[发明专利]低浓度煤层气分离增浓与热电冷联供耦合利用系统及工艺

权利要求书

1.一种低浓度煤层气分离增浓与热电冷联供耦合利用系统，其特征在于：包括分离装置、乏风氧化器、内燃机、余热锅炉、汽轮机、吸收式热泵；热电冷联供系统由内燃机、余热锅炉、汽轮机、吸收式热泵组成；

分离装置包括溶液吸收器、溶液分离器和冷却器；溶液吸收器、溶液分离器和冷却器依次连接组成一个循环回路，分离装置将低于9%的煤层气分离和提浓至10%以上，便于内燃机燃烧利用；

溶液分离器的出口分别连接乏风氧化器和内燃机，内燃机连接余热锅炉和发电机，为余热锅炉提供高温烟气；乏风氧化器的出口连接余热锅炉，为余热锅炉提供高温烟气；余热锅炉的出口连接吸收式热泵和汽轮机，余热锅炉中的高温烟气为吸收式热泵提供高温热源；汽轮机通过冷却器连接吸收式热泵，为吸收式热泵提供低温热源；汽轮机驱动发电机发电；吸收式热泵与溶液分离器连接，为其提供热量，吸收式热泵另一端连接下游用户。

2.一种低浓度煤层气分离增浓与热电冷联供耦合利用工艺，采用权利要求1所述的系统，其特征在于：包括以下步骤：

（1）低浓度煤层气进入分离装置中，分离装置将体积浓度低于9%的煤层气分离、提浓至10%以上，便于内燃机燃烧利用；

（2）稳定浓度的煤层气在内燃机中燃烧发电，排出的高温烟气进入余热锅炉加热与其联合的蒸汽动力循环或有机朗肯循环；

（3）乏风氧化装置中，乏风的浓度通过掺混煤层气稳定在1%-2%，并通过自热维持乏风氧化反应，产生的高温烟气进入余热锅炉，利用高温烟气加热与其联合的蒸汽动力循环或有机朗肯循环；

（4）在余热锅炉中抽取一部分烟气作为驱动热泵系统的热源，热泵系统提供低浓度煤层气在分离系统中分离所需要的能量，同时向用户供热和供冷。

3.根据权利要求2所述的低浓度煤层气分离增浓与热电冷联供耦合利用工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（1）体积浓度低于9%的煤层气首先进入溶液吸收器，在低温下吸收或溶解，低温环境由外部循环水冷却器提供；吸收完成以后在溶液分离器中分离，此时在溶液分离器中需要将溶液加热至高温，所需热量由吸收式热泵提供；

（2）分离完成以后，溶液经冷却器冷却至低温状态，继续进行吸收，完成一次吸收分离循环；

（3）分离获得的煤层气甲烷体积浓度达到10%以上，通过调整循环倍率和吸收、分离时间可以调节所需的甲烷体积浓度；增浓后的煤层气甲烷浓度保持稳定或更具实际的供热、制冷或发电负荷调整，进入内燃机燃烧做工并通过发电机输出电功；

（4）内燃机排出的高温烟气作为热源之一进入余热锅炉，通过将低浓度煤层气与乏风掺混以稳定乏风中甲烷的浓度至1%~2%，维持乏风氧化器中的氧化反应，产生的高温烟气持续、稳定地作为余热锅炉的热源之一；

（5）余热锅炉作为中高温热源加热蒸汽动力循环或有机朗肯循环中的工质：水或有机工质，高温高压的工质进入汽轮机做工并通过发电机输出电功；

（6）乏汽经循环水冷却器凝结，并作为吸收式热泵的低温热源，同时在余热锅炉中抽取一部分高温烟气作为吸收式热泵的驱动高温热源；

（7）吸收式热泵同时或选择性实现供热和制冷，同时输出一部分热量至溶液分离器用以加热溶液促进煤层气分离。

4.根据权利要求3所述的低浓度煤层气分离增浓与热电冷联供耦合利用工艺，其特征在于：低浓度煤层气增浓后的浓度为10%-20%。

5.根据权利要求3所述的低浓度煤层气分离增浓与热电冷联供耦合利用工艺，其特征在于：乏风氧化器与内燃机的排烟温度均为400-500℃，一起进入余热锅炉，以增加余热锅炉做功蒸汽量的产出。

6.根据权利要求3所述的低浓度煤层气分离增浓与热电冷联供耦合利用工艺，其特征在于：溶液吸收器中使用的吸收液为胺类或离子液体。

7.根据权利要求3所述的低浓度煤层气分离增浓与热电冷联供耦合利用工艺，其特征在于：溶液吸收器中，溶液的吸收温度为：冬季的吸收温度为10-15℃，夏季的吸收温度为15-30℃。

8.根据权利要求3所述的低浓度煤层气分离增浓与热电冷联供耦合利用工艺，其特征在于：溶液分离器中，溶液的分离温度为80-120℃，分离所需热量有吸收式热泵所提供。