液喷嘴1a相连通，分离气体输出端口7b位于水合物分解器7的顶部；吸收液Y分别在吸收塔循环泵5的入口端和水合物循环泵7的输出端口导入； 

在相邻的反应单元之间，以上级反应单元的气体出口与下级反应单元的进气输入端口相连通；煤层气Q是在第一级反应单元的进气输入端口导入，具体实施中，可以是两级反应单元串联设置或更多级反应单元的串联设置。 

原料煤层气Q在第一级反应单元的进气输入端口2导入，原料煤层气的构成按体积比为约30%的甲烷，其余为O₂和N₂等气体，在冷却状态下原料煤层气在喷雾的同时混合少量水S经过气体压缩机压缩至1.2Mpa，再经第一冷却器9移走气体压缩所释放出的热量后导入第一级反应器，与第一级吸收塔中从顶部喷淋而下的甲烷水合物吸收液在吸收塔内填料层表面逆流接触，甲烷水合物吸收液主要有含四氢呋喃、四丁基溴化胺、PAAA、硅胶、Brij-58、Tween20、40、60、80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、1,4-二氧六环、PVA、Igepal-520、碱性水\油系统、油包水乳液等，其它如增大气液界面接触面积、促进气液界面热量或者质量传递的物质，均可促进水合物的生成。 

在吸收塔中，煤层气中的甲烷与水合物吸收液中的游离水生成甲烷水合物结晶。本实施例中原料煤层气中甲烷被在第一级反应单元的吸收塔中经吸收液吸收后排出的尾气循环至本级反应单元的吸收塔的气体入口，通过气体压缩机重新压入吸收塔，直至吸收液中甲烷水合物达到饱和后，将未被吸收的排出的含甲烷尾气经过压缩机及冷却器冷却后压入第二级反应单元的吸收塔中，并在第二级反应单元中按相同的方式再次循环反应。 

吸收塔中生成的甲烷水合物通过水合物循环泵5，出口经过第三冷却器12，循环至吸收液吸收甲烷饱和后，经过换热器10泵入水合物分解器7，经过受热分解后高浓度甲烷从水合物分解器顶部流出，被输送至LNG生产系统，从底部解析流出的吸收液一部分取出，另一部分与新鲜吸收液混合后利用水合物循环泵8经过第二冷却器11冷却后，泵入水吸收塔1的顶部重新作为吸收液循环使用。 

图1所示，本实施例中设置两级反应单元，由一级吸收塔T1和一级水合物分解器F1构成第一级反应单元，由二级吸收塔T2和二级水合物分解器F2构成第二级反应单元。高浓度甲烷从第二级反应单元的水合物分解器F2的顶部流出，吸收塔内解析的吸收液用水合物循环泵并经过冷却器的冷却后返回到吸收塔顶部作为吸收液，吸收塔顶部排出的气体经过压缩机及冷却器冷却后返回到吸收塔中，直至吸收液吸收甲烷饱和后为止，此时，第二级反应单元中二级吸收塔顶部排出的未被吸收的气体主要为惰性气体，含N2和O2等，其甲烷体积分率小于0.5%。 

相应的结构形式可以是按图1所示的两级反应单元增加设置为三级甚至更多级。 

Claims (2)

1.煤层气水合物分离精制系统，其特征是串联设置各反应单元；所述反应单元的构成为：呈立式设置吸收塔(1)，吸收塔(1)上的进液喷嘴(1a)位于顶部，出液端口(1b)位于底部，气体入口(1c)位于下部侧壁，气体出口(1d)位于上部侧壁；进气输入端口(2)通过气体压缩机(3)并经气体入口(1c)与吸收塔(1)相连通，在气体出口(1d)与气体入口(1c)之间设置气体循环通路(4)，在出液端口(1b)与吸收塔循环泵(5)之间设置液体循环通路(6)；设置与所述吸收塔循环泵(5)的出口管路相连通的水合物分解器(7)，位于水合物分解器(7)底部的液体回流端口(7a)通过水合物循环泵(8)与进液喷嘴(1a)相连通，分离气体输出端口(7b)位于水合物分解器(7)的顶部；吸收液(Y)分别在吸收塔循环泵(5)的入口端和水合物循环泵(8)的输出端口导入；在相邻的反应单元之间，以上级反应单元的气体出口与下级反应单元的进气输入端口相连通；煤层气(Q)是在第一级反应单元的进气输入端口导入。

2.根据权利要求1所述的煤层气水合物分离精制系统，其特征是：所述反应单元共有两级、三级或更多级。

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