專利名稱：抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置的制作方法
抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于通過加壓和冷卻處理使氣體或氣體混合物進(jìn)行液化、固化或分離的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置。
背景技術(shù)：
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(chǎn)而抽排出的初級(jí)副產(chǎn)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(fù)雜，特別是在煤層氣中含有氧，是非常危險(xiǎn)的助燃助爆劑，制約了含氧煤層氣的綜合利用，實(shí)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(fèi)和對(duì)環(huán)境造成污染。
由于低濃度含氧煤層氣中甲烷含量較低，剩余氣體主要為空氣，所以具有爆炸危險(xiǎn)。在常溫常壓下，甲烷濃度在5% 15%即可發(fā)生爆炸，在提純低濃度含氧煤層氣中的甲烷時(shí)，隨著甲烷的濃縮，剩余氣體中甲烷含量逐漸減少，一旦進(jìn)入5% 15%的爆炸范圍就可能發(fā)生爆炸，這是所有提取低濃度含氧煤層氣中甲烷的方法所必須解決的問題。
在目前報(bào)道的技術(shù)方法中，主要采取以下措施來確保安全:一是通過催化、變壓吸附、膜分離、溶液吸收等手段首先除去低濃度含氧煤層氣中的氧，然后再提取其中的甲烷; 二是在整個(gè)提取過程中，確保各處甲烷濃度高于爆炸上限；或者有些技術(shù)方法中不提及氧氣對(duì)安全性的影響，僅從氣體分離的技術(shù)角度描述提取甲烷的方法。
這些方法雖然在一定程度上提高了在低濃度含氧煤層氣中提取甲烷過程中的安全性，但是還存在以下不足:在先除氧再提取甲烷的方法中，需要增加脫氧設(shè)備，增加了設(shè)備投資和運(yùn)行成本；在整個(gè)提取甲烷過程中控制甲烷含量高于爆炸上限，以確保安全的方法則犧牲了甲烷回收率。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置， 該裝置能夠在不預(yù)先脫氧的情況下，從低濃度含氧煤層氣中獲得高回收率和高純度甲烷。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，包括煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)、煤層氣壓縮系統(tǒng)、煤層氣凈化系統(tǒng)、煤層氣液化與分離系統(tǒng)、LNG存儲(chǔ)系統(tǒng)和用于向所述煤層氣液化與分離系統(tǒng)提供冷量的制冷循環(huán)系統(tǒng)，所述煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)的前后兩側(cè)均設(shè)有主動(dòng)抑爆裝置；
所述煤層氣壓縮系統(tǒng)包括沿煤層氣流向依次設(shè)置的至少一組相互串聯(lián)的增壓壓縮單元，每組所述增壓壓縮單元包括煤層氣壓縮機(jī)和煤層氣冷卻器；
所述主動(dòng)抑爆裝·置包括控制器、與控制器相連的傳感器組和沿煤層氣流向依次設(shè)置并均與控制器相連的自動(dòng)阻爆閥門、自動(dòng)噴粉抑爆裝置、水封阻火泄爆裝置，所述傳感器組包括沿分別設(shè)置在所述煤層氣壓縮系統(tǒng)、煤層氣凈化系統(tǒng)、煤層氣液化與分離系統(tǒng)內(nèi)的火焰?zhèn)鞲衅骱蛪毫鞲衅鳎?br> 所述煤層氣液化與分離系統(tǒng)包括沿煤層氣流向依次設(shè)置的一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器、三級(jí)換熱器、過冷器、節(jié)流閥Vf和精餾塔，所述精餾塔塔頂設(shè)置塔頂冷凝器，精餾塔塔內(nèi)設(shè)置位于塔底的再沸器，所述精餾塔塔頂設(shè)置的氮氧氣出口與所述塔頂冷凝器的氮氧氣出口相連，且所述精餾塔的塔底設(shè)置冷凝液出口；
