专利名称：从含甲烷混合气中制取压缩天然气的设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及尤其用于含曱烷混合气的分离设备。
背景技术：
CNG ( Compressed Natural Gas，即压缩天然气)是天然气加压( 一般 压力超过16MPa)并以气态形式储存于压力容器中。CNG可作为车辆燃 料利用。在各种汽车替代燃料中，天然气是汽车理想的清洁燃料，它拥有 在资源、环保、经济和安全上的优势。目前世界上的天然气汽车以CNG 汽车占的比例最大，其技术也最为成熟，且环境和经济效益均佳。另外， CNG也可用作天然气调峰，在用气高峰使用CNG调峰非常平稳，管网的 压力能够得到保证。由于我国在工业生产和能源开釆等过程中，会产生数 量极为巨大的含甲烷混合气，如焦炉煤气、瓦斯气(含氧煤层气)等，其 中大部分作为"废气"被排放或直接烧掉，以焦炉煤气为例，每年我国至 少要烧掉两个"西气东输"。如果将曱烷等可利用成分从这些"废气"中 提取出来并加以利用，则可有效解决能源供应安全、生态环境保护的双重 问题，为实现经济和社会的可持续发展发挥重要作用。
中国专利ZL200620115881.2公开一种含空气煤层气的液化设备，包 括压缩净化设备，制冷设备和液化分离设备，由压缩净化设备进行除尘、 压缩、脱水等操作，然后进入制冷设备进行制冷，最后进入液化分离设备 分馏出液化天然气。它能够从煤层气中制取液化天然气，但是不能直接制 取CNG。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种分离设备，它能够直接从含曱烷混合气 中制取CNG。
为了实现上述目的，本实用新型的基本构思是，采用低温液化精馏的 方法，将曱烷从即含曱烷混合气中液化分离出来，再用低温液体泵将液化天然气(LNG)加压至6至30MPa以上，成为高压液体，高压液体复热 后成为高压气体即CNG产品，进入高压容器储存以供使用。
作为实现本发明基本构思的技术方案，提供一种从含曱烷混合气中制 取压缩天然气的设备，包括制冷装置，所述含曱烷混合气在所述制冷装 置中被冷却而产生气液混合物；包括分馏塔的含曱烷混合气分离装置，所 述分馏塔用于从所述气液混合物中分离出液化天然气，并具有输入所述气 液混合物的入口 、以及顶部气体出口和用于4非出液化天然气的底部液体出 口；所述制取压缩天然气的设备还包括具有出口和与所述分馏塔的底部液 体出口相连的入口的低温液体泵、和高压换热器，所述低温液体泵将来自 所述分馏塔的液化天然气加压输送至所述高压换热器。
作为上述技术方案的另一个优选方案，还包括设置在所述分馏塔的底 部液体出口与所述j氐温液体泵的入口之间的再沸器，用于加热流入其中的 液化天然气，以便提高液化天然气的纯度。
作为上述技术方案的又一个优选方案，还包括设置在所述再沸器的出 口与所述低温液体泵的入口之间的过冷器，用于冷却流入其中的液化天然
气
作为上述技术方案的又一个优选方案，还包括设置在所述分馏塔的顶 部气体出口与所述过冷器之间的冷凝器，用于冷凝流入其中的含甲烷混合
气
作为上述技术方案的又一个优选方案，所述制冷装置包括气体膨胀制 冷装置或混合工质制冷装置，其中气体膨胀制冷装置包括换热器。
作为上述技术方案的又一个优选方案，从所述过冷器中出来的尾气通 过所述制冷装置的换热器，为所述换热器提供冷量。
作为上述技术方案的又一个优选方案，所述高压换热器与含曱烷混合 气相连通，为所述高压换热器提供热流体。
作为上述技术方案的又一个优选方案，所述高压换热器与制冷气相连 通，为所述高压换热器提供热流体。
本实用新型所取得的有益效果是采用低温液化分离的方法将甲烷从 含曱烷混合气中分离出来后经过低温泵增压成为高压LNG;高压LNG进 入高压换热器复温气化后就直接成为CNG产品，可供储存及充装用，省 去了用压缩机将低压天然气压缩并冷却成CNG的复杂装置。使用该设备 得到的CNG产品纯度可以达到99.8%以上，整套设备简单、操作方便。以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型实施例中制取CNG的流程示意图。
具体实施方式
本实用新型的设备主要包括制冷装置、原料气(即含曱烷混合气)分 离装置、LNG增压设备和高压换热器。所述制冷装置包括气体(氮气或氮 曱烷混合气)膨胀制冷装置和混合工质制冷装置两种，其中气体膨胀制冷 装置操作简单、投资少、能耗适中，主要包括制冷气体压缩机、多通道换 热器、高压换热器、增压透平膨胀机等单元设备；混合工质制冷装置操作 简单、能耗低、投资适中，主要包括混合工质压缩机、气液分离器、多通 道换热器、高压换热器、低温节流阀等单元设备。所述含曱烷混合气分离 装置主要包括分馏塔、分馏塔底再沸器，也可根据实际情况选装塔顶冷凝 器。所述LNG增压设备为专用低温液体泵，根据需要将LNG增压至 6 30Mpa以上。
在本实用新型中，含曱烷混合气为曱烷含量(体积百分比)在10%~95% 之间的混合气体。超出该范围的混合气若采用该设备，或经济性不佳，或 不适合该设备。
本实用新型中的含曱烷混合气为已经过净化处理后的洁净气体且适 用于低温环境。净化过程包括脱水、脱C02、脱硫、脱汞、脱苯及芳香烃、 脱萘及脱除其它高沸点杂质组分等等。
