含氮氧煤层气液化技术研究

含氮氧煤层气液化技术的研究

ResearchonTechnologiesofliquefactionPlantforCMMcontainingnitrogenandoxygen

范庆虎/FanQinghu

2011年6月29日/29June2011电话：，研究意义

ResearchSignificance我国煤矿煤层气（又称煤矿瓦斯）资源总量约为35万亿立方米，位居世界第3位。煤层气资源综合利用有利于改善和优化能源结构、保障煤矿安全生产、降低煤矿生产成本、减少大气污染。煤层气液化装置克服了长途铺设管线耗资大，覆盖地区有限，且不具备储存和调峰能力的缺点。煤层气分类

CMMClassification

通过地面钻井开采，采出CH4浓度多大于90%的煤层气（CoalBedMethane,CBM），约占煤层气总量1%左右，其成份类似天然气。

通过井下煤层气抽采系统和地面输气系统，采出CH4浓度多在3%~80%之间的煤层气，又称煤矿瓦斯(CoalMineMethane,CMM)，约占煤层气总量的15%左右。《煤矿安全规程》规定：利用的煤层气中CH4浓度不得低于30%。

通过煤矿通风排出的煤层气，CH4含量一般低于1%，称之为风排瓦斯（VentilationAirMethane,VAM）。煤层气液化流程

CBMLiquefactionProcess原料气源中N2≤2%，CH4≥90%。保证：LNG中N2≤1%技术路线

TechnologyRoadmapCBMliquefactionprocessCMMliquefactionprocess技术分析

TechnicalAnalysisEffectofmethanemolefractioninCMMonN2molefractioninLNG技术分析

TechnicalAnalysisEffectofCH4molefractioninCMMonCH4molefractioninBOG技术分析

TechnicalAnalysisEffectofCH4molefractioninCMMonCH4recoveryrate技术分析

TechnicalAnalysisCMMupperexplosionslimit技术分析

TechnicalAnalysisEffectofsupercooltemperaturebeforethrottlevavleonN2molefractioninLNGandCH4recoveryrate技术分析

TechnicalAnalysisSchematicdiagramofcryogenicdistillationtower技术分析

TechnicalAnalysisCompositionprofilesofcryogenicdistillationtower技术分析

TechnicalAnalysisSchematicprocessoflow-temperatureliquefactionanddistillationprocessforCMMcontainingnitrogenandoxygen技术分析

TechnicalAnalysisSchematicprocessoflow-temperatureliquefactionanddistillationprocessforCMMcontainingnitrogenandoxygen技术分析

TechnicalAnalysisRecoveryrateofCH4inCMMTheliquefactionplantforCMMcontainingnitrogenandoxygenisonlysuitableforCMMcontainingnitrogen,oxygenandCH4inmolefractionof50%to87%.CMMLiquefactionProcess

forCH4=50%~90%原料气源中N2≥2%，50%≤CH4≤90%。确保：LNG中N2≤1%系统回收率：CH4回收率≥99%关键设备

KeyEquipment含氮氧煤层气液化装置

CMMLiquefactionPlantHIT-DaqingZhaozhouLNGTestCenter含氮氧煤层气液化装置

CMMLiquefactionPlantLNG5liquefactionplantforCMMcontainingnitrogenandoxygen含氮氧煤层气液化装置

CMMLiquefactionPlant含氮氧煤层气液化装置

CMMLiquefactionPlantTherefrigerantpoweris0.48kW·h/Nm3

（LNG）TheN2molefractioninLNGis0.545%组份CO2O2COCH4C2H6N2H2O摩尔分数%0.138.360.000368.830.006822.67饱和态ParameterofCMMinNanshancoalmineCMMLiquefactionProcess

forCH4=30%~50%N2≥50%，30%≤CH4≤50%。确保：LNG中N2≤1%CH4回收率≥99%设计参数

DesignParameters处理量78×104Nm3/d温度40℃压力0.18MPaA摩尔组份CH440.96%Ar≤0.1%O20.40%Hg≤1ng/LCO25.98%H2S≤0.1mg/m3CO0.66%COS≤0.05mg/m3H21.66%CS2≤1mg/m3N250.24%噻吩≤0.1mg/Nm3水分饱和含氮氧煤层气气源参数/CMMParameters设计结果

DesignResultsCH4回收率≥98%，LNG中CH4≥99%，N2≤1%原料气压缩机轴功率为：5080kW预冷混合冷剂压缩机轴功率：1470kW深冷混合冷剂压缩机轴功率：3088kW含氮煤层气液化装置的制冷轴功耗：0.35kW.h/Nm3LNG含氮煤层气液化装置的工艺性轴功率：0.73kW.h/Nm3LNG杭氧设备

HangyangEquipments“九五”国家重大科技攻关计划NationalKeyTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChinaduringthe“9thFive-YearPlan”；

燕山石化66万吨/年改扩建项目660,000t/aExpansionProjectforYanshanPetrochemicalCo.冷箱尺寸/ColdBoxSize：32800×5400×3350mm设计压力/DesignPressure：4.47MPaG杭氧设备-冷箱

HangyangEquipment-ColdBox“十五”国家重大科技攻关计划NationalKeyTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChinaduringthe“10thFive-YearPlan”；

齐鲁石化72万吨/年改扩建项目720,000t/aExpansionProjectforQiluPetrochemicalCo.冷箱尺寸/ColdBoxSize：4000×6000×29000mm设计压力/DesignPressure：3.94MPaG杭氧设备-冷箱

HangyangEquipment-ColdBox“十五”国家重大科技攻关计划NationalKeyTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChinaduringthe“10thFive-YearPlan”；

茂名石化100万吨/年改扩建项目1,000,000t/aExpansionProjectforMaomingPetrochemicalCo.冷箱尺寸/ColdBoxSize：6000×4000×30500mm设计压力/DesignPressure：3.96MPaG杭氧设备-冷箱

HangyangEquipment-ColdBox“十一五”国家重大科技攻关计划/NationalKeyTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChinaduringthe“11thFive-YearPlan”；

天津石化100万吨/年乙烯冷箱/1,000,000t/aEthyleneColdBoxProjectforTianjinPetrochemicalCo.冷箱尺寸/ColdBoxSize:6500×4200×33000mm设计压力/DesignPressure：5.4MPaG杭氧设备-冷箱

HangyangEquipment-ColdBox“十一五”国家重大科技攻关计划/NationalKeyTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChinaduringthe“11thFive-YearPlan”；

镇海炼化100万吨/年乙烯冷箱/1,000,000t/aEthyleneColdBoxProjectforZRCC冷箱尺寸/ColdBoxSize:7400×4000×30000mm设计压力/DesignPressure：6.0MPaG杭氧设备-冷箱

HangyangEquipment-ColdBox总体方案并联2组冷箱总热负荷2.24×108Kcal/h工作压力7.2MPa设计压力7.92MPa工作温度45℃～-160℃预冷板翅台数12×2＝24台单元尺寸1200×1304×7400mm单元重量约15吨/台深冷板翅台数12×2＝24台单元尺寸900×1109×6500mm单元重量约11吨/台2,600,000t/aLNGColdBoxforCNOOC杭氧——业务新模式