矿井瓦斯气的低温分离设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种矿井瓦斯气低温分离设备，包括压缩净化设备、制冷设备、分离设备和辅助设备；所述分离设备包括有依次相连的换热器和一个分馏塔，压缩净化设备的原料气输出管路与分离设备中的换热器的原料气输入通道连接，制冷设备的制冷管路与分离设备的换热器的制冷通道连接，所述分离设备的换热器的原料气输出管道与位于分馏塔中部的原料气输入口相连；分馏塔顶部具有冷凝器，同时其顶部还设有气体管路将低温空气引回到换热器中；分馏塔底部具有蒸发器，同时底部设有液体管路将液态天然气依次引回到换热器中。本实用新型专利技术的设备仅需要一个分馏塔，而不需要建昂贵的液化天然气储槽，结构简单，能耗较少，成本较低，有利于推广。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种气体分离设备，特别涉及一种矿井瓦斯气的低温分离设备。
技术介绍
采煤过程中抽放的煤层气即矿井瓦斯气，因为压力低，甲烷含量低，其中混有空气，给 这种气体的加工和运输带来了困难，通常都是把它排放到大气中。这不但造成了严重的大气 污染，也造成很大的资源浪费。如果把这种瓦斯气中的煤层气(主要是甲烷)和空气分离出 来，这就会使运输和利用都变得很方便。常规的分离方法有吸收法、吸附法、薄膜渗透法和低温精馏法等。前面几种方法，分离 的纯度很难达到要求，有的回收率低，有的还需要加热，混有空气的瓦斯气在高温下易爆炸 ，存在安全隐患，因此没有能够得到应用。美国BCCK工程公司技术了一种工艺，是先将 混有空气的矿井瓦斯气压縮，然后用接触氧化法把其中的氧气脱除，然后脱除硫化氢和二氧 化碳，再脱除水分，最后再用节流制冷分离的方法把氮气脱除。这种工艺设备比较复杂。于 2007年10月提出的内容为空气回热式矿井瓦斯气分离液化方法及设备中国专利申请中， 描述了一种低温分离液化工艺(申请号为200720178398.3)，这种工艺及设备比美国BCCK 的工艺要简单，而且能直接生产出液体的甲烷。但是，由于其工艺生产的是液体天然气产品 ，因此适合于远距离输送，而对于近距离、只需要气态天然气产品的场合，就不适用。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种矿井瓦斯气的低温分离设备，通过采用分离 出的液体甲烷并使其返回到热交换器回收冷量，从而能够显著地降低能耗，并生产出便于使 用的气体天然气产品。本技术解决上述技术问题的技术方案如下包括压縮净化设备、制冷设备、分离设 备和辅助设备；所述分离设备包括有依次相连的换热器和一个分馏塔，压縮净化设备的原料 气输出管路与分离设备中的换热器的原料气输入通道连接，制冷设备的制冷管路与分离设备 的换热器的制冷通道连接，所述分离设备的换热器的原料气输出管道与位于分馏塔中部的原 料气输入口相连；分馏塔顶部具有冷凝器，同时其顶部还设有气体管路将低温空气引回到换热器中；分馏塔底部具有蒸发器，同时底部设有液体管路将液态天然气依次引回到换热器中 ，再连接到气态天然气输出管道。所述辅助设备可以是制氮设备。制氮设备可以为变压吸附制氮机或空气分离制氮机，制 氮机的氮气输出管线与净化设备的再生管路、还有氮气制冷系统的氮气管路相连接。辅助设 备还可以有天然气压縮机，天然气压縮机的进气管道与液化分离设备中换热器的天然气出气 管相连接。本技术的有益效果是仅需要一个分馏塔，而不需要建昂贵的液化天然气储槽，就 可以生产出气体天然气产品，气体产品使用方便，具有单位能耗低、成本低的优点，尤其适 合近距离利用煤矿瓦斯气的场合。进一步，所述分馏塔顶部的气体管路将低温空气引回到换热器后，再连接到膨胀机，然 后再连接到换热器。进-一止 少，输入到分馏塔中部的原料气输入口的原料气的温度在摄氏负82.5度以下。进-一止 少，换热器的原料气输出管路先连接一个减压阀，然后再连接到分馏塔中部的输入进-一止 少，分馏塔底部的液体输出管路先连接一个减压阀，然后再连接到换热器。进-一止 少，所述分馏塔的蒸发器加热管路与换热器的制冷介质管路相连通。进-一止 少，所述分馏塔的冷凝器制冷管路与换热器的制冷介质管路相连通。进-一止 少，所述分馏塔的蒸发器加热管路与原料气管路相连通。进-一止 少，所述制冷设备为气体膨胀制冷设备或混合制冷剂制冷设备。进-一止 少，所述压縮净化设备中的净化设备是分子筛吸附净化器，或者是由胺吸收塔与再生塔组成的净化系统。进一步，所述辅助设备是制氮设备。进一步，所述辅助设备是天然气压縮机，其天然气的入口管道与换热器的天然气出口管 道相连接。本技术的矿井瓦斯气的低温分离设备，利用了我国丰富的煤矿瓦斯气资源，将甲烷 含量低的瓦斯气提纯为纯天然气，并且采用回收利用液体冷量的方法，降低了能耗，减少了 成本，生产出的气体天然气更有利于近距离运输和使用。