低浓度含氧煤层气深冷精馏处理工艺中的脱酸装置

摘要

本发明公开了一种低浓度含氧煤层气深冷精馏处理工艺中的脱酸装置，包括MEA溶液循环再生系统、导热油循环系统和制冷剂余热回收系统；MEA溶液循环再生系统包括吸附塔、与吸附塔的出液口相连的富液再生系统和与吸附塔的进液口相连的贫液冷却系统；富液再生系统包括用于对富液汽提再生的再生塔和用于对富液加热再生的再沸器；贫液冷却系统包括设置在再沸器出液口与吸附塔进液口之间的贫液冷却器；富液再生系统的管路上设有富液泵；制冷剂余热回收系统包括高温换热器；导热油循环系统包括设置在再沸器与高温换热器之间的导热油循环管路，且导热油循环管路上设有导热油循环泵，导热油循环管路上并联设有导热油空冷器和电加热器。

说明书

技术领域

本发明属于低浓度含氧煤层气深冷精馏处理技术领域，具体涉及一种低浓 度含氧煤层气深冷精馏处理工艺中的脱酸装置。

背景技术

为了煤矿的安全开采，需要在已经进行煤炭开采生产的矿道内抽采煤层气。 这种方式抽采得到的煤层气甲烷含量低，通常在30%～70%之间。这类煤层气中 含空气，特别是对甲烷含量小于50%的煤层气，空气含量较高，处理起来有危险 性，所以长期以来的做法是将这种低浓度含氧煤层气燃烧或直接排放，造成能 源浪费与污染。

目前，市面上开发了各种装置和方法来回收利用低浓度含氧煤层气，有一 类方法是利用深冷精馏技术回收煤层气中的甲烷，这类方法需要将煤层气冷却 到-140℃以下，并使用铝合金作为换热材料。但是在低温条件下，酸性气体会凝 固堵塞换热器，并对铝合金有腐蚀作用，所以必须对煤层气进行脱酸，然后再 对其进行深冷精馏处理。

目前的低浓度含氧煤层气脱酸装置中，主要采用溶液吸收脱除酸性气体法。 其中MEA溶液（乙醇胺溶液）因为能够满足煤层气低压操作条件下的除酸净化 要求，所以被广泛使用。但是，MEA溶液的再生能耗高，热量消耗大，一般需 要采用电加热、蒸汽加热或燃烧加热的方式从外界获取热量完成对MEA溶液的 再生，导致大量的能源消耗。

另一方面，深冷精馏过程中的制冷压缩机在压缩制冷剂时，制冷剂会达到 150℃～170℃的温度，然后用冷却水将制冷剂冷却到40℃，而在传统的低浓度含 氧煤层气深冷精馏处理工艺中，这部分热量没有进行有效的回收利用，导致大 量的热量浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低浓度含氧煤层气深冷精馏处理工 艺中的脱酸装置，该脱酸装置能够将压缩制冷剂产生的热量用于MEA溶液的再 生，实现能源的综合利用，减少能源消耗。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低浓度含氧煤层气深冷精馏处理工艺中的脱酸装置，包括MEA溶液循 环再生系统、导热油循环系统和制冷剂余热回收系统；

所述MEA溶液循环再生系统包括利用MEA溶液脱除含氧煤层气中酸性气 体的吸附塔、与所述吸附塔的出液口相连的富液再生系统和与所述吸附塔的进 液口相连的贫液冷却系统；所述富液再生系统包括用于对富液汽提再生的再生 塔和用于对富液加热再生的再沸器；所述贫液冷却系统包括设置在所述再沸器 出液口与所述吸附塔进液口之间的贫液冷却器；所述富液再生系统的管路上设 有用于驱动MEA溶液循环的富液泵；

所述制冷剂余热回收系统包括用于回收利用制冷剂余热的高温换热器；

所述导热油循环系统包括设置在所述再沸器与所述高温换热器之间的导热 油循环管路，且所述导热油循环管路上设有用于驱动导热油循环的导热油循环 泵，位于所述再沸器的进油口与高温换热器的出油口之间的导热油循环管路上 并联设有导热油空冷器和电加热器。