所述精餾塔內(nèi)填充有用于分餾煤層氣中甲烷、且具有抑爆性能的填料，所述精餾塔內(nèi)還設(shè)有阻火抑爆材料，所述阻火抑爆材料為間隔鋪設(shè)在所述填料內(nèi)的阻火絲網(wǎng)。
進(jìn)一步，所述煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)包括氣柜；
所述煤層氣凈化系統(tǒng)包括沿煤層氣流向依次設(shè)置的脫汞塔、吸收塔和脫水裝置；
所述LNG存儲(chǔ)系統(tǒng)包括液化甲烷存儲(chǔ)罐，所述液化甲烷存儲(chǔ)罐的入口與所述精餾塔的冷凝液出口相連。
進(jìn)一步，所述制冷系統(tǒng)包括混合冷劑循環(huán)系統(tǒng)和氮循環(huán)系統(tǒng)；
所述混合冷劑循環(huán)系統(tǒng)包括節(jié)流閥V1、節(jié)流閥V2和沿混合冷劑流動(dòng)方向依次設(shè)置的混合冷劑壓縮機(jī)、混合冷劑冷卻器、重?zé)N分離器；所述重?zé)N分離器的氣相混合冷劑出口依次通過一級(jí)換熱器和二級(jí)換熱器連通于所述再沸器的氣相混合冷劑入口，所述再沸器的氣相混合冷劑出口依次通過節(jié)流閥V2、三級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器使氣相混合冷劑回流并連通于所述混合冷劑壓縮機(jī)的混合冷劑入口 ；所述重?zé)N分離器的液相混合冷劑出口通過一級(jí)換熱器和節(jié)流閥V1后與回流的氣相混合冷劑匯合；
所述氮循環(huán)系統(tǒng)包括節(jié)流閥V3和沿氮冷卻劑的流動(dòng)方向依次設(shè)置的氮壓縮機(jī)、氮冷卻器，所述氮冷卻器的氮出口依次通過所述一級(jí)換熱器 、二級(jí)換熱器、三級(jí)換熱器、過冷器和節(jié)流閥V3連通于所述塔頂冷凝器的氮入口，所述塔頂冷凝器的氮出口依次通過過冷器、三級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器使氮冷卻劑回流并連通于所述氮壓縮機(jī)的氮入□。
進(jìn)一步，所述煤層氣液化與分離系統(tǒng)還包括膨脹機(jī)，所述精餾塔的氮氧氣出口通過所述過冷器連通于所述膨脹機(jī)的氮氧氣入口，所述膨脹機(jī)的氮氧氣出口依次通過過冷器、三級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器使氮氧氣復(fù)熱后進(jìn)入凈化工序。
進(jìn)一步，所述混合冷劑為氮?dú)?、甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷的混合物?br> 進(jìn)一步，所述混合冷劑的組分為:23.5%的氮?dú)猓?8.8%的甲燒；11%的乙烯；14.2% 的丙烷；12.5%的異戊烷。
進(jìn)一步，所述精餾塔的冷凝液出口通過所述三級(jí)換熱器連通于液化甲烷存儲(chǔ)罐。
進(jìn)一步，阻火絲網(wǎng)的網(wǎng)孔大小為80 200目。
進(jìn)一步，所述阻火絲網(wǎng)的鋪設(shè)密度為每間隔300mm鋪設(shè)1_12層。
本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，通過設(shè)置煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)用于存儲(chǔ)原料煤層氣，亦起緩沖作用；通過設(shè)置主動(dòng)抑爆裝置以及在關(guān)鍵設(shè)備的進(jìn)氣端安裝安全保障系統(tǒng)的傳感器組，如火焰?zhèn)鞲衅?、壓力傳感器，能夠有效阻止火焰向煤層氣存?chǔ)系統(tǒng)傳播，保障氣柜和煤礦井下抽采系統(tǒng)的安全；
