CN214620293U - 一种煤层气液化系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及煤层气液化技术领域，尤其涉及一种煤层气液化系统，包括：两级压缩单元，两级压缩单元包括第一压缩机和第二压缩机，第一压缩机与第二压缩机连接，第一压缩机上设置有预处理后的煤层气的入口；冷却单元，冷却单元包括第一水冷器和第二水冷器，第一水冷器设置在第一压缩机与第二压缩机之间，第二水冷器连接在第二压缩机之后；斯特林制冷机，斯特林制冷机进口与第二水冷器连接；储液罐，储液罐的进口与斯特林制冷机出口连接。本实用新型通过外设的斯特林制冷机，提高了制冷效率；通过两级压缩单元压缩增压和冷却单元降温，提高了煤层气中甲烷的液化温度，同时降低了制冷机的冷负荷，从而降低了整个系统的功耗。

Description

一种煤层气液化系统
技术领域
本实用新型涉及煤层气液化技术领域，尤其涉及一种煤层气液化系统。
背景技术
煤层气又称煤矿瓦斯，主要成分是甲烷，既是一种清洁能源，又是一种重要的化工原料，其开发利用既有利于减少碳的排放，又有利于减少矿井事故，是一件变废为宝的好事。
由于煤层气成分的复杂性，所以煤层气的气体运输，成为制约煤层气开发利用的关键因素，为了解决这一问题，目前一般采用将煤层气液化然后进行运输利用的方法。煤层气液化后储存效率高、占地少、投资省，并且有利于城市负荷的平衡调节。现有的天然气液化技术基本是针对纯度较高的天然气，其液化设备只包括压缩机系统和冷却系统，但由于煤层气气源成分的复杂性以及甲烷含量的不同，煤层气自身不能作为制冷工质达到液化的目的，使其制冷效率低，并且存在甲烷回收率低，功耗大的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种煤层气液化系统，提高制冷效率 ，并降低系统功耗。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种煤层气液化系统，包括：
两级压缩单元，所述两级压缩单元包括第一压缩机和第二压缩机，所述第一压缩机与所述第二压缩机连接，所述第一压缩机上设置有预处理后的煤层气的入口；
冷却单元，所述冷却单元包括第一水冷器和第二水冷器，所述第一水冷器设置在所述第一压缩机与所述第二压缩机之间，所述第二水冷器连接在所述第二压缩机之后；
斯特林制冷机，所述斯特林制冷机的进口与所述第二水冷器连接；
储液罐，所述储液罐的进口与所述斯特林制冷机出口连接。
进一步地，冷却单元进一步包括冷却塔和水泵，所述冷却塔通过管道分别与所述的第一水冷器和所述的第二水冷器连接形成第一循环水路和第二循环水路，所述水泵进水口连接所述冷却塔出水口，所述水泵的出水口分别连接所述第一循环水路的进口和第二循环水路的进口。
进一步地，所述冷却塔通过管道与所述制冷机形成第三循环水路。
进一步地，所述储液罐的进口处设置第二减压阀。
进一步地，所述斯特林制冷机与所述储液罐之间设置精馏塔，所述精馏塔内部设置进料板，所述进料板处的进液口与所述斯特林制冷机的出口连接，所述精馏塔塔底的出液口与储液罐连接。
进一步地，所述精馏塔进液口处设有第一减压阀。
进一步地，所述精馏塔的顶部设有排放管道。
进一步地，所述排放管道上设有换热器，所述换热器与所述斯特林制冷机连接。
进一步地，所述储液罐内部设有液位计。
本实用新型的有益效果为：本实用新型通过外设的斯特林制冷机，提高了制冷效率；通过两级压缩机压缩增压，提高了煤层气中甲烷的液化温度，降低了制冷机的冷负荷，从而降低了整个系统的功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例中煤层气液化系统的结构示意图。
