一种含氧煤层气分离甲烷的方法
【专利摘要】本发明涉及一种含氧煤层气分离甲烷的方法，属于含氧煤层气处理技术领域。该方法包括以下步骤：S1：将含氧煤层气进行压缩；S2：将压缩后的含氧煤层气脱硫、脱二氧化碳、脱水、脱汞；S3：将净化后的含氧煤层气冷却；S4：将冷却后的含氧煤层气送入分离装置分离得到甲烷和尾气；S5：将甲烷复热后作为产品输出；S6：将尾气复热后，部分尾气排放，部分尾气增压；S7：将增压后的尾气冷却后送入分离装置。本方法工艺流程简单，操作压力低，安全性好，不用专设脱氧工序，不用设专门的制冷系统，能耗低，甲烷回收率高，甲烷纯度高，是一种安全经济的含氧煤层气分离方法。
【专利说明】
一种含氧煤层气分离甲烷的方法
技术领域
[0001 ]本发明属于含氧煤层气处理技术领域，涉及一种含氧煤层气分离甲烷的方法。【背景技术】
[0002]煤层气属于煤矿生产中的伴生气，特别是煤矿开采的同时需要在矿道内抽采煤层气确保煤炭开采的安全，这种方式抽采得到的煤层气甲烷含量低，通常体积分数在20%以上，其余成分主要是空气。由于空气含量较高，特别是其中含氧，这类煤层气处理起来有危险性或经济性不高，所以长期以来的做法是将这种含氧煤层气燃烧或直接排放，造成能源浪费与污染。
[0003]从含氧煤层气中回收甲烷对提高煤层气使用价值和煤矿生产的经济性具有重要意义。目前用于含氧煤层气分离得到甲烷的方法一般有水合法，变压吸附法、膜分离法，深冷精馏法等。其中水合物法由于技术限制目前只能进行实验室验证，无法进行工业化应用。 变压吸附法和膜分离法要求含氧煤层气具有一定的压力差才能达到分离效果，这就要求煤层气具有较高压力或必须对装置抽真空来满足压力差的要求。低温液化和深冷精馏法也要求含氧煤层气具有一定的压力，同时该工艺方法采用精馏方式，处理能耗偏高，需要设置专门的制冷系统以及制冷剂储存或制取装置工艺流程复杂，设备数量多。
[0004]对于含氧煤层气利用而言，安全和经济性是关键问题，最好在低压下对其进行处理，并且处理能耗越低越好。含氧煤层气压力越高就越危险，这是限制吸附法、膜分离法应用的一个关键问题;而能耗高，工艺流程复杂则是限制深冷精馏法应用的主要原因。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含氧煤层气分离甲烷的方法，该方法全流程处于低压状态，安全性好，分离时最低压力可低至50kPaG，远小于目前技术方案要求的 0.3MPaG以上。在含氧煤层气甲烷体积分数20%的情况下，处理能耗低于每标方甲烷产品 0.9KWh，若甲烷体积分数提高则能耗下降。整个工艺流不用专设脱氧工序，不用设专门的制冷系统，所需冷量仅由含氧煤层气分离后的甲烷和尾气提供。
[0006]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种含氧煤层气分离甲烷的方法，该方法包括以下步骤:S1:将含氧煤层气进行压缩;S2:将压缩后的含氧煤层气脱硫、脱二氧化碳、脱水、脱汞;S3:将净化后的含氧煤层气冷却；S4:将冷却后的含氧煤层气送入分离装置分离得到甲烷和尾气；S5:将甲烷复热后作为产品输出；S6:将尾气复热后，部分尾气排放，部分尾气增压;S7:将增压后的尾气冷却后送入分离装置。
[0008]进一步，在本方法中，所处理的含氧煤层气中甲烷体积分数在20 %以上，其余主要为空气。
[0009]进一步，含氧煤层气进入分离装置的最低压力为50kPaG。
[0010]进一步，所述分离装置采用提馏装置，塔顶不设冷凝器。
[0011]进一步，甲烷复热前降压到20kPaG以下，含氧煤层气分离得到的甲烷复热后作为产品输出，其复热同时用于冷却含氧煤层气和尾气。
[0012]进一步，在步骤S6中，尾气增压后的压力为2.5?3.5MPaG。
