申请/专利权人：杭州宏盛中弘新能源有限公司;上海涛川能源科技有限公司

申请日：2018-11-17

公开（公告）日：2024-01-30

公开（公告）号：CN109405413B

主分类号：F25J3/02

分类号：F25J3/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.01.30#授权;2019.03.26#实质审查的生效;2019.03.01#公开

摘要：本发明公开一种避开爆炸极限的含氧煤层气的低温精馏系统及方法，该系统包括精馏塔、再沸器、煤层气输入管路、液氮输入管路、循环甲烷管路、排气管路和液体甲烷输出管路。含氧煤层气从精馏塔中部进入，气体部分向上作为精馏段的汽提，在塔板上与液体进行传质传热交换，液氮从精馏塔顶部喷入，作为精馏塔的回流液，通过设置在线甲烷含量检测仪，实时监控第一块塔板与塔体顶部之间的气相空间的甲烷含量以及第二块塔板与第一块塔板之间的气相空间的甲烷含量，确保第一块塔板与塔体顶部之间的气相空间的甲烷含量一直保持小于5%、第二块塔板与第一块塔板之间的气相空间的甲烷含量大于15%或小于5%，从而实现避开爆炸极限。

主权项：1.一种避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏系统对含氧煤层气低温精馏的方法，所述避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏系统包括精馏塔（11）、再沸器（16）、煤层气输入管路（1）、液氮输入管路（4）、循环甲烷管路、排气管路（3）和液体甲烷输出管路（2）；所述精馏塔（11）为板式塔，包括塔体（12）和位于所述塔体（12）底部且用来收集液体的塔座腔体（15），所述塔体（12）内部自上而下设置有若干塔板（13），塔板（13）端部安装有溢流管（14）；所述塔体（12）上设置有用于检测第一块塔板与塔体顶部之间的气相空间的甲烷含量的一号在线甲烷含量检测仪（37）、用于检测第二块塔板与第一块塔板之间的气相空间的甲烷含量的二号在线甲烷含量检测仪（38）以及用于塔体底部甲烷含量的三号在线甲烷含量检测仪（35）；所述再沸器（16）安装在塔座腔体（15）内；所述循环甲烷管路穿过塔座腔体（15）与再沸器（16）连接，用于向再沸器（16）提供热源；所述塔座腔体（15）上设置有用于检测塔座腔体（15）内液位的液位检测仪（31）；所述液体甲烷输出管路（2）的一端与塔座腔体（15）底部连接，另一端与外部LNG储罐连接，液体甲烷输出管路（2）上设置有液位调节阀（51），所述液位检测仪（31）与液位调节阀（51）通信连接；所述煤层气输入管路（1）的一端通向塔体（12）中部，所述液氮输入管路（4）的一端通向塔体（12）上部，所述塔体（12）顶部与排气管路（3）连接；所述煤层气输入管路（1）上设置有四号在线甲烷含量检测仪（34），所述排气管路（3）上设置有五号在线甲烷含量检测仪（32），所述液氮输入管路（4）上设置有一号流量调节阀（52），四号在线甲烷含量检测仪（34）、五号在线甲烷含量检测仪（32）均与一号流量调节阀（52）通信连接；排气管路（3）上还设置有压力检测仪（33）和压力控制阀（53），压力检测仪（33）和压力控制阀（53）通信连接；循环甲烷管路包括用于将循环甲烷送入再沸器（16）中的循环甲烷输入管路（5）、用于将循环甲烷从再沸器（16）中输出的循环甲烷输出管路（8）以及连接所述循环甲烷输入管路（5）与循环甲烷输出管路（8）的调节旁路（7），调节旁路（7）上设置有二号流量调节阀（54），循环甲烷输入管路（5）上设置有六号在线甲烷含量检测仪（36），六号在线甲烷含量检测仪（36）和三号在线甲烷含量检测仪（35）均与二号流量调节阀（54）通信连接，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：液氮通过液氮输入管路（4）喷入塔体（12）上部，作为精馏塔（11）的回流液，将控制在一定低温状态下的含氧煤层气通过煤层气输入管路（1）输进塔体（12）中部，含氧煤层气气相部分往上流动，与塔板（13）上的液氮进行传质与传热交换接触，上升气体中的甲烷被冷凝向下流动直至进入塔座腔体（15）内进行收集；上升气体中氮气与氧气等不凝气体实现富集，继续向上流动进入排气管路（3）中，四号在线甲烷含量检测仪（34）检测含氧煤层气中甲烷含量，五号在线甲烷含量检测仪（32）检测排气管路（3）中甲烷含量；步骤二：通过循环甲烷输入管路（5）向再沸器（16）内通入甲烷，作为再沸器（16）的热源，使再沸器（16）产生向上的汽提；步骤三：根据四号在线甲烷含量检测仪（34）和五号在线甲烷含量检测仪（32）的检测数值调节一号流量调节阀（52）的开度，从而控制一号在线甲烷含量检测仪（37）检测的甲烷含量一直保持小于5%，控制二号在线甲烷含量检测仪（38）检测的甲烷含量大于15%或小于5%；根据六号在线甲烷含量检测仪（36）和三号在线甲烷含量检测仪（35）的检测数值调节二号流量调节阀（54），控制进入再沸器（16）的循环甲烷的流量，进一步控制精馏塔（11）底部温度与上升的汽提量；根据压力检测仪（33）的检测数值，调节压力控制阀（53）的开度，从而控制精馏塔（11）的运行压力；通过液位检测仪（31）的检测数值，调节液位调节阀（51）的开度，从而及时将塔座腔体（15）内收集的液体甲烷输出到外部LNG储罐内。

