[發(fā)明專利]含氧煤層氣的液化精餾方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010274504.4
• 申請日: 2010-09-07
• 公開（公告）號: CN101922849A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李秋英;巨永林
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種燃氣提純技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種含氧煤層氣的液化精餾方法。

背景技術(shù)

煤層氣是一種新型清潔能源，它是一種與煤伴生并以吸附狀態(tài)的形式自生自儲于煤層中的非常規(guī)天然氣。我國煤層氣資源潛力巨大，其開發(fā)和利用可以增加新的潔凈能源，減少對進口能源的依賴，有效減少溫室氣體的排放，而且還可以降低或避免瓦斯爆炸事故，具有安全效應(yīng)。

可供開發(fā)利用的煤層氣有兩種，一種是煤礦開采前抽采的煤層氣，這種氣體甲烷含量超過95％，利用價值較高，可直接加壓進行管網(wǎng)運輸，也可直接進行液化儲運，但是這種氣體規(guī)模數(shù)量較小；另一種是在煤礦開采過程中抽采的煤層氣，這種氣體數(shù)量巨大，但是甲烷含量較低，通常在30％-80％之間，而且含有空氣。空氣中的氧氣是導(dǎo)致煤層氣難于回收利用的主要因素。煤層氣的脫氧是國內(nèi)外的一個技術(shù)難題，目前主要的脫氧技術(shù)包括吸附法、膜分離法、燃燒法和低溫分離法。其中吸附方法常導(dǎo)致產(chǎn)品回收率降低，膜分離方法以氣壓差為推動力，分離效果受膜滲透系數(shù)和滲透面積等多種因素的影響，不易操作，而且高壓會帶來安全隱患，通過檢索發(fā)現(xiàn)，采用這兩種方法進行煤層氣脫氧的文獻非常少見。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利CN101613627A中提出了采用燃燒法，使煤層氣中的甲烷與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水，將煤層氣中的氧氣濃度降低到0.2％以下，這種方法可以有效脫除濃度在1％-15％的含氧煤層氣中的氧氣，但是燃燒產(chǎn)生的二氧化碳雜質(zhì)氣體也需要脫除，這就增加了設(shè)備投資和能耗。

進一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利CN200952872Y中采用分餾塔在低溫條件下脫除煤層氣中的氧氣，但是該專利沒有考慮分離過程中的爆炸極限問題，操作過程的安全性沒有保證。中國專利CN101531559A采用低溫精餾方法脫除煤層氣中的氧氣，并且通過對原料氣進行預(yù)粗脫氧的方式保證操作安全性，中國專利CN101531560A也采用低溫精餾方法脫除煤層氣中的氧氣，通過控制精餾過程中最易發(fā)生爆炸位置的溫度來保證操作安全性，但是對于較低濃度的煤層氣，這兩種專利的甲烷回收率都很低，導(dǎo)致能源利用率不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種含氧煤層氣的液化精餾方法，利用含氧煤層氣液化后再通過精餾塔分離掉其中的雜質(zhì)氮氣和氧氣，從而在塔底得到高純度的液態(tài)產(chǎn)品。應(yīng)用爆炸極限理論分析工藝流程的操作安全性并確定流程中最易發(fā)生爆炸的操作過程，并采取有效措施，既保證最易發(fā)生爆炸操作過程的操作安全性，從而使整個工藝流程操作安全可靠，又能保證較高的甲烷回收率，從而提高能源利用率。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟：

第一步、將凈化后的含氧煤層氣經(jīng)過兩級壓縮機壓縮，并經(jīng)過水冷卻器冷卻為高壓常溫煤層氣；將高壓常溫煤層氣經(jīng)過一級換熱器進行預(yù)冷，然后在第二冷卻器中由精餾塔塔底的再沸器提供冷量進行二次冷卻，并輸出至二級換熱器中進行冷卻液化，得到液化煤層氣；

第二步、液化煤層氣經(jīng)降壓后輸出至精餾塔中將雜質(zhì)氮氣和氧氣從塔頂過濾出，并在精餾塔的塔底得到液化天然氣，從精餾塔塔頂過濾出的雜質(zhì)氮氣和氧氣返回二級換熱器進行冷量回收，然后經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流降壓后進入一級換熱器繼續(xù)提供冷量，并最終在一級換熱器的出口處溫度升高至常溫并排出；

所述的二級換熱器中冷卻液化，煤層氣的冷量由氮氣膨脹制冷循環(huán)提供：在氮氣膨脹制冷循環(huán)中，單一氣態(tài)制冷劑氮氣首先經(jīng)過兩級壓縮機壓縮至高壓，并用水冷卻器冷卻至常溫，然后進入一級換熱器進行預(yù)冷，預(yù)冷后的氮氣經(jīng)過一級膨脹機膨脹降溫降壓，而后再進入二級換熱器進一步冷卻，從二級換熱器出來的氮氣再經(jīng)過二級膨脹機膨脹降溫降壓，得到的低溫低壓的氮氣首先給精餾塔塔頂冷凝器提供冷量，而后分別返回一級換熱器和二級換熱器為含氧煤層氣和氮氣提供冷量。

所述的一級膨脹機和二級膨脹機的膨脹功經(jīng)回收后驅(qū)動壓縮機。

第三步、利用爆炸極限理論對整個流程的操作安全性進行分析，找出流程中最易發(fā)生爆炸的操作過程，通過初步脫除煤層氣中的氧氣和調(diào)節(jié)塔底采出量并設(shè)置塔板數(shù)為22，回流比為1.4，調(diào)節(jié)精餾塔塔底采出量0.425kmol/h-0.7882kmol/h，使最易發(fā)生爆炸位置處甲烷濃度高出氣體爆炸上限約5％，同時保證甲烷回收率在90％以上，從而實現(xiàn)液化精餾。