CN204854158U - 一种矿井瓦斯气低温分离液化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，包括通过管道连接的矿井瓦斯原料气压缩净化设备、制冷制备及分离设备，所述制冷设备由两组以上的混合制冷剂制冷装置组成。本实用新型由于采用了两组以上的混合制冷剂制冷装置为矿井瓦斯气的分离液化提供冷量，可以防止了高凝固点的组分在低温下冻结，不会导致管路堵塞，降低能耗。

Description

一种矿井瓦斯气低温分离液化设备

技术领域

本实用新型涉及一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，属于瓦斯分离液化设备领域。

背景技术

采煤过程中抽放的煤层气即矿井瓦斯气，因为压力低，甲烷含量低，其中混有空气，给这种气体的加工和运输带来了困难，通常都是把它排放到大气中。这不但造成了严重的大气污染，也造成很大的资源浪费。如果把这种瓦斯气中的煤层气(主要是甲烷)和空气分离出来，并进一步液化生产出液化天然气，这就会使运输和利用都变得很方便。

常规的气体分离方法有吸收法、吸附法、薄膜渗透法和低温精馏法等。前面几种方法，分离的纯度很难达到要求，有的回收率低，有的还需要加热，混有空气的瓦斯气在高温下易爆炸，存在安全隐患，因此没有能够很好的推广和应用。美国BCCK工程公司发明了一种工艺，是先将混有空气的矿井瓦斯气压缩，然后用接触氧化法把其中的氧气脱除，然后脱除硫化氢和二氧化碳，再脱除水分，最后再用节流制冷分离的方法把氮气脱除。这种工艺设备比较复杂，也没有得到推广。

中国专利号为ZL200820111400.X公开了一种空气回热式的矿井瓦斯气的分离液化设备，该设备中采用了一组混合制冷剂设备，其中采用一种混合制冷剂是由各种沸点、固化点不同的气体、轻烃所组成，经过压缩、气液分离、然后在不同温区节流制冷，而实际上，在矿井瓦斯气分离液化设备中，由于分馏塔顶部冷凝器的温度通常要求很低，这样混合制冷剂中的高凝固点的组分、例如丁烷、戊烷等，就会在低温下凝固、并堵塞管道。如果在混合制冷剂中不采用这些高凝固点的组分，又会使得整个设备的能耗变大，很不经济。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，通过采用两级或更多级的混合制冷剂制冷设备来为矿井瓦斯气的分离液化提供冷量，从而能够避免混合制冷剂中高凝固点的组分在低温下冻结、堵塞管路，并能显著地降低能耗。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，包括通过管道连接的矿井瓦斯原料气压缩净化设备、制冷制备及分离设备，所述制冷设备由两组以上的混合制冷剂制冷装置组成。

本实用新型的有益效果是：由于采用了两组以上的混合制冷剂制冷装置为矿井瓦斯气的分离液化提供冷量，可以防止了高凝固点的组分在低温下冻结，不会导致管路堵塞，降低能耗。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

本实用新型如上所述一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，进一步，所述分离设备中包括有依次相连的换热器、节流阀、膨胀机和分馏塔，分馏塔顶部的气体管路通过换热器与膨胀机的入口相连接。

本实用新型如上所述一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，进一步，两个以上的所述混合制冷剂制冷装置中，且其与分馏塔顶部的冷凝器相连接的混合制冷剂制冷装置所用的制冷剂，不含有凝固温度高于-165℃的组分。

本实用新型如上所述一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，进一步，

所述换热器包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器第五换热器、第六换热器及第七换热器；

所述节流阀包括第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀及第四节流阀；

所述混合制冷剂制冷装置为两组，包括第一压缩机、第一冷却器及气液分离器及第二压缩机和第二冷却器，第一压缩机的出口通过管路依次连接第一冷却器及第一气液分离器，第一气液分离器的顶端连通的管道依次通过第一换热器、第二换热器连接第二气液分离器，其底端通过管路通过第一换热器连接第一节流阀的入口端；所述第二气液分离器的顶端通过管道依次通过第三换热器、第四换热器连接第三节流阀的入口端，其底端通过管路通过第三换热器连接第二节流阀的入口端，所述第三节流阀的出口端通过压缩机回流管道依次通过第四换热器、第三换热器、第二换热器及第一换热器连通所述第一压缩机的入口；所述第一节流阀的出口端连通所述第二换热器及第一换热器之间的压缩机回流管道；所述第二节流阀的出口端连通所述第三换热器及第四换热器之间的压缩机回流管道；

所述第二压缩机的的出口通过管路连接所述第二冷却器，所述第二冷却器连通的管道依次通过第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、分馏塔底部的蒸发器、第五换热器、第四节流阀、分馏塔底部的冷凝器、第六换热器后，再依次通过第五换热器、第七换热器、第四换热器、第三换热器、第二换热器、第一换热器连通所述第二压缩机的的入口；

