一種含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括冷箱、精餾塔、煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)、混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)和氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)；混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)為冷箱提供冷量；氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)為冷箱和精餾塔提供冷量；煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)包括原料氣管線(xiàn)、設(shè)置于精餾塔塔頂?shù)脑倮淠骱驮O(shè)置于精餾塔塔底的再沸器；原料氣管線(xiàn)與所述冷箱相連通，然后從冷箱中引出后與再沸器相連通；原料氣管線(xiàn)從再沸器引出后再進(jìn)入至冷箱中，然后從冷箱中引出后與精餾塔相連通；再沸器的氣相出口通過(guò)管路與冷箱相連通，管路經(jīng)冷箱冷卻后與LNG儲(chǔ)罐相連通。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)原料氣甲烷含量在30～90%混空煤層氣的液化，減少碳排放，最大限度回收天然氣資源。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統(tǒng)，屬于天然氣液化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦開(kāi)采過(guò)程中抽采的煤層氣，甲烷含量比較低，通常為30%?70%(體積分?jǐn)?shù))，其他成分主要包括二氧化碳和空氣。2010年我國(guó)井下抽采煤層氣76億方，利用量約24.3億方，利用量不足32%。我國(guó)煤層氣資源豐富，但開(kāi)發(fā)的比較少，幾乎沒(méi)有工業(yè)應(yīng)用。由于煤層氣涌入煤礦巷道或爆炸會(huì)引起災(zāi)難，因此，煤炭工業(yè)界一直將煤層氣視為災(zāi)害氣體。目前這種混有空氣的含氧煤層氣的抽放處理僅僅是基于煤礦的安全生產(chǎn)要求而進(jìn)行的，絕大部分排放到大氣中，但是由于數(shù)量巨大，不僅浪費(fèi)資源，而且還會(huì)引起溫室效應(yīng)。除就近使用夕卜，通過(guò)管道外輸十分不經(jīng)濟(jì)，如果將含氧煤層氣中的煤層氣與空氣(主要為氧氣、氮?dú)?分離液化，就能將含氧煤層氣利用起來(lái)，可以極為方便的運(yùn)輸和利用。
[0003]目前已有幾種關(guān)于含氧煤層氣的分離工藝及設(shè)備的實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)，例如200610080889.4號(hào)中國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利，該專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)的技術(shù)方案采用低溫雙級(jí)精餾實(shí)現(xiàn)甲烷與空氣的分離，但是采用雙級(jí)精餾工藝流程復(fù)雜，設(shè)備較多，精餾塔壓力損失較大，由于系統(tǒng)采用低壓流程，所以工藝能耗較高。200610103425.0號(hào)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)采用低溫精餾法應(yīng)用于含氧煤層氣的分離和液化，但是該工藝采用混合制冷或者膨脹制冷等常規(guī)的制冷方式，透平膨脹機(jī)等輔助機(jī)械制冷效率低，降低了分離和液化的處理能力。而20101028282232.2號(hào)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)采用混合冷劑結(jié)合節(jié)流制冷工藝，能一定程度上提高這冷效率，但是由于精餾塔頂再冷凝器所需溫度極低，采用單一混合冷劑流程難以保證甲烷的回收率，從而造成甲烷的浪費(fèi)，且工藝能耗較高。200910012669.1號(hào)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)采用催化脫氧，先讓含氧煤層氣中的甲烷與氧氣反應(yīng)，除去氧氣。此工藝流程較為復(fù)雜，且需消耗大量的甲烷與氧氣反應(yīng)，而含有的N2還需要進(jìn)一步處理。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統(tǒng)，使用本實(shí)用新型的系統(tǒng)進(jìn)行脫氮、脫氧時(shí)，改變了現(xiàn)有的制冷工藝，其采用混合冷劑+N2節(jié)流制冷，充分利用工藝流程中的冷量回收，同時(shí)保證了甲烷回收率，具備換熱效率高、能耗低、煤層氣脫氧、脫氮精度高、甲烷回收率高、安全性高等特點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本實(shí)用新型所提供的一種含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統(tǒng)，它包括冷箱、精餾塔、煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)、混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)和氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)；
[0007]所述混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)為所述冷箱提供冷量；
[0008]所述氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)為所述冷箱和所述精餾塔提供冷量；
