煤矿瓦斯气为原料制液化天然气的工艺技术制造技术

煤矿瓦斯气为原料制液化天然气（ＬＮＧ）的工艺技术。本工艺技术包括煤矿瓦斯气的预处理、低温液化分离两部分。在预处理部分，瓦斯气经脱氧装置将氧含量降低到０．５％以下，保证后续工艺过程的安全。然后加压到中压后，经溶剂吸收和分子筛吸附相组合的净化装置，将ＣＯ↓［２］、Ｈ↓［２］Ｓ和Ｈ↓［２］Ｏ的含量降低到预定的合格范围；在低温液化和分离部分，已经预处理合格的瓦斯气在板翅式换热器中被冷却和液化，然后在分馏塔中进行低温精馏，将甲烷以ＬＮＧ的形态分离出来，经过冷却以后进入ＬＮＧ产品储罐，获得ＬＮＧ产品。制得的ＬＮＧ既可作民用燃料、化工原料，还可以很容易地转变成ＣＮＧ作汽车燃料或用于发电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液化天然气(LNG)的制备方法。具体涉及以煤矿瓦斯气为原料，经脱氧、加压、脱除CO2、H2S和H2O等预处理，再进行冷却液化及低温分馏，将其中的甲烷以LNG的产品形态分离出来的工艺技术。
技术介绍
我国的煤层气(即煤矿瓦斯气)资源较为丰富，据报导我国煤层气资源总储量约30万亿立方米，分布在我国24个省中。其中，仅山西省煤层气资源储量就达约10万亿立方米，占全国的1/3。我国煤层气的利用水平较低，而且相当多煤矿都在放空瓦斯气，不但浪费了宝贵的资源，而且造成了较明显的环境污染。我国国有煤矿中高瓦斯和瓦斯突出矿井占总矿井数的46％，每年因瓦斯灾害造成的死亡人数达2000人以上。仅根据最近15年的统计，因瓦斯事故而死亡的人数约占煤炭行业工伤事故死亡人数的30～40％，占重大事故的70～80％，直接经济损失超过500亿元。瓦斯事故造成的人员伤亡和巨大经济损失，在社会上形成很大负面影响。抽放並利用好矿井瓦斯气，不但有利于从根本上防止和减少煤矿瓦斯爆炸事故，改善煤矿的安全生产条件，而且可以提高煤矿的生产效率和经济效益，获得较好的环境效益和社会效益。开发利用煤矿瓦斯气资源可以在一定程度上改善我国的能源结构，增加洁净的气体能源。能源是经济发展不可缺少的动力，煤矿瓦斯气这种新的洁净能源将渐渐被人们所认识，并且它将会成为能源领域强大的补充力量，煤矿瓦斯气产业的形-->成与发展将会给我国新能源战略带来深远的影响。开发利用矿井瓦斯气也将拉动相关产业的发展。建设一个煤矿瓦斯气生产基地也将带动其它生产、生活服务等相关产业的发展，增加就业机会，促进当地经济的发展。开发利用煤矿瓦斯气在我国具有特殊的紧迫性和重要性，开发利用矿井瓦斯气有百利而无一害，功在当代，利在千秋。LNG即液化天然气，是无色无味和透明的液体，含甲烷及烃类98％以上，其余主要是氮。在一个标准大气压下，甲烷的沸点为-161℃左右，LNG比重约0.424，液体汽化和复热到20℃时，其体积约为原液体体积的635倍。液化天然气纯度高，变成气体后是无色无味无毒性但具有窒息性的天然气。天然气易燃易爆，在空气中燃爆浓度范围5～15％。LNG的传统生产方法是以天然气为原料，工艺技术分为原料气预处理(净化)和低温液化分离两部分。预处理采用胺基溶液吸收法除去与原料气中的H2S和CO2，使分别达到5ppm和100ppm以下；采用分子筛吸附除去H2O，使达到1ppm以下。冷却和液化因需要足够的低温冷源，能提供使甲烷液化的大量冷量工艺有多种，但最基本的工艺有阶式制冷循环、混合制冷剂循环和膨胀机制冷循环等流程。阶式制冷循环是由几种不同沸点的纯制冷剂分别形成相对独立的制冷循环，每种制冷剂又在几个不同的压力下蒸发，形成从常温到低温，温度间隔较小的许多个冷冻阶，向被冷却的流体提供冷量。常采用的制冷剂有丙烷(或者氨)、乙烯和甲烷。阶式循环的热力学效率最高，但是机组多，流程复杂；附属设备多，需要专门储存制冷剂；管路和控制系统复杂，维护不便。在几种基本的流程中投资最大，适合于大型LNG装置。混合制冷剂循环是将多种不同沸点的制冷剂按一定比例混合，用一台压缩机压缩，因制冷剂中各种成分在不同的温度范围蒸发，形成类似阶式循环的冷-->冻阶，但又较为连续的冷冻过程，向被冷却的流体提供冷量。常用的制冷剂有N2和C1～C5的烃类。与阶式循环比较，机组少，流程简单，管理方便，投资比阶式循环少15～20％。但热力学效率不如阶式循环，能耗比阶式循环多10～20％，混合制冷剂的合理匹配困难。该工艺适合于大中型LNG装置。膨胀机制冷循环利用制冷工质膨胀做功，消耗本身能量，从而使温度降低，使流体被冷却。膨胀所作的功可以有效地利用。该工艺流程简单，投资小、调节灵活、运行可靠、启动快、易操作、维护方便。适合于中小LNG装置。缺点是效率不如前两种流程，要求气源全部深度干燥，回流压力低，换热面积大。上述几种基本的制冷工艺中，国内都已经建有工业装置。其中，采用阶式循环的只有中原油田的LNG装置，是一个不完全的阶式循环；新疆广汇LNG装置和上海的一套小的LNG调峰装置都完全是从国外引进的混合制冷剂循环工艺。国内最成熟的是膨胀机制冷工艺。从20世纪80年代以来，国产的膨胀机已经在大中型液体空分和油田气的轻烃回收装置中普遍采用。在为数不多的小型LNG试验装置中也采用了膨胀机。去年四川省犍为县投产的LNG装置是目前国内膨胀机技术在天然气液化方面应用的最成功的。膨胀机的效率已接近80％。国内膨胀机与其他发达国家的膨胀机相比虽然还有差距，国外膨胀机的等熵效率一般能达到85％，但是国内的膨胀机的等熵效率达到80％已经不是难事。相比之下，国内对混合制冷剂循环工艺还没有完全掌握，对阶式循环还缺乏完整的实践。
