含氧煤层气低温净化方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于气体净化方法和装置领域，具体涉及含氧煤层气低温净化方法，还涉及含氧煤层气低温净化的装置，尤其针对甲烷体积分数30%以上的含氧煤气低温净化方法。
【背景技术】
[0002]含氧煤层气属于煤矿生产中的伴生气，也称为煤矿瓦斯，其甲烷体积分数在30%?80%之间。这类煤层气中含空气，甲烷含量越低，空气含量越高，对煤层气进行输送和利用危险性越大。
[0003]国家规定甲烷体积分数30%以上的煤层气应加以利用，目前深冷精馏法可将含氧煤层气中的甲烷提纯得到液化天然气，但深精馏之前要求含氧煤层气中二氧化碳含量小于lOOppm，水露点小于-70°C。常用的脱出除二氧化碳的方法有醇胺溶液吸收法、吸附法、碱性溶液吸收法等，常用的脱水方法有分子筛吸附法等。上述方法中，只有分子筛吸附法能同时脱出二氧化碳和水，但由于分子筛对二氧化碳吸附能力有限，因此分子筛使用量很大，其他方法都无法同时脱出二氧化碳和水。
[0004]针对目前含氧煤层气净化技术现状，急需一种含氧煤层气低温净化方法，该方法工艺流程简单，设备数量少，适应性强。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的之一在于提供含氧煤层气低温净化方法，该方法利用二氧化碳和水分在低温条件下会凝固的原理，使二氧化碳和水冻结在净化设备中，达到净化含氧煤层气的目的，并且全流程处于低压状态，最高压力不超过0.5MPa G ;本发明的目的之二在于提供含氧煤层气低温净化的装置，设备数量少，适应性强，能同时脱出二氧化碳和水。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]含氧煤层气低温净化方法，包括如下步骤:
[0008](1)将含氧煤层气在净化设备I中冷冻净化使二氧化碳和水冻结在净化设备I中；
[0009](2)净化设备I冻堵后将含氧煤层气切换至净化设备II中继续冷冻净化使二氧化碳和水冻结在净化设备II中，同时将冻堵的净化设备I用18?25°C的干燥氮气加热解冻的二氧化碳和水再生净化设备I，然后冷却；
[0010](3)待净化设备II冻堵后将含氧煤层气切换至将再生冷却的净化设备I中净化使二氧化碳和水冷结在净化设备I中，同时将冻堵的净化设备II用18?25°C的干燥氮气加热解冻的二氧化碳和水再生净化设备II ;
[0011](4)循环步骤(2)和(3)即获得净化的含氧煤层气。
[0012]优选的，所述含氧煤层气中甲烷体积分数大于30%，二氧化碳体积分数小于3%，水含量为饱和水含量。
[0013]优选的，所述净化中含氧煤层气的压力为0.15?0.5MPa。
[0014]更优选的，所述冻堵的判断标准为含氧煤层气进出净化设备I或净化设备II的压力差大于0.1MPa。
[0015]更优选的，所述再生的完成标准为氮气流出净化设备I或净化设备II的温度大于10°C，并且氮气进出净化设备I或净化设备II的压力差小于0.05Mpa。
[0016]更优选的，所述冷冻或冷却的冷量由外部制冷系统提供。
[0017]更优选的，所述制冷系统为氮膨胀制冷系统，混合冷剂制冷系统或液氮气化系统。
[0018]2、所述含氧煤层气低温净化方法使用的装置，包括净化设备1、净化设备I1、制冷系统和制氮装置；
[0019]所述净化设备I分别与制冷系统和制氮装置通过阀门连接，所述净化设备I设置有含氧煤层气入口、净化含氧煤层气出口和放空气体出口，所述含氧煤层气入口、净化含氧煤层气出口和放空气体出口分别由阀门控制；
