低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取lng裝置的製作方法
2023-04-27 19:32:26
專利名稱：低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取lng裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於通過加壓和冷卻處理使氣體或氣體混合物進行液化、固化或分離的技術領域，具體的為一種低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置。
背景技術：
含氧煤層氣是煤礦在開採過程中為防止瓦斯爆炸和突出，保證煤礦安全生產而抽排出的初級副產品，其主要成分為甲烷，從其成分含量上可以看出，煤層氣是較為重要的能源和化工原料。但是由於其成分較為複雜，特別是在煤層氣中含有氧，是非常危險的助燃助爆劑，制約了含氧煤層氣的綜合利用，實踐中，為了節約成本，煤層氣普遍在採煤過程中排入大氣，造成資源的極度浪費和對環境造成汙染。隨著技術的發展，目前在低濃度煤層氣提純製取天然氣的領域中，出現了多種含氧煤層氣的液化技術。公開號為CN101922850A和CN101929788A的中國專利分別公開了一種利用含氧煤層氣製取液化天然氣的方法和利用含氧煤層氣製取液化天然氣的裝置，該方法和裝置採用混合冷劑自復疊製冷循環，將淨化後的原料氣液化並分離，得到LNG產品。另夕卜，公開號為CN1952569的中國專利申請公開了一種含空氣煤層氣的液化工藝，其冷量由氣體膨脹產生。在現有的採用煤層氣製取天然氣的工藝方法中，原料氣在處理過程中需要經歷壓縮、淨化(脫酸、脫水)、液化和分離等工序，才能提純出甲烷，製成天然氣產品，現有的工藝方法雖然在一定程度上能夠滿足利用煤層氣提純製取天然氣的要求，但是還存在如下問題:現有的採用煤層氣提純製取天然氣工藝均需對原料氣(低濃度含氧煤層氣)進行壓縮，否則，如果原料氣壓力過低，會影響淨化效果，並使得低溫段需要更低的溫度，能耗增加；壓縮後的原料氣壓力一般約0.5MPa，因此僅能處理甲烷含量30%以上的含氧煤層氣，而國內煤礦普遍存在煤層透氣性差的問題，導致在煤層氣的抽採時滲入大量空氣，大大降低原料氣甲烷的含量。據統計，國內(尤其在南方)礦井甲烷含量30%以下的煤層氣的抽採量遠大於甲烷含量30%以上的抽採量。如果煤層氣甲烷含量低於25%，在壓縮至0.5MPa的過程中，爆炸風險大大增加，因此目前的低濃度煤層氣深冷液化濃縮具有一定的局限性。有鑑於此，本發明旨在探索一種低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，該低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置能夠適用於甲烷含量低於30%的煤層氣。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提出一種低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，該低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置能夠適用於甲烷含量低於30%的煤層氣。要實現上述技術目的，本發明的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，包括壓縮淨化系統和液化分離系統，還包括沿煤層氣流向設置在所述壓縮淨化系統前的煤層氣富集系統；所述煤層氣富集系統沿煤層氣流向依次包括鼓風機、冷卻裝置和變壓吸附裝置，所述變壓吸附裝置包括並列設置的至少四個吸附塔、用於向吸附塔進氣的進氣管、用於對吸附塔抽取真空的真空管、用於吸附塔降壓的放空管和用於吸附塔升壓的升壓管，所述真空管上設有用於抽真空的真空泵，所述升壓管的排氣口上設有密閉閥門，任意所述吸附塔的底部接口與所述進氣管和真空管之間分別通過閥門相連，任意所述吸附塔的頂部接口與所述放空管和升壓管之間分別通過閥門相連，所述吸附塔內設有用於吸附煤層氣中的甲烷組分的吸附劑；所述真空管的另一端與所述壓縮淨化系統相連。進一步，所述進氣管上設有緩衝罐I，所述真空管上設有位於真空泵後的緩衝罐II，所述緩衝罐II的底部設有排汙口，頂部設有與所述壓縮淨化系統相連的煤層氣出氣□。進一步，還包括沿煤層氣流向設置在所述煤層氣富集系統前的主動抑爆裝置，所述主動抑爆裝置沿煤層氣流向依次包括自動阻爆閥門、自動噴粉抑爆裝置和水封阻火洩爆
