[发明专利]低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG装置

说明书

技术领域

本发明属于通过加压和冷却处理使气体或气体混合物进行液化、固化或分离的技术领域，具体的为一种低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG装置。

背景技术

含氧煤层气是煤矿在开采过程中为防止瓦斯爆炸和突出，保证煤矿安全生产而抽排出的初级副产品，其主要成分为甲烷，从其成分含量上可以看出，煤层气是较为重要的能源和化工原料。但是由于其成分较为复杂，特别是在煤层气中含有氧，是非常危险的助燃助爆剂，制约了含氧煤层气的综合利用，实践中，为了节约成本，煤层气普遍在采煤过程中排入大气，造成资源的极度浪费和对环境造成污染。

随着技术的发展，目前在低浓度煤层气提纯制取天然气的领域中，出现了多种含氧煤层气的液化技术。公开号为CN101922850A和CN101929788A的中国专利分别公开了一种利用含氧煤层气制取液化天然气的方法和利用含氧煤层气制取液化天然气的装置，该方法和装置采用混合冷剂自复叠制冷循环，将净化后的原料气液化并分离，得到LNG产品。另外，公开号为CN1952569的中国专利申请公开了一种含空气煤层气的液化工艺，其冷量由气体膨胀产生。

在现有的采用煤层气制取天然气的工艺方法中，原料气在处理过程中需要经历压缩、净化（脱酸、脱水）、液化和分离等工序，才能提纯出甲烷，制成天然气产品，现有的工艺方法虽然在一定程度上能够满足利用煤层气提纯制取天然气的要求，但是还存在如下问题：

现有的采用煤层气提纯制取天然气工艺均需对原料气（低浓度含氧煤层气）进行压缩，否则，如果原料气压力过低，会影响净化效果，并使得低温段需要更低的温度，能耗增加；压缩后的原料气压力一般约0.5MPa，因此仅能处理甲烷含量30%以上的含氧煤层气，而国内煤矿普遍存在煤层透气性差的问题，导致在煤层气的抽采时渗入大量空气，大大降低原料气甲烷的含量。据统计，国内（尤其在南方）矿井甲烷含量30%以下的煤层气的抽采量远大于甲烷含量30%以上的抽采量。如果煤层气甲烷含量低于25%，在压缩至0.5MPa的过程中，爆炸风险大大增加，因此目前的低浓度煤层气深冷液化浓缩具有一定的局限性。

有鉴于此，本发明旨在探索一种低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG装置，该低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG装置能够适用于甲烷含量低于30%的煤层气。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG装置，该低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG装置能够适用于甲烷含量低于30%的煤层气。

要实现上述技术目的，本发明的低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG装置，包括压缩净化系统和液化分离系统，还包括沿煤层气流向设置在所述压缩净化系统前的煤层气富集系统；

所述煤层气富集系统沿煤层气流向依次包括鼓风机、冷却装置和变压吸附装置，所述变压吸附装置包括并列设置的至少四个吸附塔、用于向吸附塔进气的进气管、用于对吸附塔抽取真空的真空管、用于吸附塔降压的放空管和用于吸附塔升压的升压管，所述真空管上设有用于抽真空的真空泵，所述升压管的排气口上设有密闭阀门，任意所述吸附塔的底部接口与所述进气管和真空管之间分别通过阀门相连，任意所述吸附塔的顶部接口与所述放空管和升压管之间分别通过阀门相连，所述吸附塔内设有用于吸附煤层气中的甲烷组分的吸附剂；所述真空管的另一端与所述压缩净化系统相连。

进一步，所述进气管上设有缓冲罐I，所述真空管上设有位于真空泵后的缓冲罐II，所述缓冲罐II的底部设有排污口，顶部设有与所述压缩净化系统相连的煤层气出气口。

进一步，还包括沿煤层气流向设置在所述煤层气富集系统前的主动抑爆装置，所述主动抑爆装置沿煤层气流向依次包括自动阻爆阀门、自动喷粉抑爆装置和水封阻火泄爆装置。

进一步，还包括抑爆控制装置，所述抑爆控制装置包括控制器，以及分别设置在煤层气富集系统、压缩净化系统、液化分离系统内的火焰监测器和压力传感器，所述控制器与所述自动阻爆阀门、自动喷粉抑爆装置和水封阻火泄爆装置相连。

进一步，所述压缩净化系统沿煤层气流向依次包括用于对煤层气加压的压缩机、用于脱除煤层气中的酸性气体的脱碳系统和用于脱除煤层气中的水及残余酸性气体的吸附净化系统，所述压缩机的煤层气入口与所述真空管相连，所述吸附净化系统的煤层气出口与所述液化分离系统相连。