一种新型低浓度瓦斯脱水系统论文和设计-王铁

全文摘要

本实用新型提供了一种新型低浓度瓦斯脱水系统，包括：吸收塔、含水瓦斯气输送管路、干燥瓦斯气输送管路，所述含水瓦斯气输送管路与吸收塔的底部连通，所述干燥瓦斯气输送管路与吸收塔的顶部连通，含水瓦斯气自吸收塔底部进入，被吸收塔内的三甘醇溶液吸收水分变成干燥瓦斯气，干燥瓦斯气从吸收塔顶部排出；所述吸收塔内设置有大通量填料。本实用新型采用了三甘醇溶液对瓦斯气中水分进行吸收，由于瓦斯气压力接近于常压，吸收塔使用大通量填料进行气液交换，与天然气‑三甘醇脱水系统相比，本实用新型的大通量填料保证了吸收塔压降＆lt;1kpa。

主设计要求

1.一种新型低浓度瓦斯脱水系统，其特征在于，包括：吸收塔、含水瓦斯气输送管路、干燥瓦斯气输送管路，所述含水瓦斯气输送管路与吸收塔的底部连通，所述干燥瓦斯气输送管路与吸收塔的顶部连通，含水瓦斯气自吸收塔底部进入，被吸收塔内的三甘醇溶液吸收水分变成干燥瓦斯气，干燥瓦斯气从吸收塔顶部排出。

设计方案

2.根据权利要求1所述的新型低浓度瓦斯脱水系统，其特征在于，还包括再生装置、三甘醇贫液输送管路、三甘醇富液输送管路，所述三甘醇贫液输送管路、吸收塔、三甘醇富液输送管路、再生装置依序首尾连通组成三甘醇循环回路，该三甘醇循环回路把三甘醇贫液输送到吸收塔吸收含水瓦斯气的水分后变成三甘醇富液，三甘醇富液通过三甘醇富液输送管路流至再生装置进行解吸变成三甘醇贫液流入三甘醇贫液输送管路，往复循环。

3.根据权利要求2所述的新型低浓度瓦斯脱水系统，其特征在于，所述三甘醇富液输送管路上安装有脱酸罐。

4.根据权利要求2或3所述的新型低浓度瓦斯脱水系统，其特征在于，所述三甘醇贫液输送管路上安装有冷却器。

5.根据权利要求2或3所述的新型低浓度瓦斯脱水系统，其特征在于，还包括制氮装置，所述制氮装置与再生装置连通，所述制氮装置制备的氮气输送到再生装置内隔绝氧气，以防止三甘醇溶液氧化变质。

6.根据权利要求2所述的新型低浓度瓦斯脱水系统，其特征在于，还包括烟气-导热油回收系统，该烟气-导热油回收系统包括：导热油循环回路、发电机尾气回收管路、换热器，所述导热油循环回路中的导热油与发电机尾气回收管路中的尾气在换热器中换热，以加热导热油；所述导热油循环回路中的导热油还与再生装置内的三甘醇溶液换热。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及瓦斯气脱水领域，尤其涉及一种新型低浓度瓦斯脱水系统。

背景技术

我国存在大量煤矿坑道内的瓦斯气，由于其甲烷浓度低（处于甲烷爆炸范围内），以往没有利用价值，且存在煤矿坑道爆炸的危险，以前只是简单的加以抽采至大气外排，对环境造成影响，形成温室气体排放，且无任何经济效益。通过对天然气发电机的改进，近年来使用该类瓦斯气发电的设备日益成熟，已形成了多套成功运行的设备及装置。

但由于瓦斯气的爆炸危险性，在从坑道采集到输送至发电机的管道内，为确保安全，目前均采用了喷水的气水二相流安全输送技术。导致进入发电机时瓦斯气含有大量游离水及饱和水，对发电机的平稳运行造成了影响。以往都是采用低温法对瓦斯气进行脱水，但由于瓦斯气中80-90%均为空气，低温法需对全部瓦斯气降温，存在能耗大、效率低、压降大等缺点。

有鉴于此，有必要提出一种新型低浓度瓦斯脱水系统，以解决上述问题。

发明内容

本实用新型提供了一种新型低浓度瓦斯脱水系统，含水瓦斯气自吸收塔底部进入，与来自塔顶的三甘醇贫液进行逆流吸收脱除含水瓦斯气的水分，脱水后的瓦斯气从吸收塔顶部排出。

实现本实用新型目的的技术方案如下：

一种新型低浓度瓦斯脱水系统，包括：吸收塔、含水瓦斯气输送管路、干燥瓦斯气输送管路，所述含水瓦斯气输送管路与吸收塔的底部连通，所述干燥瓦斯气输送管路与吸收塔的顶部连通，含水瓦斯气自吸收塔底部进入，被吸收塔内的三甘醇溶液吸收水分变成干燥瓦斯气，干燥瓦斯气从吸收塔顶部排出；所述吸收塔内设置有大通量填料。本实用新型采用了三甘醇溶液对瓦斯气中水分进行吸收，由于瓦斯气压力接近于常压，吸收塔使用大通量填料进行气液交换，与天然气-三甘醇脱水系统相比，本实用新型的大通量填料保证了吸收塔压降<1kpa。

