[发明专利]回收和运输甲烷气体的方法与装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请的优先权申请是2006年3月21日提出的序列号为60/784,412的美国临时专利申请，该申请引入本文作为参考。 

技术领域

本发明涉及从煤矿回收甲烷气体以及常规的天然气的技术领域。更具体地，本发明涉及从煤矿中经济地回收甲烷气体并将其运输至终端用户或其它位置的装置和方法。本发明还提供了用于经济地回收那些由于含有较多需要处理的杂质而难于回收的天然气和/或不在管道附近的天然气的装置和方法。 

背景技术

当挖掘煤的时候，大量的甲烷气体积聚在煤矿中。有时，只是将这些甲烷气体排放到大气中或者燃烧掉。而在另外的一些场合中，可以将甲烷积聚起来。 

近来，排放标准特别是高排放的公用事业如发电厂的排放标准受到很多关注。发电厂通常使用共燃锅炉来发电。然而，在美国可用的许多煤都含有大量的二氧化硫或者二氧化氮，这两种物质的排放对环境特别不利。许多环境法规都要求在公用事业中减少使用高硫含量的煤。满足这些排放标准的另一种途径就是接受对排放这些二氧化硫的处罚。因此，本发明的目的就是提供一种经济的方法，从而取代接受由于含二氧化硫的煤的燃烧而引起的环境处罚。 

在美国通常使用煤粉锅炉，这些锅炉会排放二氧化硫、二氧化氮和温室气体。然而，用很低的成本就可以很容易地把这些锅炉转换成共燃系统。这种方便的转换以及转换后的系统的经济价值，使得煤与气体共燃成为具有较低风险的使用煤矿气体作为煤的替代品的尝试。与气体共燃提高了灰烬质量，降低了炉渣量，并 且能够略微提高锅炉效率。气体燃料的输入量可以在低于全部燃料输入量的3％到100％之间变化，从而提高燃煤燃烧器的短期峰值能力。 

现在，许多公用事业的锅炉都具有共燃能力，且其中很多公用事业的锅炉就位于含气煤矿附近。含气煤矿就是煤矿中存在大量的甲烷气体。甲烷气体被吸收在地下煤层中，并以可回收的量渗出。 

为了确定哪些锅炉是可以与煤矿气体共燃的理想锅炉，操作者必须考虑气体需求量和可供应性、管道距离以及锅炉转换成本。由于共燃是不同品质的煤矿气体的理想的应用，因此美国环保署(EPA)正在研究将新的共燃锅炉安置在含气煤矿附近，以利用煤、煤矿气体和排放气作为燃料的经济潜能。除了将这些锅炉安置在含气煤矿或附近，另一种可选择的方法就是发展一种经济型方式，从煤矿中回收甲烷气体并将其经济地运输至现有的锅炉位置。 

因此，本发明的一个目的就是提供一种运输煤矿气体的可选择的装置，该装置包括一套特别设计的罐车，以把甲烷煤矿气体从煤矿运输至耗用地点。 

虽然在共燃工业锅炉和公用事业锅炉中共燃气体是受经济驱动的，但迄今为止，把煤矿气体运输到合适的终端用户设施一直存在非常大的困难。如果能够设计一种方法，可以比较经济地把煤矿气体收集到罐中，并且如果能够缩减运输成本，那么使用煤矿气体的经济性将大大提高。另外，排放信誉和可避免的处罚都可充分地提高大部分煤矿气体项目的经济效果，从而可稳定公用事业中煤的应用。因此，本发明的另一个目的就是提供一种用来运输回收的煤矿气体的合适的装置，其中部分使用回收的煤矿气体作为运输装置的燃料。 

本发明还有一个目的是提供一种用来运输回收的煤矿气体的合适的装置，其中，该煤矿气体被运输到气体处理装置，在这里除去惰性气体如氮气、二氧化碳和硫化氢以及水。除去惰性气体后，气体具有管道输送的气体质量，可以输入到天然气公司的主管道。 

采集煤矿气体的一个主要问题是由于含气煤矿在很大范围内延伸，所以不能进行经济的采集和运输。所述的大面积将需要数英里的管线。然而，由于甲烷气体中氮气和二氧化碳的含量水平相对于管道气体的质量来说太高了，所以不能使用现有的公用事业管道。此外，除非使用低温冷凝法将甲烷冷冻至-210℃，否则 甲烷不能像丙烷气体一样液化。低温冷冻的方案其耗费是相当高的。 

此外，还发现一个区域内生产的煤矿气体不够有代表性，不能经济地证明安装小型气体处理装置是正确的。这便需要几个离得很远的区域，要布置管道将这些区域结合成一个气体处理装置在经济上不可行。