全文数据：一种避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏系统及方法技术领域本发明涉及煤层气处理技术，具体地讲，涉及一种避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏系统及方法。背景技术低浓度煤层气不仅含有20%~50%的甲烷，而且含有大量的氮气、氧气成分的空气，是煤矿生产中的有害因素，它不仅污染空气，而且当空气中煤层气含量为5%～16%时，遇火会引起爆炸，造成安全事故。采用低温精馏塔的方法将含氧煤层气中氧气、氮气等不凝气分离出，精馏塔底部获得高纯度甲烷，用来制液化天然气，塔顶排放出氧气、氮气等不凝气。精馏塔内部从下向上的汽提组分中甲烷体积分数由98%降低到2%，存在穿越爆炸极限5%~15%的风险，严重降低了精馏塔的安全性，因此，有必要设计一种避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏系统。发明内容本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理、能避开爆炸极限地处理含氧煤层气的低温精馏系统，并给出具体方法步骤。本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏系统，包括精馏塔，其特征在于：还包括再沸器、煤层气输入管路、液氮输入管路、循环甲烷管路、排气管路和液体甲烷输出管路；所述精馏塔为板式塔，包括塔体和位于所述塔体底部且用来收集液体的塔座腔体，所述塔体内部自上而下设置有若干塔板，塔板端部安装有溢流管；所述塔体上设置有用于检测第一块塔板与塔体顶部之间的气相空间的甲烷含量的一号在线甲烷含量检测仪、用于检测第二块塔板与第一块塔板之间的气相空间的甲烷含量的二号在线甲烷含量检测仪以及用于塔体底部甲烷含量的三号在线甲烷含量检测仪；所述再沸器安装在塔座腔体内；所述循环甲烷管路穿过塔座腔体与再沸器连接，用于向再沸器提供热源；所述塔座腔体上设置有用于检测塔座腔体内液位的液位检测仪；所述液体甲烷输出管路的一端与塔座腔体底部连接，另一端与外部LNG储罐连接，液体甲烷输出管路上设置有液位调节阀，所述液位检测仪与液位调节阀通信连接；所述煤层气输入管路的一端通向塔体中部，所述液氮输入管路的一端通向塔体上部，所述塔体顶部与排气管路连接；所述煤层气输入管路上设置有四号在线甲烷含量检测仪，所述排气管路上设置有五号在线甲烷含量检测仪，所述液氮输入管路上设置有一号流量调节阀，四号在线甲烷含量检测仪、五号在线甲烷含量检测仪均与一号流量调节阀通信连接。优选的，本发明所述排气管路上还设置有压力检测仪和压力控制阀，压力检测仪和压力控制阀通信连接。优选的，本发明所述循环甲烷管路包括用于将循环甲烷送入再沸器中的循环甲烷输入管路、用于将循环甲烷从再沸器中输出的循环甲烷输出管路以及连接所述循环甲烷输入管路与循环甲烷输出管路的调节旁路，调节旁路上设置有二号流量调节阀，循环甲烷输入管路上设置有六号在线甲烷含量检测仪，六号在线甲烷含量检测仪和三号在线甲烷含量检测仪均与二号流量调节阀通信连接。