[發明專利]一種高純度、高回收率甲烷濃縮生產工藝及實現裝置

有效

• 申請號: 201210190213.6
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102698563A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 鐘雨明;鐘婭玲;詹家聰
• 申請（專利權）人: 四川亞連科技有限責任公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;B01D53/72
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 謝敏

技術領域

本發明涉及甲烷濃縮領域，具體是一種高純度、高回收率甲烷濃縮生產工藝及實現裝置。

背景技術

沼氣、填埋氣等均是富含甲烷的氣體，其甲烷含量一般在45%~65%之間，具有極高的利用價值，但其中還含有40%左右的CO₂,及少量的N₂、H₂S和O₂等，使得直接利用效率不高，不適合遠距離運輸，無法作為民用和工業原料實用。只有通過分離提純，去除雜質，得到濃縮甲烷，其熱值與天然氣相當，可以實現安全、方便、經濟的遠距離運輸。不僅是可以直接使用的潔凈、高效能源，也可以液化成車用燃料，還可以作為工業原料使用。

沼氣的工業化生產主要是工廠污水處理的產物，收集后一般直接燃燒，因為甲烷純度關系，利用率不高，所含硫化物燃燒排空后也污染環境。填埋氣主要來自垃圾填埋場，所說它是一種利用價值較高的清潔燃料，但一直不能得到很好的利用。全球每年都有大量來自垃圾填埋場的CH₄排入大氣，污染環境的同時也浪費了大量可再生能源。中國的城市垃圾主要處理方式仍為衛生填埋，城市垃圾的產生量以每年8%~10%的速度遞增，據此可以推測，中國填埋氣的產量正在日益增加，因此，填埋氣的利用開發具有很高的社會效益、環保效益和經濟效益。

變壓吸附法是從混合氣體中分離、提純一種氣體的技術，是以吸附劑在高低壓下對氣體的吸附容量差異為工作原理，由選擇吸附和解吸再生組成的循環工藝，是節能、環保、安全、高效的甲烷濃縮方法，但因再生過程中，逆放抽空氣的排出，導致收率不高。膜分離是利用膜對二氧化碳、甲烷的不同滲透性來實現CO₂與CH₄分離，但成品甲烷純度不太高，并且在較高的純度要求下，膜分離過程就需在1.7~5.5MPa的高壓力下完成，運行成本高。

發明內容

本發明提供了一種高純度、高回收率甲烷濃縮生產工藝及實現裝置，相比傳統的甲烷濃縮生產工藝，可減少變壓吸附裝置的規模，提高甲烷收率，減小成本。

本發明為解決技術問題主要通過以下技術方案實現：一種高純度、高回收率甲烷濃縮生產工藝，其特征在于：包括以下步驟：

??????a、膜分離：將成分約為60%甲烷、39%二氧化碳和少量氧氣、氮氣及其他氣體的原料氣送入膜分離單元，利用膜對二氧化碳和甲烷的不同滲透性，使二氧化碳從膜分離單元的滲透側脫出，而膜分離單元的非滲透側則得到中間氣，并將該中間氣暫存于緩沖罐內，此時中間氣中甲烷含量為82%、二氧化碳含量為17%，其余為氧氣、氮氣及其他氣體；

??????b、變壓吸附：將緩沖罐內的中間氣按一定的時間間隔，分不同的時段，逐次按順序送入吸附塔內，吸附塔內裝填甲烷濃縮吸附劑，利用對不同組分的不同吸附容量，將中間氣中的二氧化碳吸附，有效氣成分甲烷則從吸附塔頂部輸出，經出口閥將產品甲烷氣送出裝置給用戶，此時甲烷氣的含量為96%~99%；

??????c、再生：中間氣在吸附塔內經過240秒吸附完成后，先對吸附塔進行均壓降，接著進行逆放，并將逆放氣暫存于緩沖罐內，然后將逆放氣回補到吸附塔中，最后在吸附塔內完成均壓升、終充，從而完成整個再生過程。

所述步驟c的具體過程為：

??????c1、均壓降：吸附過程結束后，順著吸附方向將吸附塔內壓力較高的氣體放入其它已完成再生的壓力較低的吸附塔內；這一過程不僅是降壓過程，更是回收床層死空間內的有效氣的過程，床層死空間，即吸附完成后，吸附塔內未能有效利用的部分，此床層空間內所含氣體組分為有效氣體甲烷。

c2、逆放：吸附塔完成最后一次均壓降之后，逆著吸附方向將吸附塔內的壓力降至接近常壓，此時得到的逆放氣中含35%甲烷和65%二氧化碳；

??????c3、逆放氣經膜分離單元后進入緩沖罐內暫存，此時甲烷含量約為60%；

??????c4、逆放完成后，對吸附塔進行抽真空處理；

??????c5、抽空完成后，對吸附塔進行升壓，最初的一次就是將緩沖罐中的逆放氣回補至吸附塔內，稱為初步升壓。

c6、在初步升壓完成后，用其它吸附塔內壓力較高的甲烷氣依次對該吸附塔進行升壓；這一過程與均壓降過程相對應，既是升壓過程，也是回收其它吸附塔內床層死空間的甲烷氣的過程。

c7、在完成最后一次均壓升后，通過終充調節閥緩慢而平穩地用產品氣將吸附塔壓力升至吸附壓力。這樣做是為了使吸附塔可以平穩地切換至下一次吸附，并保證產品純度和壓力在這一過程中不發生波動。