一种矿井瓦斯气的液化天然气生成设备及方法技术

本发明专利技术涉及到对矿井大量排放的瓦斯气采取深冷分离，深冷液化方式，制备成液化天然气（ＬＮＧ）加以综合利用的工艺技术。按照本发明专利技术提供的技术方案，矿井瓦斯提纯、分离、ＬＮＧ生成工艺主要由脱氧、脱二氧化碳（ＣＯ↓［２］）、脱水、和深冷分离与液化４个子工艺环节组成。本发明专利技术将分属于空气分离、天然气处理、化工提纯、深冷制冷工艺技术揉合成一体，形成独特的“矿井瓦斯ＬＮＧ生成工艺技术”，使瓦斯气能够安全压缩，通过分离提纯工艺，提高瓦斯气的甲烷含量，提高其热值，再通过深冷方式将其从气态燃料变为液态燃料，能方便运输广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到对矿井大量排放的瓦斯气采取深冷分离，深冷液化方式，制备成液化天然气(LNG)加以综合利用的工艺技术。技术背景瓦斯是一种伴生在煤层中，在生产煤的同时逸出的含有甲烷的多组分气体。瓦斯在一定浓度下，具有窒息性、燃烧性。在煤炭生产过程中，瓦斯从煤层中涌出、流向作业面、流向矿井的大气中，给安全生产带来了威胁。为防止瓦斯对人身安全的危害，煤矿对瓦斯采取了治理措施。瓦斯治理的一种方式是排放方式。向有瓦斯涌出的矿井加大通风量，将井下空气中的瓦斯稀释到安全规定以内，将瓦斯随同风流排放到地面。瓦斯的排放治理方式仅适用于瓦斯涌出量不大的煤矿，并且受到矿井通风能力以及井下许用通风量的限制。另一种方是抽放方式，通过向开采煤层或邻近煤层钻孔来抽取瓦斯，排放到地面。采用排放方式排放到地面的瓦斯一般甲烷含量较低，抽放方式获取的甲烷含量一般较高。大多数煤矿对抽放到地面的瓦斯采取空排到大气方式，未加利用。也有少数煤矿邻近城市或职工家舍区，作为生活燃料使用；还有作为瓦斯发电等应用。由于煤矿大多位置偏僻，难以集输，发电受到入网限制，离不开在煤矿就地应用的限制，加上一般瓦斯气的甲烷含量偏低，热值不高，难以压缩输配等原因，所以这些应用始终未能大量推广。我国煤矿的瓦斯仍然大部分排放到空气中。瓦斯中含有的主要组分甲烷，对大气层的温室效应的污染程度是二氧化碳的二十多倍。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种矿井瓦斯气的液化天然气生成方法，使瓦斯气能够安全压缩，通过分离提纯工艺，提高瓦斯气的甲烷含量，提高其热值，再通过深冷方式将其从气态燃料变为液态燃料，能方便运输广泛应用。矿井瓦斯提纯、分离、LNG生成工艺主要由脱氧、脱二氧化碳(CO2)、脱水、和深冷分离与液化4个子工艺环节组成。本专利技术将分属于空气分离、天然气处理、化工提纯、深冷制冷工艺技术揉合成一体，形成独特的“矿井瓦斯LNG生成工艺技朮”。按照本专利技术提供的技术方案，矿井瓦斯气的液化天然气生成方法包括：a、脱氧，矿井瓦斯首先应采用催化剂强氧化反应法或变压吸附法进行脱氧处理，以消除在生成液化天然气时必須高压压缩的不安全隐患；催化剂强氧化反应脱氧工艺是在常压下，温度600～700℃，瓦斯气通过氧化反应器中的催化剂床，使瓦斯气中的氧和甲烷发生无明火的氧化反应，生成二氧化碳和水；变压吸附方法是选用空穴直径大于氧分子直径，小于甲烷分子直径的分子筛，吸附瓦斯气中氧气；脱氧后的瓦斯含氧量应控制在0.5％以下；-->b、脱二氧化碳，矿井瓦斯还应进行脱二氧化碳处理，以防止低温CO2形成干冰堵塞设备；在脱二氧化碳处理时选用甲基二乙醇胺作CO2吸收剂，脱二氧化碳后的瓦斯气中CO2含量控制在50ppm以下；c、脱水，选用分子筛作为水分子的吸附剂，使瓦斯气通过分子筛，利用分子筛吸附掉瓦斯气中的水；脱水后，瓦斯气中的水分控制在5ppm以下；d、深冷分离和液化，液化过程在冷箱的主换热器中完成，全部冷量由单循环混合冷剂制冷循环提供；液化天然气从精馏塔底部分离，残存瓦斯气和氮气由精馏塔顶部排出。在采用催化剂强氧化反应工艺进行脱氧时，设置内有氧化催化剂床的氧化反应器，反应温度高低，通过调节瓦斯含氧量进行控制；同时还设置废热锅炉，充分利用脱氧时放出的热能；在采用变压吸附方法脱氧时，设置有二个吸附床：一个吸附氧气工作，一个释放排出氧气对分子筛进行再生激活；分子筛空穴直径为3.6A。