[发明专利]一种煤层气的低温高速离心分离脱氧的方法

说明书

技术领域

本发明通过加入低温离心分离器，并用高速旋转的膨胀机驱动离心分离器，在低温下实现煤层气的脱氧技术。考虑到甲烷爆炸限问题，将前级换热器置于防爆区，以提高安全性，不同于以往的利用化学反应分离煤层气技术，本发明从机械和组分物性差别角度研究煤层气脱氧技术，属于气体除氧领域，特别涉及煤层气领域中的脱氧方法。

背景技术

煤层中吸附的伴生气称为煤层气，其主要成分是甲烷，属于非常规天然气。全世界煤层气储量巨大，根据国际能源署（IEA）的统计资料结果，全球煤层气资源量可达270 万亿立方米。中国煤层气资源丰富，全国埋深2000 米以浅的煤层气总资源量为36.81 万亿立方米。采用地面打井的方法, 来实现煤层气回收的技术, 在世界范围内已有很好的发展。但是, 采煤过程中抽采的瓦斯气压力很低，同时甲烷含量也低,称为含氧煤层气，这就给煤层气的加工和输送带来困难。含氧煤层气压力低，甲烷含量低，且混有10%左右的氧气，极易发生爆炸。含氧煤层气通常只能就地使用, 放空浪费的现象比较严重。含氧煤层气脱氧已成为其开发利用的关键和重大课题。

 国外煤矿开采多采用先采气后采煤的方式，通过地面钻井预抽煤层气，得到的煤层气甲烷含量高，一般可直接输入天然气管道。中国是目前对含氧煤层气分离研究最深入的国家，按照技术路线可以分为变压吸附技术、膜分离技术和含氧煤层气直接液化技术。

 变压吸附因为吸附层中存在空隙，吸附时空隙中贮存产品，因此产品回收率比较低，只有40%～50%，造成很大的浪费。气体在脱附阶段被排放而损失掉。产品纯度和回收率之间存在矛盾，提高回收率，则纯度又下降。而且排放废气的氧含量处于爆炸极限范围。综合而言，其应用受到一定的限制。

膜分离技术是一种新型的气体分离技术，但是其在分离中会造成产品气的损失，而且甲烷爆炸极限随着压力升高急剧扩大，进一步凸显该技术的安全问题。

至于煤层气的脱氧问题，目前主要有焦炭法脱氧、贵金属催化剂催化脱氧以及非贵金属耐硫型催化剂催化脱氧。焦炭法脱氧、贵金属催化剂催化脱氧这两种方法都能将煤层气中的氧含量脱至0.5%以下，满足安全分离的要求，但是前者需要消耗焦炭资源，后者贵金属脱氧不足之处在于催化剂价格昂贵，脱氧成本高。非贵金属耐硫型催化剂催化脱氧催化剂选用的是非贵金属催化剂，价格低廉，虽然损失一部分甲烷，但是可以利用氧和甲烷的反应热来驱动透平压缩机，节省电能。

 在现有的煤层气脱氧技术中，已申请专利的有申请号为200810044237.4，名称为一种煤层气催化转化方法，申请号为200910195504.2，名称为一种煤层气的脱氧方法和一种催化剂，申请号为200810229999.1，名称为一种煤层气提纯液化方法，申请号为201010256294.6，名称为一种煤层气脱氧和分离甲烷的方法等专利，前三项专利属于催化脱氧，后一种是非催化脱氧。这些脱氧的办法都是从化学反应的角度来考虑煤层气的脱氧问题，具有安全性低，成本高，产品回收率低，甲烷损失率高等缺点，本发明正是依据上述背景技术，设计提出一种低温高速离心脱氧方法，在脱氧装置中加入低温离心分离器，在低温下根据甲烷和氧气浓度差变大的特点将煤层气中的氧脱离出来，为了提高安全性，将前级换热器置于防爆区。利用高速旋转的膨胀机驱动离心分离器高速运转，充分利用膨胀机输出功，提高能源利用率。

发明内容

为了弥补以往煤层气脱氧技术的不足，本发明提供一种能够提高系统的安全性和能源利用率、降低甲烷损失且能实现产品高回收率的煤层气的低温高速离心分离脱氧的方法。

本发明采用如下技术方案：