利用含氧煤层气制取液化天然气的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用含氧煤层气制取液化天然气的方法，包括压缩净化工序和液化分离工序，液化分离工序包括主流程工艺和制冷工艺，制冷工艺中采用特殊的混合制冷剂结合节流制冷以及特殊的制冷剂流程；本发明专利技术制冷工艺采用混合制冷并结合节流制冷，改变现有的制冷工艺，充分并合理的利用工艺过程中的冷量回收过程，提高制冷效率，从而相对提高装置的处理能力，对于单井产量不高的煤层气而言，可节约生产成本，只利用一套压缩设备，节约动力能源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用液化原理进行分离的方法，尤其涉及一种利用含氧煤层气的 液化分离回收方法。
技术介绍
含氧煤层气是煤矿在开采过程中为防止瓦斯爆炸和突出，保证煤矿安全生产而抽 排出的初级副产品；其主要成分为甲烷，从其成分含量上可以看出，煤层气是较为重要的能 源和化工原料。但是由于其成分较为复杂，特别是在煤层气中含有氧，是非常危险的助燃助 爆剂，制约了含氧煤层气的综合利用；实践中，为了节约成本，煤层气普遍在采煤过程中排 入大气，造成资源的极度浪费和对环境的污染。随着科学技术的发展，出现了多种含氧煤层气的液化浓缩技术。其中， ZL200610103425. 0的专利公开了低温精馏法应用于含氧煤层气的分离和液化，具有分离纯 度高，装置结构简单的优点。但是，该制冷工艺采用混合制冷或者膨胀制冷等常规的制冷方式，结构复杂，透平 膨胀集等辅助机械，制冷效率较低，降低了分离和液化装置的处理能力。因此，需要对现有的含氧煤层气的液化工艺进行改进，改变现有的制冷工艺，充分 并合理的利用工艺过程中的冷量回收过程，提高制冷效率，从而相对提高装置的处理能力， 对于单井产量不高的煤层气而言，可节约生产成本。
技术实现思路

技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种，改变现有的制 冷工艺，充分并合理的利用工艺过程中的冷量回收过程，提高制冷效率，从而相对提高装置 的处理能力，对于单井产量不高的煤层气而言，可节约生产成本。本专利技术的一种，包括A.压缩净化工序将来自煤矿的低浓度含氧煤层原料气经混合式水冷、压缩和净化去 除杂质得到净化含氧煤层气；B.液化分离工序 液化分离工序包括Bi.主流程工艺将净化含氧煤层气依次通过一级换热器、二级换热器和三级换热器 冷却至-180°C，节流后进入精馏塔，精馏塔塔底得到液化天然气，塔顶得到N2和O2混合气； 精馏塔塔顶设置用于析出精馏塔顶流出的N2和O2中含有的少量CH4组分的塔顶冷凝器； B2.制冷工艺B21.混合制冷剂按体积百分比包括氮35%，甲烷30. 65%，乙烯16. 81%，丙烷3.8%， 丁烷8.17%戊烷5. 57%;混合制冷剂经三级压缩机压缩至高压，绝对压力3.6 4. 4MPa， 冷却至常温，戊烷、丁烷和丙烷为液态，乙烯、甲烷和氮为气态；一次气液分离后，气态乙烯、甲烷和氮进入一级换热器冷却至-50°C，在3. 6 4. 4MPa条件下乙烯为液态，甲烷和氮为气 态；二次气液分离后，气态甲烷和氮进入二级换热器冷却至_116°C后进入精馏塔底的再沸 器，用于加热塔底液体，自身被冷却至_130°C后，进入三级换热器冷却至-180°C，经节流降 压后温度降至_186°C，进入塔顶冷凝器冷却塔顶出口的N2、02和少量的CH4组分，后依次经 过三级换热器、二级换热器和一级换热器被回收冷量至常温，并回流至制冷剂平衡罐，稳压 后进入压缩机，循环使用；B22. 一次气液分离后的液态戊烷、丁烷和丙烷进入一级换热器冷却，温度降至-50°C， 经节流后压力降为0. 2MPa后由一级换热器和二级换热器之间进入回流制冷剂回流；二次 气液分离后的液态乙烯进入二级换热器冷却至约一 143°C，经节流后压力降为0.2 MPa，后 由二级换热器和三级换热器之间进入回流制冷剂回流。进一步，压缩净化工序包括以下步骤Al.将来自煤矿的低浓度含氧煤层原料气经混合式水冷、气液分离并压缩至绝对压力 0.44MPa ；A2.