[發明專利]一種利用變壓吸附法濃縮低濃度礦井區煤層氣中甲烷的方法

無效

• 申請號: 201310128552.6
• 申請日: 2013-04-15
• 公開（公告）號: CN103212273A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 陶鵬萬;古共偉;石江;鄭珩;陳耀壯;馬磊
• 申請（專利權）人: 西南化工研究設計院有限公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 吳彥峰

技術領域

????本發明涉及化工領域中的氣體分離領域，具體為一種利用變壓吸附法濃縮低濃度礦井區煤層氣中甲烷的方法。

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背景技術????

礦井區煤層氣（CMM）是含甲烷的氣體，通常甲烷含量30%～45%。但是，還是有大量的甲烷含量低于30%的煤層氣。這部分煤層氣，特別是甲烷含量在爆炸范圍內的氣體，由于安全原因不能利用，只有排放大氣。由于甲烷的溫室效應是CO₂的20倍以上，大量排放這部分氣體，不但污染了環境，加重了溫室效應，還造成了資源浪費。

西南化工研究設計院發明了“變壓吸附法富集煤礦瓦斯氣中甲烷”的技術（專利號CN?85103557B），該方法工藝簡單，維護費用較低。但該方法的實施存在安全隱患，壓縮過程中要穿過甲烷的爆炸極限。同樣在吸附過程中，隨著甲烷被吸附也要穿過甲烷的爆炸極限5%～15%，因此至今未建立工業化裝置。

“在可燃氣體中加入惰性氣體，則對爆炸極限產生較大影響；表現為爆炸范圍縮小，下限上升，上限下降”（張增亮，蔡康旭；“可燃氣體（液體蒸汽）的爆炸極限與最大允許含氧量的對比研究”；?中國安全科學學報，2005，12（15））。

對于甲烷含量為8%～20%的煤層氣，本發明是在煤層氣中加入一定量的氮氣，使其混合后的甲烷含量控制在爆炸極限下限以下。在采用變壓吸附技術時無論是壓縮，還是吸附過程，始終處于爆炸極限下限以下，也就是說在爆炸極限之外。因而可以安全地利用變壓吸附技術將其甲烷濃縮到含量30%以上，這樣可得到利用。

根據“化肥安全技術手冊”（原化學工業部化肥司主持，吳涇化學聯合公司，南京化學工業公司編，1983年第一版）圖1.1─12，氫、一氧化碳、甲烷和氮、二氧化碳混合氣的爆炸極限（空氣中）提供的CH₄─N₂系統爆炸極限圖，當加入的氮氣量與甲烷量之比（即惰性氣體量/可燃氣體量）分別為1，2，3時，則爆炸下限由5%提高到10%，15%，20%，大大提高了爆炸下限。根據不同的加入氮量使整個操作氣體中甲烷含量均小于爆炸極限下限，即在爆炸范圍之外，大大提高了裝置的安全性。?

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發明內容

本發明正是基于以上技術問題，提供一種安全性高、控制煤層氣中甲烷濃度在爆炸極限下限以下，使變壓吸附裝置吸附過程一直在爆炸極限下限以下操作，具有較好的環境效益及一定的經濟效益，能將較低濃度的煤層氣中甲烷含量提高到30%以上。

本發明的技術方案為：?

一種利用變壓吸附法濃縮低濃度礦井區煤層氣中甲烷的方法，首先，煤層氣中甲烷的體積百分含量僅為8%～20%，然后向煤層氣中加入一定量的氮氣，使煤層氣中甲烷含量降低到爆炸極限下限以下，然后加壓到0.4?MPa～0.5?MPa（G），再采用變壓吸附的方法，使氣體進入變壓吸附甲烷裝置，脫除煤層氣中的氮氣和氧氣，用抽真空方法從吸附相得到體積百分含量為30%以上富甲烷氣。加入煤層氣中的氮氣，是利用變壓吸附提濃甲烷裝置中未吸附的氣體作為氣源，采用變壓吸附法制取氮氣。

氮氣的加入量為煤層氣中所含甲烷體積含量的2倍至3倍。

將煤層氣與來自PSA─N₂裝置得到的氮氣混合，使混合氣中的甲烷含量降低到爆炸極限下限以下，加壓到0.4?MPa～0.5?MPa壓力，進入變壓吸附（PSA）甲烷裝置。在PSA─CH₄裝置中未吸附氣送入PSA─N₂裝置制取氮氣。變壓吸附甲烷裝置順放氣放空，順放后吸附塔進行抽真空，得到甲烷含量大于30%的富甲烷氣。

在變壓吸附的任一周期內，每個吸附塔都要經歷吸附，均壓，順向減壓，逆向減壓，抽真空，一次充壓，二次充壓等步驟。關于變壓吸附法的工藝流程及多塔操作步驟在專利CN?85103557B中已作了充分的介紹。

?????與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本專利技術與已有技術相比是保證了裝置運行的安全性，使采用變壓吸附技術分離提純煤層氣中甲烷得以實施。而氮氣原料可采用變壓吸附提濃甲烷裝置未吸附氣，省去加壓步驟。本專利以10億?Nm3/a含16%甲烷的煤層氣計，回收的甲烷量相當于減排二氧化碳240萬t/a，具有較好的環境效益。

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附圖說明

圖1為本申請中實施例1中的變壓吸附提濃CMM中甲烷工藝流程示意圖；

具體實施方式