一種含氧煤層氣脫氧、脫氮的液化工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含氧煤層氣脫氧、脫氮的液化工藝，屬于天然氣液化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦開采過程中抽采的煤層氣，甲烷含量比較低，通常為30%?70% (體積分數(shù))，其他成分主要包括二氧化碳和空氣。2013年我國井下抽采煤層氣126億方，利用量約43億方，利用量不足35%。我國煤層氣資源豐富，但開發(fā)的比較少，幾乎沒有工業(yè)應(yīng)用。由于煤層氣涌入煤礦巷道或爆炸會引起災(zāi)難，因此，煤炭工業(yè)界一直將煤層氣視為災(zāi)害氣體。目前這種混有空氣的含氧煤層氣的抽放處理僅僅是基于煤礦的安全生產(chǎn)要求而進行的，絕大部分排放到大氣中，但是由于數(shù)量巨大，不僅浪費資源，而且還會引起溫室效應(yīng)。除就近使用外，通過管道外輸十分不經(jīng)濟，如果將含氧煤層氣中的煤層氣與空氣(主要為氧氣、氮氣)分離液化，就能將含氧煤層氣利用起來，可以極為方便的運輸和利用。
[0003]目前已有幾種關(guān)于含氧煤層氣的分離工藝及設(shè)備的發(fā)明專利，例如中國專利申請200610080889.4，該專利申請公開的技術(shù)方案采用低溫雙級精餾實現(xiàn)甲烷與空氣的分離，但是采用雙級精餾工藝流程復(fù)雜，設(shè)備較多，精餾塔壓力損失較大，由于系統(tǒng)采用低壓流程，所以工藝能耗較高。中國專利200610103425.0采用低溫精餾法應(yīng)用于含氧煤層氣的分離和液化，但是該工藝采用混合制冷或者膨脹制冷等常規(guī)的制冷方式，單一的混合冷劑制冷或透平膨脹所能達到的制冷溫度不能滿足高精度脫除煤層氣中氮氣、氧氣的要求，使得排放其中甲烷含量較高，存在一定的安全問題，也降低了分離和液化的處理能力。而中國專利20101028282232.2采用混合冷劑結(jié)合節(jié)流制冷工藝，能一定程度上提高這冷效率，但是由于精餾塔頂再冷凝器所需溫度極低，采用混合冷劑流程難以保證甲烷的回收率，從而造成甲烷的浪費，且工藝能耗較高。
[0004]中國專利200910012669.1采用催化脫氧，先讓含氧煤層氣中的甲烷與氧氣反應(yīng)，
除去氧氣。此工藝流程較為復(fù)雜，且需消耗大量的甲烷與氧氣反應(yīng)，而含有的N2還需要進一步處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種含氧煤層氣脫氧、脫氮的液化工藝，本發(fā)明液化工藝采用冷劑氮氣膨脹與節(jié)流制冷結(jié)合的方式，充分利用工藝流程中的冷量回收，同時保證高甲烷回收率，具備換熱效率高，能耗低，煤層氣脫氧、氮精度高，甲烷回收率高，安全性高等特點。
[0006]本發(fā)明所提供的含氧煤層氣脫氧、脫氮的液化工藝，包括含氧煤層氣液化及脫氧、脫氮步驟和氮氣冷劑循環(huán)步驟；
[0007]所述含氧煤層氣液化及脫氧、脫氮步驟如下:
[0008]將含氧煤層氣輸入至冷箱中經(jīng)冷卻降溫后進入精餾塔中脫除氧氣和氮氣；然后進入所述冷箱的深冷段繼續(xù)進行降溫，最后經(jīng)節(jié)流后進入LNG儲罐儲存；
[0009]所述氮氣冷劑循環(huán)步驟如下:
[0010]經(jīng)氮氣膨脹壓縮機壓縮冷卻后的氮氣進入冷箱，其中，一部分氮氣經(jīng)冷卻后經(jīng)膨脹節(jié)流為所述冷箱的深冷段、液化段和預(yù)冷段提供冷量后，返回氮氣壓縮機二級入口；另一部分氮氣經(jīng)液化后進行節(jié)流為與所述精餾塔相連接的再冷凝器和所述冷箱的過冷段、深冷段、液化段和預(yù)冷段提供冷量后，返回氮氣壓縮機一級入口。
