煤层气脱氧脱氮生产液化天然气的组合设备的制作方法

本实用新型属于煤层气制液化天然气领域，尤其是煤层气脱氧脱氮生产液化天然气的组合设备。

背景技术：

中国通常采煤技术中，由动采区和采空区抽排产生的煤层气主要是的混合煤层气，其中掺杂大量空气，甲烷浓度变化范围大，集中在30%～80%，俗称“煤矿瓦斯”。因为煤层气中含有氧气所以具有一定的危险性，常温常压下，甲烷在空气中的爆炸极限在5%～15%，随着温度和压力升高，爆炸极限迅速扩大。但是，由于混合煤层气还含有大量氮气，无法达到车用压缩天然气或液化天然气的质量标准，从而大大限制了其应用。

其他国家部分较为先进的煤矿技术多采用先采气方式，通常再采煤过程时煤层气的氧含量会低于2%，但是同时这些技术对高氧含量的脱除极少涉及。

中国是目前国际上对高含氧、高含氮煤层气研究比较多的国家，通常的脱除方法有变压吸附（PSA）技术、膜分离技术以及直接液化精馏分离等。例如：

中国专利CN101922849A，介绍了一种燃气提纯技术领域的含氧煤层气的液化精馏方法，利用含氧煤层气液化后再通过精馏塔分离掉其中的杂质氮气、氧气，从而在塔底得到高纯度的液化天然气产品。

中国专利CN204298357U，介绍了一种含氧煤层气脱氧、脱氮液化系统。所述液化系统包括冷箱、精馏塔、煤层气脱氧、脱氮机构和氮气冷剂循环机构；氮气冷剂循环机构为冷箱和精馏塔提供冷量。

中国专利CN102206129A，公开了一种含氧煤层气分离的方法，从包括氧气、氮气、甲烷等的含氧煤层气中分离提纯甲烷，采用精馏塔将通入其中的含氧煤层气低温精馏，从而分离提纯甲烷。

上述三个专利，基本都是采用低温精馏的方法分离煤层气中的氧气和氮气，甚至进行了爆炸极限的计算，以试图避免爆炸的可能。在理论计算中上述方案完全可行，但是实际运行中煤层气氧含量非常不稳定，一旦氧气浓度波动，会使后端原料气的爆炸极限也出现波动，更加致命的是上述情况还无法实时有效监测，所以实际使用中的安全问题其实一直存在。

中国专利CN101445755A，介绍了采空区、动采区抽排含氧混合煤层气提纯，液化用的一种煤层气提纯方法，该方法主要通过原料煤层气—脱氧—增压—脱碳—脱水—脱氮—储运等环节。该专利重点在于脱氧环节前置，从而避免后端爆炸极限出现。然而，该专利更加强调脱氧环节，对后续环节没有公开。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供煤层气脱氧脱氮生产液化天然气的组合设备，以支持从高氧气、高氮气的煤层气中生产合格液化天然气。

本实用新型的目的将通过以下技术措施来实现： 包括煤层气进口、前端压缩机、脱氧反应器、后端压缩机、脱酸单元、脱水单元、脱苯脱汞单元、液化冷箱低温精馏单元和LNG储罐；煤层气进口连接进入前端压缩机，然后连接进入脱氧反应器，然后连接进入后端压缩机，然后连接进入脱酸单元，再进一步依次连接脱水单元、脱苯脱汞单元和液化冷箱低温精馏单元，最后连接进入LNG储罐。

尤其是， 脱氧反应器与脱氧压缩循环机循环连接。

尤其是，脱酸单元与胺液再生装置循环连接。

尤其是， 液化冷箱低温精馏单元与混合冷剂压缩机循环连接。

尤其是，LNG储罐进一步的通过BOG闪蒸气釜连接回到前端压缩机进行循环。

本实用新型的优点和效果： 采用前端脱氧工艺，有效避免后面脱酸、脱水、液化、低温精馏等工段可能存在的爆炸极限问题，中间脱酸、脱水、脱汞、脱苯工艺成熟稳定，后端低温精馏液化工艺甲烷收率高、LNG产品质量有保障。符合本质安全理念，从源头消除氧气隐患，具有更好的安全性，相比PSA脱氮工艺具有节约投资10%，甲烷回收率提高10%，运行成本降低10%以上的特点，保证整个液化装置的安全，稳定运行。

