[发明专利]一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法

说明书

本发明属于煤层气或煤矿瓦斯加工利用技术领域，涉及一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法，在煤层气井口抽采压力或瓦斯泵排气压力下，将需提纯的煤层气或煤矿瓦斯送入初级换热器，用冷凝的办法脱水、脱碳、脱硫并除尘得到干净原料气，用温度低于甲烷沸点的低温介质与其在提纯热交换器中将甲烷冷凝并液化为LNG与干净原料气中的氧气、氮气等气体分离；分离出来的氧气、氮气作为低温排空气回用到初级换热器冷凝净化原料气；提纯过程为极低温环境下通过式换热，安全可靠；换热后气化的低温介质，回用于初级换热器或复冷后用于提纯换热器。本发明工艺简单、效率高、能耗低、投资省；所采用的装置结构简单、易于制造、安全可靠、运行稳定。

技术领域

本发明属于煤层气或煤矿瓦斯加工利用技术领域，具体涉及一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法。

背景技术

煤层气，是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气。我国在上世纪90年代把煤层气作为一个独立的矿种后，一直都有煤层气的抽采研究和商业开发，但在地面抽采井组排产之初，单井产量小，井组的产量也小，产区分散，所产煤层气甲烷浓度通常都在90％以上，基本上都是用火炬摧毁的办法处置初产气，造成很大浪费。

煤矿瓦斯是指煤矿井下有害气体的总称，主要是由于煤炭开采破坏了煤层气的原始应力状态而解析释放的非常规天然气，其主要来源是煤层及其围岩内赋存通过裂隙涌入矿井内的气体，是有机物成煤过程中的伴生物，主要以吸附方式存在于煤体当中。近年来，煤炭开采的深度和强度明显增大，与此同时，煤与瓦斯突出的问题也越来越明显，煤矿瓦斯严重地威胁着矿井工作人员的生命安全。由于采煤活动安全的需要，煤矿在“一通三防”安全工作方面都要进行大量的投入，建立井下瓦斯抽放管网和地面瓦斯抽放泵站，形成矿井瓦斯抽放系统，对采场进行区域性预抽和本煤层抽放，矿井抽放的瓦斯通常甲烷浓度都比较低，主要由氮气、氧气、甲烷等组分构成，其中甲烷是最主要的能源气体。当甲烷浓度大于30％以上的煤矿瓦斯叫高浓度瓦斯，低于30％的叫低浓度瓦斯。通常高浓度瓦斯用来提纯制天然气或发电，也可直接供民用燃气；低浓度瓦斯极难利用，且占全国煤矿瓦斯抽放量70％以上，通常用来进行低浓度瓦斯发电和提纯，但利用成本较高，效益较差，且有很大的安全风险。因此，全国煤矿瓦斯抽采利用率还不到40％，这是一个很大的清洁能源的浪费。

煤矿瓦斯的主要组成有：甲烷、氧气、氮气、水蒸气、二氧化碳、硫化氢等气体。他们的沸点及熔点如下表。

目前，煤矿瓦斯提纯的工艺主要有催化氧化除氧变压吸附提纯工艺，其主要特点是现将瓦斯预浓缩，用催化剂氧化除去氧气，然后加压用变压吸附的方法除去原料气中的氮气从而剩下的气体即为提纯的甲烷气，此法的弊端在于工艺复杂能耗较高投资大，催化氧化会消耗原料气中的甲烷组分减少产率，对原料气加压存在安全隐患。还有一种技术就是真空变压吸附二段式提纯工艺，其特点在于用水环真空泵将原料气送入变压吸附塔吸附甲烷，再用水环真空泵真空解吸从而提纯瓦斯，用两级提纯达到天然气标准要求，此工艺技术也是比较复杂，尾气还带有5％左右的甲烷，产率不理想，能耗较高，单位投资大。再有就是深冷液化提纯工艺，此工艺需要对原料气进行严格的预处理，要求使用的原料气为高浓度煤矿瓦斯，需要对原料气压缩制冷从而进行分离提纯，工艺较为复杂，投资大，适应范围有限。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，提供一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法，具体步骤如下：

一、在煤矿瓦斯抽放泵的排气压力下(大约为5KPa-20KPa)或是在煤层气抽采井口压力下(约为10KPa-200KPa)将原料气送入换热提纯装置原料气入口，原料气的压力和流量在自动控制系统的控制下通过进气阀JF1-8进行调节。