附图说明图l为本技术矿井瓦斯气低温分离设备的结构示意图；图2为本技术矿井瓦斯气低温分离设备中压縮净化设备的结构示意图3为本技术矿井瓦斯气低温分离设备中制冷设备和分离设备第一实施例的结构示 意图4为本技术矿井瓦斯气低温分离设备中制冷设备和分离设备第二实施例的结构示 意图5为本技术矿井瓦斯气低温分离设备中分馏塔的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本技术， 并非用于限定本技术的范围。图l为本技术矿井瓦斯气低温分离设备的结构示意图。如图1所示，包括压縮净化设 备、制冷设备、分离设备和辅助设备；所述分离设备包括有依次相连的换热器和一个分馏塔 ，压縮净化设备的原料气输出管路与分离设备中的换热器的原料气输入通道连接，制冷设备 的制冷管路与分离设备的换热器的制冷通道连接，所述分离设备的换热器的原料气输出管道 与位于分馏塔中部的原料气输入口相连；分馏塔顶部具有冷凝器，同时其顶部还设有气体管 路将低温空气引回到换热器中；分馏塔底部具有蒸发器，同时底部设有液体管路将液态天然 气依次引回到换热器中，再连接到气态天然气输出管道。在本技术中将矿井瓦斯原料气压縮净化，除去原料气中的杂质，得到压縮净化的矿 井瓦斯气；将压縮净化后的矿井瓦斯气通入换热器，使其温度冷却到摄氏负82.5度以下；将 冷却后的矿井瓦斯气通入一个分馏塔的中部，经分馏塔底部的蒸发器的蒸发和顶部冷凝器的 冷凝、塔内的气体与液体进行充分的质、热交换，在分馏塔顶部得到高纯度的低温空气，分 馏塔底部得到高纯度的液态天然气；将从分馏塔底部分离出的液态天然气弓1入换热器中作为 制冷气回收冷量，即得到气态天然气，同时，将从分馏塔顶部分离出的低温空气也引入换热 器中回收冷量。图2为本技术矿井瓦斯气低温分离设备压縮净化设备的结构示意图。如图2所示，该 压縮净化设备包括过滤器l、气液分离器2、压縮机3、冷却器4、气液分离器5、分子筛净化 设备组。所述分子筛净化设备组包括第一台分子筛干燥机6和第二台分子筛干燥机7，当第一 台分子筛干燥机6工作时，第二台分子筛干燥机7加热再生、冷却备用，每12小时切换一次。 该分子筛干燥机主要用来脱除水和二氧化碳。所述分子筛净化设备组还连接有过滤器8和加 热器9。另外，还有一台变压吸附制氮机10提供氮气，用于置换压縮净化设备中的气体。这种分子筛净化设备是常规技术，这里不再详细说明。在本技术中自排放管道来的矿井瓦斯气原料气首先经过滤器l除去灰尘；除尘后的 矿井瓦斯气进入气液分离器2气液分离后，气体进入压縮机3压縮；压縮后经冷却器4冷却， 然后经气液分离器5去除游离水；矿井瓦斯气先进入第一台分子筛干燥机6，脱出水和二氧化 碳，变压吸附制氮机10提供的氮气后，再进入第二台分子筛干燥机7，置换其中的瓦斯气， 然后用流程中产生的洁净空气经加热器9加热至24(TC-25(rC，用于第二台分子筛干燥机7的 再生；加热再生完成后，将洁净空气不经过加热，直接输入第二台分子筛干燥机7，冷却分 子筛，降低第二台分子筛干燥机7的温度，然后再用氮气置换第二台分子筛干燥机7中的空气 ，备用；经分子筛干燥机脱除水和二氧化碳的原料气再经过滤器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井瓦斯气低温分离设备，包括压缩净化设备、制冷设备、分离设备和辅助设备；　所述分离设备包括有依次相连的换热器和一个分馏塔，压缩净化设备的原料气输出管路与分离设备中的换热器的原料气输入通道连接，制冷设备的制冷管路与分离设备的换热器的 制冷通道连接，所述分离设备的换热器的原料气输出管道与位于分馏塔中部的原料气输入口相连；　分馏塔顶部具有冷凝器，同时其顶部还设有气体管路将低温空气引回到换热器中；分馏塔底部具有蒸发器，同时底部设有液体管路将液态天然气依次引回到换热器中， 再连接到气态天然气输出管道。

【技术特征摘要】
1.一种矿井瓦斯气低温分离设备，包括压缩净化设备、制冷设备、分离设备和辅助设备；所述分离设备包括有依次相连的换热器和一个分馏塔，压缩净化设备的原料气输出管路与分离设备中的换热器的原料气输入通道连接，制冷设备的制冷管路与分离设备的换热器的制冷通道连接，所述分离设备的换热器的原料气输出管道与位于分馏塔中部的原料气输入口相连；分馏塔顶部具有冷凝器，同时其顶部还设有气体管路将低温空气引回到换热器中；分馏塔底部具有蒸发器，同时底部设有液体管路将液态天然气依次引回到换热器中，再连接到气态天然气输出管道。2.根据权利要求l所述的矿井瓦斯气低温分离设备，其特征在于所 述分馏塔顶部的气体管路将低温空气引回到换热器后，再连接到膨胀机，然后再连接到换热器。3.根据权利要求l所述的矿井瓦斯气低温分离设备，其特征在于输 入到分馏塔中部的原料气输入口的原料气的温度在摄氏负82.5度以下。4.根据权利要求l所述的矿井瓦斯气低温分离设备，其特征在于换热器的原料气输出管路先连接一个减压阀，然后再连接到分馏塔中部的输入口。5.根据权利要求l所述的矿井瓦斯气低温分离设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨克剑，
申请(专利权)人：北京国能时代能源科技发展有限公司，杨克剑，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]