[0009]所述煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)包括原料氣管線(xiàn)、設(shè)置于所述精餾塔塔頂?shù)脑倮淠骱驮O(shè)置于所述精餾塔塔底的再沸器；所述原料氣管線(xiàn)與所述冷箱相連通，然后從所述冷箱中引出后與所述再沸器相連通；所述原料氣管線(xiàn)從所述再沸器引出后再進(jìn)入至所述冷箱中，然后從所述冷箱中引出后與所述精餾塔相連通；所述再沸器的氣相出口通過(guò)管路與所述冷箱相連通，所述管路經(jīng)所述冷箱冷卻后與LNG儲(chǔ)罐相連通。
[0010]上述的脫氧、脫氮系統(tǒng)中，所述混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)可為二級(jí)壓縮單元。
[0011]上述的脫氧、脫氮系統(tǒng)中，所述二級(jí)壓縮單元包括一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)、二級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)、混合冷劑冷卻器1、混合冷劑冷卻器I1、混合冷劑氣液分離器I和混合冷劑氣液分離器II ；
[0012]所述一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)的出口與所述混合冷劑冷卻器I相連通，所述混合冷劑冷卻器I的出口與所述混合冷劑氣液分離器I相連通；所述混合冷劑氣液分離器I的氣相出口與所述二級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)的入口相連通，所述二級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)的出口與所述混合冷劑冷卻器II相連通，所述混合冷劑冷卻器II的出口和所述混合冷劑氣液分離器I的液相出口均與所述混合冷劑氣液分離器II相連通；所述混合冷劑氣液分離器II的氣相出口和液相出口均與所述冷箱相連通，并進(jìn)行節(jié)流，然后從所述冷箱中引出后與所述一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)相連通。
[0013]上述的脫氧、脫氮系統(tǒng)中，所述氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)可為三級(jí)壓縮單元。
[0014]上述的脫氧、脫氮系統(tǒng)中，所述三級(jí)壓縮單元包括依次連通的一級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)、氮?dú)饫鋮s器1、二級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)、氮?dú)饫鋮s器I1、三級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)和氮?dú)饫鋮s器III ；
[0015]所述氮?dú)饫鋮s器III的出口通過(guò)管路與所述冷箱相連通，且從所述冷箱引出后經(jīng)節(jié)流與所述再冷凝器相連通，從所述再冷凝器引出后再進(jìn)入至所述冷箱，最后從所述冷箱引出后與所述一級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)相連通。
[0016]本實(shí)用新型提供的系統(tǒng)可用于原料氣中甲烷含量在30?90% (體積分?jǐn)?shù))混空煤層氣的液化。預(yù)處理合格后的原料氣進(jìn)入冷箱經(jīng)冷卻降溫后進(jìn)入精餾塔進(jìn)行脫氧、脫氮，脫除雜質(zhì)氣的液相天然氣再進(jìn)入深冷單元又進(jìn)一步降溫，最后經(jīng)過(guò)節(jié)流進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐。混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)通過(guò)壓縮機(jī)將混合冷劑壓縮、冷卻后引入冷箱為天然氣提供冷量，氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)通過(guò)壓縮機(jī)將混合冷劑壓縮、冷卻后冷箱，液化后節(jié)流為精餾塔及天然氣提供冷量。其中的混合冷劑可由一定配比的甲烷、乙烯、丙烷、氮?dú)?、異戊烷等組成。
[0017]本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0018](I)本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)原料氣甲烷含量在30?90%混空煤層氣的液化，減少碳排放，最大限度回收天然氣資源；
[0019](2)本實(shí)用新型采用混合冷劑+氮?dú)庋h(huán)，裝置具備換熱效率高，能耗低；
[0020](3)本實(shí)用新型可以充分利用工藝流程中的冷量回收，降低系統(tǒng)能耗；
[0021](4)使用本實(shí)用新型進(jìn)行煤層氣脫氧、氮精度高，甲烷回收率高等特點(diǎn)；
[0022](5)本實(shí)用新型充分考慮國(guó)產(chǎn)設(shè)備的適用性，提高流程控制的自動(dòng)化，減少系統(tǒng)開(kāi)車(chē)時(shí)間；
[0023](6)利用本實(shí)用新型進(jìn)行液化后的LNG純度高，便于運(yùn)輸。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型的含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統(tǒng)的示意圖。
[0025]圖中各標(biāo)記如下:[0026]CBl冷箱，Cl-1 一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)、C1-2 二級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)、C2_l —級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)、C2-2 二級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)、C2-3三級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)、Vl-1混合冷劑氣液分離器1、V1-2混合冷劑氣液分離器I1、V2精餾塔塔頂氣液分離器、El-1混合冷劑冷卻器1、E1-2混合冷劑冷卻器I1、E2-1氮?dú)饫鋮s器1、E2-2氮?dú)饫鋮s器I1、E2_3氮?dú)饫鋮s器II1、E3再冷凝器、E4再沸器，Tl精餾塔。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明，但本實(shí)用新型并局限于以下實(shí)施例。