作为本实用新型的进一步改进，还包括再生装置、三甘醇贫液输送管路、三甘醇富液输送管路，所述三甘醇贫液输送管路、吸收塔、三甘醇富液输送管路、再生装置依序首尾连通组成三甘醇循环回路，该三甘醇循环回路把三甘醇贫液输送到吸收塔吸收含水瓦斯气的水分后变成三甘醇富液，三甘醇富液通过三甘醇富液输送管路流至再生装置进行解吸变成三甘醇贫液流入三甘醇贫液输送管路，往复循环。

作为本实用新型的进一步改进，所述三甘醇富液输送管路上安装有脱酸罐。由于三甘醇氧化后会由醇类变为酸类，为防止三甘醇溶液变质为乙酸，本实用新型增设脱酸罐进行定期脱酸。脱酸罐内装填了吸附树脂，该吸附树脂可选择性的吸附酸性物质。

作为本实用新型的进一步改进，所述三甘醇贫液输送管路上安装有冷却器。由于瓦斯气中含有大量水分，致使三甘醇溶液吸附热很大，气体温度上升较多，会影响发电机工作效率，因此本实用新型改进了三甘醇循环系统，在三甘醇贫液输送管路上增设冷却器，确保三甘醇溶液进入吸收塔的温度。

作为本实用新型的进一步改进，还包括制氮装置，所述制氮装置与再生装置连通，所述制氮装置制备的氮气输送到再生装置内隔绝氧气，以防止三甘醇溶液氧化变质。由于含水瓦斯气中绝大部分为空气，其中氧气会对三甘醇氧化变质，因此，本实用新型增设了制氮装置，制氮装置从空气中吸附制氮，将获得99%浓度的氮气作为汽提气进入再生装置，使用氮气隔绝空气和氧气，没有了氧气自然就不会氧化变质。

作为本实用新型的进一步改进，还包括烟气-导热油回收系统，该烟气-导热油回收系统包括：导热油循环回路、发电机尾气回收管路、换热器，所述导热油循环回路中的导热油与发电机尾气回收管路中的尾气在换热器中换热，以加热导热油；所述导热油循环回路中的导热油还与再生装置内的三甘醇溶液换热。在本实用新型中，发电机的高温烟气去加热导热油，导热油再来加热三甘醇溶液，不需要通过电加热或燃气加热三甘醇溶液，节约能源。

附图说明

图1为新型低浓度瓦斯脱水系统的原理图。

图中，1、脱水塔；2、含水瓦斯气输送管路；21、低浓度瓦斯气来；3、干燥瓦斯气输送管路；31、干燥瓦斯气出；4、制氮装置来氮气；5、富液收集罐；6、冷却器；7、贫富液换热器A\/B；8、再生装置；9、脱酸罐；101、富液提升泵A\/B；102、贫液增压泵A\/B；103、活性炭过滤器；104、机械过滤器；a、导热油来；b、导热油回。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

请参图1所示，图1为新型低浓度瓦斯脱水系统的原理图。本实施例的一种新型低浓度瓦斯脱水系统，包括：吸收塔、含水瓦斯气输送管路、干燥瓦斯气输送管路，含水瓦斯气输送管路与吸收塔的底部连通，干燥瓦斯气输送管路与吸收塔的顶部连通，含水瓦斯气自吸收塔底部进入，被吸收塔内的三甘醇溶液吸收水分变成干燥瓦斯气，干燥瓦斯气从吸收塔顶部排出；吸收塔内设置有大通量填料。本实施例采用了三甘醇溶液对瓦斯气中水分进行吸收，由于瓦斯气压力接近于常压，吸收塔使用大通量填料进行气液交换，与天然气-三甘醇脱水系统相比，本实施例的大通量填料保证了吸收塔压降<1kpa。本实施方式的大通量填料比常规填料孔隙率更大的填料，通过填料结构外形的改变，使得孔隙率更大，气体通过填料时压力损失更低。大通量填料是在常规波纹板填料的表面开更多的小孔，增大了孔隙量，增大了比表面积。