为解决上述技术问题，本发明还提供另一技术方案：一种避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏方法，包括以下步骤：步骤一：液氮通过液氮输入管路喷入塔体上部，作为精馏塔的回流液，将控制在一定低温状态下的含氧煤层气通过煤层气输入管路输进塔体中部，含氧煤层气气相部分往上流动，与塔板上的液氮进行传质与传热交换接触，上升气体中的甲烷被冷凝向下流动直至进入塔座腔体内进行收集；上升气体中氮气与氧气等不凝气体实现富集，继续向上流动进入排气管路中，四号在线甲烷含量检测仪检测含氧煤层气中甲烷含量，五号在线甲烷含量检测仪检测排气管路中甲烷含量；步骤二：通过循环甲烷输入管路向再沸器内通入甲烷，作为再沸器的热源，使再沸器产生向上的汽提；步骤三：根据四号在线甲烷含量检测仪和五号在线甲烷含量检测仪的检测数值调节一号流量调节阀的开度，从而控制一号在线甲烷含量检测仪检测的甲烷含量一直保持小于5%，控制二号在线甲烷含量检测仪检测的甲烷含量大于15%或小于5%；根据六号在线甲烷含量检测仪和三号在线甲烷含量检测仪的检测数值调节二号流量调节阀，控制进入再沸器的循环甲烷的流量，进一步控制精馏塔底部温度与上升的汽提量；根据压力检测仪的检测数值，调节压力控制阀的开度，从而控制精馏塔的运行压力；通过液位检测仪的检测数值，调节液位调节阀的开度，从而及时将塔座腔体内收集的液体甲烷输出到外部LNG储罐内。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、整个精馏系统功能完善，能实现避开爆炸极限地处理含氧煤层气，通过设置在线甲烷含量检测仪，实时监控第一块塔板与塔体顶部之间的气相空间的甲烷含量以及第二块塔板与第一块塔板之间的气相空间的甲烷含量，确保第一块塔板与塔体顶部之间的气相空间的甲烷含量一直保持小于5%、第二块塔板与第一块塔板之间的气相空间的甲烷含量大于15%或小于5%，从而实现避开爆炸极限；2、循环甲烷作为精馏塔塔底再沸器的热源，通过调节旁路控制进入再沸器的甲烷量，进一步控制上升的汽提量，以此控制塔底液化天然气中甲烷浓度；3、液氮从精馏塔顶部喷入，作为精馏塔的回流液，将上升气体中的甲烷冷凝、液氮被气化成气体，冷凝液不断向下流动，冷凝液中的甲烷浓度不断提高，从精馏塔底部出来的液体是高浓度的甲烷，作为液化天然气产品引出储存。附图说明图1是本发明实施例的结构示意图。附图标记说明：煤层气输入管路1、液体甲烷输出管路2、排气管路3、液氮输入管路4、循环甲烷输入管路5、调节旁路7、循环甲烷输出管路8、精馏塔11、塔体12、塔板13、溢流管14、塔座腔体15、再沸器16、一号在线甲烷含量检测仪37、二号在线甲烷含量检测仪38、三号在线甲烷含量检测仪35、四号在线甲烷含量检测仪34、五号在线甲烷含量检测仪32、六号在线甲烷含量检测仪36、液位检测仪31、压力检测仪33、液位调节阀51、压力控制阀53、一号流量调节阀52、二号流量调节阀54。具体实施方式下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。实施例。参见图1。本实施例为一种避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏系统，包括精馏塔11、再沸器16、煤层气输入管路1、液氮输入管路4、循环甲烷管路、排气管路3和液体甲烷输出管路2。本实施例中，精馏塔11为板式塔，包括塔体12和位于塔体12底部且用来收集液体的塔座腔体15，塔体12内部自上而下设置有若干塔板13，最上面的为第一块塔板，其他塔板从上至下依次排序，塔板13端部安装有溢流管14。