[發明專利]含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統

有效

• 申請號: 201310400700.5
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103484184A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 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（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海石油氣電集團有限責任公司
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

技術領域

本發明涉及一種含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統，屬于天然氣液化技術領域。

背景技術

在煤礦開采過程中抽采的煤層氣，甲烷含量比較低，通常為30%～70%（體積分數），其他成分主要包括二氧化碳和空氣。2010年我國井下抽采煤層氣76億方，利用量約24.3億方，利用量不足32%。我國煤層氣資源豐富，但開發的比較少，幾乎沒有工業應用。由于煤層氣涌入煤礦巷道或爆炸會引起災難，因此，煤炭工業界一直將煤層氣視為災害氣體。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要求而進行的，絕大部分排放到大氣中，但是由于數量巨大，不僅浪費資源，而且還會引起溫室效應。除就近使用外，通過管道外輸十分不經濟，如果將含氧煤層氣中的煤層氣與空氣（主要為氧氣、氮氣）分離液化，就能將含氧煤層氣利用起來，可以極為方便的運輸和利用。

目前已有幾種關于含氧煤層氣的分離工藝及設備的發明專利申請，例如200610080889.4號中國申請專利，該專利申請公開的技術方案采用低溫雙級精餾實現甲烷與空氣的分離，但是采用雙級精餾工藝流程復雜，設備較多，精餾塔壓力損失較大，由于系統采用低壓流程，所以工藝能耗較高。200610103425.0號中國專利申請采用低溫精餾法應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的制冷方式，透平膨脹機等輔助機械制冷效率低，降低了分離和液化的處理能力。而20101028282232.2號中國專利申請采用混合冷劑結合節流制冷工藝，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，且工藝能耗較高。200910012669.1號中國專利申請采用催化脫氧，先讓含氧煤層氣中的甲烷與氧氣反應，除去氧氣。此工藝流程較為復雜，且需消耗大量的甲烷與氧氣反應，而含有的N₂還需要進一步處理。

發明內容

本發明的目的是提供一種含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統，使用本發明的系統進行脫氮、脫氧時，改變了現有的制冷工藝，其采用混合冷劑+N₂節流制冷，充分利用工藝流程中的冷量回收，同時保證了甲烷回收率，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。

為實現上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

本發明所提供的一種含氧煤層氣的脫氧、脫氮系統，它包括冷箱、精餾塔、煤層氣脫氧、脫氮機構、混合冷劑循環機構和氮氣冷劑循環機構；

所述混合冷劑循環機構為所述冷箱提供冷量；

所述氮氣冷劑循環機構為所述冷箱和所述精餾塔提供冷量；

所述煤層氣脫氧、脫氮機構包括原料氣管線、設置于所述精餾塔塔頂的再冷凝器和設置于所述精餾塔塔底的再沸器；所述原料氣管線與所述冷箱相連通，然后從所述冷箱中引出后與所述再沸器相連通；所述原料氣管線從所述再沸器引出后再進入至所述冷箱中，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管路與所述冷箱相連通，所述管路經所述冷箱冷卻后與LNG儲罐相連通。

上述的脫氧、脫氮系統中，所述混合冷劑循環機構可為二級壓縮單元。

上述的脫氧、脫氮系統中，所述二級壓縮單元包括一級混合冷劑壓縮機、二級混合冷劑壓縮機、混合冷劑冷卻器Ⅰ、混合冷劑冷卻器Ⅱ、混合冷劑氣液分離器Ⅰ和混合冷劑氣液分離器Ⅱ；

所述一級混合冷劑壓縮機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混合冷劑壓縮機的入口相連通，所述二級混合冷劑壓縮機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，并進行節流，然后從所述冷箱中引出后與所述一級混合冷劑壓縮機相連通。

上述的脫氧、脫氮系統中，所述氮氣冷劑循環機構可為三級壓縮單元。

上述的脫氧、脫氮系統中，所述三級壓縮單元包括依次連通的一級氮氣壓縮機、氮氣冷卻器Ⅰ、二級氮氣壓縮機、氮氣冷卻器Ⅱ、三級氮氣壓縮機和氮氣冷卻器Ⅲ；

所述氮氣冷卻器Ⅲ的出口通過管路與所述冷箱相連通，且從所述冷箱引出后經節流與所述再冷凝器相連通，從所述再冷凝器引出后再進入至所述冷箱，最后從所述冷箱引出后與所述一級氮氣壓縮機相連通。