含高氮氧氢的煤层气低温精馏液化分离回收系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分离原料气中氮氧氢的系统及方法，特别是关于一种利用液化原理的含高氮氧氢的煤层气低温精馏液化分离回收系统及方法。
【背景技术】
[0002]我国煤层气资源丰富，国家不断出台政策促进煤层气产业的发展，提高煤层气资源的利用率。煤层气主要成为是甲烷，是比较重要的能源和化工燃料。煤层气中成分复杂，大部分煤层气由于加工处理技术的限制没有被合理利用，工业应用较少，大部分煤层气直接放空，不仅造成了资源的浪费，而且还会严重污染大气环境。
[0003]针对煤层气的利用目前主要是开采后运用管网进行输送。随着液化技术的发展，煤层气液化项目日趋增多，利用液化技术将煤层气与空气分离液化，方便运输和存储。目前，关于煤层气液化方向出现了多种技术，申请号为200610103425.0的文献中公开了一种低温精馏法应用于含氧煤层气的分离和液化，具有分离纯度高、装置结构简单等优点，但是该工艺采用混合制冷或膨胀制冷等常规的制冷方式，结构复杂，制冷效率较低，降低了分离和液化装置的处理能力；申请号为200610080889.4的文献中公开了一种含空气煤层气液化工艺及设备，采用低温双级精馏方法，分离纯度高，但工艺复杂，能耗较高；申请号为201110319450.3的文献中公开了一种煤层气液化方法及煤层气液化系统，内容为煤层气从原料气出井到罐装储运的过程，考虑了物质和能量的回收利用，但是并没有公开具体液化工艺以及脱除煤层气中杂质的技术方法。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种含高氮氧氢的煤层气低温精馏液化分离回收系统及方法，其涵盖原料气液化、低温精馏、制冷循环、驰放气处理及闪蒸气利用等过程，充分并有效利用工艺中冷量回收过程提高制冷效率，提高甲烷回收率，从而提高装置处理能力，降低系统能耗，节约生产成本。
[0005]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种含高氮氧氢的煤层气低温精馏液化分离回收方法，其特征在于，该方法其步骤如下:I)设置一包括冷箱、重烃分离罐、精馏塔、LCPM储罐、冷剂压缩机、冷却器、末级气液分离器、闪蒸气压缩机及闪蒸气冷却器的含高氮氧氢的煤层气低温精馏液化分离回收系统；2)原料气液化过程:预处理合格的原料气经冷箱预冷段预冷后进行重烃分离，重烃脱除后的原料气分为两路:一路返回冷箱液化段继续降温；另一路为精馏塔底再沸器提供热量，自身被冷却后返回冷箱液化段与第一股原料气汇合，直至被液化;3)低温精馏过程:液化后的原料气进入精馏塔，脱除氮、氢、氧气;LCPM返回冷箱过冷段继续降温直至过冷，经节流减压后进入LCPM储罐;4)制冷循环过程:来自冷箱的混合冷剂气体经过冷剂压缩机两级压缩及冷却器冷却后形成气液两相流体，经末级气液分离器分离后的液相冷剂为冷箱预冷段提供冷量;分离后的气相冷剂为冷箱液化和过冷段提供冷量;5)弛放气处理过程:来自精馏塔塔顶气液分离罐的弛放气被加热后，放空至火炬;6)闪蒸气利用:来自LCPM储罐的闪蒸气与液相冷剂换热后进入闪蒸气压缩机，增压后的闪蒸气回收弛放气冷量后返回冷箱液化段进行再液化处理。
