[实用新型]低浓度煤层气含氧深冷液化制取天然气的装置

说明书

技术领域

本实用新型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含氧深冷液化制取天然气的装置。

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，该方法和装置虽然能够利用含氧煤层气制取天然气，但是还存在以下问题：

（1）原料气（即低浓度煤层气）来自于煤矿井下抽采，甲烷含量波动较大，难免会影响液化工艺的稳定运行，需要对装置进行调整；而该方法和装置中天然气产品的纯度和收率分别由塔底蒸发量和塔顶冷凝量控制，但为塔底加热和为塔顶冷却的制冷剂流体为同一股，因此在调整产品纯度时会影响塔顶冷凝量（收率），同样，调整产品收率时又会影响到塔底蒸发量（纯度）；

（2）如果冷剂压缩机工况不稳定，会导致大量混合冷剂中的重组分（如异丁烷、异戊烷）进入液化装置的低温区（温度低于－165℃），造成该段冷剂温度低于其下转化温度，使节流后温度升高（即不制冷），严重时亦会导致凝固，使冷剂通道堵塞；

（3）煤层气中甲烷被提出后，氮氧尾气在精馏塔的操作压力（0.3MPa）下直接复热排空，未充分回收其能量（压力能），浪费能源。

有鉴于此，本实用新型旨在探索一种低浓度煤层气含氧深冷液化制取天然气的装置，该低浓度煤层气含氧深冷液化制取天然气的装置不仅能够独立调整天然气产品的纯度和收率，而且能够防止冷剂通道堵塞，并提高提高能源利用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种低浓度煤层气含氧深冷液化制取天然气的装置，该低浓度煤层气含氧深冷液化制取天然气的装置不仅能够独立调整天然气产品的纯度和收率，而且能够防止冷剂通道堵塞。

为实现上述技术目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种低浓度煤层气含氧深冷液化制取天然气的装置，包括主流程系统和制冷系统；

所述主流程系统沿净化后的煤层气流动方向依次包括一级换热器、二级换热器、三级换热器、过冷器和精馏塔，所述精馏塔塔顶设置塔顶冷凝器，精馏塔塔内设置位于塔底的再沸器，所述精馏塔塔顶设置的氮氧气出口与所述塔顶冷凝器的氮氧气出口相连，且所述精馏塔的塔底设置冷凝液出口；

所述制冷系统包括混合冷剂循环系统和氮循环系统；

所述混合冷剂循环系统沿混合冷剂流动方向依次包括混合冷剂压缩机、混合冷剂冷却器和重烃分离器；所述重烃分离器的气相混合冷剂出口依次通过一级换热器和二级换热器连通于所述再沸器的气相混合冷剂入口，所述再沸器的气相混合冷剂出口依次通过三级换热器、二级换热器和一级换热器使气相混合冷剂回流并连通于所述混合冷剂压缩机的混合冷剂入口；所述重烃分离器的液相混合冷剂出口通过一级换热器后与回流的气相混合冷剂汇合；

所述氮循环系统沿氮冷却剂的流动方向依次包括氮压缩机和氮冷却器，所述氮冷却器的氮出口依次通过所述一级换热器、二级换热器、三级换热器和过冷器连通于所述塔顶冷凝器的氮入口，所述塔顶冷凝器的氮出口依次通过三级换热器、二级换热器和一级换热器使氮冷却剂回流并连通于所述氮压缩机的氮入口。

进一步，所述主流程系统还包括膨胀机，所述精馏塔的氮氧气出口通过所述过冷器连通于所述膨胀机的氮氧气入口，所述膨胀机的氮氧气出口依次通过过冷器、三级换热器、二级换热器和一级换热器使氮氧气复热后进入净化工序。

进一步，所述精馏塔的冷凝液出口通过所述三级换热器连通于天然气储罐。

进一步，所述混合冷剂冷却器和氮冷却器均为水冷却器。

进一步，所述混合冷剂循环系统还包括节流阀V₁，所述重烃分离器的液相混合冷剂出口依次通过一级换热器和节流阀V₁与回流的气相混合冷剂汇合。

进一步，所述再沸器的气相混合冷剂出口与所述三级换热器之间设有节流阀V₂。