在深冷分离和液化时，所用的冷剂是包括甲烷、乙烯、丙烷、戊己烷、氮气的混合致冷剂；选用螺杆压缩机进行冷剂循环压缩；設置有冷箱，冷箱中有传递冷量并深冷瓦斯的主换热器、用于气液分离生成液化天然气的精馏塔、能使冷剂和瓦斯通过减压致冷的节流阀。矿井瓦斯气生成液化天然气的全部工艺过程中所耗用电能，采用低瓦斯发动机发电机组发电供给；发电机组使用由矿井中抽排的或生成液化天然气残存的低甲烷瓦斯作为燃料。本专利技术对瓦斯先行采取特殊脱氧工艺，然后通过一定压缩后，再采取脱二氧化碳、脱水工艺进行脱碳、脱水。最后对经过脱氧、脱碳、脱水的瓦斯气采取深冷分离的方式提纯甲烷并且将甲烷液化生成液化天然气(LNG)。LNG是一种目前大量应用的以甲烷为主的液体燃料。其体积是天然气的六百二十五分之一，LNG的高压缩体积比，使之能方便地采用车船等常规运输方式，提供中心城市气化作民用天然气使用或作城市应急储备气源。LNG经过提纯液化后，其热值大幅度提高，可同时作为工业特种燃料、压缩天然气汽车用燃料、LNG汽车燃料。其应用领域不受地域的限制，相当于柴、汽油的油品燃料的应用。附图说明图1为脱氧系统流程图。图2为脱二氧化碳流程图。图3为脱水系统流程图。图4为深冷分离液化系统流程图。具体实施方式如图所示：矿井瓦斯气的液化天然气生成方法所用的设备包括依次利用管道相互连接的用于脱氧的设备、用于脱二氧化碳的设备、用于脱水的设备及用于深冷分离和液化的设备，在用于脱氧的设备中，在湿式储气柜2的输入端设置矿井瓦斯1的进口，在湿式储气柜2的输出端利用管道连接原料气压缩机3，原料气压缩机3的输出端利用管道与预热器4的一个通道连接，该通道的出口-->利用管道与氧化反应器5的进口连接；氧化反应器5的出口利用管道与预热器4的另一个通道连接，该另一个通道的出口利用管道与废热锅炉9的进口连接；废热锅炉9的出口利用管道与冷却器6连接，冷却器6的出口利用管道与水分离器7连接，水分离器7的出口利用管道与储罐50连接；在水分离器7与储罐50的管道上利用另一根管道连接循环压缩机8的进口，循环压缩机8的出口利用管道与位于废热锅炉9与冷却器6间的管道连接；并在循环压缩机8的出口管道上再设置管道与原料气压缩机3的出口连通。在脱二氧化碳的设备中，吸收塔13的下部设置矿井瓦斯的进口，在吸收塔13的上部利用管道连接胺循环泵15，胺循环泵15利用管道与过滤器18连接，过滤器18利用管道与胺增压泵20连接，胺增压泵20利用管道与水冷却器21连接，水冷却器21的出口利用管道与贫/富胺换热器22连接后，再与贫胺罐27连接，贫胺罐27的出口利用管道与再生塔23的底部连接；在再生塔23的下部同时利用两根管道与再沸器28连接，单独构成回路；在吸收塔13的顶部利用管道连接水冷却器17后，再与吸收塔顶分离器19的中部连接，在吸收塔顶分离器19的顶端设置排出脱二氧化碳后的矿井瓦斯的管道，在吸收塔顶分离器19的底部利用管道与胺收集罐11连接；在胺收集罐11上利用管道连接胺收集泵12；胺收集泵12利用管道与过滤器18连接，并在该管道上连接胺补充泵14，胺补充泵14利用管道与原料胺液罐16连接；在吸收塔13的底部利用管道连接胺液闪蒸罐10，在胺液闪蒸罐10上利用管道与贫/富胺换热器22连接后再与再生塔23的上端连接，在再生塔23的上端同时利用两根管道分别与再生塔冷凝器24与再生塔回流泵26连接，再生塔冷凝器24再利用管道与再生塔回流罐25连接，再生塔回流罐25的底部利用管道与再生塔回流泵26连接；在胺液闪蒸罐10上设置用于排放二氧化碳废气的管道。在用于脱水的设备中，在过滤器30的下部设置矿井瓦斯的进口，在过滤器30的上端利用管道连接吸附器31与吸附器32，在吸附器31与吸附器32的底部利用管道连接粉尘过滤器33，粉尘过滤器33利用管道与加热炉34连接，在吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井瓦斯气的液化天然气生成方法，其特征是：ａ、脱氧，矿井瓦斯首先应采用催化剂强氧化反应法或变压吸附法进行脱氧处理，以消除在生成液化天然气时必須高压压缩的不安全隐患；催化剂强氧化反应脱氧工艺是在常压下，温度６００～７００℃，瓦斯气通过氧化反应器中的催化剂床的金属型催化剂，使瓦斯气中的氧和甲烷发生无明火的氧化反应，生成二氧化碳和水；变压吸附方法是选用空穴直径大于氧分子直径，小于甲烷分子直径的分子筛，吸附瓦斯气中的氧气；脱氧后的瓦斯含氧量应控制在０．