专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种利用含氧煤层气制取液化天然气的方法，包括压缩净化工序和液化分离工序，液化分离工序包括主流程工艺和制冷工艺，制冷工艺中采用特殊的混合制冷剂结合节流制冷以及特殊的制冷剂流程；本发明制冷工艺采用混合制冷并结合节流制冷，改变现有的制冷工艺，充分并合理的利用工艺过程中的冷量回收过程，提高制冷效率，从而相对提高装置的处理能力，对于单井产量不高的煤层气而言，可节约生产成本，只利用一套压缩设备，节约动力能源。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用液化原理进行分离的方法，尤其涉及一种利用含氧煤层气的液化分离回收方法。

背景技术

含氧煤层气是煤矿在开采过程中为防止瓦斯爆炸和突出，保证煤矿安全生产而抽排出的初级副产品；其主要成分为甲烷，从其成分含量上可以看出，煤层气是较为重要的能源和化工原料。但是由于其成分较为复杂，特别是在煤层气中含有氧，是非常危险的助燃助爆剂，制约了含氧煤层气的综合利用；实践中，为了节约成本，煤层气普遍在采煤过程中排入大气，造成资源的极度浪费和对环境的污染。

随着科学技术的发展，出现了多种含氧煤层气的液化浓缩技术。其中，ZL200610103425.0的专利公开了低温精馏法应用于含氧煤层气的分离和液化，具有分离纯度高，装置结构简单的优点。

但是，该制冷工艺采用混合制冷或者膨胀制冷等常规的制冷方式，结构复杂，透平膨胀集等辅助机械，制冷效率较低，降低了分离和液化装置的处理能力。

因此，需要对现有的含氧煤层气的液化工艺进行改进，改变现有的制冷工艺，充分并合理的利用工艺过程中的冷量回收过程，提高制冷效率，从而相对提高装置的处理能力，对于单井产量不高的煤层气而言，可节约生产成本。

发明内容

[0003] 发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用含氧煤层气制取液化天然气的方法，改变现有的制冷工艺，充分并合理的利用工艺过程中的冷量回收过程，提高制冷效率，从而相对提高装置的处理能力，对于单井产量不高的煤层气而言，可节约生产成本。

本发明的一种利用含氧煤层气制取液化天然气的方法，包括：

A．压缩净化工序：将来自煤矿的低浓度含氧煤层原料气经混合式水冷、压缩和净化去除杂质得到净化含氧煤层气；

B．液化分离工序：

液化分离工序包括：

B1.主流程工艺：将净化含氧煤层气依次通过一级换热器、二级换热器和三级换热器冷却至-180℃，节流后进入精馏塔，精馏塔塔底得到液化天然气，塔顶得到N₂ 和O₂混合气；精馏塔塔顶设置用于析出精馏塔顶流出的N₂ 和O₂中含有的少量CH₄组分的塔顶冷凝器；

B2.制冷工艺：

B21.混合制冷剂按体积百分比包括：氮 35%，甲烷 30.65%，乙烯 16.81%，丙烷 3.8%，丁烷 8.17% 戊烷 5.57%；混合制冷剂经三级压缩机压缩至高压，绝对压力3.6～4.4MPa，冷却至常温，戊烷、丁烷和丙烷为液态，乙烯、甲烷和氮为气态；一次气液分离后，气态乙烯、甲烷和氮进入一级换热器冷却至-50℃，在3.6～4.4MPa条件下乙烯为液态，甲烷和氮为气态；二次气液分离后，气态甲烷和氮进入二级换热器冷却至-116℃后进入精馏塔底的再沸器，用于加热塔底液体，自身被冷却至-130℃后，进入三级换热器冷却至-180℃，经节流降压后温度降至-186℃，进入塔顶冷凝器冷却塔顶出口的N₂ 、O₂和少量的CH₄组分，后依次经过三级换热器、二级换热器和一级换热器被回收冷量至常温，并回流至制冷剂平衡罐，稳压后进入压缩机，循环使用；

B22.一次气液分离后的液态戊烷、丁烷和丙烷进入一级换热器冷却，温度降至-50℃，经节流后压力降为0.2MPa后由一级换热器和二级换热器之间进入回流制冷剂回流；二次气液分离后的液态乙烯进入二级换热器冷却至约－143℃，经节流后压力降为0.2 MPa，后由二级换热器和三级换热器之间进入回流制冷剂回流。

