專利名稱：含氧煤層氣液化分離裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用液化原理進行分離的裝置，尤其涉及一種含氧煤層氣液化分
罔裝直O(jiān)
背景技術：
含氧煤層氣是煤礦在開采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。但是由于其成分較為復雜，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(jié)約成本，煤層氣普遍在采煤過程中排 入大氣，造成資源的極度浪費和對環(huán)境造成污染。隨著科學技術的發(fā)展，出現了多種含氧煤層氣的液化技術。其中， ZL200610103425. 0的專利公開了低溫精餾法應用于含氧煤層氣的分離和液化，具有分離純 度高，裝置結構簡單的優(yōu)點。但是，該制冷工藝采用混合制冷或者膨脹制冷等常規(guī)的制冷方式，結構復雜，透平 膨脹集等輔助機械，制冷效率較低，降低了分離和液化裝置的處理能力。因此，需要對現有的含氧煤層氣的液化裝置進行改進，改變現有的制冷流程，充分 并合理的利用工藝過程中的冷量回收過程，提高制冷效率，從而相對提高裝置的處理能力， 對于單井產量不高的煤層氣而言，可節(jié)約生產成本。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種含氧煤層氣液化分離裝置，改變現有的制冷流程，充 分并合理的利用工藝過程中的冷量回收過程，提高制冷效率，從而相對提高裝置的處理能 力，對于單井產量不高的煤層氣而言，可節(jié)約生產成本。本發(fā)明的一種含氧煤層氣液化分離裝置，包括主流程系統和制冷系統；
所述主流程系統包括依次串接的一級換熱器、二級換熱器、三級換熱器和精餾塔，一級 換熱器設置有凈化后含氧煤層氣入口，位于精餾塔塔頂設置連通于精餾塔頂氮氧氣出口的 塔頂冷凝器，所述精餾塔塔內位于塔底設置再沸器，精餾塔塔底設置冷凝液出口 ；
制冷系統包括混合制冷劑平衡罐、制冷劑壓縮機、制冷劑冷卻器、制冷劑一次氣液分離 器和制冷劑二次氣液分離器，制冷劑壓縮機入口連通于制冷劑平衡罐，制冷機壓縮機出口 通過制冷劑冷卻器連通于制冷劑一次氣液分離器，制冷劑一次氣液分離器氣體出口通過一 級換熱器連通于二次氣液分離器，二次氣液分離器氣體出口依次經過二級換熱器、再沸器、 三級換熱器和一節(jié)流閥III連通于塔頂冷凝器，塔頂冷凝器制冷劑出口依次經過三級換熱 器、二級換熱器和一級換熱器連通于混合制冷劑平衡罐使制冷劑回流循環(huán)使用；
混合制冷劑平衡罐內混合制冷劑按質量百分比包括氮35%，甲烷30. 65%，乙烯 16. 81%，丙烷 3.8%，丁烷 8. 17% 戊烷 5.57%;
一次氣液分離器的液體出口依次經過一級換熱器和一節(jié)流閥I位于一級換熱器和二
3級換熱器之間連通于回流制冷劑；二次氣液分離器的液體出口依次經過二級換熱器和一節(jié) 流閥II位于二級換熱器和三級換熱器之間連通于回流制冷劑；
所述一級冷卻器、二級冷卻器、三級冷卻器、再沸器和塔頂冷凝器均為按照介質種類設 置流道的間壁式結構。進一步，精餾塔塔頂氮氧氣出口經過塔頂冷凝器連通于塔頂氣液分離器，塔頂氣 液分離器氮氧氣出口依次經過一成品冷卻器、三級換熱器、二級換熱器和一級換熱器將氮 氧氣輸出；塔頂氣液分離器液體出口連通于精餾塔；所述精餾塔塔底的冷凝液出口連通于 成品冷卻器；所述成品冷卻器為間壁式結構；
進一步，在主流程系統中，三級換熱器和精餾塔之間設置節(jié)流閥IV ； 進一步，所述制冷機壓縮機為三級壓縮。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明結構的含氧煤層氣液化分離裝置，制冷裝置采用 混合制冷并結合節(jié)流制冷，改變現有的制冷流程，充分并合理的利用工藝過程中的冷量回 收過程，提高制冷效率，從而相對提高裝置的處理能力，對于單井產量不高的煤層氣而言， 可節(jié)約生產成本，只利用一套壓縮設備，節(jié)約動力能源。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。附圖為本發(fā)明結構示意圖。
