含氧煤层气脱氧制LNG工艺研发.pdf

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1、第1期(总第170期)煤化工No．1(TotalNo．170)2014年2月CoalChemicalIndustryFeb．2014含氧煤层气脱氧制LNG工艺研发肖娅，诸林(西南石油大学，四川成都61o5oo)摘要设计了一种利用氮一甲烷膨胀制冷低温精馏含氧煤层气制LNG的工艺，并对其进行了模拟分析。结果表明，该工艺可较彻底除去氮气、氧气等，获得较高浓度的LNG产品。同时分析了回流比、塔板数以及人塔温度对塔底产品含氧量和甲烷含量的影响，并且对该低温精馏工艺中的各设备进行了能耗分析。结果表明，在精馏塔进料温度为一163℃、压力为0．2MPa

2、时，最佳工艺操作条件为回流比1．5，塔板数24，在此条件下，甲烷回收率可达99．64％，塔底甲烷产品纯度高达99．98％，氧气体积分数仅为0．016％，系统单位能耗0．573kWh／m。。关键词含氧煤层气，LNG，低温精馏，脱氧，工艺模拟文章编号：1005—9598(2014)一01—0012—04中图分类号：TD712．67文献标识码：A我国煤层气资源量约3．68×103m3，居世界第三方程[23计算含氧煤层气、氮气的相平衡特性。位，可采资源量高。在煤矿开采过程中抽采的煤层气，1．3模拟流程由于含有5％～15％(体积分数)的氧气而很难

3、直接回收该流程主要由原料气液化循环和冷剂制冷循环利用。煤层气的脱氧是一个技术难题。目前主要的脱组成。模拟流程示意图见图1。氧技术有吸附法、膜分离法、燃烧脱氧法、催化转化脱在含氧煤层气液化循环中，预处理后的煤层气首氧法和低温分离法，其中低温分离法能较彻底地脱除先进入P一1、P一2两级压缩机压缩至高压，然后通过水氮、氧等杂质气体，得到较高纯度的产品[1]。本文针对冷却器c一1、C-2冷却至常温后进人换热器LNG一100含空气体积分数为50％、处理量为5．4×10m。／d(即进行预冷，通过冷却器H一2后，进人换热器LNG一101100kmol

4、／h)的煤层气，利用氮一甲烷膨胀制冷工艺进进一步冷却，经节流阀后降压降温至一163℃、0．2行低温精馏提纯，制得纯度较高的液化天然气(LNG)。MPa，再进入精馏塔T-100进行液化分离，塔顶杂质气体经过冷箱换热后排出，塔底得到纯度较高的产品。1含氧煤层气低温精馏工艺在氮一甲烷膨胀制冷循环中，制冷剂氮气和甲烷经过P一3、P一4两级压缩机压缩至高压，经过冷却器1．1原料气C一3、C一4冷却至常温后进入换热器LNG一100进行预经预处理后的原料气压力为0．12MPa，温度为3O冷，然后经过膨胀机E一1降温降压，再进入换热器℃，流量为100k

5、mol／h，原料气的气体组分如表1所示。LNG一101进一步冷却，最后经过膨胀机E一2再一次降温降压后，出来的制冷剂首先给精馏塔塔顶冷凝器提表1原料气组成％供冷量，然后返回换热器为含氧煤层气和其本身提供CH4N202冷量，完成冷剂循环。为了降低系统能耗，膨胀机原料气5O39．510．5E—l、E一2的膨胀功被回收并用来驱动压缩机P-3、混合冷剂1O90P一4。在整个液化流程中，精馏塔塔顶冷凝器和塔底再1．2物性方法沸器的能量分别来自于煤层气液化循环和氮一甲烷本文采用HYSYS软件，选用Peng—Robinson状态膨胀制冷循环，并且对塔

6、顶杂质气体进行冷量回收。收稿日期：2013—09—28作者简介：肖娅(1989一)，女，四川成都，在读硕士，2011年本科毕业于西南石油大学化学工程与工艺专业，主要从事油气加工处理技术研究工作，E-mail：gir1xiaoyaO1@163．com。2014年2月肖娅等：含氧煤层气脱氧制LNG工艺研发一13—229I!6llBAL一2LGN-1001016100EPAL～1P-1～P一4一压缩机E-1、E-2一膨胀机C-1～c一4一冷却器H-1、H-2一换热器LNG-100、LNG一101一LNG换热器V一1、V一2一节流阀T一1O0一

7、精馏塔BAL一1、BAL一2一平衡器物流T一进入精馏塔气体物流V一精馏塔中的塔顶杂质气体图1含氧煤层气脱氧制LNG模拟流程示意图1．4精馏塔有关参数的选择及其他主要操作条件精馏塔在杂质分离方面有着广泛的应用，其分离原理是利用各物一质的赫沸点不同而实现组分的分离。采逻5叫O0O∞O5O∞50廿咯0O5叽0辫用精馏塔在低温下同时分离煤层气中的氮气和氧气，在精馏塔操作压力为0．2MPa下，甲烷、氮气、氧气的沸点分别为120．62K(-152．53℃)、83．63K(一189．52℃)、94．24K(一178．91℃)。因此在精馏塔中很容易分离

8、出氮气和氧气，并且氮气比氧气更加容易分离，同流比(R)所以控制产品中氧气的含量是煤层气分离提纯的关图2塔底产品中氧气含量随回流比变化关系键操作环节3]。通过分析回流比、塔板数及入塔温度琶对塔底产品中氧气含量