专利名称：含氧煤层气分离的方法
技术领域：
本发明涉及一种含氧煤层气分离的方法，具体地说，涉及一种从含氧煤层气中分离甲烷的方法。
背景技术：
煤层气是储存于煤层中的自生自储式非常规天然气，其主要成分为甲烷。煤层气主要包括两种，一种是地面抽取的煤层气，这种煤层气中甲烷的含量一般大于90%，易于处理和应用；另一种是井下抽取的煤层气，又称瓦斯气，这种煤层气中混有大量空气，甲烷含量较低，一般在30%-70%之间。甲烷的体积浓度爆炸极限为5%_15%，参见附图1所示，在以甲烷体积浓度为横坐标、氧气体积浓度为纵坐标的坐标系中，存在一个三角形区域ABC，该三角形区域以在一定的温度和压力下甲烷的体积浓度爆炸下限点A、甲烷的体积浓度爆炸上限点B、甲烷的体积浓度临界爆炸点C为其顶点，当甲烷浓度和氧气浓度同时进入该三角形区域时，可能发生爆炸，即该区域为爆炸区域。由于上述爆炸区域的存在，在处理瓦斯气时，具有较大的困难和风险。通常，瓦斯气被放空而不能利用，造成了很大的浪费，并且由于甲烷是一种温室效应很强的气体，放空的瓦斯气对环境造成了很大的影响。因此，从含氧煤层气中安全分离提纯甲烷而使含氧煤层气得到有效利用具有重要意义。在专利号为200810101910. 3的专利中公开了一种从含氧煤层气中提纯甲烷的方法，采用向待降温的原料气中添加不可燃物，来使原料气中氧气的浓度降低，从而从添加了不可燃物的原料气中安全的分离甲烷。采用该方法分离氧气含量较高的含氧煤层气时，需要向其中通入大量的不可燃物，这就会导致原料气中的甲烷浓度也随之降低，并且原料气的体积增大很多。再将原料气通入精馏塔中精馏时，就需要使用大体积的精馏塔，非常不便。同时，由于添加的不可燃物不能参与到精馏的过程中，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种便于应用、成本较低的从含氧煤层气中安全的分离提纯甲烷的方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是
一种含氧煤层气分离的方法，从包括氧气、氮气、甲烷等的所述的含氧煤层气中分离提纯所述的甲烷，所述的含氧煤层气分离的方法采用精馏塔直接将通入其中的所述的含氧煤层气进行低温精馏，从而从所述的含氧煤层气中分离提纯甲烷；
在以甲烷体积浓度为横坐标、氧气体积浓度为纵坐标的坐标系中，存在一个三角形区域，该三角形区域以在一定的温度和压力下所述的甲烷的体积浓度爆炸下限点、所述的甲烷的体积浓度爆炸上限点、所述的甲烷的体积浓度临界爆炸点为其顶点，当所述的甲烷体积浓度和氧气体积浓度同时进入该三角形区域时，可能发生爆炸，即该区域为爆炸区域，在所述的精馏塔的上部的适当位置加入低温工质，所述的低温工质组份、流量和气液比例的变化使所述的精馏塔中气体或液体的氧气的体积浓度、所述的甲烷的体积浓度在所述的精馏的过程中不同时进入所述的爆炸区域；
所述的低温工质为氧氮混合物或空气或由空气分离获得的以氧氮为主的混合物或氮气。优选的，所述的氧氮混合物、所述的由空气分离获得的以氧氮为主的混合物中的氧和氮的比例，由通入所述的精馏塔中精馏的含氧煤层气中所述的甲烷与所述的氧气的比例确定。优选的，所述的低温工质为低温的气体或液体或气液混合物。优选的，根据精馏塔内不同的甲烷与氧的含量在不同的位置输入不同的氧氮浓度比例、不同的流量、不同气液比例的所述的低温工质。优选的，所述的精馏塔为单级精馏塔或双级精馏塔或多级精馏塔。优选的，所述的精馏塔包括蒸发器或冷凝器。优选的，当所述的精馏塔为单级精馏塔时，所述的含氧煤层气经主换热器降温后进入所述的蒸发器液化，液化的含氧煤层气再进入所述的单级精馏塔精馏，所述的单级精馏塔中通入所述的低温工质，在所述的单级精馏塔的底部获得甲烷产品，在所述的单级精馏塔的顶部获得的分离了甲烷的废气经所述的主换热器去其他位置。优选的，当所述的精馏塔为双级精馏塔时，所述的双级精馏塔包括第一精馏塔、第二精馏塔，所述的第一精馏塔包括第一蒸发器，所述的第二精馏塔包括第二蒸发器；所述的含氧煤层气经主换热器降温后进入所述的第一蒸发器和所述的第二蒸发器液化，液化的含氧煤层气再进入所述的第一精馏塔初步精馏，在所述的第一精馏塔的底部获得甲烷产品， 在所述的第一精馏塔的顶部获得经初步精馏的含氧煤层气，所述的经初步精馏的含氧煤层气通入所述的第二精馏塔精馏，所述的第二精馏塔中通入所述的低温工质，在所述的第二精馏塔的底部获得甲烷产品，在所述的第二精馏塔的顶部获得的分离了甲烷的废气经所述的主换热器去其他位置。