塔体12上设置有用于检测第一块塔板与塔体顶部之间的气相空间的甲烷含量的一号在线甲烷含量检测仪37、用于检测第二块塔板与第一块塔板之间的气相空间的甲烷含量的二号在线甲烷含量检测仪38以及用于塔体底部甲烷含量的三号在线甲烷含量检测仪35。本实施例中，再沸器16安装在塔座腔体15内；循环甲烷管路穿过塔座腔体15与再沸器16连接，用于向再沸器16提供热源。塔座腔体15上设置有用于检测塔座腔体15内液位的液位检测仪31。液体甲烷输出管路2的一端与塔座腔体15底部连接，另一端与外部LNG储罐连接，液体甲烷输出管路2上设置有液位调节阀51，液位检测仪31与液位调节阀51通信连接。本实施例中，煤层气输入管路1的一端通向塔体12中部，液氮输入管路4的一端通向塔体12上部，塔体12顶部与排气管路3连接。煤层气输入管路1上设置有四号在线甲烷含量检测仪34，排气管路3上设置有五号在线甲烷含量检测仪32、压力检测仪33和压力控制阀53，液氮输入管路4上设置有一号流量调节阀52，四号在线甲烷含量检测仪34、五号在线甲烷含量检测仪32均与一号流量调节阀52通信连接，压力检测仪33和压力控制阀53通信连接。本实施例中，循环甲烷管路包括用于将循环甲烷送入再沸器16中的循环甲烷输入管路5、用于将循环甲烷从再沸器16中输出的循环甲烷输出管路8以及连接循环甲烷输入管路5与循环甲烷输出管路8的调节旁路7，调节旁路7上设置有二号流量调节阀54，循环甲烷输入管路5上设置有六号在线甲烷含量检测仪36，六号在线甲烷含量检测仪36和三号在线甲烷含量检测仪35均与二号流量调节阀54通信连接。本实施例中，避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏方法，包括以下步骤：步骤一：液氮通过液氮输入管路4喷入塔体12上部，作为精馏塔11的回流液，将控制在一定低温状态下的含氧煤层气通过煤层气输入管路1输进塔体12中部，含氧煤层气气相部分往上流动，与塔板13上的液氮进行传质与传热交换接触，上升气体中的甲烷被冷凝向下流动直至进入塔座腔体15内进行收集；上升气体中氮气与氧气等不凝气体实现富集，继续向上流动进入排气管路3中，四号在线甲烷含量检测仪34检测含氧煤层气中甲烷含量，五号在线甲烷含量检测仪32检测排气管路3中甲烷含量；步骤二：通过循环甲烷输入管路5向再沸器16内通入甲烷，作为再沸器16的热源，使再沸器16产生向上的汽提；步骤三：根据四号在线甲烷含量检测仪34和五号在线甲烷含量检测仪32的检测数值调节一号流量调节阀52的开度，从而控制一号在线甲烷含量检测仪37检测的甲烷含量一直保持小于5%，控制二号在线甲烷含量检测仪38检测的甲烷含量大于15%或小于5%；根据六号在线甲烷含量检测仪36和三号在线甲烷含量检测仪35的检测数值调节二号流量调节阀54，控制进入再沸器16的循环甲烷的流量，进一步控制精馏塔11底部温度与上升的汽提量；根据压力检测仪33的检测数值，调节压力控制阀53的开度，从而控制精馏塔11的运行压力；通过液位检测仪31的检测数值，调节液位调节阀51的开度，从而及时将塔座腔体15内收集的液体甲烷输出到外部LNG储罐内。虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

