一種含氧煤層氣分離甲烷的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含氧煤層氣分離甲烷的裝置，屬于含氧煤層氣處理技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括提餾塔、蒸發(fā)器、換熱器、節(jié)流閥和尾氣壓縮機(jī)；所述提餾塔與蒸發(fā)器共同完成含氧煤層氣中甲烷的分離；所述換熱器用于冷、熱物料之間的熱交換；所述節(jié)流閥用于物料節(jié)流降壓降溫；所述壓縮機(jī)用于物料的增壓。本裝置可以在較低的操作壓力下工作，流程簡(jiǎn)單、安全性好，冷量使用合理，操作簡(jiǎn)便，對(duì)工況的適應(yīng)性強(qiáng)，甲烷回收率高。
【專利說(shuō)明】
一種含氧煤層氣分離甲烷的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于含氧煤層氣處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含氧煤層氣分離甲烷的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣屬于煤礦生產(chǎn)中的伴生氣，特別是煤礦開(kāi)采的同時(shí)需要在礦道內(nèi)抽采煤層氣確保煤炭開(kāi)采的安全，這種方式抽采得到的煤層氣甲烷含量低，通常體積分?jǐn)?shù)在20%以上，其余成分主要是空氣。由于空氣含量較高，特別是其中含氧，這類煤層氣處理起來(lái)有危險(xiǎn)性或經(jīng)濟(jì)性不高，所以長(zhǎng)期以來(lái)的做法是將這種含氧煤層氣燃燒或直接排放，造成能源浪費(fèi)與污染。
[0003]從含氧煤層氣中分離回收甲烷對(duì)擴(kuò)展和提高煤層氣的使用價(jià)值和煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。目前所公開(kāi)的用于含氧煤層氣分離甲烷的裝置大都設(shè)置了專門(mén)的脫氧系統(tǒng)或制冷系統(tǒng)及制冷劑儲(chǔ)存充裝系統(tǒng)，流程復(fù)雜，換熱設(shè)備多，設(shè)備數(shù)量多，處理能耗高，同時(shí)都要求煤層氣具有一定的壓力才能實(shí)現(xiàn)較好的分離，但對(duì)于含氧煤層氣而言壓力越低越安全，所以上述裝置在經(jīng)濟(jì)性和安全性上都存在一定的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種含氧煤層氣分離甲烷的裝置，該裝置可在含氧煤層氣低壓狀態(tài)下運(yùn)行，安全性好，分離時(shí)最低壓力可低至50kPaG，遠(yuǎn)低于目前其他裝置要求的0.3MPaG以上的操作壓力。在含氧煤層氣甲烷體積分?jǐn)?shù)20%的情況下，處理能耗低于每標(biāo)方甲烷產(chǎn)品0.9KWh，若甲烷體積分?jǐn)?shù)提高則能耗下降。該裝置不用專設(shè)脫氧系統(tǒng)，不用設(shè)專門(mén)的制冷系統(tǒng)，所需冷量?jī)H由含氧煤層氣分離后的甲烷和尾氣提供，采用提餾塔實(shí)現(xiàn)含氧煤層氣中甲烷的分離，甲烷回收率高，甲烷產(chǎn)品純度高，是一種安全經(jīng)濟(jì)的含氧煤層氣分離甲烷的裝置。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]—種含氧煤層氣分離甲烷的裝置，該裝置包括提餾塔、蒸發(fā)器、換熱器、節(jié)流閥和尾氣壓縮機(jī);所述提餾塔與蒸發(fā)器共同完成含氧煤層氣中甲烷的分離;所述換熱器用于冷、熱物料之間的熱交換;所述節(jié)流閥用于物料節(jié)流降壓降溫;所述壓縮機(jī)用于物料的增壓；
[0007]所述換熱器與蒸發(fā)器相連，含氧煤層氣從換熱器流出后進(jìn)入蒸發(fā)器;所述蒸發(fā)器放置于提餾塔底部被提餾塔底部的液體浸泡，并與提餾塔中部連接，含氧煤層氣從蒸發(fā)器流出后進(jìn)入提餾塔中部;所述提餾塔底部與換熱器相連，提餾塔底部流出的液體甲烷節(jié)流降壓降溫后進(jìn)入換熱器復(fù)熱變?yōu)闅怏w甲烷產(chǎn)品；所述提餾塔頂部與換熱器相連，提餾塔頂部流出的尾氣進(jìn)入換熱器復(fù)熱；所述換熱器還與所述尾氣壓縮機(jī)相連，流出換熱器的尾氣一部分放空排放;一部分進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)增壓，增壓后的尾氣進(jìn)入換熱器冷卻;所述換熱器還與提餾塔上部相連，增壓冷卻后的尾氣節(jié)流降壓降溫直接進(jìn)入提餾塔上部。
