[发明专利]一种矿井瓦斯气的液化天然气生成方法

说明书

技术领域

本发明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。

发明内容

本发明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。本发明将分属于空气分离、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”。

按照本发明提供的技术方案，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。