[發明專利]一種低濃度瓦斯變壓吸附分級濃縮的方法

無效

• 申請號: 200910062527.6
• 申請日: 2009-06-05
• 公開（公告）號: CN101596391A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 李廣學;王劍波;王震;劉銀;曹從偉;葉俊
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;C07C7/12;C07C9/04
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明涉及工業氣體的分離精制技術領域。更具體涉及一種低濃度瓦斯變壓 吸附分級濃縮的方法，適用于將低濃度瓦斯氣濃縮為高濃度甲烷氣，本發明產品 -甲烷作為化工原料、民用燃氣、汽車燃料，可以節約大量能源，同時減少了高 溫室效應甲烷(二氧化碳的21倍)氣體的排放，具有節能的經濟、減排的全球性環 境意義。

背景技術

煤礦瓦斯氣(稱煤層氣)是煤礦的伴生氣，煤層氣主要成分為：甲烷(CH₄)、 二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)、乙烯(C₂H₄)、丙烷(C₂H₆)、其中CO、 C₂H₄、C₂H₆三種氣體在煤層氣中含量很少，其典型組分如下(以體積百分數表 示)：甲烷(CH₄)：20-60％，氮氣(N₂)：50-60％，氧氣+氬氣(O₂+Ar)： 12-18％，水(H₂O)飽和。每米³煤可產瓦斯氣15～30米³，預計到2010年甲烷排 放量將增至28Mt，其中70％是來自CH₄濃度低于1％的礦井回風流中，美國的煤層 氣甲烷利用率僅為27％。

而我國目前的煤礦伴生瓦斯氣70-90％的甲烷因濃度低(＜20％)無利用價值而 排放，這部分瓦斯氣由于CH₄氣濃度低，氧含量高，非常接近于CH₄氣的爆炸濃 度(5-16％)范圍或者就在CH₄氣的爆炸濃度范圍內，因此難以直接利用。我國作為 產煤大國，瓦斯資源十分豐富；我國2000m內的煤層氣量達35萬億立方米(相當 于450億噸標煤，350億噸標油)，與陸上常規天然氣資源相當。《煤礦安全規程》 規定，瓦斯抽放利用時甲烷濃度不低于30％，為安全避開瓦斯爆炸極限，低于25％ 時不利用而排出。2002年，全國有53個礦業集團的193座礦井的瓦斯涌出量為43.1 億m³，抽采瓦斯量11.461億m³。

安徽省淮南市每年瓦斯涌出量為5億m³(折純CH₄、下同)，抽采瓦斯量2億 m³，利用0.4億m³，利用方式3種：燃氣、發電(3.5度電/m³CH₄)、鍋爐燃燒氣， 總利用率＜10％，代表著我國煤層氣甲烷利用的普遍情況。

煤層氣不僅資源潛力巨大，而且用途廣泛，可以用作居民生活用氣、工業燃 料及化工原料用氣、汽車燃料以及發電，其中利用煤層氣發電是當前正在積極開 發的技術。如果全國將每年43.1億m³的瓦斯的80％利用，相當于每年增加468萬 t標煤。

CH₄對大氣溫室效應影響占15～20％，CH₄為CO₂分子溫室效應的21倍，對臭 氧層破壞能力是二氧化碳的7倍，將CH₄排放到大氣中，一方面造成了資源的嚴 重浪費，另一方面導致溫室效應。因此，合理提濃利用低濃瓦斯中的CH₄具有 節能和環保雙重意義，迫切需要一種能安全將低濃度瓦斯氣濃縮富集成高濃度瓦 斯的技術。

發明內容

本發明的目的是在于提供了一種低濃度瓦斯變壓吸附分級濃縮的方法，提供 一種高濃度的甲烷氣體。使甲烷回收率≥90％，可得到不同濃度(≥25％)的高濃 度甲烷，濃度可為≥95％；本發明的方法可使低熱值的棄之不用的煤礦瓦斯氣富 集到具有高熱值并有廣泛用途的高濃度甲烷氣體。

本發明通過先對瓦斯氣進行預處理，然后采用變壓吸附和逐級濃縮技術，利 用瓦斯的多組份(CH₄、N₂、O₂、CO₂、H₂O等)在吸附劑上的吸附量隨壓力變化的 原理，變壓吸附逐級濃縮，從低濃度甲烷分2～6級、交換2～4吸-脫塔連續濃縮 至高濃度甲烷的富集方法，用高濃度甲烷氣與低濃度甲烷氣混合以提高甲烷氣濃 度的方法，避開瓦斯爆炸極限(5～16％)，使瓦斯中甲烷回收率超過90％、甲烷濃 度超過95％。