專(zhuān)利名稱(chēng)：一種空氣回?zé)崾降牡V井瓦斯氣的分離液化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣體分離液化方法及設(shè)備，特別涉及一種空氣回?zé)?式的礦井瓦斯氣的分離液化設(shè)備。
背景技術(shù)：
釆煤過(guò)程中抽放的煤層氣即礦井瓦斯氣，因?yàn)閴毫Φ?，曱烷含量低，?中混有空氣，給這種氣體的加工和運(yùn)輸帶來(lái)了困難，通常都是4巴它排放到大 氣中。這不但造成了嚴(yán)重的大氣污染，也造成很大的資源浪費(fèi)。如果把這種 瓦斯氣中的煤層氣(主要是曱烷)和空氣分離出來(lái)并將提純后的煤層氣液化， 這就會(huì)使運(yùn)輸和利用都變得很方便。
常規(guī)的分離方法有吸收法、吸附法、薄膜滲透法和低溫精餾法等。前面 幾種方法，分離的純度很難達(dá)到要求，有的回收率低，有的還需要加熱，混 有空氣的瓦斯氣在高溫下易爆炸，存在安全隱患，因此沒(méi)有能夠得到應(yīng)用。
美國(guó)BCCK工程公司發(fā)明了一種工藝，是先將混有空氣的礦井瓦斯氣壓縮， 然后用接觸氧化法把其中的氧氣脫除，然后脫除硫化氬和二氧化碳，再脫除 水分，最后再用節(jié)流制冷分離的方法把氮?dú)饷摮?。這種工藝設(shè)備比較復(fù)雜， 產(chǎn)品是氣體曱烷。如要生產(chǎn)液體曱烷，還要進(jìn)一步增加液化設(shè)備。于2006 年5月和7月分別提出的內(nèi)容為"含空氣煤層氣液化工藝及設(shè)備"的幾項(xiàng)中 國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中，分別描述了一種雙級(jí)精餾和單級(jí)精餾的工藝(專(zhuān)利號(hào)為-. 200610080889,4; 200620115881.2; 200610103425.0; 200620122543,1 )， 上述工藝及設(shè)備比美國(guó)BCCK的工藝要簡(jiǎn)單，而且能直接生產(chǎn)出液體的曱烷。 但是，由于上述工藝均需要在低溫下分離出氮?dú)猓虼似涔に囋O(shè)備所需的能 耗仍然偏高。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種空氣回?zé)崾降V井瓦斯氣分 離液化設(shè)備，其能夠采用低溫空氣回?zé)岬姆椒ɑ厥绽淞?，并且不生產(chǎn)氮?dú)猓?br> 工藝更為簡(jiǎn)單，能耗也更低。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種空氣回?zé)崾降牡V井瓦斯氣 的分離液化設(shè)備，
其包括壓縮凈化設(shè)備、制冷設(shè)備、液化分離設(shè)備和輔助設(shè)備；
所述液化分離設(shè)備包括有換熱器和一個(gè)分餾塔，壓縮凈化設(shè)備的原料氣 輸出管路與液化分離設(shè)備中的換熱器的原料氣輸入通道連接，制冷設(shè)備的制 冷管路與液化分離設(shè)備的換熱器的制冷通道連接，所述液化分離設(shè)備的換熱
器的原料氣輸出管道與位于分餾塔中部的原料氣輸入口相連；
分餾塔頂部具有冷凝器，同時(shí)其頂部還設(shè)有氣體管路將低溫空氣引回到 換熱器中；分餾塔底部具有蒸發(fā)器，同時(shí)底部設(shè)有液態(tài)天然氣引出管道。
進(jìn)一步，所述分餾塔頂部的氣體管路將低溫空氣引回到換熱器后，也可 以再連接到膨脹機(jī)，然后再連接到換熱器。
進(jìn)一步，輸入到分餾塔中部的原料氣輸入口的原料氣(礦井瓦斯氣)的 溫度在攝氏負(fù)82.5度以下。
進(jìn)一步，所述分餾塔的蒸發(fā)器加熱管路與制冷介質(zhì)的預(yù)冷管路相連通。
通。' 、 一 、'十 、 、
進(jìn)一步，所述分餾塔的蒸發(fā)器加熱管路也可以與原料氣預(yù)冷管路相連通。
