專利名稱:一種含氧煤層氣脫氧、脫氮以及液化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種含氧煤層氣脫氧、脫氮液化系統(tǒng)。所述液化系統(tǒng)包括冷箱、精餾塔、煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)和氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)；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、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；原料氣管線與冷箱相連通，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(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。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了排放氣中甲烷的高回收率；精餾塔的再沸器采用溫度控制，保證含氧煤層氣中氮?dú)?、氧氣脫除的高精度?br>【專利說明】一種含氧煤層氣脫氧、脫氮以及液化系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種含氧煤層氣脫氧、脫氮以及液化系統(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?jǐn)?shù))，其他成分主要包括二氧化碳和空氣。2013年我國(guó)井下抽采煤層氣126億方，利用量約43億方，利用量不足35%。我國(guó)煤層氣資源豐富，但開發(fā)的比較少，幾乎沒有工業(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)。除就近使用外，通過管道外輸十分不經(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)備的發(fā)明專利，例如中國(guó)專利申請(qǐng)200610080889.4，該專利申請(qǐng)公開的技術(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。中國(guó)專利200610103425.0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，單一的混合冷劑制冷或透平膨脹所能達(dá)到的制冷溫度不能滿足高精度脫除煤層氣中氮?dú)?、氧氣的要求，使得排放其中甲烷含量較高，存在一定的安全問題，也降低了分離和液化的處理能力。而中國(guó)專利20101028282232.2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。
[0004]中國(guó)專利200910012669.1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
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種含氧煤層氣脫氧、脫氮以及液化系統(tǒng)，本實(shí)用新型液化系統(tǒng)采用冷劑氮?dú)馀蛎浥c節(jié)流制冷結(jié)合的方式，充分利用工藝流程中的冷量回收，同時(shí)保證甲烷回收率，具備換熱效率高，能耗低，煤層氣脫氧、氮精度高，甲烷回收率高，安全性尚等特點(diǎn)。
[0006]本實(shí)用新型所提供的含氧煤層氣脫氧、脫氮液化系統(tǒng)，包括冷箱、精餾塔、煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)和氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)；
[0007]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；
[0008]所述煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)包括原料氣管線、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(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。
[0009]上述的含氧煤層氣脫氧、脫氮液化系統(tǒng)中，所述氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)為三級(jí)壓縮單
J L.ο
[0010]上述的含氧煤層氣脫氧、脫氮液化系統(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;
[0011]所述氮?dú)饫鋮s器III的出口通過管路與氮?dú)馀蛎洐C(jī)壓縮端相連通，經(jīng)壓縮并冷卻后出口通過管路與所述冷箱相連通，且從所述冷箱引出一部分氮?dú)膺M(jìn)入所述氮?dú)馀蛎泬嚎s機(jī)膨脹端膨脹接口后與所述冷箱連通，從所述冷箱引出后與氮?dú)鈮嚎s機(jī)二級(jí)入口緩沖罐相連通；另外一部分氮?dú)饨?jīng)所述冷箱過冷后經(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一級(jí)入口緩沖罐相連通。