技术实现思路
本专利技术的目的是为煤矿瓦斯气的综合利用开辟一种制备LNG的新的工艺技术。针对煤矿瓦斯气的氧含量较高，为保证工艺过程的安全性，原料瓦斯气的预处理中采用了脱氧技术、脱除CO2、H2S和H2O的溶剂吸收和吸附干燥的复合预处理工艺技术；在冷却和液化部分选择了与本项目瓦斯气特点相适合的膨胀机制冷工艺；为保证甲烷回收率较高，在液化的基础上增加了低温分馏工艺。使用本专利技术把煤矿瓦斯气中的甲烷以LNG产品形态回收，便于储存和运输，-->使用性能更好，能有效的利用资源和调节能源物质的地区供需平衡。使用本专利技术从瓦斯气制LNG，第一道工序就将较高的含氧量安全的除去，能使后续工序的安全得到保证。使用本专利技术从瓦斯气制LNG，采用了较高的中压下用MEA溶液吸收与分子筛吸附相结合的原料气净化工艺，能保证净化的深度(CO2＜50ppm，H2S＜5ppm，H2O＜1ppm)，使低温系统能长周期安全稳定运行。使用本专利技术从瓦斯气制LNG，低温系统流程简单，投资少，开停车方便，操作、控制和维修容易。本专利技术利用装置高含氮尾气作制冷剂，可以获得很低的膨胀机出口温度，使获得较高的甲烷回收率创造了较好的条件。使用本专利技术从瓦斯气制LNG，采用简单的单塔精馏，利用膨胀机出口的低温冷源形成塔顶回流，利用塔顶气的低温冷源使塔底LNG液流过冷，就能获得较高的甲烷回收率。使用本专利技术从瓦斯气制LNG，因选用了透平压缩机、增压透平膨胀机、板翅式换热器等高效节能设备，采用了先进的工艺流程，合理地利用能量，能使能耗达到较合理的水平。本专利技术是这样实现的：1、原料气的预处理采用先进的脱氧工艺与胺吸收加分子筛吸附相结合的复合预处理工艺流程，使预处理的效果可靠，净化成本较低。针对原料气CO2含量较高和H2S含量较少的特点，选用了适合于碳/硫比高的MEA水溶液作吸收液，能保证净化深度。针对原料气中无乙烷以上的烃类，选用吸附容量大和再生能耗低的13X分子筛。2、液化和分离所需冷量的产生主要靠膨胀机制冷。开车初期，采用液氮向分馏塔冷凝器壳程提供冷量，蒸发的氮气用作制冷剂。装置运行正常后，采用本装置的尾气取代液氮蒸发的氮气，分馏塔顶需要的冷源及时转为膨胀机出口的气流来提供。这样，既可以使装置尽快运行正常，建立起正常运行的工况参数，又可以减少原料气的循环时间和液氮的消耗。膨胀机的制冷量是根据95％以上-->的甲烷以LNG产品形态回收所需要的冷量来确定的，由制冷剂的循环量，膨胀机的进出口温度和压力，以及所选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以煤矿瓦斯气为原料制液化天然气（ＬＮＧ）的工艺技术。该技术是集成工艺技术，工艺过程包括原料气的预处理、低温液化分离两部分。在预处理部分，原料气经脱氧装置将氧含量降低到０．５％以下，保证后续工艺过程的安全。然后加压到中压后，经溶剂吸收和分子筛吸附相组合的净化装置，将ＣＯ↓［２］、Ｈ↓［２］Ｓ和Ｈ↓［２］Ｏ的含量降低到合格范围；在低温液化和分离部分，已经预处理合格的原料气在板翅式换热器中被冷却和液化，然后在分馏塔中进行低温精馏，将甲烷以ＬＮＧ的形态分离出来，经过冷凝以后进入ＬＮＧ产品储罐。冷却、液化和分离所需要的冷量主要由膨胀机制冷系统提供。

【技术特征摘要】
1、一种以煤矿瓦斯气为原料制液化天然气(LNG)的工艺技术。该技术是集成工艺技术，工艺过程包括原料气的预处理、低温液化分离两部分。在预处理部分，原料气经脱氧装置将氧含量降低到0.5％以下，保证后续工艺过程的安全。然后加压到中压后，经溶剂吸收和分子筛吸附相组合的净化装置，将CO2、H2S和H2O的含量降低到合格范围；在低温液化和分离部分，已经预处理合格的原料气在板翅式换热器中被冷却和液化，然后在分馏塔中进行低温精馏，将甲烷以LNG的形态分离出来，经过冷凝以后进入LNG产品储罐。冷却、液化和分离所需要的冷量主要由膨胀机制冷系统提供。2、如权利要求1，针对原料气中含有较高浓度的O2，为确保整个工艺过程的安全，在原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊世平，封万芳，熊松文，汪荣华，
申请(专利权)人：熊世平，封万芳，熊松文，汪荣华，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]