通過設(shè)置煤層氣液化與分離系統(tǒng)用于冷卻煤層氣至設(shè)定溫度并使甲烷液化，然后將液化甲烷與氮氧組分分離，形成LNG產(chǎn)品，且通過在精餾塔內(nèi)設(shè)置能夠滿足精餾條件、且具有抑爆性能的填料和阻火抑爆材料，在煤層氣精餾分離過程中，隨著甲烷的提取，即使進(jìn)入甲烷的爆炸極限范圍，在填料和阻火抑爆材料的作用下，煤層氣被分割為若干微小體積單元，爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)被切斷，從而防止爆炸；即在低濃度煤層氣在精餾分離過程中，可以將煤層氣中的甲烷盡可能地分離濃縮，甲烷的純度和回收率更高；因此，本發(fā)明的抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置能夠在不預(yù)先脫氧的情況下，從低濃度含氧煤層氣中獲得高回收率和高純度甲烷；
通過設(shè)置相互串聯(lián)的多組增壓壓縮單元，能夠在煤層氣增壓壓縮過程中，保持煤層氣的溫度在80°C以下，當(dāng)煤層氣的溫度即將達(dá)到80°C時(shí)，將煤層氣降溫后輸出至下一組增壓壓縮單元進(jìn)行壓縮，能夠有效防止煤層氣爆炸。


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)行說明:
圖1為本發(fā)明抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2為精餾塔的結(jié)構(gòu)示意圖3為圖2的A詳圖4為采用本發(fā)明抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置液化與分離系統(tǒng)工藝流程圖。
附圖標(biāo)記說明:
1-氣柜；2-自動(dòng)阻爆閥門；3-自動(dòng)噴粉抑爆裝置；4_水封阻火泄爆裝置；5-自動(dòng)阻爆閥門；6_自動(dòng)噴粉抑爆裝置；7_水封阻火泄爆裝置；8_煤層氣壓縮機(jī)；9_煤層氣冷卻器；10_脫萊塔；11_吸收塔；12-脫水塔I ;13_脫水塔II ； 14- 一級(jí)換熱器；15_ 二級(jí)換熱器；16-三級(jí)換熱器；17-過冷器；18-精餾塔；18a-填料；18b_阻火絲網(wǎng)；19-塔頂冷凝器； 20-再沸器；21_液化甲烷存儲(chǔ)罐；22_混合冷劑壓縮機(jī)；23_混合冷劑冷卻器；24_重?zé)N分離器；25_氮壓縮機(jī)；26_氮冷卻器；27_膨脹機(jī)。
具體實(shí)施方式
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。
如圖1所示，為本發(fā)明抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，包括煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)、煤層氣壓縮系統(tǒng)、煤層氣凈化系統(tǒng)、煤層氣液化與分離系統(tǒng)、LNG存儲(chǔ)系統(tǒng)和用于向所述煤層氣液化與分離系統(tǒng)提供冷量的制冷循環(huán)系統(tǒng)，所述煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)的前后兩側(cè)均設(shè)有主動(dòng)抑爆裝置。
煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)包括氣柜1，設(shè)置在氣柜I的進(jìn)氣管路和出氣管路上的主動(dòng)抑爆裝置包括控制器、與控制器相連的傳感器組和沿煤層氣流向依次設(shè)置并均與控制器相連的自動(dòng)阻爆閥門、自動(dòng)噴粉抑爆裝置、水封阻火泄爆裝置，其中自動(dòng)阻爆閥門2、自動(dòng)噴粉抑爆裝置3、水封阻火泄爆裝置4設(shè)置在氣柜I的進(jìn)氣管路上，自動(dòng)阻爆閥門5、自動(dòng)噴粉抑爆裝置6、水封阻火泄爆裝置7設(shè)置在氣柜I的出氣管路上。傳感器組 包括沿分別設(shè)置在煤層氣壓縮系統(tǒng)、煤層氣凈化系統(tǒng)、煤層氣液化與分離系統(tǒng)內(nèi)的火焰?zhèn)鞲衅骱蛪毫鞲衅鳌?br> 煤層氣壓縮系統(tǒng)包括沿煤層氣流向依次設(shè)置的至少一組相互串聯(lián)的增壓壓縮單元，每組增壓壓縮單元包括煤層氣壓縮機(jī)8和煤層氣冷卻器9，通過煤層氣壓縮系統(tǒng)用于增壓壓縮煤層氣，通過設(shè)置相互串聯(lián)的多組增壓壓縮單元，能夠在煤層氣增壓壓縮過程中， 保持煤層氣的溫度在80°C以下，當(dāng)煤層氣的溫度即將達(dá)到80°C時(shí)，將煤層氣降溫后輸出至下一組增壓壓縮單元進(jìn)行壓縮，能夠有效防止煤層氣爆炸。本實(shí)施例的煤層氣壓縮系統(tǒng)包括兩組增壓壓縮單元，當(dāng)然，增壓壓縮單元還可根據(jù)需要設(shè)置為三組及三組以上，其原理相當(dāng)，不再累述。
煤層氣凈化系統(tǒng)包括沿煤層氣流向依次設(shè)置的脫汞塔10、吸收塔11和脫水裝置， 脫汞塔8的煤層氣入口與煤層氣冷卻器7的煤層氣出口相連，脫水裝置包括并聯(lián)設(shè)置的脫水塔112和脫水塔1113，脫水塔112和脫水塔1113相互備用，在其中一個(gè)脫水塔飽和后用另一個(gè)脫水塔繼續(xù)工作。其中，脫汞塔10內(nèi)的脫汞介質(zhì)優(yōu)選含硫活性炭，吸收塔11內(nèi)的介質(zhì)優(yōu)選采用加入活化劑和抗氧化劑的MEA溶液，脫水裝置中則設(shè)置活性炭或分子篩，能夠滿足工藝要求。
煤層氣液化與分離系統(tǒng)包括沿煤層氣流向依次設(shè)置的一級(jí)換熱器14、二級(jí)換熱器 14、三級(jí)換熱器16、過冷器17、節(jié)流閥Vf和精餾塔18，精餾塔塔頂設(shè)置塔頂冷凝器19，精餾塔塔內(nèi)設(shè)置位于塔底的再沸器20，精餾塔18塔頂設(shè)置的氮氧氣出口與塔頂冷凝器19的氮氧氣出口相連，且所述精餾塔18的塔底設(shè)置冷凝液出口，用于液態(tài)天然氣流出。
精餾塔18內(nèi)填充有用于分餾煤層氣中甲烷、且具有抑爆性能的填料18a，精餾塔 18內(nèi)還設(shè)有阻火抑爆材料，阻火抑爆材料為間隔鋪設(shè)在填料18a內(nèi)的阻火絲網(wǎng)18b。本實(shí)施例的阻火絲網(wǎng)18b的網(wǎng)孔大小為80 200目，且阻火絲網(wǎng)18b的鋪設(shè)密度為每間隔300mm 鋪設(shè)1-12層，本實(shí)施例的阻火絲網(wǎng)18b的鋪設(shè)密度為每間隔300mm鋪設(shè)5層。
LNG存儲(chǔ)系統(tǒng)包括液化甲烷存儲(chǔ)罐21，液化甲烷存儲(chǔ)罐21的入口與所述精餾塔19 的冷凝液出口相連。本實(shí)施例的精餾塔18的冷凝液出口通過三級(jí)換熱器16后連通于液化甲烷存儲(chǔ)罐21，使天然氣產(chǎn)品達(dá)到過冷狀態(tài)，便于儲(chǔ)存。
本實(shí)施例抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，通過設(shè)置煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)用于存儲(chǔ)原料煤層氣，亦起緩沖作用；通過設(shè)置主動(dòng)抑爆裝置以及在關(guān)鍵設(shè)備的進(jìn)氣端安裝安全保障系統(tǒng)的傳感器組，如火焰?zhèn)鞲衅?、壓力傳感器，能夠有效阻止火焰向煤層氣存?chǔ)系統(tǒng)傳播，保障氣柜和煤礦井下抽采系統(tǒng)的安全。