[0008]進(jìn)一步，進(jìn)入該裝置的含氧煤層氣壓力高于50kPaG，溫度小于50°C，其中甲烷體積分?jǐn)?shù)大于20%，汞體積分?jǐn)?shù)小于0.lumg/m3，硫化氫體積分?jǐn)?shù)小于lppm，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)小于50ppm，水體積分?jǐn)?shù)小于I ppm。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明可在含氧煤層氣低壓狀態(tài)下運(yùn)行，安全性好，分離時(shí)最低壓力可低至50kPaG，遠(yuǎn)低于目前其他裝置要求的0.3MPaG以上的操作壓力。在含氧煤層氣甲烷體積分?jǐn)?shù)20%的情況下，處理能耗低于每標(biāo)方甲烷產(chǎn)品0.9KWh，若甲烷體積分?jǐn)?shù)提高則能耗下降。該裝置不用專設(shè)脫氧系統(tǒng)，不用設(shè)專門(mén)的制冷系統(tǒng)，所需冷量?jī)H由含氧煤層氣分離后的甲烷和尾氣提供，采用提餾塔實(shí)現(xiàn)含氧煤層氣中甲烷的分離，甲烷回收率高，甲烷產(chǎn)品純度高，是一種安全經(jīng)濟(jì)的含氧煤層氣分離甲烷的裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0010]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明:
[0011]圖1為本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]其中:1、換熱器;2、蒸發(fā)器;3、提餾塔;4、尾氣壓縮機(jī);5、尾氣節(jié)流閥；6、甲烷節(jié)流閥。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0014]圖1為本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，裝置包括提餾塔、蒸發(fā)器、換熱器、節(jié)流閥、尾氣壓縮機(jī)共5種主要設(shè)備。提餾塔與蒸發(fā)器共同完成含氧煤層氣中甲烷的分離;換熱器用于冷、熱物料之間的熱交換;節(jié)流閥用于物料節(jié)流降壓降溫;壓縮機(jī)用于物料的增壓。
[0015]所述的換熱器與蒸發(fā)器直接相連，含氧煤層氣進(jìn)入換熱器被冷卻后直接進(jìn)入蒸發(fā)器。
[0016]所述的蒸發(fā)器與提餾塔中部直接相連，含氧煤層氣進(jìn)入蒸發(fā)器被冷卻后直接進(jìn)入提餾塔中部;其中蒸發(fā)器放置于提餾塔底部被提餾塔底部的液體浸泡。
[0017]所述的提餾塔底部與換熱器相連，提餾塔底部流出的液體甲烷節(jié)流降壓降溫后進(jìn)入換熱器復(fù)熱變?yōu)闅怏w甲烷產(chǎn)品。
[0018]所述的提餾塔頂部與換熱器相連，提餾塔頂部流出的尾氣進(jìn)入換熱器復(fù)熱。
[0019]所述的換熱器與尾氣壓縮機(jī)相連，流出換熱器的尾氣一部分放空排放;一部分進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)增壓，增壓后的尾氣進(jìn)入換熱器冷卻。
[0020]所述的換熱器與提餾塔上部相連，增壓冷卻后的尾氣節(jié)流降壓降溫直接進(jìn)入提餾塔上部，尤其是尾氣進(jìn)入提餾塔的位置高于含氧煤層氣進(jìn)入提餾塔的位置。
[0021]最終從本裝置得到的甲烷中甲烷體積分?jǐn)?shù)大于99.5%，排放的尾氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)小于0.5%。每得到I標(biāo)方甲烷的能耗小于0.9KWh。
[0022]實(shí)施例:
[0023]在本實(shí)施例中，以甲烷體積分?jǐn)?shù)35%，氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)52.5%，氧氣體積分?jǐn)?shù)約
11.5%，其余組分為汞、硫化氫、二氧化碳、水的含氧煤層氣為例進(jìn)行說(shuō)明。圖1中給出了裝置的具體實(shí)施過(guò)程和設(shè)備示意圖。