[0020]所述净化设备II分别与制冷系统和制氮装置通过阀门连接，所述净化设备II设置有含氧煤层气入口、净化含氧煤层气出口和放空气体出口，所述含氧煤层气入口、净化含氧煤层气出口和放空气体出口分别由阀门控制。
[0021]本发明的有益效果在于:本发明公开了含氧煤层气低温净化方法，该方法利用二氧化碳和水分在低温条件下会凝固的原理，使二氧化碳和水冻结在净化设备中，达到净化含氧煤层气的目的，本发明的工艺流程简单，全流程处于低压状态，最高压力不超过0.5MPaG，是一种安全经济的氧煤层气低温净化方法；本发明还公开了含氧煤层气低温净化方法使用的装置，设备数量少，适应性强，能同时脱除二氧化碳和水，用于含氧煤层气净化具有重要意义。
【附图说明】
[0022]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图:
[0023]图1为含氧煤层气低温净化方法具体过程和设备示意图(1?10:阀门；11:净化设备II ;12:净化设备I ;13:制冷系统；14:制氮装置)。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
[0025]实施例1
[0026]含氧煤层气低温净化方法，具体步骤如下:
[0027](1)将压力为0.2MPa、甲烷体积分数大于30%、二氧化碳体积分数小于3%、水含量为饱和水含量的含氧煤层气(温度为40°C )通入净化设备I 12在-100°C下冷冻净化使含氧煤层气中的二氧化碳和水冻结在净化设备I 12中，流出的净化后的含氧煤层气中二氧化碳含量小于lOOppm，水露点为_100°C ;此过程中阀门5、阀门8、阀门7开启，阀门6，阀门10，阀门2关闭；
[0028](2)当净化设备I 12冻堵后将含氧煤层气切换至净化设备II 11在-100°C下冷冻净化使含氧煤层气中的二氧化碳和水冻结在净化设备II 11中，此过程中阀门1、阀门4、阀门2开启，阀门8，阀门5，阀门7关闭；并在净化设备II 11冷冻净化过程中，净化设备I 12进入解冻再生阶段，此过程中阀门6、阀门10开启，阀门3，阀门9，阀门7，阀门8关闭，制氮装置14流出的干燥常温(18?25°C )氮气流过净化设备I 12，将其冻结的二氧化碳和水融化，并通过阀门10带出净化设备I 12;当流出净化设备I 12的氮气温度高于10°C，并且进出净化设备I 12的氮气压差小于0.05MPa后，开始对11净化设备冷却，此时阀门2开启，阀门3，阀门9，阀门1，阀门4关闭；当流出净化设备I 12的冷剂温度小于-90°C时，净化设备I 12冷却完毕；
[0029](3)当净化设备II 11冻堵后将含氧煤层气切换至经再生冷却的净化设备I 12中，在-100°C下冷冻净化使含氧煤层气中的二氧化碳和水冻结在净化设备I 12中，此过程中阀门5、阀门8、阀门7开启，阀门6，阀门10，阀门2关闭；净化设备I 12中冷冻净化过程中，净化设备II 11进入解冻再生阶段，此时阀门3、阀门9开启，阀门1，阀门4，阀门2关闭，制氮装置14流出的干燥常温(18?25°C)氮气流过净化设备II 11，将其在的二氧化碳和水融化，并带出净化设备II 11 ;当流出净化设备II 11的氮气温度高于10°C，并且进出净化设备II 11的氮气压差小于0.05MPa后，开始对净化设备II 11冷却，此时阀门2开启，阀门3，阀门9，阀门1，阀门4关闭；当流出11净化设备的冷剂温度小于-90°C时，11净化设备冷却完毕。
[0030](4)上述过程往复循环，保证含氧煤层气净化过程的连续不断。
[0031]上述实施例中冻堵的判断标准为含氧煤层气进出净化设备I或净化设备II的压力差大于0.1Mpa ;冷冻净化的冷量和再生后冷却净化设备I或净化设备II的冷量由制冷系统13提供，制冷系统13可选择常用的制冷系统，如氮膨胀制冷系统，混合冷剂制冷系统或液氮气化系统等。
