一种空气回热式的矿井瓦斯气的分离液化方法及设备技术

本发明专利技术涉及一种矿井瓦斯气的分离液化方法及设备。其技术方案是：将矿井瓦斯原料气压缩净化，除去原料气中的杂质，得到压缩净化的矿井瓦斯气；将压缩净化后的矿井瓦斯气通入换热器，使其温度冷却到摄氏负８２．５度以下；将冷却后的矿井瓦斯气通入一个分馏塔的中部，所述分馏塔的底部设有蒸发器、顶部设有冷凝器；在分馏塔顶部得到高纯度的低温空气，分馏塔底部得到高纯度的液态天然气；将从分馏塔顶部分离出的低温空气引入换热器中作为制冷气回收冷量。本发明专利技术的方法和设备避免了在低温下生产氮气并且采用空气回热的方法，设备结构简单，降低了能耗，减少成本，更有利于大规模推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气体分离液化方法及设备，特别涉及一种空气回热式的 矿井瓦斯气的分离液化设备及方法。
技术介绍
釆煤过程中抽放的煤层气即矿井瓦斯气，因为压力低，曱烷含量低，其 中混有空气，给这种气体的加工和运输带来了困难，通常都是把它排放到大 气中。这不但造成了严重的大气污染，也造成很大的资源浪费。如果把这种 瓦斯气中的煤层气(主要是曱烷)和空气分离出来并将提纯后的煤层气液化， 这就会使运输和利用都变得很方便。常规的分离方法有吸收法、吸附法、薄膜渗透法和低温精馏法等。前面 几种方法，分离的纯度很难达到要求，有的回收率低，有的还需要加热，混 有空气的瓦斯气在高温下易爆炸，存在安全隐患，因此没有能够得到应用。美国BCCK工程公司专利技术了一种工艺，是先将混有空气的矿井瓦斯气压缩， 然后用接触氧化法把其中的氧气脱除，然后脱除硫化氬和二氧化碳，再脱除 水分，最后再用节流制冷分离的方法把氮气脱除。这种工艺设备比较复杂， 产品是气体曱烷。如要生产液体曱烷，还要进一步增加液化设备。于2006 年5月和7月分别提出的内容为"含空气煤层气液化工艺及设备"的几项中 国专利申请中，分别描述了一种双级精馏和单级精馏的工艺(专利号为 200610080889.4; 200620115881.2; 200610103425,0; 200620122543.1 ), 上述工艺及设备比美国BCCK的工艺要筒单，而且能直接生产出液体的曱烷。 但是，由于上述工艺均需要在低温下分离出氮气，因此其工艺设备所需的能 耗仍然偏高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种空气回热式矿井瓦斯气分离液 化方法和设备，其能够采用低温空气回热的方法回收冷量，并且不生产氮气，工艺更为简单，能耗也更低。为解决上述技术问题，本专利技术所提出的方法的技术方案是 一种空气回热式矿井瓦斯气分离液化方法，包括如下工艺步骤 步骤一将矿井瓦斯原料气压缩净化，去除原料气中杂质，得到压缩净 化的矿井瓦斯气；步骤二将压缩净化后的矿井瓦斯气通入换热器，使其温度冷却到摄氏 负82. 5度以下；例如，将压缩净化的矿井瓦斯气通入换热器进行热交换，将其温度冷却 至-150。C ~-180°C，大部分矿井瓦斯气冷却为液体；步骤三将冷却后的矿井瓦斯气通入一个分馏塔的中部，经分馏塔底部的蒸发器的蒸发和顶部冷凝器的冷凝、塔内的气体与液体进行充分的质、热 交换，在分馏塔顶部得到高纯度的低温空气，分馏塔底部得到高纯度的液态 天然气。步骤四将从分馏塔顶部分离出的低温空气引入换热器中作为制冷气回 收冷量。进一步，在步骤二中，也可以先使矿井瓦斯原料气冷却到0°C ~-50°C， 然后先经过分馏i^底部的蒸发器为蒸发器提供热量，同时原料气本身得到预 冷，然后再经过换热器冷却至所需温度，使大部分矿井瓦斯气冷却为液体。进一步，所述步骤四中，从分馏塔顶部分离出的低温空气被引入换热器 中回收部分冷量后，可以再通过膨胀机膨胀降温，以增加制冷系统的冷量， 然后再引入换热器中回收冷量。进一步，所述步骤三中蒸发器蒸发温度为-85。C至-162。C,冷凝器的冷 凝温度为-150。C至-20(TC。进一步，所述换热器的冷量和冷凝器的冷量由一个制冷系统提供，所述 制冷系统为气体膨胀制冷系统或混合制冷剂制冷系统。进一 步，所述制冷系统中的制冷气可以先经过分馏塔底部的蒸发器为蒸 发器提供热量，同时制冷气本身得到预冷，然后再引入换热器中作为制冷气。进一步，所述制冷系统中的制冷气先经过分馏塔底部的蒸发器，然后再 回到换热器进一步降温后，再进入分馏塔顶部的冷凝器。进一步，可将所述从分馏塔顶部分离出的低温空气经过换热器回热后，再通入净化i殳备作为加热和吹除气体。本专利技术中的技术方案与申请号为200610080889. 