[0024]含氧煤層氣進(jìn)入本裝置之前溫度為40°C，壓力50kPaG，首先進(jìn)入換熱器I被冷卻到-120°C，然后進(jìn)入蒸發(fā)器2進(jìn)一步被冷卻到-150°C，然后從中部進(jìn)入提餾塔3。
[0025]含氧煤層氣在提餾塔3內(nèi)經(jīng)過(guò)物質(zhì)和能量的交換，其中的甲烷被分離出來(lái)并以液體的形式聚集在提餾塔3底部。同時(shí)蒸發(fā)器2浸泡在提餾塔3底部的液體中，利用進(jìn)入蒸發(fā)器2的含氧煤層氣對(duì)提餾塔3底部的液體進(jìn)行加熱，使其中的非甲烷組分蒸發(fā)以得到甲烷體積分?jǐn)?shù)大于99.5%的液體甲烷。
[0026]提餾塔3底部的液體甲烷通過(guò)甲烷節(jié)流閥6節(jié)流減壓到20kPaG，然后進(jìn)入換熱器I復(fù)熱到35°C，變?yōu)闅怏w甲烷作為產(chǎn)品輸出。
[0027]含氧煤層氣在提餾塔3內(nèi)經(jīng)過(guò)物質(zhì)和能量的交換，其中的非甲烷組分即尾氣被分離出來(lái)，并從提餾塔3頂部流出進(jìn)入換熱器I復(fù)熱到35°C。復(fù)熱后的尾氣一部分直接放空，一部分進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)4被增壓到3.1MPaG，然后進(jìn)入換熱器I被冷卻到-170°C后通過(guò)尾氣節(jié)流閥5節(jié)流降壓到60kPaG，并進(jìn)入提餾塔3上部。
[0028]本實(shí)施例中，每得到I標(biāo)方甲烷產(chǎn)品的處理能耗為0.5KWh。
[0029]在本裝置中，含氧煤層氣直接進(jìn)入本裝置就可得到氣體甲烷產(chǎn)品，同時(shí)排放分離甲烷后得到的尾氣。用于冷卻含氧煤層氣和尾氣的冷量由節(jié)流降壓后的液體甲烷以及提餾塔3頂部流出的尾氣提供，不用設(shè)置專門(mén)的脫氧系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。
[0030]最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含氧煤層氣分離甲烷的裝置，其特征在于:該裝置包括提餾塔、蒸發(fā)器、換熱器、節(jié)流閥和尾氣壓縮機(jī);所述提餾塔與蒸發(fā)器共同完成含氧煤層氣中甲烷的分離;所述換熱器用于冷、熱物料之間的熱交換;所述節(jié)流閥用于物料節(jié)流降壓降溫;所述壓縮機(jī)用于物料的增壓； 所述換熱器與蒸發(fā)器相連，含氧煤層氣從換熱器流出后進(jìn)入蒸發(fā)器;所述蒸發(fā)器放置于提餾塔底部被提餾塔底部的液體浸泡，并與提餾塔中部連接，含氧煤層氣從蒸發(fā)器流出后進(jìn)入提餾塔中部;所述提餾塔底部與換熱器相連，提餾塔底部流出的液體甲烷節(jié)流降壓降溫后進(jìn)入換熱器復(fù)熱變?yōu)闅怏w甲烷產(chǎn)品；所述提餾塔頂部與換熱器相連，提餾塔頂部流出的尾氣進(jìn)入換熱器復(fù)熱；所述換熱器還與所述尾氣壓縮機(jī)相連，流出換熱器的尾氣一部分放空排放;一部分進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)增壓，增壓后的尾氣進(jìn)入換熱器冷卻;所述換熱器還與提餾塔上部相連，增壓冷卻后的尾氣節(jié)流降壓降溫直接進(jìn)入提餾塔上部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含氧煤層氣分離甲烷的裝置，其特征在于:進(jìn)入該裝置的含氧煤層氣壓力高于50kPaG，溫度小于50°C，其中甲烷體積分?jǐn)?shù)大于20%，汞體積分?jǐn)?shù)小于.0.lumg/m3，硫化氫體積分?jǐn)?shù)小于Ippm，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)小于50ppm，水體積分?jǐn)?shù)小于Ippm0
【文檔編號(hào)】F25J3/02GK105890282SQ201610288308
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】朱菁, 陳金華, 蔡安寧, 姚成林, 肖正, 付耀國(guó), 王瑜
【申請(qǐng)人】中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司