优选的，所述的低温工质由空分装置制得。本发明的原理是当精馏塔中的甲烷的体积浓度和氧气的体积浓度同时进入上述的爆炸区域中时，通过向精馏塔中通入的所述的低温工质，来使精馏塔中的氧气的浓度偏离上述的爆炸区域。该低温工质中各成分的比例可根据待分离的含氧煤层气中的各成分比例确定。随着精馏过程的进行，甲烷的浓度不断降低，通过对氧气的浓度的控制，使精馏塔中气体和液体的甲烷浓度和氧气浓度不会同时进入上述的爆炸区域，分离提纯甲烷的安全性得到了提高。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点由于本发明向精馏塔中通入低温工质，使精馏过程中，精馏塔中的甲烷体积浓度和氧气体积浓度不同时进入爆炸区域，同时也提供了液化甲烷所需的低温冷量，甲烷分离提纯的安全性提高，工艺简单，易于操作。
附图1为甲烷的爆炸区域的示意图。
附图2为本发明的实施例一的示意图。附图3为本发明的实施例二的示意图。以上附图中1、主换热器；2、单级精馏塔；3、蒸发器；4、第一精馏塔；5、第二精馏塔；6、第一蒸发器；7、第二蒸发器；
101、含氧煤层气；102、液化的含氧煤层气；103、低温工质；104、分离了甲烷的废气； 105、甲烷产品；106、经初步精馏的含氧煤层气。
具体实施例方式下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。实施例一参见附图2所示。一种含氧煤层气分离的方法，采用单级精馏塔2低温精馏包括氧气、氮气、甲烷等的含氧煤层气101，从含氧煤层气101中分离提纯甲烷。单级精馏塔2包括蒸发器3。经压缩机压缩并在净化系统净化后的含氧煤层气101经主换热器1降温后进入蒸发器3液化，液化的含氧煤层气102再进入单级精馏塔2精馏，单级精馏塔2的上部的合适位置通入由空分装置制得的低温工质103。该低温工质103为氧氮混合物或由空气分离获得的以氧氮为主的混合物，其中的氧和氮的比例，由含氧煤层气101中甲烷与氧气的比例确定。该低温工质103通入单级精馏塔2时为气体或液体或气液混合物，也为低温精馏提供所需的冷量用于液化甲烷。在单级精馏塔2的底部获得甲烷产品105，在单级精馏塔2的顶部获得的分离了甲烷的废气104经主换热器1去其他位置。由于上述低温工质103中各成分的比例根据待分离的含氧煤层气101中的各成分比例确定，因此随着精馏过程的进行，甲烷的体积浓度不断降低，而氧气的体积浓度控制在安全的范围(通常在图1中BC连线下方)，使单级精馏塔2中气体和液体的甲烷体积浓度和氧气体积浓度不同时进入上述的爆炸区域，分离提纯甲烷的安全性得到了提高。实施例二 参见附图3所示。一种含氧煤层气分离的方法，采用双级精馏塔低温精馏包括氧气、氮气、甲烷等的含氧煤层气101，从含氧煤层气101中分离提纯甲烷。双级精馏塔包括第一精馏塔4、第二精馏塔5，第一精馏塔4包括第一蒸发器6，第二精馏塔5包括第二蒸发器7。经压缩机压缩并在净化系统净化后的含氧煤层气101经主换热器1降温后进入第一蒸发器6和第二蒸发器7液化，液化的含氧煤层气102再进入第一精馏塔4初步精馏，在第一精馏塔4的底部获得甲烷产品105，在第一精馏塔4的顶部获得经初步精馏的含氧煤层气106，经初步精馏的含氧煤层气106通入第二精馏塔5精馏，第二精馏塔5上部的合适位置通入低温工质103。该低温工质103为氧氮混合物或由空气分离获得的以氧氮为主的混合物，其中的氧和氮的比例，由通入第二精馏塔5中精馏的经初步精馏的含氧煤层气106中甲烷与氧气的比例确定，该低温工质103通入第二精馏塔5时为气体或液体或气液混合物， 也可为低温精馏提供所需的冷量用于液化甲烷。 在第二精馏塔5的底部获得甲烷产品105，在第二精馏塔5的顶部获得的分离了甲烷的废气104经主换热器1去其他位置。随着精馏过程的进行，甲烷的体积浓度不断降低， 而氧气的体积浓度控制在安全的范围(通常在图1中BC连线下方)，使第二精馏塔5中气体和液体的甲烷体积浓度和氧气体积浓度不同时进入上述的爆炸区域，分离提纯甲烷的安全性得到了提高。 