附图标记：1、两级压缩单元；101、第一压缩机；102、第二压缩机；2、冷却单元；201、第一水冷器；202、第二水冷器；3、斯特林制冷机；4、储液罐；5、冷却塔；6、水泵；7、第一循环水路；8、第二循环水路；9、第三循环水路；10、第二减压阀；11、精馏塔；12、第一减压阀；13、排放管道；14、换热器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示的煤层气液化系统，包括：两级压缩单元1，两级压缩单元1包括第一压缩机101和第二压缩机102，第一压缩机101与第二压缩机102连接，第一压缩机101上设置有预处理后的煤层气的入口；冷却单元2，冷却单元2包括第一水冷器201和第二水冷器202，第一水冷器201设置在第一压缩机101与第二压缩机102之间，第二水冷器202连接在第二压缩机102之后；斯特林制冷机3，斯特林制冷机3的进口与第二水冷器202连接；储液罐4，储液罐4的进口与斯特林制冷机3出口连接。需要说明的是每次增压之后进入水冷器进行降温，减少了斯特制冷机3的冷负荷；另外，因为甲烷沸点相对于氧气和氮气沸点高，增压后煤层气中甲烷的液化温度提高，容易液化，从而降低了斯特制冷机3的冷负荷，使整个系统的功耗也得到了降低。
本实施例实施过程，经过预处理的煤层气先进入第一压缩机101压缩增压，煤层气经过压缩之后温度上升，再利用第一水冷器201进行降温，同理，再进入第二压缩机102压缩增压、经过第二水冷器202降温，经过两级压缩单元1增压和冷却单元2降温后的煤层气最后经过斯特林制冷机3冷却液化，液化煤层气再经管道流入储液罐4内。
本实用新型优选实施例中，冷却单元2还包括冷却塔5和水泵6，冷却塔5通过管道分别与的第一水冷器201和的第二水冷器202连接形成第一循环水路7和第二循环水路8，水泵6进水口连接冷却塔5出水口，水泵6的出水口分别连接第一循环水路7的进口和第二循环水路8的进口。需要说明的是本实施例中冷却塔5是用水作为循环冷却剂，从系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置，其原理是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量来达到降低水温的目的。第一循环系统由水泵6、第一水冷器201和冷却塔5组成，第二循环系统由水泵6、第二水冷器202和冷却塔5组成，两个循环水路利用水泵6的动力特性来实现水循环，冷却塔5具有冷却循环水的作用，两级压缩后的气体温度较高，经过水冷器带走多余热量，进入到达冷却塔5，冷却塔5对水进行降温，降温后的水从冷却塔5排出，经过水泵6再次流经水冷器，往复水循环冷却，节省了水资源，并降低了整个系统的功耗。
本实用新型优选实施例中，冷却塔5通过管道与斯特林制冷机3形成第三循环水路9。第三循环水路9带走斯特林制冷机3工作过程中放出的热量，保证斯特林制冷机的正常工作效率。
本实用新型优选实施例中储液罐4的进口处设置第二减压阀10，便于控制储液罐4内液体的流入量。
本实用新型优选实施例中，斯特林制冷机3与储液罐4之间设置精馏塔11，精馏塔11内部设置进料板，进料板处的进液口与斯特林制冷机3的出口连接，精馏塔11塔底的出液口与储液罐4连接。需要说明的是精馏塔11是进行精馏的一种塔式气液接触装置，利用煤层气中氧气、氮气和甲烷具有不同的挥发度，即在同一温度下蒸气压不同这一特性，使液相中的低沸物的转移到气相中，而气相中的高沸物转移到液相中，因为甲烷沸点相对于氧气和氮气沸点高，从而实现甲烷和氧气、氮气分离的目的。进料板将精馏塔11分为上下两段，进料板以上为精馏段，进料板以下为提溜段，液化后的煤层气经过精馏塔11的精馏作用后甲烷被液化提纯，从精馏塔11提馏段的出液口流入储液罐4，而被分离的氮气和氧气从塔顶流出，经过精馏塔11提纯，使甲烷含量增加，提高了煤层气内甲烷的回收率，从而获得高浓度甲烷的液化煤层气。
本实用新型优选实施例中，精馏塔11进液口处设有第一减压阀12，经过压缩、水冷之后的煤层气经过斯特林制冷机3的冷却后，经过第一减压阀12进行节流降压，使其压力降至精馏压力，有利于提高对甲烷的提纯率。