[0013]进一步，在步骤S7中，尾气冷却后应节流降压再进入分离装置，节流降压后的尾气压力应比进入分离装置的煤层气压力高lOkPa。
[0014]进一步，本方法最终得到的产品中甲烷体积分数不低于99.5%,最终排放的尾气中甲烷体积分数不高于0.5 %。
[0015]本发明的有益效果在于:本发明提出的方法工艺流程简单，操作压力低，安全性好，不用专设脱氧工序，不用设专门的制冷系统，能耗低，甲烷回收率高，甲烷纯度高，是一种安全经济的含氧煤层气分离方法。
【附图说明】
[0016]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进行说明:
[0017]图1为本发明中含氧煤层气分离得到甲烷的具体步骤；
[0018]图2为本发明实施例的具体过程和设备示意图；
[0019]其中:1、含氧煤层气压缩设备;2、吸收塔;3、脱水塔A;4、脱水塔B;5、脱汞塔;6、换热器;7、提馏塔;8、塔底蒸发器;9、尾气压缩机;1、尾气节流阀；11、甲烷节流阀。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0021]图1为本发明中含氧煤层气分离得到甲烷的具体步骤，如图所示，本方法具体包括以下步骤:S1:将含氧煤层气进行压缩;S2:将压缩后的含氧煤层气脱硫、脱二氧化碳、脱水、脱汞;S3:将净化后的含氧煤层气冷却；S4:将冷却后的含氧煤层气送入分离装置分离得到甲烷和尾气;S5:将甲烷复热后作为产品输出；S6:将尾气复热后，部分尾气排放，部分尾气增压;S7:将增压后的尾气冷却后送入分离装置。
[0022]具体来说:
[0023]含氧煤层气首先送入压缩机增压，增压后的含氧煤层气压力应保证进入分离装置的含氧煤层气压力不低于50kPaG。可采用常用的压缩设备，如煤层气抽采栗、螺杆压缩机、活塞压缩机等。
[0024]增压后的含氧煤层气按照脱硫、脱二氧化碳、脱水、脱汞的顺序进行净化处理。处理后的煤层气中萊含量小于0.lumg/m3，硫化氢含量小于lppm，二氧化碳含量小于50ppm，水含量小于lppm。可采用常用的工艺方法，例如脱硫和脱二氧化碳采用醇胺溶液吸收法;脱水采用分子筛吸附法;脱汞采用含硫活性炭吸附法。
[0025]将净化后含氧煤层气送入换热器冷却到-140°C?_165°C，在这一过程中，冷却含氧煤层气的冷量由分离装置流出的甲烷和尾气提供。
[0026]冷却后的含氧煤层气送入分离装置，分离装置由提馏塔和塔底蒸发器组成。冷却后的含氧煤层气从提馏塔中部进入。分离装置顶部排放甲烷含量小于0.5 %的尾气，分离装置底部排放甲烷含量大于99.5 %的液体甲烷。
[0027]分离装置底部排放的液体甲烷进入换热器复热后作为产品甲烷输出，液体甲烷进入换热器前可利用节流阀将压力降低到20kPaG以下。
[0028]分离装置顶部排放的尾气进入换热器复热后流出，其中部分尾气放空，另一部分尾气被增压后进入换热器被冷却到_155°C到_175°C后节流降压，节流后的尾气压力比进入分离装置的含氧煤层气压力高l〇kPa。节流后的尾气进入分离装置提馏塔，进料位置高于含氧煤层气进提馏塔的位置。
[0029]特别的，为充分利用能量，分离装置顶部排放的尾气可通过膨胀机膨胀降温，回收其压力能。
[0030]通过上述方法，最终得到的产品中甲烷体积分数不低于99.5%，最终排放的尾气中甲烷体积分数不高于〇.5 %。
[0031]实施例:
