本发明专利技术属于混合气体的分离领域，具体涉及一种煤层气尤其是含低CH4量煤层气的分离系统与工艺。本发明专利技术所述的煤层气分离系统包括压缩净化装置、O2脱除装置、净化除油装置、CH4分离系统和产品集送系统。所述煤层气经过O2脱除装置完全除去其中含有的O2，而最大限度的保留的煤层气中的CH4，所述CH4分离系统选用两级控制压力的办法实现在较高温度下CO2和CH4的液化，不仅能够将煤层气中的各组分分离，而且能耗较低，不仅解决了煤层气开采过程中的安全隐患，同时可以最大限度的利用煤层气中含有的CH4。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于混合气体的液化分离领域，具体涉及一种煤层气尤其是含低CH4量煤层气的分离系统及工艺。
技术介绍
煤层气俗称“瓦斯”，与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，热值是通用煤的2-5倍，煤层气的主要成分为甲烷，其产生的温室效应是(X)2的21倍，对臭氧层的破坏力是CO2的7倍。据有关部门估算，全国煤矿瓦斯对空排放量占全部工业生产014排放量的1/3左右。2005年2月《京都议定书》生效，我国面临“减排”的压力越来越大。同时煤层气作为一种不可再生的资源，世界各国已开始直接利用或者浓缩富集加以利用。我国对煤矿瓦斯制定了抽采的强制性措施即“先抽后采”，推出了“煤气共采、鼓励利用、超标严惩”的政策，突出了瓦斯作为宝贵资源的重要地位，为瓦斯规模化、产业化、工业化开发利用铺平了道路。煤层气有两种抽采方式一种是地面抽采，其甲烷纯度高(98%左右)，利用价值较高，可直接加压进行管网输运，也可直接进行液化储运。但更为广泛的是在已经进行煤炭开采生产的矿井下抽采。这种方式抽采出来的煤层气甲烷含量较低，通常在30% -70%之间，甚至更低。我国煤矿开采一直以煤炭开采为主要目的，煤层气(瓦斯气)的抽放处理仅是出于煤矿安全生产的要求而进行的。从矿井煤层气中分离提纯甲烷对于扩展和提高煤层气的有效利用率和经济价值具有重要意义。而我国煤层气具有数量巨大、产地分散、单井规模小、井下抽采气浓度低并含氧等特点，一般除就近使用外，还没有其他有效的利用途径， 放空浪费情况非常严重。如果把煤层气中的甲烷和空气分离出来并将提纯后的甲烷液化灌装，这就极大的方便了运输和利用。目前可应用于从煤层气中分离提纯甲烷的方法一般有低温液化分离、变压吸附及膜分离等工艺方案，每种方案均具有自己的特色和应用范围。然而对于变压吸附及膜分离等工艺，在分离工艺流程中均需要对原料气进行加压，这显然扩大了煤层气的爆炸浓度范围，因此在分离处理矿井煤层气这种含氧可燃混合物时，安全问题是所有分离技术必须考虑的。根据燃烧理论，甲烷等可燃气体在空气内燃爆，存在一个最小的燃爆氧浓度，其对应的点称为燃爆临界点，与可燃气体的爆炸上、下限浓度点构成了一个三角形，通常称为 Coward爆炸三角形，只要当混合物浓度范围处于此爆炸三角形内，系统极易发生爆炸。如图1所示，其中区域I为爆炸三角区；区域II为欠氧区，即增加氧气(空气)可爆炸；区域III为欠甲烷区，即增加甲烷可爆炸；区域IV为安全区，不发生爆炸。在常温常压下，甲烷与空气混合爆炸的浓度范围为5% -15%。这个范围会随压力和温度的变化而改变，温度升高和压力升高均会使爆炸浓度范围扩大。由于煤矿抽出的瓦斯浓度一般在爆炸极限之内，采取高压流程，则将使爆炸下限降低，存在不安全因素，因此从矿井煤层气(空气和甲烷的混合物)中分离提纯甲烷，无论起始混合物中甲烷浓度有多高，随着甲烷的分离减少，在系统内均会穿过爆炸浓度范围，这对任何分离提纯系统均是非常危险的。因此， 在对煤层气进行处理的过程中，必须要时刻考虑到可能出现的安全问题，控制甲烷和空气的含量，以达到开采过程的绝对安全。中国专利CNlOl 104825A公开了一种矿井瓦斯气的液化天然气生产方法，该专利所述的方法首先将煤层气中所含有的氧气分离，使煤层气远离爆炸三角形的爆炸范围，其所述的脱氧方法是采用催化剂强氧化方法或变压吸附法进行脱氧处理，所述的催化剂强氧化脱氧工艺是在常压下、控制温度600-700°C，将煤层气通过氧化反应器中的催化剂床的金属性催化剂，使煤层气中的氧气和甲烷发生无明火的氧化反应，并生成(X)2和水；所述的变压吸附方法是选用空穴直径大于氧分子直径而小于甲烷分子直径的分子筛，吸附煤层气中的氧气。脱氧后的煤层气的含氧量控制在0.5%以下。该专利所述的方法将氧气脱出后可以通过加压浓缩的方式得到液化天然气，然而该专利所述的脱氧方法中，催化剂强氧化脱氧方法只适用于含甲烷浓度较高的煤层气之用，对于甲烷浓度较低的煤层气而言，很有可能在燃烧过程中将甲烷全部消耗掉，这样也就无法达到制备液化天然气的目的，即便是在燃烧过后依然存有少量的甲烷，但整个燃烧过程毕竟消耗的大部分的甲烷，均是与环保目的或是最大限度的利用资源的目的相违背的， 因此通过催化剂强氧化燃烧的方式并不适合煤层气的开发利用，尤其是低浓度甲烷煤层气的开发。