4的专利技术相比，该专利技术 需要设立两级分馏i^，并且需将矿井瓦斯气分解为氮气、富氧空气和液态天 然气三部分，其工艺复杂、成本高、耗能大；而本专利技术釆用单分馏塔，并且 不需要从矿井瓦斯气中分解出氮气和富氧空气，具有制造工艺筒单、成本低、 耗能小的优点。本专利技术中的技术方案与申请号为200610103425. 0的专利技术相比，该专利技术 虽然釆用了单分馏塔结构，但是仍需要从矿井瓦斯气中分解出氮气和富氧空气，需要在分馏塔内设置多个不同的温度区域，并且为了分离氮气需还要提 供更低的温度，因此其依然存在着工艺较复杂、成本较高、耗能较大的缺陷； 与之相比，由于本专利技术不需要从矿井瓦斯气中分解出氮气和富氧空气，因此， 本专利技术明显具有工艺简单、成本低、耗能小的有益效果。本专利技术还提供了一种采用上述矿井瓦斯气液化分离方法的设备，其包括 压缩净化设备、制冷设备、液化分离设备和辅助设备；所述液化分离设备包括有换热器和一个分馏塔，压缩净化设备的原料气 输出管路与液化分离设备中的换热器的原料气输入通道连接，制冷设备的制 冷管路与液化分离设备的换热器的制冷通道连接，所述液化分离设备的换热 器的原料气输出管道与位于分馏塔中部的原料气输入口相连；分馏塔顶部具有冷凝器，同时其顶部还设有气体管路将低温空气引回到 换热器中；分馏塔底部具有蒸发器，同时底部设有液态天然气引出管道。进一步，所述分馏塔顶部的气体管路将低温空气引回到换热器后，也可 以再连接到膨胀机，然后再连接到换热器。进一步，输入到分馏塔中部的原料气输入口的原料气(矿井瓦斯气)的 温度在摄氏负82. 5度以下。进一步，所述分馏塔的蒸发器加热管路与制冷介质的预冷管路相连通。进一步，所述分馏塔的蒸发器加热管路也可以与原料气预冷管路相连通。进一步，所述制冷设备为气体膨胀制冷设备或混合制冷剂制冷设备。 进一步，所述压缩净化设备中可以包括压缩机和原料气净化器；所述原料气净化器可以是分子筛吸附的净化设备，也可以是由胺吸收塔与再生塔所 组成的净化系统。进一步，所述辅助设备是制氮设备，例如变压吸附制氮设备。所述分镏塔的冷凝器的制冷介质管路与制冷设备的制冷气管路连通；分 馏塔底部的液体管路可将液体51入到液体储槽中。所述制冷设备可以是氮气膨胀制冷或者氮、曱烷膨胀制冷，包括有压缩 机、膨胀机等，也可以用混合制冷剂制冷，包括有混合制冷压縮机、冷却器、 气液分离器等；所述辅助设备可以为变压吸附制氮机，变压吸附制氮机的氮 气输出管线与净化设备的再生管路、还有氮气制冷系统的氮气管路相连接。本专利技术中的设备与与申请号为200610080889.4的专利技术相比，本专利技术的 设备结构简单，建设成本低，单位能耗低。本专利技术中的设备与与申请号为 200610103425. 0的专利技术相比，本专利技术中的设备在使用时，不需要在分馏塔内 设立多处不同温度区间，以及将氮气、富氧空气分别引出的分流管道，其结 构简单，建造成本低，单位能耗也更低。综上所述，本专利技术中的方法和设备的有益效果是本专利技术矿井瓦斯气分 离液化设备及工艺避免了在低温下生产氮气，并且采用空气回热的方法，其 结构简单，从而降低了能耗，减少了成本，更有利于大规模推广。附图说明图1为本专利技术实施例1的压缩净化设备示意图； 图2为本专利技术实施例1的制冷设备和液化分离设备示意图。 图3为本专利技术实施例2的制冷设备和液化分离设备示意图。 图4为 一种采用本专利技术所提出的空气回热式的矿井瓦斯气的分离液化方 法的工艺流程图。图5为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气回热式矿井瓦斯气液化分离方法，包括步骤如下：　　　　步骤一：将矿井瓦斯原料气压缩净化，除去原料气中的杂质，得到压缩净化的矿井瓦斯气；　　　　步骤二：将压缩净化后的矿井瓦斯气通入换热器，使其温度冷却到摄氏负８２．５度以下；　　　　步骤三：将冷却后的矿井瓦斯气通入一个分馏塔的中部，所述分馏塔的底部设有蒸发器、顶部设有冷凝器；所述矿井瓦斯气经分馏塔底部的蒸发器的蒸发和顶部冷凝器的冷凝、塔内的气体与液体进行充分的质、热交换，在分馏塔顶部得到高纯度的低温空气，分馏塔底部得到高纯度的液态天然气；　　　　步骤四：将从分馏塔顶部分离出的低温空气引入换热器中作为制冷气回收冷量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：张俐惠，
申请(专利权)人：北京国能时代能源科技发展有限公司，杨克剑，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]