本实用新型优选实施例中，精馏塔11的顶部设有排放管道13，被精馏塔11分离出的氮气和氧气从精馏塔11的塔顶通过排放管道13排放到空气中，避免了排放过程中的危险的产生，实现了气体的安全排放。
本实用新型优选实施例中，排放管道13上设有换热器，换热器与斯特林制冷机3连接。由于分离出的氧气和氮气仍处于低温状态，将塔顶出来的低温气体通过换热器回收冷量，回收的冷量用作斯特林制冷机3的对煤层气冷却，减少了制冷机的冷负荷，从而降低了整个系统的功耗。
为了避免储液罐4内的液体溢出，储液罐4内部设有液位计，以便及时将储液罐4内的液化煤层气输出。
本实用新型实施过程，经过预处理的煤层气先进入第一压缩机101压缩增压，煤层气经过压缩之后温度上升，再利用第一水冷器201进行降温，同理，再次进入第二压缩机102压缩增压、经过第二水冷器202降温，最后经过两级压缩单元1增压和冷却单元2降温后的煤层气经过斯特林制冷机3冷却液化，液化后的煤层气通过第一减压阀12进行节流降压，使其压力降至精馏压力，继而进入精馏塔11进行提纯，提纯后液化煤层气从精馏塔11塔底的出液口流入储液罐4，而被分离的低温的氮气和氧气通过换热器回收冷量，然后通过排放管道13排到空气中，回收的冷量用作斯特林制冷机3的对煤层气冷却，减少了斯特林制冷机3的冷负荷，从而降低了整个系统的功耗。
本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种煤层气液化系统，其特征在于，包括：
两级压缩单元(1)，所述两级压缩单元(1)包括第一压缩机(101)和第二压缩机(102)，所述第一压缩机(101)与所述第二压缩机(102)连接，所述第一压缩机(101)上设置有预处理后的煤层气的入口；
冷却单元(2)，所述冷却单元(2)包括第一水冷器(201)和第二水冷器(202)，所述第一水冷器(201)设置在所述第一压缩机(101)与所述第二压缩机(102)之间，所述第二水冷器(202)连接在所述第二压缩机(102)之后；
斯特林制冷机(3)，所述斯特林制冷机(3)的进口与所述第二水冷器(202)连接；
储液罐(4)，所述储液罐(4)的进口与所述斯特林制冷机(3)出口连接。
2.根据权利要求1所述的煤层气液化系统，其特征在于，冷却单元进一步包括冷却塔(5)和水泵(6)，所述冷却塔(5)通过管道分别与所述的第一水冷器(201)和所述的第二水冷器(202) 连接形成第一循环水路(7)和第二循环水路(8)，所述水泵(6)进水口连接所述冷却塔(5)出水口，所述水泵(6)的出水口分别连接所述第一循环水路(7)的进口和第二循环水路(8)的进口。
3.根据权利要求2所述的煤层气液化系统，其特征在于，所述冷却塔(5)通过管道与所述斯特林制冷机(3)形成第三循环水路(9)。
4.根据权利要求1所述的煤层气液化系统，其特征在于，所述储液罐(4)的进口处设置第二减压阀(10)。
5.根据权利要求1所述的煤层气液化系统，其特征在于，所述斯特林制冷机(3)与所述储液罐(4)之间设置精馏塔(11)，所述精馏塔(11)内部设置进料板，所述进料板处的进液口与所述斯特林制冷机(3)的出口连接，所述精馏塔(11)塔底的出液口与储液罐(4)连接。
6.根据权利要求5所述的煤层气液化系统，其特征在于，所述精馏塔(11)进液口处设有第一减压阀(12)。
7.根据权利要求6所述的煤层气液化系统，其特征在于，所述精馏塔(11)的顶部设有排放管道(13)。
8.根据权利要求7所述的煤层气液化系统，其特征在于，所述排放管道(13)上设有换热器(14)，所述换热器(14)与所述斯特林制冷机(3)连接。
9.根据权利要求1所述的煤层气液化系统，其特征在于，所述储液罐(4)内部设有液位计。
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