進(jìn)一步，所述制冷設(shè)備為氣體膨脹制冷設(shè)備或混合制冷劑制冷設(shè)備。 進(jìn)一步，所述壓縮凈化設(shè)備中可以包括壓縮機(jī)和原料氣凈化器；所述原
料氣凈化器可以是分子篩吸附的凈化設(shè)備，也可以是由胺吸收塔與再生塔所
組成的凈化系統(tǒng)。
進(jìn)一步，所述輔助設(shè)備是制氮設(shè)備，例如變壓吸附制氮設(shè)備。
餾塔底部的液體管路可將液體引入到液體儲(chǔ)槽中。
所述制冷設(shè)備可以是氮?dú)馀蛎浿评浠蛘叩?、曱烷膨脹制冷，包括有壓縮 機(jī)、膨脹機(jī)等，也可以用混合制冷劑制冷，包括有混合制冷壓縮機(jī)、冷卻器、 氣液分離器等；所述輔助設(shè)備可以為變壓吸附制氮機(jī)，變壓吸附制氮機(jī)的氮 氣輸出管線與凈化設(shè)備的再生管路、還有氮?dú)庵评湎到y(tǒng)的氮?dú)夤苈废噙B接。 本實(shí)用新型中的技術(shù)方案與申請(qǐng)?zhí)枮?00610080889.4的發(fā)明相比，該 發(fā)明需要設(shè)立兩級(jí)分餾塔，并且需將礦井瓦斯氣分解為氮?dú)?、富氧空氣和?態(tài)天然氣三部分，其工藝復(fù)雜、成本高、耗能大；而本實(shí)用新型采用單分餾 塔，并且不需要從礦井瓦斯氣中分解出氮?dú)夂透谎蹩諝?，具有制造工藝?jiǎn)單、 成本低、耗能小的有益效果。
本實(shí)用新型中的技術(shù)方案與申請(qǐng)?zhí)枮?00610103425.0的發(fā)明相比，該 發(fā)明雖然采用了單分餾塔結(jié)構(gòu)，但是仍需要從礦井瓦斯氣中分解出氮?dú)夂透?氧空氣，需要在分餾塔內(nèi)設(shè)置多個(gè)不同的溫度區(qū)域，以及將氮?dú)狻⒏谎蹩諝?分別引出的分流管道，并且為了分離氮?dú)庑柽€要提供更低的溫度，因此其依 然存在著工藝較復(fù)雜、成本較高、耗能較大的缺陷。與之相比，由于本實(shí)用
新型不需要從礦井瓦斯氣中分解出氮?dú)夂透谎蹩諝?，不需要在分餾塔內(nèi)設(shè)立 多處不同溫度區(qū)間，以及將氮?dú)?、富氧空氣分別引出的分流管道，因此，本 實(shí)用新型明顯具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建造成本低、分餾效率更高、耗能小的有益效 果。
綜上所述，本實(shí)用新型中的方法和設(shè)備的有益效果是本實(shí)用新型礦井 瓦斯氣分離液化設(shè)備避免了在低溫下生產(chǎn)氮?dú)?，并且采用空氣回?zé)岬姆椒ǎ?其結(jié)構(gòu)筒單，從而降低了能耗，減少了成本，更有利于大規(guī)模推廣。


圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的壓縮凈化設(shè)備示意圖； 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1的制冷設(shè)備和液化分離設(shè)備示意圖。 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例2的制冷設(shè)備和液化分離設(shè)備示意圖。 圖4為本實(shí)用新型中分餾塔的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1
參閱圖l，為本實(shí)用新型實(shí)施例1的壓縮凈化設(shè)備示意圖。包括過(guò)濾器 1、氣液分離器2、壓縮機(jī)3、冷卻器4、氣液分離器5、分子篩凈化設(shè)備組， 所述分子篩凈化設(shè)備組包括兩臺(tái)分子篩干燥機(jī)6、 7，當(dāng)?shù)谝慌_(tái)分子篩干燥機(jī)