进一步，所述再沸器的出液口与所述再生塔的贫液进液口相连，所述再生 塔的贫液出液口与所述贫液冷却器相连。

进一步，所述MEA溶液循环再生系统还包括贫富液换热器，所述吸附塔出 液口经所述贫富液换热器后与所述再生塔的富液进液口相连，所述再生塔的贫 液出液口经所述贫富液换热器后与所述贫液冷却器相连。

进一步，所述MEA溶液循环再生系统还包括贫富液换热器，所述吸附塔出 液口经所述贫富液换热器后与所述再生塔的富液进液口相连，所述再沸器的出 液口经所述贫富液换热器后与所述贫液冷却器相连。

进一步，所述富液泵设置在所述吸附塔出液口与所述贫富液换热器的富液 进液口之间。

进一步，所述导热油循环泵设置在所述再沸器出油口与所述高温换热器的 进油口之间。

进一步，所述高温换热器的制冷剂出口管路上设有用于冷却制冷剂的水冷 却器。

本发明的有益效果在于：

本发明低浓度含氧煤层气深冷精馏处理工艺中的脱酸装置，通过设置MEA 溶液循环再生系统用于MEA溶液的循环再生，从吸附塔底部出液口流出的MEA 溶液称为富液，在富液再生系统的作用下，富液依次经过再生塔汽提再生和再 沸器加热再生，富液中的酸性气体被解析出来，MEA溶液重新具有吸附酸性气 体的能力，成为贫液，经贫液冷却系统冷却至设定的温度范围后，再次循环进 入吸附塔脱除含氧煤层气中酸性气体，实现MEA溶液的循环再生；

通过设置制冷剂余热回收系统，高温制冷剂通过高温换热器与导热油换热， 被加热后的导热油经导热油循环系统进入再沸器，为富液的加热再生提供热量； 另外，通过设置导热油空冷器和电加热器，还可对导热油的温度进行控制，当 导热油的温度过高时，开启导热油空冷器，使部分导热油冷却，当导热油的温 度过低时，开启电加热器对导热油加热，并最终控制输入到再沸器中的导热油 温度在设定的范围内，且通过设置电加热器，在制冷压缩机未工作时，电加热 器还可单独工作对导热油加热，并为再沸器提供再生热量；

综上，通过采用本发明的低浓度含氧煤层气深冷精馏处理工艺中的脱酸装 置，能够将压缩制冷剂产生的热量用于MEA溶液的再生，实现能源的综合利用， 减少能源消耗。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附 图进行说明：

图1为本发明低浓度含氧煤层气深冷精馏处理工艺中的脱酸装置实施例的 结构示意图。

附图标记说明：

1-吸附塔；2-富液泵；3-贫富液换热器；4-再生塔；5-再沸器；6-贫液冷却 器；7-贫液泵；8-导热油循环泵；9-导热油空冷器；10-电加热器；11-高温换热 器；12-水冷却器。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，为本发明低浓度含氧煤层气深冷精馏处理工艺中的脱酸装置 实施例的结构示意图。本实施例的低浓度含氧煤层气深冷精馏处理工艺中的脱 酸装置，包括MEA溶液循环再生系统、导热油循环系统和制冷剂余热回收系统。

MEA溶液循环再生系统包括利用MEA溶液脱除含氧煤层气中酸性气体的 吸附塔1、与吸附塔1的出液口相连的富液再生系统和与吸附塔1的进液口相连 的贫液冷却系统，吸附塔1的出液口位于其底部，进液口位于其顶部。富液再 生系统包括用于对富液汽提再生的再生塔4和用于对富液加热再生的再沸器5。 贫液冷却系统包括设置在再沸器5出液口与吸附塔1进液口之间的贫液冷却器 6。富液再生系统的管路上设有用于驱动MEA溶液循环的富液泵2。