[0006]—种实现上述方法的含高氮氧氢的煤层气低温精馏液化分离回收系统，其特征在于:所述系统包括冷箱、精馏塔、脱氮、氢、氧气系统、冷剂循环系统、驰放气处理系统和闪蒸气利用系统;所述脱氮、氢、氧气系统包括原料气管线、精馏塔、重烃分离罐、冷凝器和再沸器;所述冷凝器设置在所述精馏塔塔顶，所述再沸器设置在所述精馏塔塔底;所述原料气管线与所述冷箱预冷段连通，所述原料气管线由所述冷箱引出后与所述重烃分离罐连通，该原料气管线从所述重烃分离罐气相出口引出后分为两路:一路进入所述冷箱液化段的中温段，另一路与所述再沸器连通;该原料气管线从所述再沸器引出后进入所述冷箱液化段的低温段，从所述冷箱中引出的原料气管线与所述精馏塔连通;所述再沸器液相出口通过所述原料气管线与所述冷箱连通，经所述冷箱冷却直至过冷，然后该原料气管线与所述LCPM储罐连通;所述冷剂循环系统包括冷剂压缩机单元和冷剂管线，所述冷剂压缩机单元包括一级冷剂压缩机、二级冷剂压缩机、级间冷却器、末级冷却器和末级气液分离器;所述一级冷剂压缩机出口经所述级间冷却器与所述二级冷剂压缩机的入口连通，所述二级冷剂压缩机出口经所述末级冷却器与所述末级气液分离器连通；由所述末级气液分离器气相出口引出的冷剂管线与所述冷箱预冷段连通，所述冷剂管线从所述冷箱底部过冷段中引出后分为两路:一路进入所述冷凝器中提供冷量，然后返回所述冷箱过冷段;另一路节流后返回所述冷箱过冷段；由所述末级气液分离器液相出口引出的冷剂管线与所述闪蒸气换热器连通，所述冷剂管线从所述闪蒸气换热器引出后再进入所述冷箱预冷段中，从所述冷箱液化段引出后返回所述冷箱液化段;所述冷剂管线从所述冷箱预冷段引出后与所述一级冷剂压缩机入口连通;所述驰放气处理系统包括驰放气管线、设置于所述精馏塔塔顶的气液分离罐和驰放气换热器;所述驰放气管线从所述冷凝器中引出后与所述气液分离罐连通，所述驰放气管线从所述气液分离罐气相出口引出后进入所述驰放气换热器;所述闪蒸气利用系统包括闪蒸气管线、闪蒸气换热器和闪蒸气压缩单元，所述闪蒸气压缩单元包括一级闪蒸气压缩机和闪蒸气冷却器;所述闪蒸气管线从所述LCPM储罐中引出后与所述闪蒸气换热器连通，闪蒸气在所述闪蒸气换热器中换热至常温后与所述一级闪蒸气压缩机入口连通，所述一级闪蒸气压缩机出口与所述闪蒸气冷却器连通;所述闪蒸气管线从所述闪蒸气冷却器引出后分为两路:一路进入原料气管线用作原料气，另一路与所述驰放气换热器连接，与来自所述气液分离罐的驰放气进行换热后从所述驰放气换热器引出，进入所述冷箱液化段，从所述冷箱过冷段引出后与所述LCPM储罐连通。
[0007]所述脱氮、氢、氧气系统中，在所述重烃分离罐顶部气相出口与所述冷箱预冷段连接的原料气管线上设置有第一阀门，在所述重烃分离罐底部液相出口原料气管线上设置有第二阀门，在所述冷箱过冷段与所述精馏塔连接的原料气管线上设置有第三阀门，在所述再沸器热端出口与所述冷箱液化段连接的原料气管线上设置有第四阀门，在从所述冷箱过冷段引出的所述原料气管线与所述LCPM储罐连接的管线上设置有第五阀门。
[0008]所述冷剂循环系统中，在所述冷剂管线从所述冷箱预冷段引出后再返回所述冷箱液化段之间的管线上设置有第六阀门，在所述冷剂管线从所述冷箱过冷段引出后再返回所述冷箱过冷段之间的管线上设置有第七阀门，在所述冷箱过冷段与所述冷凝器连接管线上设置有第八阀门。
[0009]所述驰放气处理系统中，在所述气液分离罐与所述驰放气换热器连接的管线上设置有第九阀门。
[0010]所述闪蒸气利用系统中，在从所述冷箱过冷段引出的所述闪蒸气管线与所述LCPM储罐连接的管线上设置有第十阀门，在所述LCPM储罐顶部出口与所述闪蒸气换热器连接的管线上设置有第十一阀门，在从所述闪蒸气冷却器引出的闪蒸气管线去往燃