6工作時(shí)，第二臺(tái)分子篩干燥機(jī)7加熱再生、冷卻備用，每12小時(shí)切換一次。 該分子篩干燥設(shè)備主要用來(lái)脫除水、二氧化碳。分子篩設(shè)備組后有過(guò)濾器8, 還有加熱器9。另外，還有一臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)10提供氮?dú)?，用于置換凈化 設(shè)備中的氣體。
壓縮凈化的具體工藝流程如下
1、 自排放管道來(lái)的礦井瓦斯氣原料氣首先經(jīng)過(guò)濾器1除去灰塵；
2、 除塵后的礦井瓦斯氣進(jìn)入氣液分離器2氣液分離后，氣體進(jìn)入壓縮 機(jī)3壓縮；
3、 壓縮后經(jīng)冷卻器4冷卻，然后經(jīng)氣液分離器5去除游離水。
4、 礦井瓦斯氣進(jìn)入分子篩干燥設(shè)備6，脫出水和二氧化碳，變壓吸附制 氮機(jī)10提供的氮?dú)?，先進(jìn)入7，置換其中的瓦斯氣，然后用流程中產(chǎn)生的潔 凈空氣經(jīng)加熱器9加熱至240-250°C,用于分子篩干燥器7的再生；加熱再 生完成后，將潔凈空氣不經(jīng)過(guò)加熱，直接輸入干燥器7，冷卻分子篩，降低 分子篩干燥機(jī)7的溫度，然后再用氮?dú)庵脫Q分子篩7中的空氣，備用；
6、經(jīng)分子篩干燥設(shè)備脫除水、二氧化碳和氧氣的原料氣再經(jīng)過(guò)濾器8 即可進(jìn)入制冷、液化分離i殳備。 '
參閱圖2，為本實(shí)用新型實(shí)施例1的制冷設(shè)備和液化分離設(shè)備示意圖。 液化分離設(shè)備包括四級(jí)換熱器11、 12、 13, 17和分餾塔15;分餾塔頂部有 冷凝器16，分餾塔底部有蒸發(fā)器14,冷凝器16的制冷管道與制冷系統(tǒng)的管 道相連，蒸發(fā)器14的加熱管道在換熱器11、 12之間與制冷氣的管道相連； 原料氣管道依次與換熱器11、 12、 13相連，換熱器13冷端的原料氣管道與 分餾塔15的中部相連；分餾塔15頂部有氣體管道依次與換熱器17、膨脹機(jī) 18、換熱器13、 12、 11相連；分餾塔底部還有液體管路將液體天然氣連接 到換熱器17，然后連接到輸出閥門(mén)。
制冷設(shè)備為壓縮膨脹制冷系統(tǒng)，采用了一臺(tái)壓縮機(jī)19、冷卻器20、 22、 帶增壓機(jī)21的透平膨脹機(jī)23。制冷氣管道在換熱器9、 10之間與蒸發(fā)器14 的加熱管道相連，膨脹機(jī)23的排氣管路與冷凝器16的制冷管道相連，然后 依次與換熱器13、 12、 ll相連。
液化分離工藝步驟如下
1、經(jīng)壓縮凈化的礦井瓦斯原料氣(甲烷45%，空氣55°/。)進(jìn)入換熱器11、
12、 13中被制冷氣體冷卻，降低溫度達(dá)到約-l"。C。
2、 溫度下降后的原料氣進(jìn)入分餾塔15的中部，其液體自上而下流過(guò)塔 板，在分餾塔15底部的蒸發(fā)器14內(nèi)原料氣液體的一部分被蒸發(fā)為氣體，加 熱溫度約為-140°C，纟皮蒸發(fā)的氣體向上流動(dòng)與向下流動(dòng)的液體進(jìn)行熱、質(zhì)交 換。
3、 向上流動(dòng)的氣體到達(dá)分餾塔頂部，又被分餾塔頂部的冷凝器16冷凝， 其中一部分冷凝為液體，向下回流，同樣又與氣體再進(jìn)4亍熱、質(zhì)交換。冷凝 器16的冷凝溫度約為-180°C。
4、 從分餾塔的頂部放出的氣體是潔凈的空氣，流量為原料氣的55%,這 部分氣體含曱烷量小于0. 1%，溫度約為-178°C,先經(jīng)過(guò)換熱器17把液體煤 層氣進(jìn)一步冷卻，然后，再經(jīng)過(guò)膨脹機(jī)18膨脹，再依次進(jìn)入換熱器13、 l2、 11回?zé)幔曰?史,令量。
6、從分餾塔12底部放出的就是純度很高的液化煤層氣。流量為原料氣 的45%,純度達(dá)到99. 9%以上，溫度約為-143°C。
