一种含空气煤层气的全液化分离工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种含空气煤层气的全液化分离工艺。该工艺是通过包括双层烃氧分离塔和氮分离塔的设备进行含空气煤层气的全液化分离，双层烃氧分离塔包括上塔和下塔，上塔和下塔之间设有冷凝蒸发器，该工艺包括以下步骤：将经过压缩净化的含空气煤层气冷却后通入下塔，通过下塔底部的加热以及冷凝蒸发器的冷凝，使烃类冷凝为液体落到下塔底部，获得液化天然气；使分离了烃的气体上升到下塔的顶部，并在节流后进入上塔顶部，经过上塔顶部出口进入氮分离塔，或者在节流后进入氮分离塔中部，其中，氧气在氮分离塔顶部冷凝为液氧回流到氮分离塔底部，并通过氮分离塔底部出口离开，回到上塔顶部并在底部输出；氮气通过氮分离塔顶部出口输出，冷却形成液氮。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气体的液化分离工艺，尤其涉及一种含空气煤层气的全液化分离工艺。
技术介绍
煤层气，俗名瓦斯，甲烷在煤炭形成的过程中被煤体所吸附，即成为煤层气。我国 地质构造条件复杂，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井众多，仅在国有重点煤矿中就占45%。 瓦斯无色无味，易燃易爆，在煤层开发的过程中会解析分离并分散，当空气中的瓦斯浓度在 5.5% -16%之间并且有明火发生时，极易发生爆炸事故，这成为长期困扰煤矿安全生产的 严重问题，我国煤矿发生的特大、重大事故80%以上都是由瓦斯造成的。除此之外，甲烷直 接排入大气不仅会造成温室效应，而且对臭氧层还有破坏作用。我国一次能源结构上长期以来以煤炭为主，给环境带来了很大的压力，在国际市 场油价气价双创新高的情况下，依靠大量进口来改变能源消费结构并不现实。通过对煤层 气(主要成分为甲烷)的开发，不仅可解决煤矿生产安全问题，还可以改善能源结构，减少 污染，并取得良好的经济效益。随着能源问题越来越突出，煤层气的开发利用也在不断升 温。美国在煤层气的研究、勘探、开发利用方面处于世界领先地位，是率先取得煤层气商业 化开发的国家。我国这几年煤层气的开发利用发展迅速，已实现了初步的商业规模开发。我 国煤层气多分布于储量低、分布分散的小型气田，因此适于采用低温液化的方式进行开发 利用。常规天然气、煤层气液化工艺只关注如何液化烃类组分，而煤层气常含有CO2、氮、氧 等组分，尤其含氧煤层气是我国煤矿事故的根源，因此如何安全高效的分离、处理这些组分 是煤层气液化工艺的关键和难点。目前已有多种有关含氧煤层气的分离工艺及设备的专利技术专利，例如 200610080889. 4号中国专利申请。该专利申请公开的技术方案采用低温双级精馏实现烃与 气体的分离，以获得液化天然气产品。采用双级精馏可以实现烃、氮和氧的分离，但是两级 的精馏塔均需有独立的再沸器与再冷凝器，所采用的设备较多、工艺流程较为复杂，投资较 高，虽然能够实现气液分离，获得一定量的液化天然气产品，但是并未能实现液化天然气、 液氧和液氮三者的完全分离，中间还有一部分混合气体被引出释放到空气中，这会造成一 定的浪费。200610103425. 0号中国专利申请采用的单级精馏虽然设备简化，但是不能够实 现天然气、氧与氮的完全分离，中间有一部分混合气体被引出并释放到空气中，会造成一定 的浪费。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种含空气煤层气的分离工艺，通 过多步的分馏和气液分离，得到高纯度的液化天然气、液氧和液氮产品。为达到上述目的，本专利技术提供了一种含空气煤层气的全液化分离工艺，其是通过 包括双层烃氧分离塔和氮分离塔的全液化分离设备进行含空气煤层气的全液化分离，该双层烃氧分离塔包括上塔和下塔，并且，上塔和下塔之间设有冷凝蒸发器，该全液化分离工艺 包括以下步骤将经过压缩净化的含空气煤层气冷却后通入下塔中，通过下塔底部的加热(使下 塔底部的液体再沸)以及冷凝蒸发器的冷凝，使含空气煤层气中的烃类冷凝为液体落到下 塔的底部，获得液化天然气(LNG产品)；使分离了烃的气体(此时气体的主要成分为氮气 和氧气)上升到下塔的顶部，并在节流后进入上塔顶部，经过上塔顶部的出口进入氮分离 塔，或者使分离了烃的气体节流后进入氮分离塔中部，其中，通过氮分离塔顶部的冷凝使气 体中的氧气冷却为液氧回流到氮分离塔底部，并通过氮分离塔底部的出口离开，回到上塔 的顶部，并在上塔的底部输出；氮气则通过氮分离塔顶部的出口输出，冷却之后形成液氮。上述冷凝蒸发器实现上塔底部的低温液体与下塔顶部的高温气体之间的热交换， 分别实现对二者的蒸发和冷凝。