[实用新型]一种含氧煤层气的脱氧、脱氮系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种含氧煤层气的脱氧、脱氮系统，属于天然气液化技术领域。

背景技术

在煤矿开采过程中抽采的煤层气，甲烷含量比较低，通常为30%～70%（体积分数），其他成分主要包括二氧化碳和空气。2010年我国井下抽采煤层气76亿方，利用量约24.3亿方，利用量不足32%。我国煤层气资源丰富，但开发的比较少，几乎没有工业应用。由于煤层气涌入煤矿巷道或爆炸会引起灾难，因此，煤炭工业界一直将煤层气视为灾害气体。目前这种混有空气的含氧煤层气的抽放处理仅仅是基于煤矿的安全生产要求而进行的，绝大部分排放到大气中，但是由于数量巨大，不仅浪费资源，而且还会引起温室效应。除就近使用外，通过管道外输十分不经济，如果将含氧煤层气中的煤层气与空气（主要为氧气、氮气）分离液化，就能将含氧煤层气利用起来，可以极为方便的运输和利用。

目前已有几种关于含氧煤层气的分离工艺及设备的实用新型专利申请，例如200610080889.4号中国申请专利，该专利申请公开的技术方案采用低温双级精馏实现甲烷与空气的分离，但是采用双级精馏工艺流程复杂，设备较多，精馏塔压力损失较大，由于系统采用低压流程，所以工艺能耗较高。200610103425.0号中国专利申请采用低温精馏法应用于含氧煤层气的分离和液化，但是该工艺采用混合制冷或者膨胀制冷等常规的制冷方式，透平膨胀机等辅助机械制冷效率低，降低了分离和液化的处理能力。而20101028282232.2号中国专利申请采用混合冷剂结合节流制冷工艺，能一定程度上提高这冷效率，但是由于精馏塔顶再冷凝器所需温度极低，采用单一混合冷剂流程难以保证甲烷的回收率，从而造成甲烷的浪费，且工艺能耗较高。200910012669.1号中国专利申请采用催化脱氧，先让含氧煤层气中的甲烷与氧气反应，除去氧气。此工艺流程较为复杂，且需消耗大量的甲烷与氧气反应，而含有的N₂还需要进一步处理。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种含氧煤层气的脱氧、脱氮系统，使用本实用新型的系统进行脱氮、脱氧时，改变了现有的制冷工艺，其采用混合冷剂+N₂节流制冷，充分利用工艺流程中的冷量回收，同时保证了甲烷回收率，具备换热效率高、能耗低、煤层气脱氧、脱氮精度高、甲烷回收率高、安全性高等特点。

为实现上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型所提供的一种含氧煤层气的脱氧、脱氮系统，它包括冷箱、精馏塔、煤层气脱氧、脱氮机构、混合冷剂循环机构和氮气冷剂循环机构；

所述混合冷剂循环机构为所述冷箱提供冷量；

所述氮气冷剂循环机构为所述冷箱和所述精馏塔提供冷量；

所述煤层气脱氧、脱氮机构包括原料气管线、设置于所述精馏塔塔顶的再冷凝器和设置于所述精馏塔塔底的再沸器；所述原料气管线与所述冷箱相连通，然后从所述冷箱中引出后与所述再沸器相连通；所述原料气管线从所述再沸器引出后再进入至所述冷箱中，然后从所述冷箱中引出后与所述精馏塔相连通；所述再沸器的气相出口通过管路与所述冷箱相连通，所述管路经所述冷箱冷却后与LNG储罐相连通。

上述的脱氧、脱氮系统中，所述混合冷剂循环机构可为二级压缩单元。

上述的脱氧、脱氮系统中，所述二级压缩单元包括一级混合冷剂压缩机、二级混合冷剂压缩机、混合冷剂冷却器Ⅰ、混合冷剂冷却器Ⅱ、混合冷剂气液分离器Ⅰ和混合冷剂气液分离器Ⅱ；

所述一级混合冷剂压缩机的出口与所述混合冷剂冷却器Ⅰ相连通，所述混合冷剂冷却器Ⅰ的出口与所述混合冷剂气液分离器Ⅰ相连通；所述混合冷剂气液分离器Ⅰ的气相出口与所述二级混合冷剂压缩机的入口相连通，所述二级混合冷剂压缩机的出口与所述混合冷剂冷却器Ⅱ相连通，所述混合冷剂冷却器Ⅱ的出口和所述混合冷剂气液分离器Ⅰ的液相出口均与所述混合冷剂气液分离器Ⅱ相连通；所述混合冷剂气液分离器Ⅱ的气相出口和液相出口均与所述冷箱相连通，并进行节流，然后从所述冷箱中引出后与所述一级混合冷剂压缩机相连通。

上述的脱氧、脱氮系统中，所述氮气冷剂循环机构可为三级压缩单元。

上述的脱氧、脱氮系统中，所述三级压缩单元包括依次连通的一级氮气压缩机、氮气冷却器Ⅰ、二级氮气压缩机、氮气冷却器Ⅱ、三级氮气压缩机和氮气冷却器Ⅲ；

所述氮气冷却器Ⅲ的出口通过管路与所述冷箱相连通，且从所述冷箱引出后经节流与所述再冷凝器相连通，从所述再冷凝器引出后再进入至所述冷箱，最后从所述冷箱引出后与所述一级氮气压缩机相连通。