上述液化分離過(guò)程中換熱器11、 12、 13和冷凝器16所需要的冷量都是 由制冷系統(tǒng)提供的，所述制冷設(shè)備包括依次連接的壓縮機(jī)19，冷卻器20, 透平增壓機(jī)21、冷卻器22，然后連接換熱器11，從換熱器11出來(lái)再進(jìn)一步 連接蒸發(fā)器14的管道，然后制冷管道連接換熱器12，換熱器12的制冷管道 再和透平膨脹機(jī)23的進(jìn)氣口連接，透平膨脹機(jī)23的排氣口再和冷凝器16 的制冷管道連接，再依次連接換熱器13、 12、 11的冷介質(zhì)通道，最后，連 接到壓縮機(jī)19的入口 。透平增壓機(jī)21由透平膨脹機(jī)23的轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)。制冷 系統(tǒng)工藝步驟如下
1、 制冷系統(tǒng)啟動(dòng)之前，系統(tǒng)內(nèi)充滿(mǎn)氮?dú)庾鳛橹评錃狻?br> 2、 啟動(dòng)制冷系統(tǒng)，制冷氣先經(jīng)壓縮機(jī)19壓縮，在冷卻器20中冷卻， 再經(jīng)過(guò)透平增壓機(jī)21增壓，再經(jīng)冷卻器22冷卻，進(jìn)入第一換熱器11預(yù)冷， 溫度降低到-128°C。
3、 制冷氣再經(jīng)蒸發(fā)器14的管道(溫度為-143。C )被進(jìn)一步冷卻到-142。C, 然后制冷氣進(jìn)入第二換熱器12,被進(jìn)一步冷卻到-15(TC,再進(jìn)入透平膨脹機(jī) 23膨脹制冷。
4、 從透平膨脹機(jī)23膨脹后的制冷氣溫度為-182°C，它先進(jìn)入冷凝器16
的制冷管道，為冷凝器16提供冷源，隨后，制冷氣溫度升高到-179。C,再 返流進(jìn)入第三換熱器13用來(lái)冷卻原料氣。
5、從換熱器13的熱端出來(lái)的制冷氣再依次進(jìn)入換熱器12、 11,作為換 熱器的冷源。制冷氣體復(fù)熱后，再回到壓縮機(jī)入口，重新壓縮、增壓、冷卻、 膨脹制冷，如此循環(huán)。
實(shí)施例2
參見(jiàn)圖3，為本實(shí)用新型實(shí)施例2的制冷設(shè)備和液化分離設(shè)備示意圖。 其分離液化部分的換熱器、分餾塔與實(shí)施例l基本相同，不再重復(fù)說(shuō)明。不 同之處在于，先使原料氣通過(guò)換熱器24冷卻到0。C至-50。C,然后經(jīng)過(guò)分餾 塔底部的蒸發(fā)器27為蒸發(fā)器提供熱量，同時(shí)原料氣本身得到預(yù)冷。因此， 在設(shè)備上，分餾塔的蒸發(fā)器27的加熱管路與原料氣管路相連通，然后原料 氣再經(jīng)過(guò)換熱器25、 26冷卻至-15(TC ~-180°C，使大部分礦井瓦斯氣冷卻 為液體，再進(jìn)入分餾塔28的中部。另外一點(diǎn)不同之處是，制冷系統(tǒng)采用了 混合制冷劑制冷的方法，混合制冷劑系統(tǒng)由混合制冷劑壓縮機(jī)系統(tǒng)32、低溫 氣液分離器33和幾個(gè)節(jié)流閥門(mén)組成，這是成熟的現(xiàn)有技術(shù)，在這里不需要 敘述。只是在設(shè)備上，分餾塔的冷凝器29的制冷介質(zhì)管路是與混合制冷劑 制冷設(shè)備的制冷管路連通，而不是像實(shí)施例l那樣，與氮?dú)庵评涞呐蛎洐C(jī)排 氣管路相連通。
圖4所示為實(shí)施例1和實(shí)施例2中分餾塔的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中分餾塔15 的頂部設(shè)有冷凝器16，分餾塔15的底部設(shè)有蒸發(fā)器14。