权利要求：1.一种避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏系统，包括精馏塔（11），其特征在于：还包括再沸器（16）、煤层气输入管路（1）、液氮输入管路（4）、循环甲烷管路、排气管路（3）和液体甲烷输出管路（2）；所述精馏塔（11）为板式塔，包括塔体（12）和位于所述塔体（12）底部且用来收集液体的塔座腔体（15），所述塔体（12）内部自上而下设置有若干塔板（13），塔板（13）端部安装有溢流管（14）；所述塔体（12）上设置有用于检测第一块塔板与塔体顶部之间的气相空间的甲烷含量的一号在线甲烷含量检测仪（37）、用于检测第二块塔板与第一块塔板之间的气相空间的甲烷含量的二号在线甲烷含量检测仪（38）以及用于塔体底部甲烷含量的三号在线甲烷含量检测仪（35）；所述再沸器（16）安装在塔座腔体（15）内；所述循环甲烷管路穿过塔座腔体（15）与再沸器（16）连接，用于向再沸器（16）提供热源；所述塔座腔体（15）上设置有用于检测塔座腔体（15）内液位的液位检测仪（31）；所述液体甲烷输出管路（2）的一端与塔座腔体（15）底部连接，另一端与外部LNG储罐连接，液体甲烷输出管路（2）上设置有液位调节阀（51），所述液位检测仪（31）与液位调节阀（51）通信连接；所述煤层气输入管路（1）的一端通向塔体（12）中部，所述液氮输入管路（4）的一端通向塔体（12）上部，所述塔体（12）顶部与排气管路（3）连接；所述煤层气输入管路（1）上设置有四号在线甲烷含量检测仪（34），所述排气管路（3）上设置有五号在线甲烷含量检测仪（32），所述液氮输入管路（4）上设置有一号流量调节阀（52），四号在线甲烷含量检测仪（34）、五号在线甲烷含量检测仪（32）均与一号流量调节阀（52）通信连接。2.根据权利要求1所述的避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏系统，其特征在于：所述排气管路（3）上还设置有压力检测仪（33）和压力控制阀（53），压力检测仪（33）和压力控制阀（53）通信连接。3.根据权利要求1所述的避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏系统，其特征在于：所述循环甲烷管路包括用于将循环甲烷送入再沸器（16）中的循环甲烷输入管路（5）、用于将循环甲烷从再沸器（16）中输出的循环甲烷输出管路（8）以及连接所述循环甲烷输入管路（5）与循环甲烷输出管路（8）的调节旁路（7），调节旁路（7）上设置有二号流量调节阀（54），循环甲烷输入管路（5）上设置有六号在线甲烷含量检测仪（36），六号在线甲烷含量检测仪（36）和三号在线甲烷含量检测仪（35）均与二号流量调节阀（54）通信连接。4.一种利用权利要求1-3任一权利要求所述的系统对含氧煤层气低温精馏的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：液氮通过液氮输入管路（4）喷入塔体（12）上部，作为精馏塔（11）的回流液，将控制在一定低温状态下的含氧煤层气通过煤层气输入管路（1）输进塔体（12）中部，含氧煤层气气相部分往上流动，与塔板（13）上的液氮进行传质与传热交换接触，上升气体中的甲烷被冷凝向下流动直至进入塔座腔体（15）内进行收集；上升气体中氮气与氧气等不凝气体实现富集，继续向上流动进入排气管路（3）中，四号在线甲烷含量检测仪（34）检测含氧煤层气中甲烷含量，五号在线甲烷含量检测仪（32）检测排气管路（3）中甲烷含量；步骤二：通过循环甲烷输入管路（5）向再沸器（16）内通入甲烷，作为再沸器（16）的热源，使再沸器（16）产生向上的汽提；步骤三：根据四号在线甲烷含量检测仪（34）和五号在线甲烷含量检测仪（32）的检测数值调节一号流量调节阀（52）的开度，从而控制一号在线甲烷含量检测仪（37）检测的甲烷含量一直保持小于5%，控制二号在线甲烷含量检测仪（38）检测的甲烷含量大于15%或小于5%；根据六号在线甲烷含量检测仪（36）和三号在线甲烷含量检测仪（35）的检测数值调节二号流量调节阀（54），控制进入再沸器（16）的循环甲烷的流量，进一步控制精馏塔（11）底部温度与上升的汽提量；根据压力检测仪（33）的检测数值，调节压力控制阀（53）的开度，从而控制精馏塔（11）的运行压力；通过液位检测仪（31）的检测数值，调节液位调节阀（51）的开度，从而及时将塔座腔体（15）内收集的液体甲烷输出到外部LNG储罐内。

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