５％以下；ｂ、脱二氧化碳，矿井瓦斯还应进行脱二氧化碳处理，以防止低温ＣＯ↓［２］形成干冰堵塞设备；在脱ＣＯ↓［２］处理时选用甲基二乙醇胺作ＣＯ↓［２］吸收剂，脱ＣＯ↓［２］后的瓦斯气中ＣＯ↓［２］含量控制在５０ｐｐｍ以下；ｃ、脱水，选用分子筛作为水分子的吸附剂，使瓦斯气通过分子筛，利用分子筛吸附掉瓦斯气中的水；脱水后，瓦斯气中的水分控制在５ｐｐｍ以下；ｄ、深冷分离和液化，液化过程在冷箱的主换热器中完成，全部冷量由单循环混合冷剂制冷循环提供；液化天然气从精馏塔底部分离，残存瓦斯和氮气由精馏塔顶部排出。

【技术特征摘要】
1.一种矿井瓦斯气的液化天然气生成方法，其特征是：a、脱氧，矿井瓦斯首先应采用催化剂强氧化反应法或变压吸附法进行脱氧处理，以消除在生成液化天然气时必須高压压缩的不安全隐患；催化剂强氧化反应脱氧工艺是在常压下，温度600～700℃，瓦斯气通过氧化反应器中的催化剂床的金属型催化剂，使瓦斯气中的氧和甲烷发生无明火的氧化反应，生成二氧化碳和水；变压吸附方法是选用空穴直径大于氧分子直径，小于甲烷分子直径的分子筛，吸附瓦斯气中的氧气；脱氧后的瓦斯含氧量应控制在0.5％以下；b、脱二氧化碳，矿井瓦斯还应进行脱二氧化碳处理，以防止低温CO2形成干冰堵塞设备；在脱CO2处理时选用甲基二乙醇胺作CO2吸收剂，脱CO2后的瓦斯气中CO2含量控制在50ppm以下；c、脱水，选用分子筛作为水分子的吸附剂，使瓦斯气通过分子筛，利用分子筛吸附掉瓦斯气中的水；脱水后，瓦斯气中的水分控制在5ppm以下；d、深冷分离和液化，液化过程在冷箱的主换热器中完成，全部冷量由单循环混合冷剂制冷循环提供；液化天然气从精馏塔底部分离，残存瓦斯和氮气由精馏塔顶部排出。2.如权利1要求所述矿井瓦斯气的液化天然气生成方法，其特征是：在采用催化剂强氧化反应工艺进行脱氧时，设置内有氧化催化剂床的氧化反应器，反应温度高低，通过调节瓦斯含氧量进行控制；同时还设置废热锅炉，充分利用脱氧时放出的热能；在采用变压吸附方法脱氧时，设置有两个吸附床：一个吸附氧气工作，一个释放排出氧气对分子筛进行再生激活；分子筛空穴直径为3.6A。3.如权利1要求所述矿井瓦斯气的液化天然气生成方法，其特征是：在深冷分离和液化时，所用的冷剂是包括甲烷、乙烯、丙烷、戊己烷、氮气的混合致冷剂；选用螺杆压缩机进行冷剂循环压缩；設置有冷箱，冷箱中有传递冷量并深冷瓦斯的主换热器、用于气液分离生成液化天然气的精馏塔、能使冷剂和瓦斯通过减压致冷的节流阀。4.如权利1要求所述矿井瓦斯气的液化天然气生成方法，其特征是：矿井瓦斯气生成液化天然气的全部工艺过程中所耗用电能，采用低瓦斯发动机发电机组发电供给；发电机组使用由矿井中抽排的或生成液化天然气残存的低甲烷瓦斯作为燃料。5.如权利1要求所述矿井瓦斯气的液化天然气生成方法所用的设备，包括依次利用管道相互连接的用于脱氧的设备、用于脱二氧化碳的设备、用于脱水的设备及用于深冷分离和液化的设备，其特征是：在用于脱氧的设备中，在湿式储气柜(2)的输入端设置矿井瓦斯(1)的进口，在湿式储气柜(2)的输出端利用管道连接原料气压缩机(3)，原料气压缩机(3)的输出端利用管道与预热器(4)的一个通道连接，该通道的出口利用管道与氧化反应器(5)的进口连接；氧化反应器(5)的出口利用管道与预热器(4)的另一个通道连接，该另一个通道的出口利用管道与废热锅炉(9)的进口连接；废热锅炉(9)的出口利用管道与冷却器(6)连接，冷却器(6)的出口利用管道与水分离器(7)连接，水分离器(7)的出口利用管道与储罐(50)连接；在水分离器(7)与储罐(50)的管道上利用另一根管道连接循环压缩机(8)的进口，循环压缩机(8)的出口利用管道与位于废热锅炉(9)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴其蒙，曹荣，韦恩润，冯宏伟，徐家龙，殷强，陈猛，
申请(专利权)人：无锡永大天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]