裝直。進一步，還包括抑爆控制裝置，所述抑爆控制裝置包括控制器，以及分別設置在煤層氣富集系統、壓縮淨化系統、液化分離系統內的火焰監測器和壓力傳感器，所述控制器與所述自動阻爆閥門、自動噴粉抑爆裝置和水封阻火洩爆裝置相連。進一步，所述壓縮淨化系統沿煤層氣流向依次包括用於對煤層氣加壓的壓縮機、用於脫除煤層氣中 的酸性氣體的脫碳系統和用於脫除煤層氣中的水及殘餘酸性氣體的吸附淨化系統，所述壓縮機的煤層氣入口與所述真空管相連，所述吸附淨化系統的煤層氣出口與所述液化分尚系統相連。進一步，所述液化分離系統包括液化分離裝置和用於向液化分離裝置提供冷量的製冷循環裝置，所述液化分離裝置的煤層氣入口和煤層氣出口分別與所述吸附淨化系統的煤層氣出口和天然氣存儲罐相連。進一步，所述冷卻裝置為水冷器。本發明的有益效果在於:本發明的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，通過設置煤層氣富集系統，並在吸附塔內設置吸附劑，能夠吸附煤層氣中的甲烷組分和部分空氣，待吸附塔吸附飽和後進行切換再生，再生時由真空泵進行抽真空，使被吸附的甲烷氣體脫附，能夠將甲烷含量不足30%的煤層氣中的甲烷含量濃縮至30%以上，再利用壓縮淨化系統和液化分離系統對煤層氣進行壓縮、淨化和液化分離，能夠最終製取得到天然氣產品，擴寬了煤層氣利用範圍，且通過將變壓吸附裝置設置為至少四個吸附塔，通過各個吸附塔的協同工作，能夠保證煤層氣的供應和處理均能夠處於連續狀態，能夠提高處理能力。
為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:圖1為本發明低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置實施例的結構示意圖；圖2為變壓吸附系統和主動抑爆裝置的結構示意圖；圖3為變壓吸附裝置的結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。如圖1所示，為本發明低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置實施例的結構示意圖。本實施例的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，包括壓縮淨化系統、液化分離系統和沿煤層氣流向設置在壓縮淨化系統前的煤層氣富集系統21。如圖2所示，煤層氣富集系統21沿煤層氣流向依次包括鼓風機1、冷卻裝置2和變壓吸附裝置3，如圖3所示，變壓吸附裝置3包括並列設置的至少四個吸附塔4、用於向吸附塔4進氣的進氣管5、用於對吸附塔4抽取真空的真空管6、用於吸附塔4降壓的放空管7和用於吸附塔4升壓的升壓管8，真空管6上設有用於抽真空的真空泵9，升壓管8的排氣口上設有密閉閥門V17，任意吸附塔4的底部接口與進氣管5和真空管6之間分別通過閥門相連，任意吸附塔4的頂部接口與放空管7和升壓管8之間分別通過閥門相連，吸附塔4內設有用於吸附煤層氣中的甲烷組分的吸附劑。真空管6的另一端與壓縮淨化系統相連，本實施例的冷卻裝置2為水冷器，能夠滿足煤層氣的冷卻要求。本實施例的變壓吸附裝置3包括並列設置的四個吸附塔4，四個吸附塔4分別為A塔、B塔、C塔和D塔，四個吸附塔4的底部接口與進氣管5之間分別通過閥門V1、閥門V2、閥門V3和閥門V4相連；四個吸附塔4的底部接口與真空管6之間分別通過閥門V5、閥門\、閥門V7和閥門V8相連；四個吸附塔4的頂部接口與升壓管8之間分別通過閥門V9、閥門\0、閥門V11和閥門V12相連；四個吸附塔4的頂部接口與放空管7之間分別通過閥門V13、閥門V14、閥門V15和閥門V16相連。採用該結構的變壓吸附裝置3，通過4個吸附塔4的協同工作，能夠保證煤層氣的供應和處理均能夠處於連續狀態，且在煤層氣的供應和處理過程中，每一個吸附塔4分別經歷吸附、均降壓、真空解析、等待和均升壓四個工況，如表I所示，為變壓吸附裝置3中各個閥門的工作狀態時序表:表I變壓吸附裝置中各個閥門的工作狀態時序表
