[发明专利]利用变压吸附余压预冷的煤层气氮膨胀液化工艺无效
申请号: | 200810038555.X | 申请日: | 2008-06-05 |
公开(公告)号: | CN101285639A | 公开(公告)日: | 2008-10-15 |
发明(设计)人: | 林文胜;高婷;顾安忠;辜敏 | 申请(专利权)人: | 上海交通大学 |
主分类号: | F25J3/00 | 分类号: | F25J3/00;B01D53/04 |
代理公司: | 上海交达专利事务所 | 代理人: | 周文娟 |
地址: | 200240*** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 利用 变压 吸附 预冷 煤层气 膨胀 液化 工艺 | ||
技术领域
本发明涉及一种煤层气的液化工艺,特别是一种涉及高含氮量煤层气的利用变压吸附余压预冷的煤层气氮膨胀液化工艺。属于化工与低温技术领域。
背景技术
煤层气(CBM)是一种以甲烷为主要成分的煤矿伴生气,俗称“煤矿瓦斯”,属于非常规天然气。煤层气的开发利用不仅能够提供一种高热值的清洁能源,同时可以防止瓦斯爆炸引起的矿难并减少温室气体甲烷的排放量,对煤矿安全及环境保护均具有重要意义。我国的煤层气储量丰富,且主要分布在经济发达或较发达的中东部地区,与常规天然气表现出很好的互补性,容易形成便利的市场条件,因此我国煤层气开发利用具有突出的优势和发展潜力。然而,我国煤层气产地一般远离天然气管网,且气质与常规天然气不同,不便或不宜进入现有管网。利用天然气的小型液化技术将煤层气液化,可使其体积减少为原来的大约1/600,极大地方便了从产地到用户的输送,是一种极有前景的开发形式。
我国液化天然气的技术已经较为成熟,其中氮膨胀液化流程结构简单,造价较低,适应性强,易于操作和控制,较适用于小型天然气液化装置。但不论是国内还是国外,对于甲烷含量不高的煤层气的液化技术的研究还很少。受到目前瓦斯抽采技术的限制,中国的煤层气大多为矿井气,由于混入了空气而往往含有较多的氮,不能通过常规的净化工艺脱除,影响了其作为能源加以利用。因此低浓度甲烷的液化工艺还必须考虑甲烷提浓的问题。可以通过在液化前进行变压吸附或液化后进行低温精馏将氮从煤层气中分离出去,从而提高甲烷的纯度。
低温精馏法利用沸点差实现氮与甲烷的分离,是一种高效的分离方式,其主要优点是甲烷纯度高,可达95%以上。但精馏法用于液化之后,因此需要将氮同时液化,从而增加了系统液化功耗,同时精馏过程本身同样需要消耗巨大能量。而变压吸附过程在常温和较低压力下工作,能耗较低,因此吸附-液化法的液化流程总功耗较低。且吸附法工艺简单,操作、维护费用低,有其独特的优势。但甲烷与氮的吸附分离难度很大,是目前化工技术面临的一项十分艰巨的任务。现有文献和相关研究中有的是将煤层气吸附脱氮过程独立出来研究,再就是单独对煤层气液化流程进行研究,而对于从整体上将吸附和液化过程耦合起来考虑还很少见,未见将吸附余压利用于后继液化过程的报道。
已有技术中,申请号为200610080889.4、名称为“含空气煤层气液化工艺及设备”的发明专利采用低温双级精馏实现了煤层气在低温下的液化和分离,得到的液化天然气的产品纯度可达99%以上。但相比传统的天然气液化工艺,系统单位功耗较高。上海交通大学制冷与低温专业的祝家新在其硕士论文中使用吸附-液化法实现煤层气的液化,直接利用变压吸附分离后煤层气的余压减少煤层气的压缩功耗,但由于氮膨胀液化流程中氮压缩功占系统整体功耗的较大份额,因此仅靠降低煤层气的压缩功耗节能效果不明显。
发明内容
为克服已有技术的不足和缺陷,提高煤层气中甲烷的浓度并降低煤层气液化过程中的能耗,本发明提出一种利用变压吸附余压预冷的煤层气氮膨胀液化工艺。针对高含氮量的低浓度煤层气,通过变压吸附过程首先分离出大部分的氮,并利用这部分氮气具有的吸附余压,将其膨胀对煤层气进行预冷,利用这部分“免费”的能量,减少氮膨胀循环所需的氮压缩功,从而降低系统的整体功耗。
本发明是按照下述技术方案进行的,本发明工艺包括下述步骤:
1、首先将煤层气进行预净化,去除其中的水、酸性气体、重烃等杂质;
2、将预净化后的含氮煤层气通过变压吸附过程分离出其中的大部分氮;
3、通过以上两步提浓后的煤层气被两级压缩并水冷为常温高压煤层气;
4、常温高压煤层气在第一换热器中预冷,预冷所需的冷量由气液分离器中分离出的冷气体及吸附分离出的带余压氮气膨胀所提供;
5、预冷后的煤层气在第二换热器中被冷却为低温煤层气,该换热器中的冷量由一个氮膨胀循环及气液分离器中分离出的冷气体提供;上述的氮膨胀循环过程为:一定量的氮气被两级压缩并水冷,先经过一级膨胀到中间压力,然后在第二换热器中被预冷,再经过二级膨胀,为该换热器提供冷量并复热后排出系统。
6、低温煤层气节流,最终在气液分离器中分离出液体产品,分离出的冷气体则相继回到第二换热器和第一换热器重新利用其冷量后排出。
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