[0012]本實(shí)用新型液化系統(tǒng)中，進(jìn)入冷箱后的冷劑氮?dú)庖徊糠謴睦湎渲幸鲞M(jìn)入膨脹壓縮機(jī)膨脹端膨脹，膨脹后的氮?dú)夥祷乩湎?，為冷箱深冷段、液化段和預(yù)冷段提供冷量，復(fù)熱后返回冷劑氮?dú)鈮嚎s機(jī)二級(jí)入口 ；另外一部分冷劑氮?dú)饨?jīng)繼續(xù)過冷后為液相，節(jié)流后進(jìn)入精餾塔頂部的再冷凝器，為再冷凝器提供冷量后返回冷箱，為冷箱過冷段、深冷段、液化段和預(yù)冷段提供冷量，復(fù)熱后返回冷劑氮?dú)鈮嚎s機(jī)一級(jí)入口，完成一個(gè)冷劑氮?dú)庋h(huán)。
[0013]本實(shí)用新型液化系統(tǒng)中，液相氮?dú)饫鋭┕?jié)流閥采用溫度和流量的串級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)了排放氣中甲烷的高回收率；精餾塔的再沸器采用溫度控制，保證含氧煤層氣中氮?dú)狻⒀鯕饷摮母呔?；LNG產(chǎn)品節(jié)流閥采用溫度和流量的串級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)裝置冷熱負(fù)荷匹配，裝置平穩(wěn)運(yùn)行。冷劑壓縮采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，裝置運(yùn)行范圍廣。氮?dú)庋h(huán)具有快速啟停，操作方便的優(yōu)點(diǎn)。

【附圖說明】

[0014]圖1為實(shí)用新型含氧煤層氣的脫氧、脫氮液化系統(tǒng)的示意圖。
[0015]圖中各標(biāo)記如下:
[0016]CB-1冷箱，Cl-1 一級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)、C1-2 二級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)、C1-3三級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)、TE-1氮?dú)馀蛎泬嚎s機(jī)、V-1?V-4冷劑氮?dú)饩彌_罐，V2精餾塔塔頂氣液分離器、E-1?E-4冷劑氮?dú)饫鋮s器、E-5精餾塔塔頂冷凝器，E-6精餾塔塔底再沸器，T-1精餾塔、E-1?E-3氮?dú)饫鋮s器。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。
[0018]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的含氧煤層氣脫氧、脫氮液化系統(tǒng)包括冷箱CB-1、精餾塔T-1、煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)和氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)；該系統(tǒng)中，氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)為冷箱CB-1和精餾塔T-1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(圖中未標(biāo))、設(shè)置于精餾塔塔頂冷凝器E-5和設(shè)置于精餾塔塔底再沸器E-6 ;其中的原料氣管線與冷箱CB-1相連通，然后從冷箱CB-1中引出后與精餾塔塔底再沸器E-6相連通；該原料氣管線從精餾塔塔底再沸器E-6引出后再進(jìn)入至冷箱CB-1中，然后從冷箱CB-1中引出后與精餾塔T-1相連通；該精餾塔塔底再沸器E-6的氣相出口通過管路與冷箱CB-1相連通，該管路經(jīng)冷箱CB-1冷卻后與LNG儲(chǔ)罐相連通。
[0019]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)C1-1、氮?dú)饫鋮s器E-1、冷劑氮?dú)饩彌_罐V-1、二級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)C1-2、氮?dú)饫鋮s器E-2、冷劑氮?dú)饩彌_罐V-2、三級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)C1-3、氮?dú)饫鋮s器E1-3和?冷劑氮?dú)饩彌_罐V-3 ;最后與氮?dú)馀蛎泬嚎s機(jī)TE-1壓縮端相連通。經(jīng)壓縮單元壓縮后的氮?dú)饨?jīng)冷卻器E-4冷卻后進(jìn)入冷箱CB-1中，經(jīng)冷卻后的一部分氮?dú)鈴睦湎銫B-1中引出，進(jìn)入氮?dú)馀蛎泬嚎s機(jī)TE-1的膨脹端，膨脹后的氮?dú)夥祷乩湎銫B-1為液化段、預(yù)冷段提供冷量，復(fù)熱后與二級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)C1-2的入口相聯(lián)通；另外一部分氮?dú)饫^續(xù)經(jīng)冷箱CB-1過冷，過冷后從冷箱CB-1引出后經(jīng)節(jié)流與精餾塔塔頂冷凝器E-5相連通，從精餾塔塔頂冷凝器E-5引出后再進(jìn)入至冷箱CB-1中，最后從冷箱CB-1引出后與一級(jí)氮?dú)鈮嚎s機(jī)Cl-1相連通。