附图说明

图1为本实用新型实施例1结构示意图。

附图标记包括：

煤层气进口1、前端压缩机2、脱氧反应器3、脱氧压缩循环机4、后端压缩机5、胺液再生装置6、脱酸单元7、脱水单元8、脱苯脱汞单元9、液化冷箱低温精馏单元10、混合冷剂压缩机11、LNG储罐12、BOG闪蒸气釜13。

具体实施方式

本实用新型原理在于，脱氧装置放在前端,优先经过脱氧后,在经过脱酸、脱水、脱苯脱汞、制冷、低温精馏。煤层气需要经过催化脱氧、脱酸、脱水、脱苯脱汞、液化、低温精馏的工艺路径，充分利用各个物质的物性条件，高含氧、高含氮的低压煤层气依次通过前端增压初步提高压力，脱氧反应器脱除氧气，后端增压再次提高压力，脱酸单元脱除H2S、CO2，脱水单元脱除气相水分，脱苯脱汞单元脱除有害物，液化单元将煤层气部分液化，低温精馏分离甲烷和氮气，混合冷剂压缩机为系统提供冷量，最终得到质量合格的液化天然气产品。前端脱氧工艺有效避免了各物质爆炸极限问题，中间脱酸、脱水、脱汞、脱苯工艺成熟稳定，后端低温精馏液化工艺甲烷收率高、LNG产品质量有保障，将脱氧、脱氮融入到煤层气液化中，组合脱氧、脱酸、脱水、冷箱、脱氮工序，形成从头到尾的完整液化工艺路线，最终得到液化天然气产品，保证整个液化装置的安全，稳定运行。

本实用新型包括： 煤层气进口1、前端压缩机2、脱氧反应器3、后端压缩机5、脱酸单元7、脱水单元8、脱苯脱汞单元9、液化冷箱低温精馏单元10和LNG储罐12。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如附图1所示， 煤层气进口1连接进入前端压缩机2，然后连接进入脱氧反应器3，然后连接进入后端压缩机5，然后连接进入脱酸单元7，再进一步依次连接脱水单元8、脱苯脱汞单元9和液化冷箱低温精馏单元10，最后连接进入LNG储罐12。

前述中， 脱氧反应器3与脱氧压缩循环机4循环连接。

前述中， 脱酸单元7与胺液再生装置6循环连接。

前述中，液化冷箱低温精馏单元10与混合冷剂压缩机11循环连接。

前述中，LNG储罐12进一步的通过BOG闪蒸气釜13连接回到前端压缩机2进行循环。

本实施例中，高含氧、高含氮的煤层气由煤层气进口1进入，首先经过前端压缩机2前端增压至0.2～1MPa左右，与部分来自脱氧循环压缩机4的循环气混合，经过预热后，进入脱氧反应器3脱氧催化剂床层，反应温度控制在300～800℃左右，脱氧后煤层气中氧气体积分数≤0.2%；再经过废热锅炉循环回收热能后，进入后端压缩机5进行后端增压，增压至4.5～6MPa左右；然后再进入脱酸单元7进行MDEA脱酸工段，同时经过胺液再生装置6进行胺液循环再生，得到脱酸后的煤层气，其CO₂体积分数≤50ppm，H₂S体积分数≤4ppm；进入脱水单元8的分子筛脱水工段，脱除至≤10ppm后，然后进入脱苯脱汞单元9脱除至Hg质量浓度≤0.01μg/m³，苯类体积浓度≤10x10^-6后得到净化气。进一步的，净化气进入液化冷箱低温精馏单元10冷箱中冷却液化，混合冷剂压缩机11支持液化冷箱低温精馏单元10制冷工作，然后利用甲烷、氮气沸点的不同，液化冷箱低温精馏单元10采用低温精馏的方法，将氮气从其塔顶富集后排出，液态甲烷从其底部塔釜排出后再次进入LNG储罐12冷箱过冷段过冷循环，以保证煤层气连续不断的干燥，最后由LNG储罐12生产出合格的液化天然气产品。

本实用新型中， 包括前端增压、耐硫催化脱氧、后端增压、MDEA脱碳、分子筛脱水、脱苯、脱汞、液化、低温精馏脱氮、混合冷剂循环的十个单元部分。净化工艺、液化工艺有机整合，工艺组合性强。