进一步，压缩净化工序包括以下步骤：

A1.将来自煤矿的低浓度含氧煤层原料气经混合式水冷、气液分离并压缩至绝对压力0.44MPa；

A2.压缩后的气体降至常温，利用吸收塔脱除酸性气体，吸收塔内的吸收液为一乙醇胺、二乙醇胺或甲基二乙醇胺水溶液。

A3.脱除酸性气体的原料气进行冷却，温度为4～6℃，分离析出因冷却而游离出的水；

A4.降温并分离水分后的原料气进入吸附塔内进行低分压下脱除残留水分和酸性气体，使水分降至5ppm以下，CO₂浓度降至50ppm以下,硫化物总量降至5mg/m³以下；通过吸附塔内的吸附剂脱除原料其中的芳香烃，使其浓度降至50ppm以下；净化后得到主要成分为CH₄ 、N₂ 和O₂的干净含氧煤层气；

进一步，主流程工艺包括以下步骤：

B11. 净化含氧煤层气依次通过一级换热器、二级换热器和三级换热器冷却至-180℃，绝对压力控制在0.42MPa，形成冷凝液和气体的混合物，出换热器的冷凝液和气体的混合物经过节流控制绝对压力为0.26～0.30MPa，进入精馏塔；

B12. 降温并节流后的冷凝液和气体混合物由精馏塔中部进入精馏塔，冷凝液向下流向塔底，通过塔底再沸器将冷凝液加热至-149～-136℃，低于CH₄在0.3MPa压力下的饱和温度，高于N₂ 和O₂在0.3MPa压力下的饱和温度；冷凝液中的N₂ 和O₂组分向上挥发由精馏塔顶流出，剩余冷凝液由塔底流出经成品冷却器冷却后即为成品液化天然气；

B13.精馏塔顶流出的N₂ 和O₂进入塔顶冷凝器析出携带出的少量CH₄组分，进行气液分离后，液态为CH₄作为回流液由精馏塔顶回流至至精馏塔内；分离掉液态CH₄后N₂ 和O₂温度为-182℃，压力约0.22MPa，通过成品冷却器冷却精馏塔底出来的液化天然气后依次通过三级换热器、二级换热器和一级换热器被回收冷量，温度升至28～33℃后进入吸附塔，作为吸附塔中吸附剂再生时的冷吹气体；

进一步，步骤A4中，吸附塔中加入硫浸煤基活性炭用于脱除原料气中的汞，脱汞后的原料气汞含量小于0.1umg/m³；

进一步，制冷工艺中，混合制冷剂由混合制冷剂平衡罐进入压缩入口，混合制冷剂经制冷剂平衡罐回流至压缩入口循环使用；

进一步，步骤A4中，净化含氧煤层气过滤微量吸附剂粉沫输送至液化分离工序。

本发明的有益效果在于：本发明结构的利用含氧煤层气制取液化天然气的方法，制冷工艺采用混合制冷并结合节流制冷，改变现有的制冷工艺，充分并合理的利用工艺过程中的冷量回收过程，提高制冷效率，从而相对提高装置的处理能力，对于单井产量不高的煤层气而言，可节约生产成本，只利用一套压缩设备，节约动力能源。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的压缩净化工序工艺流程框图；

图2为本发明的液化分离工序工艺流程框图。

具体实施方式

图1为本发明的压缩净化工序工艺流程框图，图2为本发明的液化分离工序工艺流程框图，如图所示：本实施例的利用含氧煤层气制取液化天然气的方法，包括：

A．压缩净化工序：将来自煤矿的低浓度含氧煤层原料气经混合式水冷、压缩和净化去除杂质得到净化含氧煤层气；

B．液化分离工序：

液化分离工序包括：

B1.主流程工艺：将净化含氧煤层气依次通过一级换热器、二级换热器和三级换热器冷却至约-180℃，节流后进入精馏塔，精馏塔塔底得到液化天然气，塔顶得到N₂ 和O₂混合气；精馏塔塔顶设置用于析出精馏塔顶流出的N₂ 和O₂含有的少量CH₄组分的塔顶冷凝器；

B2.制冷工艺：

B21.混合制冷剂按体积百分比包括：氮 35%，甲烷 30.65%，乙烯 16.81%，丙烷 3.8%，丁烷 8.17% 戊烷 5.57%；混合制冷剂的配方与制冷过程中工艺上所需冷却温度相配合，达到较好的冷却效果；混合制冷剂经三级压缩机压缩至高压，绝对压力为3.6～4.4MPa，冷却至常温，约30℃；本实施例中，采用三级压缩，级间冷却并气液分离，防止温度过高降低热效率；

