[發(fā)明專利]低濃度煤礦瓦斯變壓吸附提濃甲烷工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210246573.3
• 申請日: 2012-07-17
• 公開（公告）號: CN102728179A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設計）人: 張國瑞
• 申請（專利權）人: 北京信諾海博石化科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;C10L3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種將較低甲烷濃度的煤礦瓦斯提濃為較高甲烷濃度甲烷氣的變壓吸附工藝。

背景技術

煤礦瓦斯的主要成分是甲烷、同時還含有一定量氮氣、氧氣、水、二氧化碳等，其中最有利用價值的是甲烷。我國是煤炭蘊藏和生產(chǎn)大國，煤礦瓦斯蘊藏量十分豐富，開發(fā)利用好煤礦瓦斯是國家的一項基本能源戰(zhàn)略。為了利用好煤炭瓦斯，也為了減少煤炭開采過程中瓦斯對安全生產(chǎn)造成的危害，國家對利用煤礦瓦斯提出了“先抽后采、能抽盡抽、以用促抽”的方針。但由于甲烷濃度范圍在5～16％的低濃度瓦斯具有爆炸危險，處于安全考慮，國家《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，煤礦抽采瓦斯利用時，甲烷濃度不得低于30％。目前每年全國瓦斯抽采量超過100億m3。在抽采出的煤礦瓦斯中，占總量超過70％的瓦斯是濃度低于30％的低濃度瓦斯，這部分瓦斯抽采出來后不能被直接燃燒利用，不得不外排大氣，這不但造成寶貴資源的浪費，由于甲烷的溫室效應相當于二氧化碳的21倍，直排大氣會對環(huán)境造成顯著的不利影響。

中國專利CN101096606A提出了一種低濃度煤礦瓦斯常壓提濃方法，提濃工藝過程為吸附、一次均壓降、抽真空，采用2～5個吸附床，吸附床內(nèi)裝填有2～3中高效的甲烷吸附劑。具體工藝過程主要包括，將來自煤礦瓦斯抽取設備的低濃度瓦斯氣在常溫和＜0.05MPa(G)壓力下進行吸附分離，從吸附床出口得到甲烷含量小于5％的放空氣體；然后進行一次均壓降；接著對吸附床進行抽真空，得到最高濃度達到60％的甲烷氣。該專利提出的方法是一種常溫、常壓下吸附、真空下脫附，既不需要將原料氣壓縮升壓，也不需要用產(chǎn)品甲烷氣回流置換的低濃度瓦斯變壓吸附提濃方法。但該工藝方法存在一些不足之處。首先，該工藝方法中吸附床完成吸附步驟后只進行一次均壓降就接著進行抽真空回收甲烷氣，勢必造成吸附床內(nèi)死空間存留和吸附劑上吸附的相當量的氮氣等不易吸附組分未被排出，結果是難以獲得更高濃度的甲烷氣；其次，該工藝方法中只采用2～5個吸附床，很難安排多床吸附工藝，這不利于提高實際工業(yè)裝置的處理規(guī)模。一般低濃度煤礦瓦斯提濃裝置要求的處理規(guī)模都比較大，大規(guī)模處理裝置要求處理量在2000～10000Nm³/h，甚至更高，只有2～5座吸附床的變壓吸附提濃工藝很難滿足這樣的規(guī)模要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種提濃低濃度煤礦瓦斯，以獲得較高甲烷濃度甲烷氣的變壓吸附工藝。

本發(fā)明的另一個目的是提出一種適合于較大規(guī)模處理裝置的提濃低濃度煤礦瓦斯的變壓吸附工藝。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，采用常壓吸附真空脫附的變壓吸附工藝處理低濃度煤礦瓦斯，工藝中包含4座及4座以上數(shù)量的吸附床，任何時候至少有1座吸附床處于吸附步驟，任何時候至少有1座吸附床處于抽真空步驟或真空清洗步驟，每座吸附床依次經(jīng)歷以下操作步驟：

a.吸附步驟——將煤層抽放設備排出的較低甲烷濃度的煤礦瓦斯自吸附床入口引入吸附床，在常溫、常壓下經(jīng)過吸附床過程中，瓦斯中的甲烷、水分、二氧化碳等易吸附組分被吸附床內(nèi)裝填的吸附劑吸附下來，瓦斯中的氮氣、氧氣等不易吸附組分則穿過吸附床作為凈化氣從吸附床出口排出，當吸附床的吸附前沿即將穿透吸附床時，停止吸附；

b.降壓濃縮步驟——將吸附床壓力逐步降至第一真空壓力，排出低甲烷濃度的富氮氧氣體，使吸附床內(nèi)的甲烷得到濃縮；

c.降壓釋放步驟——將吸附床與處于步驟e的吸附床連通，使吸附床壓力逐步降至第二真空壓力，使吸附床內(nèi)的甲烷得到進一步濃縮，降壓過程中釋放出的氣體作為步驟e的清洗氣；

d.抽真空步驟——從吸附床入口側用抽真空設備對吸附床進行抽真空，使吸附床壓力逐步降至第三真空壓力，將吸附在吸附床上的甲烷、水分、二氧化碳等易吸附組分逐步脫附下來，從抽真空設備出口得到較高甲烷濃度的甲烷氣；

e.真空清洗步驟——將吸附床出口與處于步驟c的吸附床連通，在繼續(xù)對吸附床進行抽真空的同時，用清洗氣對吸附床進行逆向真空清洗，使吸附床壓力逐步降至第四真空壓力，利用抽真空設備降低總壓和清洗氣降低分壓的共同作用，進一步將吸附在吸附床上的甲烷、水分、二氧化碳等易吸附組分脫附下來，從抽真空設備出口繼續(xù)得到較高甲烷濃度的甲烷氣；

f.均壓升步驟——將吸附床出口與其它較高操作壓力的處于均壓降步驟的吸附床或其它中間罐連通，使吸附床得到部分升壓；

g.終充步驟——將步驟a的凈化氣從吸附床出口引入吸附床，將吸附床充壓至常壓吸附壓力；

h.循環(huán)步驟a～步驟g。