通過設(shè)置煤層氣液化與分離系統(tǒng)用于冷卻煤層氣至設(shè)定溫度并使甲烷液化，然后將液化甲烷與氮氧組分分離，形成LNG產(chǎn)品，且通過在精餾塔19內(nèi)設(shè)置能夠滿足精餾條件、 且具有抑爆性能的填料19a和阻火抑爆材料，在煤層氣精餾分離過程中，隨著甲烷的提取， 即使進(jìn)入甲烷的爆炸極限范圍，在填料和阻火抑爆材料的作用下，煤層氣被分割為若干微小體積單元，爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)被切斷，從而防止爆炸；即在低濃度煤層氣在精餾分離過程中， 可以將煤層氣中的甲烷盡可能地分離濃縮，甲烷的純度和回收率更高；因此，本實(shí)施例的抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置能夠在不預(yù)先脫氧的情況下，從低濃度含氧煤層氣中獲得高回收率·和高純度甲烷。
進(jìn)一步，制冷系統(tǒng)包括混合冷劑循環(huán)系統(tǒng)和氮循環(huán)系統(tǒng)；
所述混合冷劑循環(huán)系統(tǒng)包括節(jié)流閥V1、節(jié)流閥V2和沿混合冷劑流動(dòng)方向依次設(shè)置的混合冷劑壓縮機(jī)22、混合冷劑冷卻器23、重?zé)N分離器24。重?zé)N分離器24的氣相混合冷劑出口依次通過一級(jí)換熱器14和二級(jí)換熱器15連通于再沸器20的氣相混合冷劑入口，再沸器20的氣相混合冷劑出口依次通過節(jié)流閥V2、三級(jí)換熱器16、二級(jí)換熱器15和一級(jí)換熱器 14使氣相混合冷劑回流并連通于混合冷劑壓縮機(jī)22的混合冷劑入口 ；重?zé)N分離器24的液相混合冷劑出口通過一級(jí)換熱器14和節(jié)流閥V1后與回流的氣相混合冷劑匯合，液相混合冷劑與氣相混合冷劑匯合后經(jīng)一級(jí)換熱器I 一起回流進(jìn)入混合冷劑壓縮機(jī)8，使混合冷劑能夠循環(huán)利用。
本實(shí)施例的混合冷劑為氮?dú)?、甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷的混合物，具體的，混合冷劑的組分為:23.5%的氮?dú)猓?8.8%的甲烷；11%的乙烯；14.2%的丙烷；12.5%的異戊烷，能夠滿足在液化天然氣制取的各個(gè)環(huán)節(jié)中的溫度控制要求，當(dāng)然，混合冷劑還可采用現(xiàn)有的其他組分的混合冷劑，混合冷劑的組分配比也可設(shè)置為不同，其原理相當(dāng)，不再累述。
氮循環(huán)系統(tǒng)包括節(jié)流閥V3和沿氮冷卻劑的流動(dòng)方向依次設(shè)置的氮壓縮機(jī)25、氮冷卻器26，氮冷卻器26的氮出口依次通過所述一級(jí)換熱器14、二級(jí)換熱器15、三級(jí)換熱器 16、過冷器17和節(jié)流閥V3連通于所述塔頂冷凝器19的氮入口，塔頂冷凝器19的氮出口依次通過過冷器17、三級(jí)換熱器16、二級(jí)換熱器15和一級(jí)換熱器14使氮冷卻劑回流并連通于氮壓縮機(jī)25的氮入口，使氮能夠循環(huán)利用，并對(duì)塔頂冷凝器19提供冷量。
進(jìn)一步，煤層氣液化與分離系統(tǒng)還包括膨脹機(jī)27，精餾塔18的氮氧氣出口通過過冷器17連通于膨脹機(jī)27的氮氧氣入口，膨脹機(jī)27的氮氧氣出口依次通過過冷器17、三級(jí)換熱器16、二級(jí)換熱器15和一級(jí)換熱器14使氮氧氣復(fù)熱后進(jìn)入凈化工序。通過設(shè)置膨脹機(jī)27，使其在常溫常壓下排空，從而充分回收返流的氮氧氣的能量，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