所述矿井瓦斯原料气压缩净化设备的出口连通的管道依次通过第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第七换热器、第五换热器连通所述分馏塔中部，所述分馏塔顶端连接的管道通过第五换热器连通膨胀阀的入口端，所述膨胀阀的出口端连接的管道依次通过第五换热器、第七换热器、第四换热器、第三换热器、第二换热器、第一换热器分离出空气；所述分馏塔低端连接的管道分离出液化天然气。

所述混合制冷剂制冷装置由两组以上；混合制冷剂制冷装置的制冷剂出口管路按照温区不同，分别和分离设备换热器相应的制冷剂入口管路相连；混合制冷剂制冷装置的制冷剂入口管路，分别和分离设备换热器相应的制冷剂出口管路相连。其中制冷温度最低、且与分馏塔冷凝器相连接的一组混合制冷剂设备所用的制冷剂，不含有凝固温度高于-165℃的组分。

本实用新型由于采用了不同温区的多级混合制冷，不仅避免了混合制冷剂中高凝固点的组分在低温下冻结，并能显著地降低能耗。

附图说明

图1为本实用新型的矿井瓦斯气压缩净化设备的流程示意图；

图2为本实用新型的两级混合制冷的矿井瓦斯气分离液化设备的流程示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、原料气过滤器，2、气液分离装置，3、原料气压缩机，4、压缩后冷却器，5、原料气脱水、脱汞、脱酸净化设备,6、第一压缩机，7、第一冷却器，8、第一气液分离器，9、第二压缩机，10、第二冷却器，11、第一换热器，12、第二换热器，13、第三换热器，14、第四换热器，15、第七换热器，16、第五换热器，17、分馏塔，18、第六换热器，19、膨胀阀，20、第一节流阀，21、第二节流阀，22、第三节流阀，23、第四节流阀，24、第二气液分离器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，包括通过管道连接的矿井瓦斯原料气压缩净化设备、制冷制备及分离设备，所述制冷设备由两组以上的混合制冷剂制冷装置组成。

如图1所示，矿井瓦斯原料气压缩净化设备包括原料气过滤器1、气液分离装置2、原料气压缩机3、压缩后冷却器4、原料气脱水、脱汞、脱酸净化设备5，这些都是本领域从事天然气或煤层气加工工艺的工程技术人员能够理解的常规技术和设备。

如图2所示，以两级混合制冷剂制冷装置的矿井瓦斯气分离液化设备为例。

第一压缩机6是第一级(高温级)混合制冷压缩机，其混合制冷剂由氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异丁烷、异戊烷组成，混合制冷剂由0.2MPa(表压，以下同)压缩到1MPa，经过后第一冷却器7冷却到常温(约30℃)，进入第一气液分离器8，从第一气液分离器8底部分离出来的液体，通过管道进入第一换热器11，温度降低到4℃左右，再经过第一节流阀20节流，压力下降到略高于0.2MPa，和高温级反流的混合制冷剂一起返回进入第一换热器11，提供冷量，复热以后回到第一压缩机6制冷；从第一气液分离器8顶部分离出来的气体，通过管道进入第一换热器11，温度降低到4℃左右，再经过第二换热器12，温度进一步下降到-35℃左右，然后进入第二气液分离器24分离，分离后的气体、液体都进入第三换热器13，温度再下降到-75左右，其中液体经过第二节流阀21节流，压力下降到略高于0.2MPa，和高温级反流的混合制冷剂一起返回依次进入第三换热器13、第二换热器12、第一换热器11，提供冷量，复热以后回到第一压缩机6制冷；气体则继续进入第四换热器14温度再下降到-125℃左右，然后经过第三节流阀22节流，压力下降到略高于0.2MPa，返回到第四换热器14的冷端，依次经过第四换热器14、第三换热器13、第二换热器12、第一换热器11，途中和第二节流阀21、第一节流阀20节流的流体汇合，提供冷量，复热以后回到第一压缩机6制冷。然后再进行压缩，以此循环制冷。

图2中的第二压缩机9是第二级(低温级)混合制冷压缩机，其混合制冷剂由氮气、甲烷、乙烷、丙烷组成，不含凝固温度高于-165℃的乙烯、丁烷、戊烷等组分，混合制冷剂由0.2MPa压缩到4MPa，经过后冷却器10冷却到常温(约30℃)，然后通过管道依次进入第一换热器11、第二换热器12、第三换热器13、第四换热器14，温度降低到-125℃左右，再进入分馏塔17底部的蒸发器，一方面加热分馏塔17底部的低温液体，另一方面混合制冷剂的温度进一步降低到-135℃左右，然后进入第五换热器16，温度下降到-174℃左右，再经过第四节流阀23节流，压力下降到0.25MPa左右，温度下降到-179℃左右，然后通过管道进入分馏塔17顶部的冷凝器提供冷量，温度回升到-178℃左右，再进入第六换热器18为产品液化天然气过冷提供冷量，然后返回进入第五换热器16的冷端，并依次经过第五换热器16、第七换热器15、第四换热器14、第三换热器13、第二换热器12、第一换热器11，提供冷量，复热以后回到第二压缩机9制冷；然后再进行压缩，继续循环制冷。