權(quán)利要求1.一種空氣回?zé)崾降V井瓦斯氣分離液化設(shè)備，包括壓縮凈化設(shè)備、制冷設(shè)備、液化分離設(shè)備和輔助設(shè)備；所述液化分離設(shè)備包括有換熱器和一個(gè)分餾塔，壓縮凈化設(shè)備的原料氣輸出管路與液化分離設(shè)備中的換熱器的原料氣輸入通道連接，制冷設(shè)備的制冷管路與液化分離設(shè)備的換熱器的制冷通道連接，所述液化分離設(shè)備的換熱器的原料氣輸出管道與位于分餾塔中部的原料氣輸入口相連；分餾塔頂部具有冷凝器，同時(shí)其頂部還設(shè)有氣體管路將低溫空氣引回到換熱器中；分餾塔底部具有蒸發(fā)器，同時(shí)底部設(shè)有液態(tài)天然氣引出管道。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣回?zé)崾降V井瓦斯氣分離液化設(shè)備， 其特征在于，所述分餾塔頂部的氣體管路將低溫空氣引回到換熱器后，再連 接到膨脹機(jī)，然后再連接到換熱器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種空氣回?zé)崾降V井瓦斯氣分離液化設(shè)備， 其特征在于，輸入到分餾塔中部的原料氣輸入口的原料氣的溫度在攝氏負(fù) 82.5度以下。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種空氣回?zé)崾降V井瓦斯氣分離液 化設(shè)備，其特征在于，所述分餾塔的蒸發(fā)器加熱管路與制冷介質(zhì)的預(yù)冷管路 相連通。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種空氣回?zé)崾降V井瓦斯氣分離液 化設(shè)備，其特征在于，所述分餾塔的冷凝器制冷管路與換熱器的制冷介質(zhì)管 路相連通。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種空氣回?zé)崾降V井瓦斯氣分離液 化設(shè)備，其特征在于，所述分餾塔的蒸發(fā)器加熱管路與原料氣預(yù)冷管路相連通。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種空氣回?zé)崾降V井瓦斯氣分離液 化設(shè)備，其特征在于，所述制冷設(shè)備為氣體膨脹制冷設(shè)備或混合制冷劑制冷 設(shè)備。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種空氣回?zé)崾降V井瓦斯氣分離液 化設(shè)備，其特征在于，所述壓縮凈化設(shè)備中的凈化設(shè)備是分子篩吸附凈化器， 或者是由胺吸收塔與再生塔組成的凈化系統(tǒng)。
9、根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種空氣回?zé)崾降V井瓦斯氣分離液化設(shè)備，其特征在于，所述輔助設(shè)備是制氮設(shè)備。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種礦井瓦斯氣的分離液化設(shè)備。其包括壓縮凈化設(shè)備、制冷設(shè)備、液化分離設(shè)備和輔助設(shè)備；液化分離設(shè)備包括換熱器和一個(gè)分餾塔，壓縮凈化設(shè)備的原料氣輸出管路與液化分離設(shè)備中的換熱器的原料氣輸入通道連接，制冷設(shè)備的制冷管路與液化分離設(shè)備的換熱器的制冷通道連接，所述液化分離設(shè)備的換熱器的原料氣輸出管道與位于分餾塔中部的原料氣輸入口相連；分餾塔頂部具有冷凝器，同時(shí)其頂部還設(shè)有氣體管路將低溫空氣引回到換熱器中；分餾塔底部具有蒸發(fā)器，同時(shí)底部設(shè)有液態(tài)天然氣引出管道。本實(shí)用新型的設(shè)備避免了在低溫下生產(chǎn)氮?dú)?，并且采用空氣回?zé)岬姆椒?，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了能耗，減少成本，更有利于大規(guī)模推廣。
文檔編號(hào)F25J3/02GK201199120SQ200820111400
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日
發(fā)明者張俐惠 申請(qǐng)人:北京國(guó)能時(shí)代能源科技發(fā)展有限公司;楊克劍