權利要求
1.一種低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，包括壓縮淨化系統和液化分離系統，其特徵在於:還包括沿煤層氣流向設置在所述壓縮淨化系統前的煤層氣富集系統； 所述煤層氣富集系統沿煤層氣流向依次包括鼓風機、冷卻裝置和變壓吸附裝置，所述變壓吸附裝置包括並列設置的至少四個吸附塔、用於向吸附塔進氣的進氣管、用於對吸附塔抽取真空的真空管、用於吸附塔降壓的放空管和用於吸附塔升壓的升壓管，所述真空管上設有用於抽真空的真空泵，所述升壓管的排氣口上設有密閉閥門，任意所述吸附塔的底部接口與所述進氣管和真空管之間分別通過閥門相連，任意所述吸附塔的頂部接口與所述放空管和升壓管之間分別通過閥門相連，所述吸附塔內設有用於吸附煤層氣中的甲烷組分的吸附劑；所述真空管的另一端與所述壓縮淨化系統相連。
2.根據權利要求1所述的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，其特徵在於:所述進氣管上設有緩衝罐I，所述真空管上設有位於真空泵後的緩衝罐II，所述緩衝罐II的底部設有排汙口，頂部設有與所述壓縮淨化系統相連的煤層氣出氣口。
3.根據權利要求1所述的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，其特徵在於:還包括沿煤層氣流向設置在所述煤層氣富集系統前的主動抑爆裝置，所述主動抑爆裝置沿煤層氣流向依次包括自動阻爆閥門、自動噴粉抑爆裝置和水封阻火洩爆裝置。
4.根據權利要求3所述的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，其特徵在於:還包括抑爆控制裝置，所述抑爆控制裝置包括控制器，以及分別設置在煤層氣富集系統、壓縮淨化系統、液化分離系統內的火焰監測器和壓力傳感器，所述控制器與所述自動阻爆閥門、自動噴粉抑爆裝置和水封阻火洩爆裝置相連。
5.根據權利要求1-4任一項所述的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，其特徵在於:所述壓縮淨化系統沿煤層氣流向依次包括用於對煤層氣加壓的壓縮機、用於脫除煤層氣中的酸性氣體的脫碳系統和用於脫除煤層氣中的水及殘餘酸性氣體的吸附淨化系統，所述壓縮機的煤層氣入口與所述真空管相連，所述吸附淨化系統的煤層氣出口與所述液化分尚系統相連。
6.根據權利要求5所述的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，其特徵在於:所述液化分離系統包括液化分離裝置和用於向液化分離裝置提供冷量的製冷循環裝置，所述液化分離裝置的煤層氣入口和煤層氣出口分別與所述吸附淨化系統的煤層氣出口和天然氣存儲罐相連。
7.根據權利要求1所述的低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，其特徵在於:所述冷卻裝置為水冷器。
全文摘要
本發明公開了一種低濃度煤層氣變壓吸附加深冷液化提純製取LNG裝置，包括壓縮淨化系統、液化分離系統和煤層氣富集系統；煤層氣富集系統包括鼓風機、冷卻裝置和變壓吸附裝置，變壓吸附裝置包括並列設置的至少四個吸附塔、用於向吸附塔進氣的進氣管、用於對吸附塔抽取真空的真空管、用於吸附塔降壓的放空管和用於吸附塔升壓的升壓管，所述真空管上設有用於抽真空的真空泵，所述升壓管的排氣口上設有密閉閥門，任意所述吸附塔的底部接口與所述進氣管和真空管之間分別通過閥門相連，任意所述吸附塔的頂部接口與所述放空管和升壓管之間分別通過閥門相連，所述吸附塔內設有用於吸附煤層氣中的甲烷組分的吸附劑。能夠適用於甲烷含量低於30%的煤層氣。
文檔編號F25J3/08GK103148678SQ20131005867
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月25日 優先權日2013年2月25日
發明者胡千庭, 肖露, 姚成林, 甘海龍, 蘭祥雲, 汪剛 申請人:中煤科工集團重慶研究院