[發明專利]一種含空氣煤層氣的全液化分離工藝

有效

• 申請號: 201010155466.0
• 申請日: 2010-04-21
• 公開（公告）號: CN101818984A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 孫恒;舒丹
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: F25J3/00
• 分類號: F25J3/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 黃健

技術領域

本發明涉及一種氣體的液化分離工藝，尤其涉及一種含空氣煤層氣的全液化分離工藝。?

背景技術

煤層氣，俗名瓦斯，甲烷在煤炭形成的過程中被煤體所吸附，即成為煤層氣。我國地質構造條件復雜，高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井眾多，僅在國有重點煤礦中就占45％。瓦斯無色無味，易燃易爆，在煤層開發的過程中會解析分離并分散，當空氣中的瓦斯濃度在5.5％-16％之間并且有明火發生時，極易發生爆炸事故，這成為長期困擾煤礦安全生產的嚴重問題，我國煤礦發生的特大、重大事故80％以上都是由瓦斯造成的。除此之外，甲烷直接排入大氣不僅會造成溫室效應，而且對臭氧層還有破壞作用。?

我國一次能源結構上長期以來以煤炭為主，給環境帶來了很大的壓力，在國際市場油價氣價雙創新高的情況下，依靠大量進口來改變能源消費結構并不現實。通過對煤層氣(主要成分為甲烷)的開發，不僅可解決煤礦生產安全問題，還可以改善能源結構，減少污染，并取得良好的經濟效益。隨著能源問題越來越突出，煤層氣的開發利用也在不斷升溫。美國在煤層氣的研究、勘探、開發利用方面處于世界領先地位，是率先取得煤層氣商業化開發的國家。我國這幾年煤層氣的開發利用發展迅速，已實現了初步的商業規模開發。我國煤層氣多分布于儲量低、分布分散的小型氣田，因此適于采用低溫液化的方式進行開發利用。常規天然氣、煤層氣液化工藝只關注如何液化烴類組分，而煤層氣常含有CO₂、氮、氧等組分，尤其含氧煤層氣是我國煤礦事故的根源，因此如何安全高效的分離、處理這些組分是煤層氣液化工藝的關鍵和難點。?

目前已有多種有關含氧煤層氣的分離工藝及設備的發明專利，例如200610080889.4號中國專利申請。該專利申請公開的技術方案采用低溫雙級精餾實現烴與氣體的分離，以獲得液化天然氣產品。采用雙級精餾可以實現烴、氮和氧的分離，但是兩級的精餾塔均需有獨立的再沸器與再冷凝器，所采用的設備較多、工藝流程較為復雜，投資較高，雖然能夠實現氣液分離，獲得一定量的液化天然氣產品，但是并未能實現液化天然氣、液氧和液氮三者的完全分離，中間還有一部分混合氣體被引出釋放到空氣中，這會造成一定的浪費。200610103425.0號中國專利申請采用的單級精餾雖然設備簡化，但是不能夠實現天然氣、氧與氮的完全分離，中間有一部分混合氣體被引出并釋放到空氣中，會造成一定的浪費。?

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種含空氣煤層氣的分離工藝，通過多步的分餾和氣液分離，得到高純度的液化天然氣、液氧和液氮產品。?

為達到上述目的，本發明提供了一種含空氣煤層氣的全液化分離工藝，其是通過包括雙層烴氧分離塔和氮分離塔的全液化分離設備進行含空氣煤層氣的全液化分離，該雙層烴氧分離塔包括上塔和下塔，并且，上塔和下塔之間設有冷凝蒸發器，該全液化分離工藝包括以下步驟：?

將經過壓縮凈化的含空氣煤層氣冷卻后通入下塔中，通過下塔底部的加熱(使下塔底部的液體再沸)以及冷凝蒸發器的冷凝，使含空氣煤層氣中的烴類冷凝為液體落到下塔的底部，獲得液化天然氣(LNG產品)；使分離了烴的氣體(此時氣體的主要成分為氮氣和氧氣)上升到下塔的頂部，并在節流后進入上塔頂部，經過上塔頂部的出口進入氮分離塔，或者使分離了烴的氣體節流后進入氮分離塔中部，其中，通過氮分離塔頂部的冷凝使氣體中的氧氣冷卻為液氧回流到氮分離塔底部，并通過氮分離塔底部的出口離開，回到上塔的頂部，并在上塔的底部輸出；氮氣則通過氮分離塔?頂部的出口輸出，冷卻之后形成液氮。?

上述冷凝蒸發器實現上塔底部的低溫液體與下塔頂部的高溫氣體之間的熱交換，分別實現對二者的蒸發和冷凝。該冷凝蒸發器與下塔連接的一側可稱為冷凝側，與上塔連接的一側可以稱為蒸發側。上塔與下塔通過冷凝蒸發器結合在一起，組成雙層烴氧分離塔，其中，冷凝蒸發器的結構與常規的冷凝蒸發器基本相同，只要能夠實現上塔底部的液體與下塔頂部的氣體之間的熱量交換的冷凝蒸發器都可以適用。在上述全液化分離設備中，可以使冷凝蒸發器與上、下塔連接為一個整體，即將單個冷凝蒸發器單元(即換熱器)布置在上塔中或將多個冷凝蒸發器單元在上塔內按單層星形排列，或者在上塔外設置輔助冷凝蒸發器；也可以采用單獨布置的冷凝蒸發器，即將多個冷凝蒸發器單元并聯置于圓筒形容器內，用管道與上、下塔分別連接，其中，換熱單元可以采用板翅式、列管式和盤管式等結構形式。?