在本实施例中制冷装置采用气体膨胀制冷装置，对含曱烷混合气进行 液化分离。工艺流程如下
参阅
图1中气体膨胀制冷循环制取压缩天然气CNG的流程示意图， 净化后的含曱烷混合气A依次进入换热器1、 2交换热量，被冷流体冷却， 温度逐级降低，从换热器2出来后，此时含甲烷混合气中的甲烷已经基本 变成液态。然后进入分馏塔3,液体自上而下流动，气体自下而上流动。 越往下，液体中的曱烷含量越高，越往上，气体中的曱烷含量越低。液体 流到塔底后，进入塔底的再沸器5,液体中微量的低沸点组分(与原料气 组分有关，如02、 N2、 CO、 H2等)被加热进一步闪蒸出来，使得从分馏 塔出来的液化天然气LNG纯度进一步提高，可达99.8%以上。之后进入过 冷器6，被从塔顶出来的气体进一步冷却，成为过冷液化天然气LNG。过
5冷后的液化天然气LNG进入j氐温液体泵7，增压至6至30MPa以上。高 压液化天然气进入高压换热器8，与热流体交换热量，成为高压气体，即 压缩天然气CNG产品，出系统后储存。从过冷器6复温出来的尾气B， 依次进入换热器2、 1，为系统提供冷量，最后出系统。
从最上面一块塔板(或填料顶部)出来的气体可直接出分馏塔进入过 冷器6复温。也可如图l所示，进入塔顶冷凝器4，进一步液化，液体回 流至分馏塔3作回流液，气体(尾气)出冷凝器4后去过冷器6。这样一 来，气体中微量曱烷会被进一步冷凝下来，提高了曱烷的提取率，但能耗 会有所增加。
在换热器8内与高压液化天然气换热的热流体可以是制冷气，也可以 是原料气，可根据流程需要调整，本实例中，热流体为制冷气。如图l所 示，制冷气C (如氮气)经过压缩机9压缩、后冷却器IO冷却后，然后 进入透平膨胀机增压端11进一步增压，经后冷却器12冷却，然后分成两 路 一路进入高压换热器8与LNG交换热量； 一路进入换热器1与冷流 体换热。两路制冷气冷却出换热器后汇合，然后进入透平膨胀机的膨胀端 13，膨胀后成为低溫低压的气体。之后依次进入换热器2、 1的冷端，为 系统提供冷量后出来，再进入压缩机9压缩、增压、冷却、膨胀、制冷， 如此循环。
需要特别说明的是
图1所示的流程示意图并非固定模式，可根据实 际需要和冷量配比情况进行调整。如对分馏塔顶是否加冷凝器、高压换热
器8内热流体走制冷气还是原料气、低温液体泵前是否设置过冷器等进行 任意组合。
权利要求1.一种从含甲烷混合气中制取压缩天然气的设备，包括制冷装置，所述含甲烷混合气在所述制冷装置中被冷却而产生气液混合物；包括分馏塔的含甲烷混合气分离装置，所述分馏塔用于从所述气液混合物中分离出液化天然气，并具有输入所述气液混合物的入口、以及顶部气体出口和用于排出液化天然气的底部液体出口；其特征在于，所述设备还包括具有出口和与所述分馏塔的底部液体出口相连的入口的低温液体泵、和高压换热器，所述低温液体泵将来自所述分馏塔的液化天然气加压输送至所述高压换热器。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括设置在所述分馏 士荅的底部液体出口与所述4氐温液体泵的入口之间的再沸器，用于加热流入 其中的液化天然气，以便提高液化天然气的纯度。
3. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于，还包括设置在所述再沸 器的出口与所述低温液体泵的入口之间的过冷器，用于冷却流入其中的液 化天然气。
4. 根据权利要求3所述的设备，其特征在于，还包括设置在所述分馏 塔的顶部气体出口与所述过冷器之间的冷凝器，用于冷凝流入其中的含曱 烷混合气。
5. 根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述制冷装置包括气体 膨胀制冷装置或混合工质制冷装置，其中气体膨胀制冷装置包括换热器。
6. 根据权利要求5所述的设备，其特征在于，从所述过冷器中出来的 尾气通过所述制冷装置的换热器，为所述换热器提供冷量。
7. 根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述高压换热器与含曱 烷混合气相连通，为所述高压换热器提供热流体。
8. 根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述高压换热器与制冷 气相连通，为所述高压换热器提供热流体。
专利摘要本实用新型公开了一种从含甲烷混合气中制取压缩天然气(CNG)的设备，它包括制冷装置、含甲烷混合气分离装置、低温液体泵和高压换热器，含甲烷混合气依次进入制冷装置和含甲烷混合气分离装置后成为液化天然气(LNG)，然后进入低温液体泵进行增压，成为高压LNG，高压LNG进入高压换热器复温气化后就直接成为CNG产品，可供储存及充装用，省去了用压缩机将低压天然气压缩并冷却成CNG的复杂装置。使用该设备得到的CNG产品纯度可以达到99.8％以上，整套设备简单、操作方便。
文档编号F25J3/08GK201377962SQ200920107339
公开日2010年1月6日 申请日期2009年4月14日 优先权日2009年4月14日
发明者任小坤, 郁 孙, 武 张, 杨晓京, 王文川, 高元景 申请人:中国科学院理化技术研究所