具體實施例方式附圖為本發(fā)明結構示意圖，如圖所示本實施例的含氧煤層氣液化分離裝置，包括 主流程系統和制冷系統；
所述主流程系統包括依次串接的一級換熱器1、二級換熱器2、三級換熱器4和精餾塔 5，一級換熱器1設置凈化后含氧煤層氣入口，位于精餾塔5塔頂設置連通于精餾塔頂氮氧 氣出口的塔頂冷凝器8，所述精餾塔5塔內位于塔底設置再沸器6，精餾塔5塔底設置冷凝 液出口 ；
制冷系統包括混合制冷劑平衡罐10、制冷劑壓縮機11、制冷劑冷卻器12、制冷劑一次 氣液分離器13和制冷劑二次氣液分離器15，制冷劑壓縮機11入口連通于制冷劑平衡罐 10，制冷機壓縮機11出口通過制冷劑冷卻器12連通于制冷劑一次氣液分離器13，制冷劑 一次氣液分離器13氣體出口通過一級換熱器1連通于二次氣液分離器15，二次氣液分離 器15氣體出口依次經過二級換熱器2、再沸器6、三級換熱器3和一節(jié)流閥III 17連通于塔 頂冷凝器8，塔頂冷凝器8制冷劑出口依次經過三級換熱器3、二級換熱器2和一級換熱器 1連通于混合制冷劑平衡罐10使制冷劑回流循環(huán)使用；
混合制冷劑平衡罐10內混合制冷劑按質量百分比包括氮35%，甲烷30. 65%，乙烯 16. 81%，丙烷3.8%，丁烷8.17%戊烷5. 57% ；本配比能合理分配制冷劑中各個成分在各個 環(huán)節(jié)的氣液成分，合理控制流程中的溫度指標；
一次氣液分離器13的液體出口依次經過一級換熱器1和一節(jié)流閥I 14位于一級換熱 器1和二級換熱器2之間連通于回流制冷劑；二次氣液分離器15的液體出口依次經過二級 換熱器2和一節(jié)流閥II 16位于二級換熱器2和三級換熱器3之間連通于回流制冷劑；所述一級冷卻器1、二級冷卻器2、三級冷卻器3、再沸器6和塔頂冷凝器8均為按照介 質種類設置流道的間壁式結構；各個通過介質之間完全獨立且可互相之間交換熱量。本實施例中，精餾塔5塔頂氮氧氣出口經過塔頂冷凝器8連通于塔頂氣液分離器 9，塔頂氣液分離器9氮氧氣出口依次經過一成品冷卻器7、三級換熱器3、二級換熱器2和 一級換熱器1將氮氧氣輸出；塔頂氣液分離器9液體出口連通于精餾塔5，用于冷凝液回流 至精餾塔；所述精餾塔5塔底的冷凝液出口連通于成品冷卻器7 ；所述成品冷卻器7為間壁 式結構；通過成品冷卻器7過冷產品并通過三級換熱器3、二級換熱器2和一級換熱器1回 收冷量，充分利用低溫氮氧氣的冷量，進一步提高冷卻效率。本實施例中，在主流程系統中，三級換熱器3和精餾塔5之間設置節(jié)流閥IV 4 ；通 過節(jié)流降壓，進一步降低溫度，利于冷凝以及分離。本實施例中，所述制冷機壓縮機11為三級壓縮，級間均設置冷卻及氣液分離器， 降低壓縮氣體的單級壓縮比，以及單級出口的溫度，從而降低能耗。本發(fā)明在生產時，包括
A.主流程工藝將凈化含氧煤層氣依次通過一級換熱器、二級換熱器和三級換熱器冷 卻，，形成冷凝液和氣體的混合物，出換熱器凈化含氧煤層氣經過節(jié)流閥III 17節(jié)流后進入 精餾塔；精餾塔塔底得到液化天然氣，剩余冷凝液由塔底流出經成品冷卻器冷卻后即為成 品液化天然氣；塔頂得到N2和O2混合氣并含有少量CH4進入塔頂冷凝器8 ；
精餾塔5頂流出的N2和O2進入塔頂冷凝器8析出攜帶出的少量CH4組分，有塔頂氣 液分離器9進行氣液分離后，液態(tài)為CH4由精餾塔5頂回流至至塔內；分離掉液態(tài)CH4后N2 和O2通過成品冷卻器7冷卻精餾塔底出來的液化天然氣后依次通過三級換熱器3、二級換 熱器2和一級換熱器1回收冷量后溫度為作為尾氣輸出。B.制冷工藝
Bi.制冷劑平衡罐10的混合制冷劑經制冷劑壓縮機11壓縮、制冷劑冷卻器12冷卻； 一次氣液分離器13—次氣液分離后，氣態(tài)進入一級換熱器冷卻，進入二次氣液分離器15 二 次氣液分離后，氣態(tài)進入二級換熱器冷卻后進入精餾塔底的再沸器6，加熱塔底冷凝液后自 身被冷卻后，進入三級換熱器3冷卻，先進入塔底再沸器冷卻后再進入三級換熱器冷卻，可 減小三級換熱器的負荷，保證原料氣的冷卻效果，同時加熱了塔底冷凝液，提高精餾和制冷 效率，相對提高裝置的處理能力；三級換熱器3冷卻后經節(jié)流降壓后降溫進入塔頂冷凝器6 冷卻塔頂出口的N2和O2及少量CH4組分，依次經過三級換熱器6、二級換熱器2和一級換 熱器1逐漸換熱并回流至壓縮入口循環(huán)使用；