压缩后的气体降至常温，利用吸收塔脱除酸性气体，吸收塔内的吸收液为一乙醇胺、二乙醇胺或甲基二乙醇胺水溶液。A3.脱除酸性气体的原料气进行冷却，温度为4 6°C，分离析出因冷却而游离出 的水；A4.降温并分离水分后的原料气进入吸附塔内进行低分压下脱除残留水分和酸性气 体，使水分降至5ppm以下，CO2浓度降至50ppm以下，硫化物总量降至5mg/m3以下；通过吸 附塔内的吸附剂脱除原料其中的芳香烃，使其浓度降至50ppm以下；净化后得到主要成分 为CH4、N2和O2的干净含氧煤层气； 进一步，主流程工艺包括以下步骤Bll.净化含氧煤层气依次通过一级换热器、二级换热器和三级换热器冷却至-180°C， 绝对压力控制在0. 42MPa，形成冷凝液和气体的混合物，出换热器的冷凝液和气体的混合物 经过节流控制绝对压力为0. 26 0. 30MPa，进入精馏塔；B12.降温并节流后的冷凝液和气体混合物由精馏塔中部进入精馏塔，冷凝液向下流 向塔底，通过塔底再沸器将冷凝液加热至-149 -136°C，低于CH4在0. 3MPa压力下的饱和 温度，高于N2和O2在0.310^压力下的饱和温度；冷凝液中的N2和O2组分向上挥发由精 馏塔顶流出，剩余冷凝液由塔底流出经成品冷却器冷却后即为成品液化天然气；B13.精馏塔顶流出的队和O2进入塔顶冷凝器析出携带出的少量CH4组分，进行气液分 离后，液态为CH4作为回流液由精馏塔顶回流至至精馏塔内；分离掉液态CH4后N2和O2温 度为-182°C，压力约0. 22MPa，通过成品冷却器冷却精馏塔底出来的液化天然气后依次通 过三级换热器、二级换热器和一级换热器被回收冷量，温度升至28 33°C后进入吸附塔， 作为吸附塔中吸附剂再生时的冷吹气体；进一步，步骤A4中，吸附塔中加入硫浸煤基活性炭用于脱除原料气中的汞，脱汞后的 原料气汞含量小于0. lumg/m3 ；进一步，制冷工艺中，混合制冷剂由混合制冷剂平衡罐进入压缩入口，混合制冷剂经制 冷剂平衡罐回流至压缩入口循环使用；进一步，步骤A4中，净化含氧煤层气过滤微量吸附剂粉沫输送至液化分离工序。5本专利技术的有益效果在于本专利技术结构的， 制冷工艺采用混合制冷并结合节流制冷，改变现有的制冷工艺，充分并合理的利用工艺过 程中的冷量回收过程，提高制冷效率，从而相对提高装置的处理能力，对于单井产量不高的 煤层气而言，可节约生产成本，只利用一套压缩设备，节约动力能源。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术的压缩净化工序工艺流程框图； 图2为本专利技术的液化分离工序工艺流程框图。具体实施例方式图1为本专利技术的压缩净化工序工艺流程框图，图2为本专利技术的液化分离工序工艺 流程框图，如图所示本实施例的，包括A.压缩净化工序将来自煤矿的低浓度含氧煤层原料气经混合式水冷、压缩和净化去 除杂质得到净化含氧煤层气；B.液化分离工序 液化分离工序包括Bi.主流程工艺将净化含氧煤层气依次通过一级换热器、二级换热器和三级换热器 冷却至约-180°C，节流后进入精馏塔，精馏塔塔底得到液化天然气，塔顶得到N2和O2混合 气；精馏塔塔顶设置用于析出精馏塔顶流出的N2和O2含有的少量CH4组分的塔顶冷凝器； B2.制冷工艺B21.混合制冷剂按体积百分比包括氮35%，甲烷30. 65%，乙烯16. 81%，丙烷3.8%， 丁烷8.17%戊烷5. 57%;混合制冷剂的配方与制冷过程中工艺上所需冷却温度相配合，达 到较好的冷却效果；混合制冷剂经三级压缩机压缩至高压，绝对压力为3. 6 4. 4MPa，冷却 至常温，约30°C ；本实施例中，采用三级压缩，级间冷却并气液分离，防止温度过高降低热效 率；混合制剂在上述压力和温度下，戊烷、丁烷和丙烷为液态，乙烯、甲烷和氮为气态；一 次气液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用含氧煤层气制取液化天然气的方法，其特征在于：包括：Ａ．压缩净化工序：将来自煤矿的低浓度含氧煤层原料气经混合式水冷、压缩和净化去除杂质得到净化含氧煤层气；Ｂ．液化分离工序：液化分离工序包括：Ｂ１．