[发明专利]一种空气回热式的矿井瓦斯气的分离液化方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体分离液化方法及设备，特别涉及一种空气回热式的矿井瓦斯气的分离液化设备及方法。

背景技术

采煤过程中抽放的煤层气即矿井瓦斯气，因为压力低，甲烷含量低，其中混有空气，给这种气体的加工和运输带来了困难，通常都是把它排放到大气中。这不但造成了严重的大气污染，也造成很大的资源浪费。如果把这种瓦斯气中的煤层气(主要是甲烷)和空气分离出来并将提纯后的煤层气液化，这就会使运输和利用都变得很方便。

常规的分离方法有吸收法、吸附法、薄膜渗透法和低温精馏法等。前面几种方法，分离的纯度很难达到要求，有的回收率低，有的还需要加热，混有空气的瓦斯气在高温下易爆炸，存在安全隐患，因此没有能够得到应用。美国BCCK工程公司发明了一种工艺，是先将混有空气的矿井瓦斯气压缩，然后用接触氧化法把其中的氧气脱除，然后脱除硫化氢和二氧化碳，再脱除水分，最后再用节流制冷分离的方法把氮气脱除。这种工艺设备比较复杂，产品是气体甲烷。如要生产液体甲烷，还要进一步增加液化设备。于2006年5月和7月分别提出的内容为“含空气煤层气液化工艺及设备”的几项中国专利申请中，分别描述了一种双级精馏和单级精馏的工艺(专利号为：200610080889.4；200620115881.2；200610103425.0；200620122543.1)，上述工艺及设备比美国BCCK的工艺要简单，而且能直接生产出液体的甲烷。但是，由于上述工艺均需要在低温下分离出氮气，因此其工艺设备所需的能耗仍然偏高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种空气回热式矿井瓦斯气分离液化方法和设备，其能够采用低温空气回热的方法回收冷量，并且不生产氮气，工艺更为简单，能耗也更低。

为解决上述技术问题，本发明所提出的方法的技术方案是：

一种空气回热式矿井瓦斯气分离液化方法，包括如下工艺步骤：

步骤一：将矿井瓦斯原料气压缩净化，去除原料气中杂质，得到压缩净化的矿井瓦斯气；

步骤二：将压缩净化后的矿井瓦斯气通入换热器，使其温度冷却到摄氏负82.5度以下；

例如，将压缩净化的矿井瓦斯气通入换热器进行热交换，将其温度冷却至-150℃～-180℃，大部分矿井瓦斯气冷却为液体；

步骤三：将冷却后的矿井瓦斯气通入一个分馏塔的中部，经分馏塔底部的蒸发器的蒸发和顶部冷凝器的冷凝、塔内的气体与液体进行充分的质、热交换，在分馏塔顶部得到高纯度的低温空气，分馏塔底部得到高纯度的液态天然气。

步骤四：将从分馏塔顶部分离出的低温空气引入换热器中作为制冷气回收冷量。

进一步，在步骤二中，也可以先使矿井瓦斯原料气冷却到0℃～-50℃，然后先经过分馏塔底部的蒸发器为蒸发器提供热量，同时原料气本身得到预冷，然后再经过换热器冷却至所需温度，使大部分矿井瓦斯气冷却为液体。

进一步，所述步骤四中，从分馏塔顶部分离出的低温空气被引入换热器中回收部分冷量后，可以再通过膨胀机膨胀降温，以增加制冷系统的冷量，然后再引入换热器中回收冷量。

进一步，所述步骤三中蒸发器蒸发温度为-85℃至-162℃，冷凝器的冷凝温度为-150℃至-200℃。

进一步，所述换热器的冷量和冷凝器的冷量由一个制冷系统提供，所述制冷系统为气体膨胀制冷系统或混合制冷剂制冷系统。

进一步，所述制冷系统中的制冷气可以先经过分馏塔底部的蒸发器为蒸发器提供热量，同时制冷气本身得到预冷，然后再引入换热器中作为制冷气。

进一步，所述制冷系统中的制冷气先经过分馏塔底部的蒸发器，然后再回到换热器进一步降温后，再进入分馏塔顶部的冷凝器。

进一步，可将所述从分馏塔顶部分离出的低温空气经过换热器回热后，再通入净化设备作为加热和吹除气体。

本发明中的技术方案与申请号为200610080889.4的发明相比，该发明需要设立两级分馏塔，并且需将矿井瓦斯气分解为氮气、富氧空气和液态天然气三部分，其工艺复杂、成本高、耗能大；而本发明采用单分馏塔，并且不需要从矿井瓦斯气中分解出氮气和富氧空气，具有制造工艺简单、成本低、耗能小的优点。