制冷剂余热回收系统包括用于回收利用制冷剂余热的高温换热器11。

导热油循环系统包括设置在再沸器5与高温换热器11之间的导热油循环管 路，且导热油循环管路上设有用于驱动导热油循环的导热油循环泵8，位于再沸 器5的进油口与高温换热器11的出油口之间的导热油循环管路上并联设有导热 油空冷器9和电加热器10，对应的，导热油循环管路上与导热油空冷器9和电 加热器10对应设有阀门，导热油空冷器9和电加热器10的旁路上也设有阀门。

本实施例低浓度含氧煤层气深冷精馏处理工艺中的脱酸装置，通过设置 MEA溶液循环再生系统用于MEA溶液的循环再生，从吸附塔1底部出液口流 出的MEA溶液称为富液，在富液再生系统的作用下，富液依次经过再生塔4汽 提再生和再沸器5加热再生，富液中的酸性气体被解析出来，MEA溶液重新具 有吸附酸性气体的能力，成为贫液，经贫液冷却系统冷却至设定的温度范围后， 再次循环进入吸附塔1脱除含氧煤层气中酸性气体，实现MEA溶液的循环再生。

通过设置制冷剂余热回收系统，高温制冷剂通过高温换热器11与导热油换 热，被加热后的导热油经导热油循环系统进入再沸器5，为富液的加热再生提供 热量；另外，通过设置导热油空冷器9和电加热器10，还可对导热油的温度进 行控制，当导热油的温度过高时，开启导热油空冷器9，使部分导热油冷却，当 导热油的温度过低时，开启电加热器10对导热油加热，并最终控制输入到再沸 器5中的导热油温度在设定的范围内，且通过设置电加热器10，在制冷压缩机 未工作时，电加热器10还可单独工作对导热油加热，并为再沸器5提供再生热 量。

综上，通过采用本实施例的低浓度含氧煤层气深冷精馏处理工艺中的脱酸 装置，能够将压缩制冷剂产生的热量用于MEA溶液的再生，实现能源的综合利 用，减少能源消耗。

进一步，MEA溶液循环再生系统中还设有贫液余热回收利用系统，贫液余 热回收利用系统可以采用多种形式实现：

1）再沸器5的出液口与再生塔4的贫液进液口相连，再生塔4的贫液出液 口与贫液冷却器6相连，通过将贫液经再生塔4后再与贫液冷却器6相连，可 以部分回收利用贫液的热量为再生塔4供热；

2）MEA溶液循环再生系统还包括贫富液换热器3，吸附塔1出液口经贫富 液换热器3后与再生塔4的富液进液口相连，再沸器5的出液口经贫富液换热 器3后与贫液冷却器6相连，通过设置贫富液换热器3，能够使循环中的富液和 贫液进行热量交换，利用贫液的余热加热富液，便于富液的再生；

3）MEA溶液循环再生系统还包括贫富液换热器3，吸附塔1出液口经贫富 液换热器3后与再生塔4的富液进液口相连，再沸器5的出液口与再生塔4的 贫液进液口相连，再生塔4的贫液出液口经贫富液换热器3后与贫液冷却器6 相连，采用该结构的MEA溶液循环再生系统能够结合上述第1）和第2）两种 结构的贫液余热回收利用系统的优点，同时利用贫液余热对再生塔4和富液加 热，贫液的余热综合效能更高。

本实施例的MEA溶液循环再生系统采用第3）种结构，优选的，本实施例 的富液泵2设置在吸附塔1出液口与贫富液换热器3的富液进液口之间，能够 驱动MEA溶液循环。导热油循环泵8设置在再沸器5出油口与高温换热器11 的进油口之间，能够驱动导热油循环。高温换热器11的制冷剂出口管路上设有 用于冷却制冷剂的水冷却器12，能够将制冷剂冷却至设定温度后用于后续工序。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员 应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明 权利要求书所限定的范围。