[0020]下面以某一組成的煤層氣為例，說明本實(shí)用新型系統(tǒng)的使用過程:
[0021]將煤礦抽采的煤層氣進(jìn)行液化，原料氣組成(體積)為:甲烷40%，氮?dú)?7.4%，氧氣12.6%。采用冷劑為氮?dú)狻?br> [0022]經(jīng)節(jié)流后的氮?dú)饨?jīng)過精餾塔塔頂冷凝器E-5、冷箱CB-1換熱后進(jìn)入氮?dú)鈮嚎s機(jī)經(jīng)第一級(jí)壓縮至0.475MPag后，進(jìn)入冷卻器E-1至38°C后，與膨脹后經(jīng)冷箱CB-1復(fù)溫返回的另一部分氮?dú)饫鋭┗旌线M(jìn)入氮?dú)鈮嚎s機(jī)二級(jí)緩沖罐V-1，然后進(jìn)入氮?dú)鈮嚎s機(jī)第二級(jí)壓縮至2.1MPag，然后經(jīng)過冷卻器E-2冷卻至38°C后進(jìn)入緩沖罐V-2，然后進(jìn)入氮?dú)鈮嚎s機(jī)第三級(jí)壓縮至5.9MPag，然后經(jīng)過冷卻器E-3冷卻至38°C后進(jìn)入緩沖罐V-3，在經(jīng)過氮?dú)馀蛎泬嚎s機(jī)TE-1壓縮端壓縮機(jī)后，經(jīng)冷卻器E-4冷卻至38°C，進(jìn)入冷箱CB-1。
[0023]冷劑氮?dú)膺M(jìn)入冷箱CB-1經(jīng)冷箱預(yù)冷、液化段冷卻至_90°C，一部分冷劑氮?dú)膺M(jìn)入TE-1氮?dú)馀蛎洐C(jī)，膨脹節(jié)流到0.53MPaG，返回冷箱CB-1為深冷、液化、預(yù)冷段提供冷量，復(fù)熱至-6°C返回氮?dú)鈮嚎s機(jī)二級(jí)入口冷劑氮?dú)饩彌_罐V-2;另外一部分冷劑氮?dú)饨?jīng)冷箱深冷段、過冷段冷卻至_174°C節(jié)流，節(jié)流至0.233MPaG后進(jìn)入精餾塔塔頂冷卻E-5，為塔頂冷卻器提供冷量，然后返回冷箱CB-1，為冷箱過冷段、深冷段、液化段、預(yù)冷段提供冷量，復(fù)熱至-6°C返回氮?dú)鈮嚎s機(jī)一級(jí)入口緩沖罐，經(jīng)壓縮機(jī)一級(jí)壓縮后，與膨脹后氮?dú)饣旌线M(jìn)入壓縮機(jī)二級(jí)，完成冷劑氮?dú)庋h(huán)。
[0024]原料氣采用低壓，經(jīng)預(yù)處理合格的原料氣(經(jīng)過脫硫、脫碳、脫汞和脫水處理，二氧化碳含量小于50ppmV，水含量小于IppmV，H2S小于4ppmV)壓力約0.4MPaA，經(jīng)過預(yù)冷至(TC，預(yù)冷冷量由一套冷水機(jī)組提供，然后進(jìn)入冷箱CBl預(yù)冷至-51°C后，進(jìn)入精餾塔再沸器E-6，出精餾塔再沸器E-6被冷卻至_135°C后進(jìn)入冷箱CB-1液化段被冷卻到_160°C后，進(jìn)入精餾塔T-1精餾，從精餾塔再沸器E-6出來(lái)的LNG溫度約為_146°C，進(jìn)入冷箱CB-1進(jìn)一步過冷至_158°C節(jié)流后進(jìn)入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。
[0025]從精餾塔頂部分離出來(lái)的氮?dú)?、氧氣排放氣返回冷箱CB-1回收冷量后排放，排放氣中甲烷含量小于1%。
[0026]LNG產(chǎn)品中甲烷含量為大于99.9 %，氧氣含量小于0.1%，氮?dú)夂啃∮?.01%。
【權(quán)利要求】
1.一種含氧煤層氣脫氧、脫氮液化系統(tǒng)，其特征在于:所述液化系統(tǒng)包括冷箱、精餾塔、煤層氣脫氧、脫氮機(jī)構(gòu)和氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)； 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、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(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； 所述氮?dú)饫鋭┭h(huán)機(jī)構(gòu)為三級(jí)壓縮單元； 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的出口通過管路與氮?dú)馀蛎洐C(jī)壓縮端相連通，經(jīng)壓縮并冷卻后出口通過管路與所述冷箱相連通，且從所述冷箱引出一部分氮?dú)膺M(jìn)入所述氮?dú)馀蛎泬嚎s機(jī)膨脹端膨脹接口后與所述冷箱連通，從所述冷箱引出后與所述氮?dú)鈮嚎s機(jī)二級(jí)入口緩沖罐相連通；另外一部分氮?dú)饨?jīng)所述冷箱過冷后經(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氮?dú)鈮嚎s機(jī)一級(jí)入口吸入罐相連通。
【文檔編號(hào)】F25J3-02GK204298357SQ201420468876
【發(fā)明者】曾偉平, 陳杰, 尹全森, 花亦懷, 馮頡, 李秋英, 常心潔, 鹿來(lái)運(yùn) [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