主流程工艺：将净化含氧煤层气依次通过一级换热器、二级换热器和三级换热器冷却至－１８０℃，节流后进入精馏塔，精馏塔塔底得到液化天然气，塔顶得到Ｎ↓［２］和Ｏ↓［２］混合气；精馏塔塔顶设置用于析出精馏塔顶流出的Ｎ↓［２］和Ｏ↓［２］中含有的少量ＣＨ↓［４］组分的塔顶冷凝器；Ｂ２．制冷工艺：Ｂ２１．混合制冷剂按体积百分比包括：氮３５％，甲烷３０．６５％，乙烯１６．８１％，丙烷３．８％，丁烷８．１７％戊烷５．５７％；混合制冷剂经三级压缩机压缩至高压，绝对压力３．６～４．４ＭＰａ，冷却至常温，戊烷、丁烷和丙烷为液态，乙烯、甲烷和氮为气态；一次气液分离后，气态乙烯、甲烷和氮进入一级换热器冷却至－５０℃，在３．６～４．４ＭＰａ条件下乙烯为液态，甲烷和氮为气态；二次气液分离后，气态甲烷和氮进入二级换热器冷却至－１１６℃后进入精馏塔底的再沸器，用于加热塔底液体，自身被冷却至－１３０℃后，进入三级换热器冷却至－１８０℃，经节流降压后温度降至－１８６℃，进入塔顶冷凝器冷却塔顶出口的Ｎ↓［２］、Ｏ↓［２］和少量的ＣＨ↓［４］组分，后依次经过三级换热器、二级换热器和一级换热器被回收冷量至常温，并回流至制冷剂平衡罐，稳压后进入压缩机，循环使用；Ｂ２２．一次气液分离后的液态戊烷、丁烷和丙烷进入一级换热器冷却，温度降至－５０℃，经节流后压力降为０．２ＭＰａ后由一级换热器和二级换热器之间进入回流制冷剂回流；二次气液分离后的液态乙烯进入二级换热器冷却至约－１４３℃，经节流后压力降为０．２ＭＰａ，后由二级换热器和三级换热器之间进入回流制冷剂回流。...

【技术特征摘要】
一种利用含氧煤层气制取液化天然气的方法，其特征在于包括A．压缩净化工序将来自煤矿的低浓度含氧煤层原料气经混合式水冷、压缩和净化去除杂质得到净化含氧煤层气；B．液化分离工序液化分离工序包括B1.主流程工艺将净化含氧煤层气依次通过一级换热器、二级换热器和三级换热器冷却至 180℃，节流后进入精馏塔，精馏塔塔底得到液化天然气，塔顶得到N2 和O2混合气；精馏塔塔顶设置用于析出精馏塔顶流出的N2 和O2中含有的少量CH4组分的塔顶冷凝器；B2.制冷工艺B21.混合制冷剂按体积百分比包括氮 35%，甲烷 30.65%，乙烯 16.81%，丙烷 3.8%，丁烷 8.17% 戊烷 5.57%；混合制冷剂经三级压缩机压缩至高压，绝对压力3.6～4.4MPa，冷却至常温，戊烷、丁烷和丙烷为液态，乙烯、甲烷和氮为气态；一次气液分离后，气态乙烯、甲烷和氮进入一级换热器冷却至 50℃，在3.6～4.4MPa条件下乙烯为液态，甲烷和氮为气态；二次气液分离后，气态甲烷和氮进入二级换热器冷却至 116℃后进入精馏塔底的再沸器，用于加热塔底液体，自身被冷却至 130℃后，进入三级换热器冷却至 180℃，经节流降压后温度降至 186℃，进入塔顶冷凝器冷却塔顶出口的N2 、O2和少量的CH4组分，后依次经过三级换热器、二级换热器和一级换热器被回收冷量至常温，并回流至制冷剂平衡罐，稳压后进入压缩机，循环使用；B22.一次气液分离后的液态戊烷、丁烷和丙烷进入一级换热器冷却，温度降至 50℃，经节流后压力降为0.2MPa后由一级换热器和二级换热器之间进入回流制冷剂回流；二次气液分离后的液态乙烯进入二级换热器冷却至约－143℃，经节流后压力降为0.2 MPa，后由二级换热器和三级换热器之间进入回流制冷剂回流。2.根据权利要求1所述的利用含氧煤层气制取液化天然气的方法，其特征在于压缩 净化工序包括以下步骤Al.将来自煤矿的低浓度含氧煤层原料气经混合式水冷、气液分离并压缩至绝对压力 0.44MPa ；A2.压缩后的气体降至常温，利用吸收塔脱除酸性气体，吸收塔内的吸收液为一乙醇 胺、二乙醇胺或甲基二乙醇胺水溶液。A3.脱除酸性气体的原料气进行冷却，温度为4 6°C，分离析出因冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡千庭，张武，王长元，任小坤，肖露，史红兵，姚成林，孙郁，黄克海，
申请(专利权)人：煤炭科学研究总院重庆研究院，中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]