[0032]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1.含氧煤层气低温净化方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将含氧煤层气在净化设备I中冷冻净化使二氧化碳和水冻结在净化设备I中； (2)净化设备I冻堵后将含氧煤层气切换至净化设备II中继续冷冻净化使二氧化碳和水冻结在净化设备II中，同时将冻堵的净化设备I用18?25°C的干燥氮气加热解冻二氧化碳和水再生净化设备I，然后冷却净化设备I ; (3)待净化设备II冻堵后将含氧煤层气切换至将再生冷却的净化设备I中净化使二氧化碳和水冷结在净化设备I中，同时将冻堵的净化设备II用18?25°C的干燥氮气加热解冻二氧化碳和水再生净化设备II，然后冷却净化设备II ; (4)循环步骤(2)和(3)即获得净化的含氧煤层气。2.根据权利要求1所述含氧煤层气低温净化方法，其特征在于:所述含氧煤层气中甲烷体积分数大于30%，二氧化碳体积分数小于3%，水含量为饱和水含量。3.根据权利要求1所述含氧煤层气低温净化方法，其特征在于:所述净化中含氧煤层气的压力为0.15?0.5MPa。4.根据权利要求1所述含氧煤层气低温净化方法，其特征在于:所述冻堵的判断标准为含氧煤层气进出净化设备I或净化设备II的压力差大于0.1MPa。5.根据权利要求1所述含氧煤层气低温净化方法，其特征在于:所述再生的完成标准为氮气流出净化设备I或净化设备II的温度大于10°c，并且氮气进出净化设备I或净化设备II的压力差小于0.05Mpa。6.根据权利要求1所述含氧煤层气低温净化方法，其特征在于:所述冷冻或冷却的冷量由外部制冷系统提供。7.根据权利要求6所述含氧煤层气低温净化方法，其特征在于:所述制冷系统为氮膨胀制冷系统，混合冷剂制冷系统或液氮气化系统。8.权利要求1?7任一项所述含氧煤层气低温净化方法使用的装置，其特征在于:包括净化设备1、净化设备I1、制冷系统和制氮装置； 所述净化设备I分别与制冷系统和制氮装置通过阀门连接，所述净化设备I设置有含氧煤层气入口、净化含氧煤层气出口和放空气体出口，所述含氧煤层气入口、净化含氧煤层气出口和放空气体出口分别由阀门控制； 所述净化设备II分别与制冷系统和制氮装置通过阀门连接，所述净化设备II设置有含氧煤层气入口、净化含氧煤层气出口和放空气体出口，所述含氧煤层气入口、净化含氧煤层气出口和放空气体出口分别由阀门控制。
【专利摘要】本发明公开了含氧煤层气低温净化方法及其装置，方法包括将含氧煤层气在净化设备Ⅰ中冷冻净化使的二氧化碳和水冻结在净化设备Ⅰ中；净化设备Ⅰ冻堵后将含氧煤层气切换至净化设备Ⅱ中继续冷冻净化使二氧化碳和水冻结在净化设备Ⅱ中，同时将冻堵的净化设备Ⅰ再生冷却；待净化设备Ⅱ冻堵后将含氧煤层气切换至经再生冷却的净化设备Ⅰ中冷冻净化使二氧化碳和水冷结在净化设备Ⅰ中，同时将冻堵的净化设备Ⅱ再生冷却，循环上述步骤即获得净化的含氧煤层气，工艺流程短；操作压力低，安全可靠，是一种简单易行的含氧煤层气净化方法本发明还公开了含氧煤层气低温净化的装置，设备体积小，可用于撬装设计，在含氧煤层气净化中具有重要意义。
【IPC分类】F25J3/08
【公开号】CN105276925
【申请号】CN201510849699
【发明人】朱菁, 陈金华, 姚成林, 蔡安宁, 肖正, 文娟, 付耀国, 令狐磊
【申请人】中煤科工集团重庆研究院有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月27日