[0032]在本实施例中，甲烷体积分数20%，氮气体积分数62.7 %，氧气体积分数约17%， 其余组分体积分数0.3%，包括为汞、硫化氢、二氧化碳、水的含氧煤层气为例进行说明。根据图1所表示的实施步骤，图2中给出了具体实施过程和设备示意图。[〇〇33]含氧煤层气首先进入含氧煤层气压缩设备1进行增压，增压后压力为SOkPaG，然后进入吸收塔2利用吸收溶液脱除硫化氢和二氧化碳，脱除后的含氧煤层气中硫化氢含量小于lppm，二氧化碳含量小于50ppm。[〇〇34]脱硫脱碳后的含氧煤层气进入脱水塔A3。脱水塔A3内装填4A分子筛，用于吸附含氧煤层气内的水。从脱水塔A3流出的煤层气中水含量小于lppm。脱水塔B4用于脱水塔A3吸附饱和后使用。[〇〇35]脱水后的含氧煤层气进入装填有含硫活性炭的脱汞塔5。脱汞后的煤层气汞含量小于0? lumg/m3〇[〇〇36]净化后的含氧煤层气压力不低于50kPaG进入换热器6冷却到_120°C，然后进入塔底蒸发器8加热提馏塔7底聚集的液体，自身进一步被冷却到-150 °C后从中部进入提馏塔7。
[0037]通过在提馏塔7内进行能量和物质的交换将含氧煤层气中的甲烷分离出来。提馏塔7底聚集液体，具有一定的液位，塔底蒸发器8被浸泡在液体中。提馏塔7底的液体被塔底蒸发器8传递的热量加热蒸发后，液体中的氮气和氧气挥发，从提馏塔7底流出甲烷含量大于99.5%的液体甲烷。液体甲烷通过甲烷节流阀11节流降压后进入换热器6复热后变为气体作为产品甲烷输出。
[0038]提馏塔7顶部流出的尾气进入换热器6复热后流出，部分尾气直接排放，另一部分尾气进入尾气压缩机9增压到3MPaG进入换热器6被冷却到-170°C，然后通过尾气节流阀10 节流降压后从顶部进入提馏塔7。
[0039]在上述实例中，排放的尾气中甲烷含量小于0.5%，甲烷产品中甲烷含量大于 99.5 %，每得到1标方甲烷产品需要消耗的电能为0.9KWh。
[0040]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】
1.一种含氧煤层气分离甲烷的方法，其特征在于:该方法包括以下步骤: S1:将含氧煤层气进行压缩； S2:将压缩后的含氧煤层气脱硫、脱二氧化碳、脱水、脱汞； 53:将净化后的含氧煤层气冷却； 54:将冷却后的含氧煤层气送入分离装置分离得到甲烷和尾气； S5:将甲烷复热后作为产品输出； S6:将尾气复热后，部分尾气排放，部分尾气增压； S7:将增压后的尾气冷却后送入分离装置。2.根据权利要求1所述的一种含氧煤层气分离甲烷的方法，其特征在于:在本方法中，所处理的含氧煤层气中甲烷体积分数在20 %以上，其余主要为空气。3.根据权利要求1所述的一种含氧煤层气分离甲烷的方法，其特征在于:含氧煤层气进入分离装置的最低压力为50kPaG。4.根据权利要求1所述的一种含氧煤层气分离甲烷的方法，其特征在于:所述分离装置采用提馏装置，塔顶不设冷凝器。5.根据权利要求1所述的一种含氧煤层气分离甲烷的方法，其特征在于:甲烷复热前降压到20kPaG以下，含氧煤层气分离得到的甲烷复热后作为产品输出，其复热同时用于冷却含氧煤层气和尾气。6.根据权利要求1所述的一种含氧煤层气分离甲烷的方法，其特征在于:在步骤S6中，尾气增压后的压力为2.5?3.5MPaG。7.根据权利要求1所述的一种含氧煤层气分离甲烷的方法，其特征在于:在步骤S7中，尾气冷却后应节流降压再进入分离装置，节流降压后的尾气压力应比进入分离装置的煤层气压力高lOkPa。8.根据权利要求1至7中任一项所述的一种含氧煤层气分离甲烷的方法，其特征在于:本方法最终得到的产品中甲烷体积分数不低于99.5%，最终排放的尾气中甲烷体积分数不高于0.5% ο
【文档编号】F25J3/02GK105972935SQ201610290014
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】蔡安宁, 朱菁, 陈金华, 姚成林, 肖正, 付耀国, 王瑜
【申请人】中煤科工集团重庆研究院有限公司