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种含氧煤层气分离的方法，从包括氧气、氮气、甲烷等的所述的含氧煤层气(101) 中分离提纯所述的甲烷，其特征在于所述的含氧煤层气分离的方法采用精馏塔直接将通入其中的所述的含氧煤层气(101)进行低温精馏，从而从所述的含氧煤层气(101)中分离提纯甲烷；在以甲烷体积浓度为横坐标、氧气体积浓度为纵坐标的坐标系中，存在一个三角形区域，该三角形区域以在一定的温度和压力下所述的甲烷的体积浓度爆炸下限点、所述的甲烷的体积浓度爆炸上限点、所述的甲烷的体积浓度临界爆炸点为其顶点，当所述的甲烷体积浓度和氧气体积浓度同时进入该三角形区域时，可能发生爆炸，即该区域为爆炸区域，在所述的精馏塔的上部的适当位置加入低温工质(103)，所述的低温工质(103)组份、 流量和气液比例的变化使所述的精馏塔中气体或液体的氧气的体积浓度、所述的甲烷的体积浓度在所述的精馏的过程中不同时进入所述的爆炸区域；所述的低温工质为氧氮混合物或空气或由空气分离获得的以氧氮为主的混合物或氮气。
2.根据权利要求1所述的含氧煤层气分离的方法，其特征在于所述的氧氮混合物、所述的由空气分离获得的以氧氮为主的混合物中的氧和氮的比例，由通入所述的精馏塔中精馏的含氧煤层气(101)中所述的甲烷与所述的氧气的比例确定。
3.根据权利要求1所述的含氧煤层气分离的方法，其特征在于所述的低温工质(103) 为低温的气体或液体或气液混合物。
4.根据权利要求3所述的含氧煤层气分离的方法，其特征在于根据精馏塔内不同的甲烷与氧的含量在不同的位置输入不同的氧氮浓度比例、不同的流量、不同气液比例的所述的低温工质(103)。
5.根据权利要求1所述的含氧煤层气分离的方法，其特征在于所述的精馏塔为单级精馏塔(2)或双级精馏塔或多级精馏塔。
6.根据权利要求5所述的含氧煤层气分离的方法，其特征在于所述的精馏塔包括蒸发器(3)或冷凝器。
7.根据权利要求6所述的含氧煤层气分离的方法，其特征在于当所述的精馏塔为单级精馏塔(2 )时，所述的含氧煤层气(101)经主换热器(1)降温后进入所述的蒸发器(3 )液化，液化的含氧煤层气(102)再进入所述的单级精馏塔(2)精馏，所述的单级精馏塔(2)中通入所述的低温工质(103)，在所述的单级精馏塔(2)的底部获得甲烷产品(105)，在所述的单级精馏塔(2)的顶部获得的分离了甲烷的废气(104)经所述的主换热器(1)去其他位置。
8.根据权利要求6所述的含氧煤层气分离的方法，其特征在于当所述的精馏塔为双级精馏塔时，所述的双级精馏塔包括第一精馏塔(4)、第二精馏塔(5)，所述的第一精馏塔 (4)包括第一蒸发器(6)，所述的第二精馏塔(5)包括第二蒸发器(7)；所述的含氧煤层气 (101)经主换热器(1)降温后进入所述的第一蒸发器(5)和所述的第二蒸发器(7)液化，液化的含氧煤层气(102)再进入所述的第一精馏塔(4)初步精馏，在所述的第一精馏塔(4)的底部获得甲烷产品(105)，在所述的第一精馏塔(4)的顶部获得经初步精馏的含氧煤层气 (106)，所述的经初步精馏的含氧煤层气(106)通入所述的第二精馏塔(5)精馏，所述的第二精馏塔(5)中通入所述的低温工质(103)，在所述的第二精馏塔(5)的底部获得甲烷产品(105)，在所述的第二精馏塔(5)的顶部获得的分离了甲烷的废气(104)经所述的主换热器 (1)去其他位置。
9.根据权利要求1所述的含氧煤层气分离的方法，其特征在于所述的低温工质(103) 由空分装置制得。
全文摘要
本发明涉及一种含氧煤层气分离的方法，从包括氧气、氮气、甲烷等的含氧煤层气中分离提纯甲烷，采用精馏塔将通入其中的含氧煤层气低温精馏，从而分离提纯甲烷；在精馏塔上部的适当位置加入低温工质，通过低温工质的组份、流量和气液比例的变化使精馏塔中气体和液体的氧气的体积浓度、甲烷的体积浓度在精馏的过程中不同时进入爆炸区域；低温工质为氧氮混合物或由空气分离获得的以氧氮为主的混合物或氮气，低温工质为液体或气体或气液混合物。由于本发明向精馏塔中通入低温工质，使精馏过程中，精馏塔中气体和液体的甲烷体积浓度和氧气体积浓度不同时进入爆炸区域，并提供了液化甲烷所需的低温冷量，甲烷分离提纯的安全性提高，工艺简单，易于操作。
文档编号C07C7/04GK102206129SQ20111008303
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者薛鲁 申请人:薛鲁