本实施方式的新型低浓度瓦斯脱水系统还包括再生装置8、三甘醇贫液输送管路、三甘醇富液输送管路，三甘醇贫液输送管路、吸收塔、三甘醇富液输送管路、再生装置8依序首尾连通组成三甘醇循环回路，该三甘醇循环回路把三甘醇贫液输送到吸收塔吸收含水瓦斯气的水分后变成三甘醇富液，三甘醇富液通过三甘醇富液输送管路流至再生装置8进行解吸变成三甘醇贫液流入三甘醇贫液输送管路，往复循环。本实施方式中的制氮装置使用管道连接直接通入再生装置，由于在再生装置中连续通入氮气，将再生装置内的空气赶出，使得三甘醇溶液接触不到氧气，三甘醇溶液自然就不会变质了。

在本实施方式中，优选三甘醇富液输送管路上安装有脱酸罐9。由于三甘醇氧化后会由醇类变为酸类，为防止三甘醇溶液变质为乙酸，本实施例增设脱酸罐9进行定期脱酸。脱酸罐9内装填了吸附树脂，该吸附树脂可选择性的吸附酸性物质。

在本实施方式中，优选三甘醇贫液输送管路上安装有冷却器6。由于瓦斯气中含有大量水分，致使三甘醇溶液吸附热很大，气体温度上升较多，会影响发电机工作效率，因此本实施例改进了三甘醇循环系统，在三甘醇贫液输送管路上增设冷却器6，确保三甘醇溶液进入吸收塔的温度。

本实施方式的新型低浓度瓦斯脱水系统还包括制氮装置，制氮装置与再生装置8连通，制氮装置制备的氮气输送到再生装置8内隔绝氧气，以防止三甘醇溶液氧化变质。由于含水瓦斯气中绝大部分为空气，其中氧气会对三甘醇氧化变质，因此，本实施例增设了制氮装置，制氮装置从空气中吸附制氮，将获得99%浓度的氮气作为汽提气进入再生装置8，使用氮气隔绝空气和氧气，没有了氧气自然就不会氧化变质。

本实施方式的新型低浓度瓦斯脱水系统还包括烟气-导热油回收系统，该烟气-导热油回收系统包括：导热油循环回路、发电机尾气回收管路、换热器，导热油循环回路中的导热油与发电机尾气回收管路中的尾气在换热器中换热，以加热导热油；导热油循环回路中的导热油还与再生装置8内的三甘醇溶液换热。在本实施例中，采用发电机的高温烟气去加热导热油，导热油再来加热三甘醇溶液，不需要通过电加热或燃气加热三甘醇溶液，节约能源。

本实施例采用了三甘醇溶液对瓦斯气中水分进行吸收的工艺，与目前天然气-三甘醇脱水系统有相似之处，主要的不同点如下：

1、结合瓦斯气脱水要求，为进气处水露点小于进气温度5℃左右，且不高于40℃，经工艺计算优化，将三甘醇溶液浓度控制在90%（w）左右即可满足要求。

2、由于发电机尾气仍有大量预热可以利用，因此将三甘醇溶液再生采用烟气余热回收系统，降低了系统能耗。（新增了一套烟气-导热油回收系统）

3、由于瓦斯气中绝大部分为空气，其中氧气会对三甘醇氧化变质，因此改进增设了氮气汽提和定期添加抗氧剂及消泡剂。同时设置了制氮模块和添加剂定量模块。（使用氮气隔绝空气和氧气，没有了氧气自然就不会氧化变质）

4、为防止三甘醇溶液变质为乙酸，增设脱酸罐9进行定期脱酸。（预防三甘醇溶液的意外氧化，三甘醇氧化后会由醇类变为酸类，与人体喝酒差不多过程。所以设置了脱酸罐9，罐内装填了吸附树脂，可选择性的吸附酸性物质）

5、由于瓦斯气压力很低，接近于常压，要求系统运行压降极低，对吸收脱水塔1进行改进，使用改进填料进行气液交换，确保吸收塔压降<1kpa。

6、由于瓦斯气中含有大量水分，致使三甘醇溶液吸附热很大，气体温度上升较多，会影响发电机工作效率，因此改进了三甘醇循环系统，增设了冷却器6，确保三甘醇溶液进塔温度。

需指出，现有的天然气-三甘醇脱水装置由于处理的都是天然气，其中无氧气组分。而本项目中处理的是低浓度瓦斯气，空气含量约80%-85%，自然含有大量氧气，氧气在高温下会氧化三甘醇，变为酸类物质。本实施例将普通的塔内填料改为了大通量填料，防止堵塞和造成压力损失。本实施例新增一套发电机高温烟气与导热油的换热系统，烟气将导热油升温加热，导热油再来加热三甘醇。

本实施例改进脱水系统经过一段时间的实际运行，脱水效果良好，各项指标均达到或超过了设计指标：水露点<进气温度8℃、瓦斯气压降<1kpa、三甘醇溶液损耗<25mg\/m^{3<\/sup>、能耗：15kW。}

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

设计图

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主设计要求

设计方案

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