[0028]下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。
[0029]下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0030]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的含氧煤層氣脫氧、脫氮系統(tǒng)包括冷箱CB1、精餾塔Tl、煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)、混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)和氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)；該系統(tǒng)中，混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)為冷箱CBl提供冷量，氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)為冷箱CBl和精餾塔Tl提供冷量。本實(shí)用新型中，該煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)包括原料氣管線(xiàn)(圖中未標(biāo))、設(shè)置于精餾塔Tl塔頂?shù)脑倮淠鱁3和設(shè)置于精餾塔Tl塔底的再沸器E4 ;其中的原料氣管線(xiàn)與冷箱CBl相連通，然后從冷箱CBl中引出后與再沸器E4相連通；該原料氣管線(xiàn)從再沸器E4引出后再進(jìn)入至冷箱CBl中，然后從冷箱CBl中引出后與精餾塔Tl相連通；該再沸器E4的氣相出口通過(guò)管路與冷箱CBl相連通，該管路經(jīng)冷箱CBl冷卻后與LNG儲(chǔ)罐相連通。
[0031]如圖1所示，本實(shí)用新型中的混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)為二級(jí)壓縮單元，其包括一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)Cl-ι、二級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)C1-2、混合冷劑冷卻器I El-ι、混合冷劑冷卻器II E1-2、混合冷劑氣液分離器I Vl-1和混合冷劑氣液分離器II V1-2 ;其中一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)Cl-1的出口與混合冷劑冷卻器I El-1相連通，混合冷劑冷卻器I El-1的出口與混合冷劑氣液分離器I Vl-1相連通；混合冷劑氣液分離器I Vl-1的氣相出口與二級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)C1-2的入口相連通，二級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)C1-2的出口與混合冷劑冷卻器II E1-2相連通，混合冷劑冷卻器II E1-2的出口和混合冷劑氣液分離器I Vl-1的液相出口均與混合冷劑氣液分離器II V1-2相連通；該混合冷劑氣液分離器II V1-2的氣相出口和液相出口均與冷箱CBl相連通，并進(jìn)行節(jié)流，然后從冷箱CBl中引出后與一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)Cl-1相連通。
[0032]如圖1所示，本實(shí)用新型中氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)為三級(jí)壓縮單元，其包括依次連通的一級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)C2-1、氮?dú)饫鋮s器I E2-1、二級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)C2-2、氮?dú)饫鋮s器II E2-2、三級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)C2-3和氮?dú)饫鋮s器III E2-3 ;其中氮?dú)饫鋮s器III E2-3的出口通過(guò)管路與冷箱CBl相連通，且從冷箱CBl引出后經(jīng)節(jié)流與再冷凝器E3相連通，從再冷凝器E3引出后再進(jìn)入至冷箱CBl中，最后從冷箱CBl引出后與一級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)C2-1相連通。
[0033]下面以某一組成的煤層氣為例，說(shuō)明本實(shí)用新型系統(tǒng)的使用過(guò)程:
[0034]將煤礦抽采的煤層氣液化，原料氣組分體積分?jǐn)?shù)為甲烷40%、氮?dú)?7.4%和氧氣12.6%。
[0035]主要實(shí)施步驟如下:
[0036]本實(shí)施例采用的混合冷劑由19.28%氮?dú)狻?2.73%甲烷、14.53%乙烯、9.39%丙烷、14.08%異戊烷組成(體積分?jǐn)?shù))。從冷箱換熱后的混合冷劑進(jìn)入一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)Cl-1經(jīng)第一級(jí)壓縮至1.5MPag后，進(jìn)入混合冷劑冷卻器I El-1至38°C后進(jìn)入混合冷劑氣液分離器I V1-1，氣相進(jìn)入二級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)C1-2經(jīng)第二級(jí)壓縮至5.0MPag，然后經(jīng)過(guò)混合冷劑冷卻器II E1-2冷卻至38°C后進(jìn)入混合冷劑分離器II V1-2，混合冷劑氣液分離器I Vl-1的液相經(jīng)過(guò)泵P1-2泵入混合冷劑分離器II V1-2 ;混合冷劑分離器II V1-2的氣相和液相混合均布后進(jìn)入冷箱CB1，冷卻到_160°C后節(jié)流到0.4MPag，返回冷箱為深冷、液化、預(yù)冷段提供冷量，復(fù)熱至36°C返回一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)Cl-1入口緩沖罐，完成混合冷劑循環(huán)。