[0011]上述含氧煤層氣脫氧、脫氮的液化工藝中，所述含氧煤層氣中甲烷的體積含量為30%?90% ；
[0012]所述含氧煤層氣輸入至所述冷箱之前，需要經(jīng)過脫硫、脫碳、脫汞和脫水處理。
[0013]上述含氧煤層氣脫氧和氮的液化工藝中，所述含氧煤層氣在所述冷箱中冷卻至-40°C?-60°C后進入與所述精餾塔相連接的再沸器中；經(jīng)在所述再沸器中換熱后冷卻至-125°C?_140°C，繼續(xù)引入所述冷箱中冷卻至_150°C?_160°C，然后進入所述精餾塔進行脫除氧氣和氮氣，最后進入所述冷箱冷卻至_155°C?-160°C后經(jīng)節(jié)流進入LNG儲罐儲存。
[0014]上述含氧煤層氣脫氧、脫氮的液化工藝中，經(jīng)所述精餾塔脫除后的氧氣和氮氣引入至所述冷箱為所述冷箱回收冷量并復(fù)熱。
[0015]上述含氧煤層氣脫氧、脫氮的液化工藝中，所述氮氣冷劑壓縮機包括三級壓縮，其末級出口氮氣的壓力為4?6MPa，氮氣冷卻后進入氮氣膨脹壓縮機壓縮端增壓，出口壓力為5?7MPa，并進一步冷卻到10°C?40°C。
[0016]上述含氧煤層氣脫氧和脫氮的液化工藝中，經(jīng)末級冷卻器冷卻后的氮氣進入所述冷箱冷卻至-80?110°C后，一部分氮氣進入氮氣膨脹壓縮機膨脹端，膨脹節(jié)流至0.3?0.6MPa后返回所述冷箱，為所述冷箱的深冷段、液化段和預(yù)冷段提供冷量；復(fù)熱后的的氮氣返回所述氮氣冷劑壓縮機二級入口 ；另外一部分氮氣繼續(xù)經(jīng)過所述冷箱的液化段和過冷段冷卻至-172?_176°C節(jié)流，節(jié)流后的氮氣進入所述精餾塔頂部連接的冷凝器提供冷量，再返回所述冷箱為過冷段、深冷段、液化段和預(yù)冷段提供冷量，復(fù)熱后的氮氣返回所述氮氣冷劑壓縮機一級入口。
[0017]本發(fā)明液化工藝中，經(jīng)冷卻后的冷劑氮氣一部分經(jīng)過膨脹后返回冷箱，復(fù)熱后返回冷劑氮氣壓縮機二級入口 ；另外一部分冷劑氮氣經(jīng)過冷節(jié)流后進入精餾塔頂部的再冷凝器，為再冷凝器提供冷量后返回冷箱，為冷箱過冷段、深冷段、液化段、預(yù)冷段提供冷量，復(fù)熱后返回冷劑氮氣壓縮機一級入口，完成一個冷劑氮氣循環(huán)。
[0018]本發(fā)明液化工藝中，液相氮氣冷劑節(jié)流閥采用溫度和流量的串級控制，排放氣中甲烷含量小于1%，實現(xiàn)了甲烷的高回收率；精餾塔的再沸器采用溫度控制，保證含氧煤層氣中氮氣、氧氣脫除的高精度，LNG產(chǎn)品中氧氣含量小于0.1%,氮氣含量小于0.001% ;脫除后的氮氣和氧氣返回冷箱回收冷量，冷劑氮氣通過膨脹機驅(qū)動膨脹壓縮機壓縮端，回收部分能量，實現(xiàn)系統(tǒng)能量的充分利用；LNG產(chǎn)品節(jié)流閥采用溫度和流量的串級控制，實現(xiàn)了目標(biāo)裝置冷熱負荷匹配，裝置平穩(wěn)運行。冷劑壓縮采用變頻電機驅(qū)動，裝置運行范圍廣。氮氣循環(huán)具有快速啟停，操作方便的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明含氧煤層氣的脫氧、脫氮的液化工藝的流程示意圖，其中CB-1為冷箱，Cl-1、Cl-2、Cl-3為1?3級冷劑氮氣壓縮機，TE-1為氮氣膨脹壓縮機，V-1?V-4為冷劑氮氣緩沖罐，V2為精餾塔塔頂氣液分離器，E-1?E-4為冷劑氮氣冷卻