技術領域

本發明屬于濃縮方法和裝置，具體涉及含氧煤層氣低溫濃縮方法，特別是含氧煤層氣尤其針對甲烷體積分數30％以上的含氧煤氣的低溫濃縮方法，還涉及低溫濃縮使用的裝置。

背景技術

含氧煤層氣屬于煤礦生產中的伴生氣，也稱為煤礦瓦斯，其甲烷體積分數在30％～80％之間。這類煤層氣中含空氣，甲烷含量越低，空氣含量越高，對煤層氣進行輸送和利用危險性越大。

國家規定甲烷體積分數30％以上的煤層氣應加以利用，對含氧煤層氣進行提濃有利于更好的對其進行利用，同時還可以降低輸送能耗，提高輸送和利用的安全性。目前常規的含氧煤層氣提濃方法有吸附法和膜分離法(公開號為1799679)，以及深冷精餾法(公開號為101928617A)。吸附法和膜分離法要求含氧煤層氣具有一定的壓力才能達到提濃效果，或者需要對裝置抽真空以使有足夠的壓力差能滿足提濃要求，但抽真空就會使處理能耗增加。冷精餾法也要求含氧煤層氣具有一定的壓力，同時該工藝方法處理能耗高，工藝流程復雜，設備數量多。

對于含氧煤層氣利用而言，安全和經濟性是關鍵問題，最好在低壓下對其進行處理，并且處理能耗越低越好。含氧煤層氣壓力越高就越危險，這是限制吸附法、膜分離法應用的一個關鍵問題；而能耗高，工藝流程復雜則是限制深冷精餾法應用的主要原因。

針對目前含氧煤層氣提濃技術現狀，急需提出一種含氧煤層氣低溫濃縮方法，并且該方法全流程處于低壓狀態，能耗低。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一在于提供含氧煤層氣低溫濃縮方法，該方法可在低壓條件下實現對含氧煤層氣的濃縮，處理能耗低，工藝流程簡單；本發明的目的之二在于提供低溫濃縮的含氧煤層氣的裝置，設備數量少，適應性強。

為實現上述發明目的，本發明提供如下技術方案：

含氧煤層氣低溫濃縮方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將含氧煤層氣進行增壓并凈化；

(2)將步驟(1)凈化后的含氧煤層氣進行冷卻；

(3)將步驟(2)冷卻后的含氧煤層氣進行氣液分離；

(4)將步驟(3)分離得到的氣體與液體分別進行節流獲得液相節流和氣相節流；

(5)將步驟(4)獲得的液相節流和氣相節流通過熱交換冷卻后續通入的凈化后含氧煤層氣；

(6)液相節流經熱交換即獲得濃縮含氧煤層氣。

優選的，所述步驟(1)為將甲烷體積分數大于30％的氧煤層氣增壓到0.18～0.22MPa，然后將含氧煤層氣凈化至含氧煤層氣中硫化氫含量小于5ppm、二氧化碳含小于100ppm，水含量小于0.1ppm。

更優選的，所述步驟(2)為將步驟(1)凈化后的含氧煤層氣冷卻至溫度為-160℃～-178℃。

更優選的，所述步驟(3)中氣液分離后氣相中甲烷體積分數小于5％或者大于15％。

優選的，所述步驟(4)中節流后氣相節流壓力低于50kPa，液相節流的溫度不低于-181℃。

優選的，所述步驟(6)中還包括氣相節流經熱交換獲得放空氣體。

本發明步驟(2)或(5)中，若含氧煤層氣氣液分離后的氣相節流與液相節流后所得冷量不足維持整個系統運行時，通過外部制冷系統補充冷量，外部制冷系統可選擇常用的制冷系統，如氮膨脹制冷系統，混合冷劑制冷系統，液氮氣化系統等。

2、含氧煤層氣低溫濃縮方法使用的裝置，包括壓縮器，凈化器，換熱器，氣液分離器，濃縮含氧煤層氣儲存器和放空氣體儲存器，所述壓縮器與凈化器連接，所述凈化器與換熱器連接，所述換熱器與氣液分離器連接，所述氣液分離器通過氣相節流閥和液相節流閥分別連接換熱器后再分別與濃縮含氧煤層氣儲存器和放空氣體儲存器連接。

優選的，還包括外部制冷系統，所述外部制冷系統與所述換熱器連接。

本發明的有益效果在于：含氧煤層氣低溫濃縮方法，該方法全流程處于低壓狀態，最高壓力不超過0.22MPaG；并且該方法主要冷量由含氧煤層自身節流降溫提供，不需要或僅需要少量外部制冷系統提供的冷量，能耗低，低于0.07KWh/Nm³，是一種簡單易行低能耗的含氧煤層氣處理方法；本發明還公開了低溫濃縮含氧煤層氣的裝置，設備數量少，適應性強，是一種安全經濟的含氧煤層氣提濃方法。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖：

圖1為本發明中一種含氧煤層氣低溫濃縮方法。

圖2為本發明實施例1使用的設備示意圖。