该冷凝蒸发器与下塔连接的一侧可称为冷凝侧，与上塔连 接的一侧可以称为蒸发侧。上塔与下塔通过冷凝蒸发器结合在一起，组成双层烃氧分离塔， 其中，冷凝蒸发器的结构与常规的冷凝蒸发器基本相同，只要能够实现上塔底部的液体与 下塔顶部的气体之间的热量交换的冷凝蒸发器都可以适用。在上述全液化分离设备中，可 以使冷凝蒸发器与上、下塔连接为一个整体，即将单个冷凝蒸发器单元(即换热器)布置在 上塔中或将多个冷凝蒸发器单元在上塔内按单层星形排列，或者在上塔外设置辅助冷凝蒸 发器；也可以采用单独布置的冷凝蒸发器，即将多个冷凝蒸发器单元并联置于圆筒形容器 内，用管道与上、下塔分别连接，其中，换热单元可以采用板翅式、列管式和盘管式等结构形 式。在本专利技术提供的全液化分离工艺中，含空气煤层气首先进行常规的压缩净化处 理，包括过滤、脱酸性气体、脱水、脱汞等步骤，然后进入冷却系统进行冷却，一般可以将含 空气煤层气的冷却温度控制为约-140°C至-160°C。其中，上述冷却所需要的冷量可以由常 规的冷却系统提供。压缩净化处理之后的气体以烃类、氮气、氧气为主。本专利技术提供的全液化分离工艺所采用的双层烃氧分离塔由上塔和下塔组成，其 中，上塔为氮氧分离塔的精馏段，下塔为一烃与氮氧组分的分离塔，常规的精馏分离塔的顶 部和底部分别设有一再冷凝器和再沸器，本专利技术所采用的双层烃氧分离塔的上塔和下塔通 过一个冷凝蒸发器组合在一起，该冷凝蒸发器可以替代常规的氮氧分离塔底部的再沸器以 及常规的烃分离塔顶部的再冷凝器，使下塔顶部的气体与上塔底部的液体进行热量交换， 实现烃类在下塔顶部的冷凝(冷凝后的气体组分以氮、氧为主)回流、以及上塔底部的液体 的再沸，这样可以简化全液化分离的工艺步骤，减少所使用的设备数量。为了实现上述的目标，在全液化分离工艺中，优选地，可以通过调节上塔和下塔的压力(例如可以通过对由下塔进入上塔的气体进行节流实现)，控制所述上塔底部的温度 低于所述下塔顶部的温度。通过控制上塔和下塔的操作压力之差，控制上塔底部的温度 (再沸温度)比下塔顶部的温度(回流温度)低0. 5-30C (优选l-2°c )；优选地，控制上塔 的操作压力为300-450kPa，控制下塔的操作压力为700_1100kPa。在本专利技术提供的全液化分离工艺中，可以通过常规的冷却系统提供冷量，优选地， 采用单级混合制冷剂循环提供冷量，使含空气煤层气依次通过单级混合制冷剂循环装置的 第一冷箱和第二冷箱进行冷却之后进入液化分离系统，该装置一般包括一段压缩机、一 段空冷器、一段气液分离罐、二段压缩机、二段空冷器、二段气液分离罐、第一冷箱和第二冷箱，一段气液分离罐具有一入口、一顶部出口以及一底部出口，其中一段压缩机、一段空冷器、一段气液分离罐的入口、一段分离气液罐的底部出口、 第一冷箱(第二流道)、第一 JT阀和第一冷箱(第三流道)依次连接，形成高温循环；一段压缩机、一段空冷器、一段气液分离罐的入口、一段气液分离罐的顶部出口、 二段压缩机、二段空冷器、二段气液分离罐、第一冷箱(第一流道)、第二冷箱(第二流道)、 第二 JT阀、第二冷箱(第三流道)和第一冷 箱(第三流道)依次连接，形成低温循环。采用上述装置提供冷量，以便对含空气煤层气以及氮分离塔的顶部获得的氮气 进行冷却，可以按照以下的方法进行制冷剂经一级压缩至1.4-1. SMPa并气液分离成液 态的第一制冷剂和气态的第二制冷剂，液态的第一制冷剂经过第一冷箱进行预冷至-50°C 至-120°C，然后节流至0. 2-0. 3MPa，而气态的第二制冷剂经二级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含空气煤层气的全液化分离工艺，其是通过包括双层烃氧分离塔和氮分离塔的全液化分离设备进行含空气煤层气的全液化分离，所述双层烃氧分离塔包括上塔和下塔，并且，上塔和下塔之间设有冷凝蒸发器，该全液化分离工艺包括以下步骤：将经过压缩净化的含空气煤层气冷却后通入下塔中，通过下塔底部的加热以及冷凝蒸发器的冷凝，使含空气煤层气中的烃类冷凝为液体落到下塔的底部，获得液化天然气；使分离了烃的气体上升到下塔的顶部，并在节流后进入上塔顶部，经过上塔顶部的出口进入氮分离塔，或者使分离了烃的气体节流后进入氮分离塔中部；其中，通过氮分离塔顶部的冷凝使气体中的氧气冷却为液氧回流到氮分离塔底部，并通过氮分离塔底部的出口离开，回到上塔的顶部，在上塔的底部输出；氮气则通过氮分离塔顶部的出口输出，冷却之后形成液氮。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙恒，舒丹，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]