具體的，采 用本實(shí)施例抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置提取甲烷的方法如下，包括如下工序:
I)煤層氣存儲(chǔ)工序:采用氣柜I存儲(chǔ)低濃度含氧煤層氣，且儲(chǔ)存壓力為 0.0OlMPa 0.005MPaG。
2)煤層氣壓縮工序:采用煤層氣壓縮機(jī)8將氣柜I輸出的煤層氣增壓壓縮至 0.35 0.4MPaG，且在增壓壓縮過程中，保持煤層氣的溫度低于80°C。具體的，在增壓壓縮過程中，當(dāng)煤層氣的溫度即將達(dá)到80°C時(shí)，采用冷卻水將煤層氣降溫至40°C，然后繼續(xù)增壓壓縮，增壓壓縮后的煤層氣進(jìn)入煤層氣冷卻器9冷卻至常溫。
3)煤層氣凈化工序:將增壓壓縮后的煤層氣依次進(jìn)行脫汞、脫硫、脫二氧化碳和脫水處理。經(jīng)凈化處理后的煤層氣中，汞含量小于0.lumg/m3，硫化氫含量小于lppm，二氧化碳含量小于50ppm,水含量小于lppm。
4)煤層氣冷卻工序:將凈化后的煤層氣冷卻至_140°C _160°C，且冷卻后的煤氣層中，液體摩爾分?jǐn)?shù)不超過15%，煤層氣的冷卻溫度則與煤層氣的組分有關(guān)。
5)煤層氣精餾分離工序:將冷卻后的煤層氣輸送至精餾塔18，將煤層氣中的甲烷液化分離，液化分離得到的甲烷液體進(jìn)入位于精餾塔18底的再沸器20中，使甲烷液體中含有的氮?dú)夂脱鯕庹舭l(fā)，液化分離得到的氮氧氣進(jìn)入位于精餾塔18頂?shù)乃斃淠?9中降溫，使氮氧氣中含有的甲烷液化分離后回流至精餾塔18中。如此，經(jīng)煤層氣精餾分離工序處理后，得到的液化甲烷中，甲烷含量高于99%，排出的氮氧氣中，甲烷的含量低于0.5%。
6)液化甲烷存儲(chǔ)工序:將精餾分離得到的液化甲烷存儲(chǔ)在液化甲烷儲(chǔ)罐21中，液化甲烷儲(chǔ)罐21優(yōu)選帶壓低溫子母罐。
通過將甲烷含量為25% 40%的低濃度含氧煤層氣在常溫下以0.00 IMPa 0.005MPaG存儲(chǔ)在氣柜I中，且通過在氣柜的進(jìn)氣管路和出氣管路上設(shè)置主動(dòng)抑爆裝置，不會(huì)存在爆炸危險(xiǎn)；在煤層氣壓縮工序中，控制煤層氣的最高增壓壓力為0.35 0.4MPaG，最高溫度不超過80°C，處于安全狀態(tài)，無爆炸危險(xiǎn)；在煤層氣凈化過程中，煤層氣壓力為0.35 0.4MPaG，溫度為常溫，無爆炸危險(xiǎn)；在煤層氣冷卻工序中，煤層氣被冷卻至-140°C _160°C后，使液體摩爾分?jǐn)?shù)不超過15%，在這種狀態(tài)下，煤層氣的氣相中甲烷含量不低于25%，壓力不超過0.4MPaG，為安全狀態(tài)，無爆炸危險(xiǎn)；在煤層氣精餾分離工序中，通過設(shè)置在精餾塔18內(nèi)設(shè)置用于分餾煤層氣中甲烷、且具有抑爆性能的填料和阻火抑爆材料，在煤層氣精餾分離工序中，隨著甲烷的提取，氣體中甲烷含量逐漸減小，直到進(jìn)入 5% 15%的爆炸范圍，但是，在阻火抑爆材料的作用下，能夠防止爆炸，且排出的氮氧氣中甲烷的含量低于0.5%，無爆炸危險(xiǎn)，得到的液化甲烷的甲烷含量在99%以上，無爆炸危險(xiǎn)； 在液化甲烷存儲(chǔ)工序中，液化甲烷中的甲烷含量不變，不存在爆炸的危險(xiǎn)。
綜上，本發(fā)明抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在不預(yù)先脫氧的情況下，從低濃度含氧煤層氣中獲得高回收率的甲烷，能夠有效減少設(shè)備投資和提高生產(chǎn)效率。