混合制剂在上述压力和温度下，戊烷、丁烷和丙烷为液态，乙烯、甲烷和氮为气态；一次气液分离后，气态乙烯、甲烷和氮进入一级换热器冷却至约-50℃；在3.6～4.4MPa条件下乙烯为液态，甲烷和氮为气态；二次气液分离后，气态甲烷和氮进入二级换热器冷却至约-116℃后进入精馏塔底的再沸器，用于加热塔底液体（也就是主流程进入精馏塔后落入塔底的冷凝液），制冷剂自身被冷却至约-130℃后，进入三级换热器冷却至-180℃，经节流降压后温度降至约-186℃，进入塔顶冷凝器冷却塔顶出口的N₂ 、O₂和少量的CH₄组分，冷凝出CH₄组分，最后依次经过三级换热器、二级换热器和一级换热器逐渐被回收冷量至常温；一次气液分离后的液态戊烷、丁烷和丙烷进入一级换热器冷却，温度降至约-50℃，经节流后压力降为0.2MPa后由一级换热器和二级换热器之间进入回流制冷剂回流；二次气液分离后的液态乙烯进入二级换热器冷却至约－143℃，经节流后压力降为0.2 MPa，后由二级换热器和三级换热器之间进入回流制冷剂回流；通过节流降低压力从而达到蒸发降温的目的，并不需要额外的设备和动力，节约能源，减小设备和占地投入。

本实施例中，压缩净化工序包括以下步骤：

A1.将来自煤矿的低浓度含氧煤层原料气经混合式水冷、气液分离并压缩至绝对压力为约0.44MPa；混合式水冷可脱除可能含有的微小火星，保证生产过程的安全性，同时清洗原料气；本实施例的压缩采用两级压缩，并级间冷却分离，防止温度过高产生危险。

A2. 压缩后的气体降至常温，利用吸收塔脱除酸性气体，吸收塔内的吸收液包括一乙醇胺、二乙醇胺和甲基二乙醇胺水溶液，与其它吸附收法、吸附法脱除酸性气体相比，此方法在酸性气体浓度较低时可深度脱除CO₂和硫化物；

A3. 脱除酸性气体的原料气进行冷却，温度为4～6℃，分离析出因冷却而游离出的水；

A4. 降温并分离水分后的原料气进入吸附塔内进行低分压下脱除残留水分和酸性气体，使水分降至5ppm以下，CO₂浓度降至50ppm以下,硫化物总量降至5mg/m³以下；通过吸附塔内的吸附剂（如活性炭）脱除原料其中的芳香烃，使其浓度降至50ppm以下；净化结束后得到主要成分为CH₄ 、N₂ 和O₂的干净含氧煤层气。

本实施例中，主流程工艺包括以下步骤：

B11. 净化含氧煤层气依次通过一级换热器、二级换热器和三级换热器冷却至约-180℃，绝对压力控制在0.42MPa左右，形成冷凝液和气体的混合物，出换热器的净化含氧煤层气经过节流控制绝对压力为0.26～0.30MPa，进入精馏塔；

B12. 降温并节流后的冷凝液和气体混合物由中部进入精馏塔，冷凝液向下流向塔底，通过塔底再沸器将冷凝液加热至-149～-136℃，低于CH₄在0.3MPa压力下的饱和温度，高于N₂ 和O₂在0.3MPa压力下的饱和温度；冷凝液中的N₂ 和O₂组分向上挥发由精馏塔顶流出，剩余冷凝液由塔底流出经成品冷却器冷却后即为成品液化天然气；

B13. 精馏塔顶流出的N₂ 和O₂进入塔顶冷凝器析出携带出的少量CH₄组分，进行气液分离后，液态为CH₄由精馏塔顶回流至至塔内作为回流液；分离掉液态CH₄后N₂ 和O₂温度为-182℃，压力约0.22MPa，通过成品冷却器冷却精馏塔底出来的液化天然气后依次通过三级换热器、二级换热器和一级换热器被回收冷量，温度升至28～33℃后进入吸附塔，作为吸附塔中吸附剂再生时的冷吹气体。

本实施例中，步骤A4中，吸附塔中加入硫浸煤基活性炭用于脱除原料气中的汞，脱汞后的原料气汞含量小于0.1umg/m³；

本实施例中，制冷工艺中，混合制冷剂由混合制冷剂平衡罐进入压缩入口，混合制冷剂经制冷剂平衡罐回流至压缩入口循环使用；采用混合制冷剂平衡罐能够具有混合均匀的制冷剂组成，利于压缩机的运行。

本实施例中，步骤A4中，净化含氧煤层气过滤微量吸附剂粉沫输送至液化分离工序。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

利用含氧煤层气制取液化天然气的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。