B2. 一次氣液分離后的液體進入一級換熱器1冷卻經節(jié)流閥I 14節(jié)流后由一級換熱器 和二級換熱器之間進入回流制冷劑回流；二次氣液分離后的液體進入二級換熱器2冷卻， 經節(jié)流閥II 16節(jié)流后降壓后由二級換熱器2和三級換熱器3之間進入回流制冷劑回流；通 過節(jié)流降低壓力從而達到蒸發(fā)降溫的目的，并不需要額外的設備和動力，節(jié)約能源，減小設 備和占地投入。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明 的權利要求范圍當中。
權利要求
一種含氧煤層氣液化分離裝置，其特征在于包括主流程系統和制冷系統；所述主流程系統包括依次串接的一級換熱器、二級換熱器、三級換熱器和精餾塔，一級換熱器設置有凈化后含氧煤層氣入口，位于精餾塔塔頂設置連通于精餾塔頂氮氧氣出口的塔頂冷凝器，所述精餾塔塔內位于塔底設置再沸器，精餾塔塔底設置冷凝液出口；制冷系統包括混合制冷劑平衡罐、制冷劑壓縮機、制冷劑冷卻器、制冷劑一次氣液分離器和制冷劑二次氣液分離器，制冷劑壓縮機入口連通于制冷劑平衡罐，制冷機壓縮機出口通過制冷劑冷卻器連通于制冷劑一次氣液分離器，制冷劑一次氣液分離器氣體出口通過一級換熱器連通于二次氣液分離器，二次氣液分離器氣體出口依次經過二級換熱器、再沸器、三級換熱器和一節(jié)流閥Ⅲ連通于塔頂冷凝器，塔頂冷凝器制冷劑出口依次經過三級換熱器、二級換熱器和一級換熱器連通于混合制冷劑平衡罐使制冷劑回流循環(huán)使用；混合制冷劑平衡罐內混合制冷劑按質量百分比包括氮 35%，甲烷 30.65%，乙烯 16.81%，丙烷 3.8%，丁烷 8.17% 戊烷 5.57%；一次氣液分離器的液體出口依次經過一級換熱器和一節(jié)流閥Ⅰ位于一級換熱器和二級換熱器之間連通于回流制冷劑；二次氣液分離器的液體出口依次經過二級換熱器和一節(jié)流閥Ⅱ位于二級換熱器和三級換熱器之間連通于回流制冷劑；所述一級冷卻器、二級冷卻器、三級冷卻器、再沸器和塔頂冷凝器均為按照介質種類設置流道的間壁式結構。
2.根據權利要求1所述的含氧煤層氣液化分離裝置，其特征在于精餾塔塔頂氮氧氣 出口經過塔頂冷凝器連通于塔頂氣液分離器，塔頂氣液分離器氮氧氣出口依次經過一成品 冷卻器、三級換熱器、二級換熱器和一級換熱器將氮氧氣輸出；塔頂氣液分離器液體出口連 通于精餾塔；所述精餾塔塔底的冷凝液出口連通于成品冷卻器；所述成品冷卻器為間壁式 結構。
3.根據權利要求2所述的含氧煤層氣液化分離裝置，其特征在于在主流程系統中，三 級換熱器和精餾塔之間設置節(jié)流閥IV。
4.根據權利要求3所述的含氧煤層氣液化分離裝置，其特征在于所述制冷機壓縮機 為三級壓縮。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含氧煤層氣液化分離裝置，包括主流程系統和制冷系統；主流程系統包括依次串接的一級換熱器、二級換熱器、三級換熱器和精餾塔，制冷系統包括混合制冷劑平衡罐、制冷劑壓縮機、制冷劑冷卻器、制冷劑一次氣液分離器和制冷劑二次氣液分離器；本發(fā)明制冷裝置采用混合制冷并結合節(jié)流制冷，改變現有的制冷流程，充分并合理的利用工藝過程中的冷量回收過程，提高制冷效率，從而相對提高裝置的處理能力，對于單井產量不高的煤層氣而言，可節(jié)約生產成本，只利用一套壓縮設備，節(jié)約動力能源。
文檔編號F25B1/00GK101928617SQ20101028223
公開日2010年12月29日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權日2010年9月15日
發(fā)明者任小坤, 史紅兵, 姚成林, 孫郁, 寇偉偉, 張武, 王長元, 肖露, 胡千庭, 高元景 申請人:中國科學院理化技術研究所;煤炭科學研究總院重慶研究院