最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(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) 利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，包括煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)、煤層氣壓縮系統(tǒng)、煤層氣凈化系統(tǒng)、煤層氣液化與分離系統(tǒng)、LNG存儲(chǔ)系統(tǒng)和用于向所述煤層氣液化與分離系統(tǒng)提供冷量的制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)的前后兩側(cè)均設(shè)有主動(dòng)抑爆裝置；所述煤層氣壓縮系統(tǒng)包括沿煤層氣流向依次設(shè)置的至少一組相互串聯(lián)的增壓壓縮單元，每組所述增壓壓縮單元包括煤層氣壓縮機(jī)和煤層氣冷卻器；所述主動(dòng)抑爆裝置包括控制器、與控制器相連的傳感器組和沿煤層氣流向依次設(shè)置并均與控制器相連的自動(dòng)阻爆閥門、自動(dòng)噴粉抑爆裝置、水封阻火泄爆裝置，所述傳感器組包括沿分別設(shè)置在所述煤層氣壓縮系統(tǒng)、煤層氣凈化系統(tǒng)、煤層氣液化與分離系統(tǒng)內(nèi)的火焰?zhèn)鞲衅骱蛪毫鞲衅?；所述煤層氣液化與分離系統(tǒng)包括沿煤層氣流向依次設(shè)置的一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器、 三級(jí)換熱器、過冷器、節(jié)流閥Vf和精餾塔，所述精餾塔塔頂設(shè)置塔頂冷凝器，精餾塔塔內(nèi)設(shè)置位于塔底的再沸器，所述精餾塔塔頂設(shè)置的氮氧氣出口與所述塔頂冷凝器的氮氧氣出口相連，且所述精餾塔的塔底設(shè)置冷凝液出口 ；所述精餾塔內(nèi)填充有用于分餾煤層氣中甲烷、且具有抑爆性能的填料，所述精餾塔內(nèi)還設(shè)有阻火抑爆材料，所述阻火抑爆材料為間隔鋪設(shè)在所述填料內(nèi)的阻火絲網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，其特征在于所述煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)包括氣柜；所述煤層氣凈化系統(tǒng)包括沿煤層氣流向依次設(shè)置的脫汞塔、吸收塔和脫水裝置；所述LNG存儲(chǔ)系統(tǒng)包括液化甲烷存儲(chǔ)罐，所述液化甲烷存儲(chǔ)罐的入口與所述精餾塔的冷凝液出口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，其特征在于所述制冷系統(tǒng)包括混合冷劑循環(huán)系統(tǒng)和氮循環(huán)系統(tǒng)；所述混合冷劑循環(huán)系統(tǒng)包括節(jié)流閥V1、節(jié)流閥V2和沿混合冷劑流動(dòng)方向依次設(shè)置的混合冷劑壓縮機(jī)、混合冷劑冷卻器、重?zé)N分離器；所述重?zé)N分離器的氣相混合冷劑出口依次通過一級(jí)換熱器和二級(jí)換熱器連通于所述再沸器的氣相混合冷劑入口，所述再沸器的氣相混合冷劑出口依次通過節(jié)流閥V2、三級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器使氣相混合冷劑回流并連通于所述混合冷劑壓縮機(jī)的混合冷劑入口 ；所述重?zé)N分離器的液相混合冷劑出口通過一級(jí)換熱器和節(jié)流閥V1后與回流的氣相混合冷劑匯合；所述氮循環(huán)系統(tǒng)包括節(jié)流閥V3和沿氮冷卻劑的流動(dòng)方向依次設(shè)置的氮壓縮機(jī)、氮冷卻器，所述氮冷卻器的氮出口依次通過所述一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器、三級(jí)換熱器、過冷器和節(jié)流閥V3連通于所述塔頂冷凝器的氮入口，所述塔頂冷凝器的氮出口依次通過過冷器、三級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器使氮冷卻劑回流并連通于所述氮壓縮機(jī)的氮入口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，其特征在于所述煤層氣液化與分離系統(tǒng)還包括膨脹機(jī)，所述精餾塔的氮氧氣出口通過所述過冷器連通于所述膨脹機(jī)的氮氧氣入口，所述膨脹機(jī)的氮氧氣出口依次通過過冷器、三級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器使氮氧氣復(fù)熱后進(jìn)入凈化工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，其特征在于所述混合冷劑為氮?dú)?、甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷的混合物?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抑燃抑爆型并用于提取低濃度含氧煤層氣中甲烷的裝置，其特征在于所述混合冷劑的組分為23. 5%的氮?dú)猓?8. 8%的甲烷；11%的乙烯；14. 2%的丙烷；12. 5%的異戊烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，其特征在于所述精餾塔的冷凝液出口通過所述三級(jí)換熱器連通于液化甲烷存儲(chǔ)罐。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，其特征在于阻火絲網(wǎng)的網(wǎng)孔大小為80 200目。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，其特征在于所述阻火絲網(wǎng)的鋪設(shè)密度為每間隔300mm鋪設(shè)1_12層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抑燃抑爆型低濃度煤層氣深冷液化裝置，包括煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)、煤層氣壓縮系統(tǒng)、煤層氣凈化系統(tǒng)、煤層氣液化與分離系統(tǒng)、LNG存儲(chǔ)系統(tǒng)和制冷循環(huán)系統(tǒng)，所述煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)的前后兩側(cè)均設(shè)有主動(dòng)抑爆裝置；所述精餾塔內(nèi)填充有用于分餾煤層氣中甲烷、且具有抑爆性能的填料，所述精餾塔內(nèi)還設(shè)有阻火抑爆材料，所述阻火抑爆材料為間隔鋪設(shè)在所述填料內(nèi)的阻火絲網(wǎng)。主動(dòng)抑爆裝置能夠有效阻止火焰向氣柜傳播，保障氣柜和煤礦井下抽采系統(tǒng)的安全。通過在精餾塔內(nèi)設(shè)置阻火抑爆材料，使得在甲烷的液化提取過程中，即使甲烷進(jìn)入爆炸極限范圍內(nèi)，也能夠防止爆炸，能夠?qū)崿F(xiàn)在不預(yù)先脫氧的情況下，從低濃度含氧煤層氣中獲得高回收率和高純度甲烷。
文檔編號(hào)F25J1/02GK103256786SQ201310228309
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年6月8日
發(fā)明者胡千庭, 姚成林, 肖露, 王長(zhǎng)元, 王勇, 甘海龍, 劉利亞, 汪剛 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)重慶研究院