一种含氧煤层气脱氧、脱氮以及液化系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种含氧煤层气脱氧、脱氮以及液化系统，属于天然气液化技术领域。
【背景技术】
[0002]在煤矿开采过程中抽采的煤层气，甲烷含量比较低，通常为30%?70% (体积分数)，其他成分主要包括二氧化碳和空气。2013年我国井下抽采煤层气126亿方，利用量约43亿方，利用量不足35%。我国煤层气资源丰富，但开发的比较少，几乎没有工业应用。由于煤层气涌入煤矿巷道或爆炸会引起灾难，因此，煤炭工业界一直将煤层气视为灾害气体。目前这种混有空气的含氧煤层气的抽放处理仅仅是基于煤矿的安全生产要求而进行的，绝大部分排放到大气中，但是由于数量巨大，不仅浪费资源，而且还会引起温室效应。除就近使用外，通过管道外输十分不经济，如果将含氧煤层气中的煤层气与空气(主要为氧气、氮气)分离液化，就能将含氧煤层气利用起来，可以极为方便的运输和利用。
[0003]目前已有几种关于含氧煤层气的分离工艺及设备的发明专利，例如中国专利申请200610080889.4，该专利申请公开的技术方案采用低温双级精馏实现甲烷与空气的分离，但是采用双级精馏工艺流程复杂，设备较多，精馏塔压力损失较大，由于系统采用低压流程，所以工艺能耗较高。中国专利200610103425.0采用低温精馏法应用于含氧煤层气的分离和液化，但是该工艺采用混合制冷或者膨胀制冷等常规的制冷方式，单一的混合冷剂制冷或透平膨胀所能达到的制冷温度不能满足高精度脱除煤层气中氮气、氧气的要求，使得排放其中甲烷含量较高，存在一定的安全问题，也降低了分离和液化的处理能力。而中国专利20101028282232.2采用混合冷剂结合节流制冷工艺，能一定程度上提高这冷效率，但是由于精馏塔顶再冷凝器所需温度极低，采用混合冷剂流程难以保证甲烷的回收率，从而造成甲烷的浪费，且工艺能耗较高。
[0004]中国专利200910012669.1采用催化脱氧，先让含氧煤层气中的甲烷与氧气反应，
除去氧气。此工艺流程较为复杂，且需消耗大量的甲烷与氧气反应，而含有的N2还需要进一步处理。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种含氧煤层气脱氧、脱氮以及液化系统，本实用新型液化系统采用冷剂氮气膨胀与节流制冷结合的方式，充分利用工艺流程中的冷量回收，同时保证甲烷回收率，具备换热效率高，能耗低，煤层气脱氧、氮精度高，甲烷回收率高，安全性尚等特点。
[0006]本实用新型所提供的含氧煤层气脱氧、脱氮液化系统，包括冷箱、精馏塔、煤层气脱氧、脱氮机构和氮气冷剂循环机构；
[0007]所述氮气冷剂循环机构为所述冷箱和所述精馏塔提供冷量；
[0008]所述煤层气脱氧、脱氮机构包括原料气管线、设置于所述精馏塔塔顶的再冷凝器和设置于所述精馏塔塔底的再沸器；所述原料气管线与所述冷箱相连通，然后从所述冷箱中引出后与所述再沸器相连通；所述原料气管线从所述再沸器引出后再进入至所述冷箱中，然后从所述冷箱中引出后与所述精馏塔相连通；所述再沸器的气相出口通过管路与所述冷箱相连通，所述管路经所述冷箱冷却后与LNG储罐相连通。
[0009]上述的含氧煤层气脱氧、脱氮液化系统中，所述氮气冷剂循环机构为三级压缩单
J L.ο
[0010]上述的含氧煤层气脱氧、脱氮液化系统中，所述三级压缩单元包括依次连通的一级氮气压缩机、氮气冷却器1、二级氮气压缩机、氮气冷却器I1、三级氮气压缩机和氮气冷却器III;
[0011]所述氮气冷却器III的出口通过管路与氮气膨胀机压缩端相连通，经压缩并冷却后出口通过管路与所述冷箱相连通，且从所述冷箱引出一部分氮气进入所述氮气膨胀压缩机膨胀端膨胀接口后与所述冷箱连通，从所述冷箱引出后与氮气压缩机二级入口缓冲罐相连通；另外一部分氮气经所述冷箱过冷后经节流与所述再冷凝器相连通，从所述再冷凝器引出后再进入至所述冷箱，最后从所述冷箱引出后与一级入口缓冲罐相连通。
[0012]本实用新型液化系统中，进入冷箱后的冷剂氮气一部分从冷箱中引出进入膨胀压缩机膨胀端膨胀，膨胀后的氮气返回冷箱，为冷箱深冷段、液化段和预冷段提供冷量，复热后返回冷剂氮气压缩机二级入口 ；另外一部分冷剂氮气经继续过冷后为液相，节流后进入精馏塔顶部的再冷凝器，为再冷凝器提供冷量后返回冷箱，为冷箱过冷段、深冷段、液化段和预冷段提供冷量，复热后返回冷剂氮气压缩机一级入口，完成一个冷剂氮气循环。
[0013]本实用新型液化系统中，液相氮气冷剂节流阀采用温度和流量的串级控制，实现了排放气中甲烷的高回收率；精馏塔的再沸器采用温度控制，保证含氧煤层气中氮气、氧气脱除的高精度；LNG产品节流阀采用温度和流量的串级控制，实现了目标装置冷热负荷匹配，装置平稳运行。冷剂压缩采用变频电机驱动，装置运行范围广。氮气循环具有快速启停，操作方便的优点。
【附图说明】
[0014]图1为实用新型含氧煤层气的脱氧、脱氮液化系统的示意图。
[0015]图中各标记如下:
[0016]CB-1冷箱，Cl-1 一级氮气压缩机、C1-2 二级氮气压缩机、C1-3三级氮气压缩机、TE-1氮气膨胀压缩机、V-1?V-4冷剂氮气缓冲罐，V2精馏塔塔顶气液分离器、E-1?E-4冷剂氮气冷却器、E-5精馏塔塔顶冷凝器，E-6精馏塔塔底再沸器，T-1精馏塔、E-1?E-3氮气冷却器。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
[0018]如图1所示，本实用新型提供的含氧煤层气脱氧、脱氮液化系统包括冷箱CB-1、精馏塔T-1、煤层气脱氧、脱氮机构和氮气冷剂循环机构；该系统中，氮气冷剂循环机构为冷箱CB-1和精馏塔T-1提供冷量。本实用新型中，该煤层气脱氧、脱氮机构包括原料气管线(图中未标)、设置于精馏塔塔顶冷凝器E-5和设置于精馏塔塔底再沸器E-6 ;其中的原料气管线与冷箱CB-1相连通，然后从冷箱CB-1中引出后与精馏塔塔底再沸器E-6相连通；该原料气管线从精馏塔塔底再沸器E-6引出后再进入