[0037]冷劑氮?dú)饨?jīng)過(guò)三級(jí)壓縮至5.53MPaA后進(jìn)入氮?dú)饫鋮s器III E2_3冷卻至38°C，然后進(jìn)入冷箱CBl冷卻至_175°C后，引出冷箱節(jié)流后進(jìn)入精餾塔Tl頂部再冷凝器E3為再冷凝器提供冷量，然后返回冷箱CBl為冷箱過(guò)冷段、深冷段、液化段、預(yù)冷段提供冷量，復(fù)熱至33°C后返回至氮?dú)鈮嚎s機(jī)入口緩沖罐，完成氮?dú)庋h(huán)。
[0038]原料氣采用低壓，經(jīng)預(yù)處理合格的原料氣壓力約0.4MPaA，進(jìn)入冷箱CBl預(yù)冷至-54°C后，進(jìn)入與精餾塔Tl相連通的再沸器E4，出再沸器E4被冷卻至-138°C后進(jìn)入冷箱CBl液化段被冷卻到_160°C后，進(jìn)入精餾塔Tl中進(jìn)行精餾，從精餾塔Tl相連接的再沸器E4出來(lái)的LNG溫度約為_(kāi)146°C，進(jìn)入冷箱CBl進(jìn)一步過(guò)冷至_158°C節(jié)流后進(jìn)入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。
【權(quán)利要求】
1.一種含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括冷箱、精餾塔、煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)、混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)和氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)； 所述混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)為所述冷箱提供冷量； 所述氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)為所述冷箱和所述精餾塔提供冷量； 所述煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)包括原料氣管線(xiàn)、設(shè)置于所述精餾塔塔頂?shù)脑倮淠骱驮O(shè)置于所述精餾塔塔底的再沸器；所述原料氣管線(xiàn)與所述冷箱相連通，然后從所述冷箱中引出后與所述再沸器相連通；所述原料氣管線(xiàn)從所述再沸器引出后再進(jìn)入至所述冷箱中，然后從所述冷箱中引出后與所述精餾塔相連通；所述再沸器的氣相出口通過(guò)管路與所述冷箱相連通，所述管路經(jīng)所述冷箱冷卻后與LNG儲(chǔ)罐相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫氧、脫氮系統(tǒng)，其特征在于:所述混合冷劑循環(huán)機(jī)構(gòu)為二級(jí)壓縮單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脫氧、脫氮系統(tǒng)，其特征在于:所述二級(jí)壓縮單元包括一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)、二級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)、混合冷劑冷卻器1、混合冷劑冷卻器I1、混合冷劑氣液分離器I和混合冷劑氣液分離器II ； 所述一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)的出口與所述混合冷劑冷卻器I相連通，所述混合冷劑冷卻器I的出口與所述混合冷劑氣液分離器I相連通；所述混合冷劑氣液分離器I的氣相出口與所述二級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)的入口相連通，所述二級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)的出口與所述混合冷劑冷卻器II相連通，所述混合冷劑冷卻器II的出口和所述混合冷劑氣液分離器I的液相出口均與所述混合冷劑氣液分離器II相連通；所述混合冷劑氣液分離器II的氣相出口和液相出口均與所述冷箱相連通，并進(jìn)行節(jié)流，然后從所述冷箱中引出后與所述一級(jí)混合冷劑壓縮機(jī)相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的脫氧、脫氮系統(tǒng)，其特征在于:所述氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)為三級(jí)壓縮單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脫氧、脫氮系統(tǒng)，其特征在于:所述三級(jí)壓縮單元包括依次連通的一級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)、氮?dú)饫鋮s器1、二級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)、氮?dú)饫鋮s器I1、三級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)和氮?dú)饫鋮s器III ； 所述氮?dú)饫鋮s器III的出口通過(guò)管路與所述冷箱相連通，且從所述冷箱引出后經(jīng)節(jié)流與所述再冷凝器相連通，從所述再冷凝器引出后再進(jìn)入至所述冷箱，最后從所述冷箱引出后與所述一級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)相連通。
【文檔編號(hào)】C10L3/10GK203474746SQ201320550688
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】單彤文, 陳杰, 曾偉平, 尹全森, 花亦懷, 馮頡, 李秋英, 常心潔, 程昊 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司