压缩净化后的矿井瓦斯气通过管道连接到第一换热器11的原料气入口，并依次通过第一换热器11、第二换热器12、第三换热器13、第四换热器14、第七换热器15、换热第五换热器16，使其温度冷却到约-174℃，此时，大部分矿井瓦斯气冷却为液体，然后进入分馏塔17的中部。经分馏塔17的底部的蒸发器的蒸发和顶部冷凝器的冷凝、塔内的气体与液体进行充分的质、热交换，在分馏塔17的顶部得到高纯度的低温空气，分馏塔17的底部得到高纯度的液态天然气。

从分馏塔17底部分离出的液态天然气通过管道进入第六换热器18，进一步冷却为过冷的液化天然气，温度为-165℃左右，成为产品输出。从分馏塔顶部分离出的低温空气温度约为-178℃，通过管道连接到第五换热器16的冷端，,经过第五换热器16，提供冷量，温度回升到约-145℃，然后经膨胀机19膨胀，温度再下降到-172℃左右，然后再进入第五换热器16的冷端，并依次通过第五换热器16、第七换热器15、第四换热器14、第三换热器13、第二换热器12、第一换热器11，回收冷量，复热后的这部分洁净空气可以用做净化设备中的分子筛再生用气。

以上为两级混合制冷剂制冷的矿井瓦斯气分离液化设备。在制造时，其中第一换热器11、第二换热器12、第三换热器13、第四换热器14、第七换热器15可以做成一个整体，再从所需要连接管道的地方抽头连出管道。

为进一步降低能耗，也可以采用三级或更多级的混合制冷剂制冷，具体设计参照上述两级的设计就可以做出，这里不再详细叙述。但更多级的设计会使得设备变得过于复杂，因此优先选用两级混合制冷剂制冷的矿井瓦斯气分离液化设备。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，包括通过管道连接的矿井瓦斯原料气压缩净化设备、制冷制备及分离设备，其特征在于，所述制冷设备由两组以上的混合制冷剂制冷装置组成。

2.根据权利要求1所述一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，其特征在于，所述分离设备中包括有依次相连的换热器、节流阀、膨胀机和分馏塔，分馏塔顶部的气体管路通过换热器与膨胀机的入口相连接。

3.根据权利要求2所述一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，其特征在于，两个以上的所述混合制冷剂制冷装置中，且其与分馏塔顶部的冷凝器相连接的混合制冷剂制冷装置所用的制冷剂，不含有凝固温度高于-165℃的组分。

4.根据权利要求3所述一种矿井瓦斯气低温分离液化设备，其特征在于，所述换热器包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器第五换热器、第六换热器及第七换热器；

所述节流阀包括第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀及第四节流阀；

所述混合制冷剂制冷装置为两组，包括第一压缩机、第一冷却器及气液分离器及第二压缩机和第二冷却器，第一压缩机的出口通过管路依次连接第一冷却器及第一气液分离器，第一气液分离器的顶端连通的管道依次通过第一换热器、第二换热器连接第二气液分离器，其底端通过管路通过第一换热器连接第一节流阀的入口端；所述第二气液分离器的顶端通过管道依次通过第三换热器、第四换热器连接第三节流阀的入口端，其底端通过管路通过第三换热器连接第二节流阀的入口端，所述第三节流阀的出口端通过压缩机回流管道依次通过第四换热器、第三换热器、第二换热器及第一换热器连通所述第一压缩机的入口；所述第一节流阀的出口端连通所述第二换热器及第一换热器之间的压缩机回流管道；所述第二节流阀的出口端连通所述第三换热器及第四换热器之间的压缩机回流管道；

所述第二压缩机的的出口通过管路连接所述第二冷却器，所述第二冷却器连通的管道依次通过第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、分馏塔底部的蒸发器、第五换热器、第四节流阀、分馏塔底部的冷凝器、第六换热器后，再依次通过第五换热器、第七换热器、第四换热器、第三换热器、第二换热器、第一换热器连通所述第二压缩机的的入口；

所述矿井瓦斯原料气压缩净化设备的出口连通的管道依次通过第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第七换热器、第五换热器连通所述分馏塔中部，所述分馏塔顶端连接的管道通过第五换热器连通膨胀阀的入口端，所述膨胀阀的出口端连接的管道依次通过第五换热器、第七换热器、第四换热器、第三换热器、第二换热器、第一换热器分离出空气；所述分馏塔低端连接的管道分离出液化天然气。