该专利所述的另外一种方法即变压吸附脱氧的方法，该方法虽然最大限度的保存了甲烷的含量，但是受爆炸三角形理论的限制，该方法只能在极低的压力下进行，这样会使得该方法的分离效率极低，另一方面由于煤层气中会含有其他的混合气体，单纯采用空穴直径大于氧分子直径而小于甲烷分子直径的分子筛可能导致分离效果不理想，这样使得后续的处理程序依然存在极大的安全隐患。中国专利CN101659890A公开了一种煤层气的脱氧方法及其催化剂，该专利所述的方法是在催化剂的作用下，将煤层气与!^SO4水溶液进行反应脱氧，所述催化剂为铁金属或铁金属与碱金属氢氧化物的混合物。该专利所述的方法在常温常压下即可进行，但方法虽然通过将氧气与!^SO4水溶液反应而除氧，但受制于氧气的溶解度有限，使得此种除氧方式的效率也有待商榷。由于在煤层气处理工艺中，安全问题成为首要的考虑要点，因此必须选择能够将氧气完全脱除的工艺进行处理，确保实施的安全。另一方面，经过I^eSO4水溶液的煤层气在进行后续处理时还需要脱除在此步骤中引入的水蒸气，否则可能会污染后续设备。脱除氧气后的煤层气即可通过低温液化分离、变压吸附及膜分离等工艺方案分离得到相对较纯的CH4气进行利用，而此时也不必受到爆炸三角形理论的限制可以任意加压处理。 低温液化分离工艺由于可以直接得到液态CH4并且不需要对其他组分气体进行多次分离操作而受到广泛应用。但现有技术中均是采用将混合气煤层气直接降温至CH4的液化温度而得到液态CH4的方法，但由于混合气煤层气中含有部分CO2，而在甲烷的液化温度下(X)2已经液化甚至直接冷凝为固态干冰，很容易堵塞分馏塔进而影响分离的效果。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术中煤层气液化分离过程中(X)2堵塞设备而导致气体分离不彻底，以及深冷技术中能耗过大的问题，进而提供一种进一步的，本专利技术还提供了使用上述系统进行煤层气分离的工艺。为解决上述技术问题，本专利技术所述的一种煤层气分离系统，包括顺次连接的压缩净化装置用于将所述煤层气煤层气进行净化压缩预处理；净化除油装置用于除去无&煤层气中含有的微量油雾；CH4分离系统用于将无&煤层气中的CH4与其他组分分离；产品集送系统用于收集并输送浓缩后的CH4 ；所述压缩净化装置和所述净化除油装置之间还包括&脱除装置，所述&脱除装置用于脱除预处理后的煤层气中的02，得到无A煤层气；所述O2脱除装置包括填充有活性还原铁的第一脱除器，所述活性还原铁附着于活性物质载体骨架的外表面，所述煤层气中的A与设置于所述第一脱除器内的活性还原铁发生反应，脱除其中的O2;所述CH4分离系统包括顺次连接的空压机、(X)2液化罐、减压器以及CH4液化罐，所述无A煤层气经所述空压机加压至7. 2-7. 4MPa,并在所述(X)2液化罐内液化为液体，实现与其他组分的分离；分离出(X)2的剩余组本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种煤层气分离系统，包括：压缩净化装置（１）：用于将所述煤层气进行净化压缩预处理；净化除油装置：用于除去无Ｏ２煤层气中含有的微量油雾；ＣＨ４分离系统：用于将无Ｏ２煤层气中的ＣＨ４与其他组分分离；产品集送系统：用于收集并输送浓缩后的ＣＨ４；其特征在于：所述压缩净化装置（１）和所述净化除油装置之间还包括Ｏ２脱除装置，所述Ｏ２脱除装置用于脱除预处理后的煤层气中的Ｏ２，得到无Ｏ２煤层气；所述Ｏ２脱除装置包括填充有活性还原铁的第一脱除器（２１），所述活性还原铁附着于活性物质载体骨架的外表面，所述煤层气中的Ｏ２与设置于所述第一脱除器（２１）内的活性还原铁发生反应，脱除其中的Ｏ２；所述ＣＨ４分离系统包括顺次连接的空压机（５）、ＣＯ２液化罐（９）、减压器（１２）以及ＣＨ４液化罐（１３），所述无Ｏ２煤层气经所述空压机（５）加压至７．２－７．４ＭＰａ，其中的ＣＯ２在所述ＣＯ２液化罐（９）内液化为液体，实现与其他组分的分离；分离出ＣＯ２的剩余组分经所述减压器（１２）减压至４．４－４．６ＭＰａ，并在所述ＣＨ４液化罐（１３）内降温至ＣＨ４的液化温度，实现ＣＨ４的液化并与其他组分分离。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏厚瑗，丁琦洋，
申请(专利权)人：北京惟泰安全设备有限公司，
类型：发明
国别省市：11
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