一种空气回热式的矿井瓦斯气的分离液化设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种矿井瓦斯气的分离液化设备。其包括压缩净化设备、制冷设备、液化分离设备和辅助设备；液化分离设备包括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。本实用新型专利技术的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。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本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。
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4巴它排放到大 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，然后脱除硫化氩和二氧化碳，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的工艺要简单，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，本技术提供了一种空气回热式的矿井瓦斯气 的分离液化设备，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。通。' 、 一 、'十 、 、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。馏塔底部的液体管路可将液体引入到液体储槽中。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，包括有混合制冷压缩机、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塔，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；而本技术采用单分馏 塔，并且不需要从矿井瓦斯气中分解出氮气和富氧空气，具有制造工艺简单、 成本低、耗能小的有益效果。本技术中的技术方案与申请号为200610103425.0的专利技术相比，该 专利技术虽然采用了单分馏塔结构，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，以及将氮气、富氧空气 分别引出的分流管道，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，由于本技术不需要从矿井瓦斯气中分解出氮气和富氧空气，不需要在分馏塔内设立 多处不同温度区间，以及将氮气、富氧空气分別引出的分流管道，因此，本 技术明显具有结构简单、建造成本低、分馏效率更高、耗能小的有益效 果。综上所述，本技术中的方法和设备的有益效果是本技术矿井 瓦斯气分离液化设备避免了在低温下生产氮气，并且采用空气回热的方法， 其结构筒单，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为本技术实施例1的压缩净化设备示意图； 图2为本技术实施例1的制冷设备和液化分离设备示意图。 图3为本技术实施例2的制冷设备和液化分离设备示意图。 图4为本技术中分馏塔的结构示意图。具体实施方式实施例1参阅图l，为本技术实施例1的压缩净化设备示意图。包括过滤器 1、气液分离器2、压缩机3、冷却器4、气液分离器5、分子筛净化设备组， 所述分子筛净化设备组包括两台分子筛干燥机6、 7，当第一台分子筛干燥机6工作时，第二台分子筛干燥机7加热再生、冷却备用，每12小时切换一次。 该分子筛干燥设备主要用来脱除水、二氧化碳。分子筛设备组后有过滤器8, 还有加热器9。另外，还有一台变压吸附制氮机10提供氮气，用于置换净化 设备中的气体。压缩净化的具体工艺流程如下1、 自排放管道来的矿井瓦斯气原料气首先经过滤器1除去灰尘；2、 除尘后的矿井瓦斯气进入气液分离器2气液分离后，气体进入压缩 机3压缩；3、 压缩后经冷却器4冷却，然后经气液分离器5去除游离水。4、 矿井瓦斯气进入分子筛干燥设备6，脱出水和二氧化碳，变压吸附制 氮机10提供的氮气，先进入7，置换其中的瓦斯气，然后用流程中产生的洁 净空气经加热器9加热至240-250°C,用于分子筛干燥器7的再生；加热再 生完成后，将洁净空气不经过加热，直接输入干燥器7，冷却分子筛，降低 分子筛干燥机7的温度，然后再用氮气置换分子筛7中的空气，备用；6、经分子筛干燥设备脱除水、二氧化碳和氧气的原料气再经过滤器8 即可进入制冷、液化分离i殳备。 '参阅图2，为本技术实施例1的制冷设备和液化分离设备示意图。 液化分离设备包括四级换热器11、 12、 13, 17和分馏塔15;分馏塔顶部有 冷凝器16，分馏塔底部有蒸发器14,冷凝器16的制冷管道与制冷系统的管 道相连，蒸发器14的加热管道在换热器11、 12之间与制冷气的管道相连； 原料气管道依次与换热器11、 12、 13相连，换热器13冷端的原料气管道与 分馏塔15的中部相连；分馏塔15顶部有气体管道依次与换热器17、膨胀机 18、换热器13、 12、 11相连；分馏塔底部还有液体管路将液体天然气连接 到换热器17，然后连接到输出阀门。制冷设备为压缩膨胀制冷系统，采用了一台压缩机19、冷却器20、 22、 带增压机21的透平膨胀机23。制冷气管道在换热器9、 10之间与蒸发器14 的加热管道相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气回热式矿井瓦斯气分离液化设备，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。

【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：实用新型
国别省市：11[中国|北京]