[發明專利]一種爆炸限內瓦斯氣中甲烷的濃縮分離方法

在審

• 申請號: 201410707419.0
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104479781A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 李雪飛;董衛果;劉暢;車永芳;郭昊乾;張進華;李小亮;韓璐;李蘭廷
• 申請（專利權）人: 煤炭科學技術研究院有限公司
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10;B01D53/047;B01D46/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

技術領域

本發明涉及一種爆炸限內瓦斯氣中甲烷的濃縮分離方法，屬于氣體分離領域。

背景技術

瓦斯是在煤的生成和煤的變質過程中伴生的氣體，主要成分是甲烷，對空氣的相對密度是0.554，滲透能力是空氣的1.6倍，難溶于水，不助燃也不能維持呼吸。在標準狀態下瓦斯爆炸界限為5％～16％(甲烷濃度)，隨著壓力、溫度的升高，瓦斯爆炸范圍將增大。瓦斯氣根據抽采方式可分為地面抽采和井下抽采，地面抽采的瓦斯氣中CH₄濃度可達80％以上，而井下抽采瓦斯氣由于抽采過程中滲入大量空氣，CH₄濃度變化從20％～80％，還有相當一部分直接排放的氣體CH₄濃度<20％。目前針對這一濃度范圍的瓦斯氣由于工藝安全性方面問題，利用的措施主要是發電，其余則直接排空，浪費了大量的能量來源，造成了大量的溫室氣體的排放。國內天然氣用量逐漸增加，缺口越來越大。若將這部分瓦斯氣中甲烷加以利用作為補充或替代燃料，首先應將其中的O₂脫除，再將其濃度提高至90％以上。

目前變壓吸附分離濃縮瓦斯氣大都是先將瓦斯氣中的氧氣去除再進行濃縮分離，針對的原料氣CH₄濃度都是在20％以上的瓦斯氣，在爆炸限范圍的瓦斯氣由于受到安全性問題的影響目前并沒有大規模利用，而直接變壓吸附濃縮分離低濃度瓦斯氣的工藝也并未有成功報導，一次濃縮無法完全分離且CH₄提濃得效果不佳，無法實現工業化的推廣應用，同時開發一種用于多組分氣體分離的合適的吸附劑也是一大難點，眾多學者均在致力于該方面的研究。

發明內容

本發明的目的是提供一種爆炸限內瓦斯氣中甲烷的濃縮分離方法，本發明方法能夠將甲烷由瓦斯氣中的體積百分含量5％～20％提濃至80～90％。

本發明所提供的爆炸限內瓦斯氣中甲烷的濃縮分離方法，包括如下步驟：

(1)低濃度瓦斯氣依次經壓縮和凈化后，進行一級變壓吸附脫氧處理；

(2)經步驟(1)處理的瓦斯氣依次經壓縮和凈化后，依次進行二級變壓吸附脫氮處理和三級變壓吸附濃縮處理，即實現對所述爆炸限內瓦斯氣中甲烷的濃縮分離。

所述的濃縮分離方法中，所述低濃度瓦斯氣中，甲烷的體積百分含量為5～20％，具體可為5～10％、10～20％、8.74～15.27％、8.74％或15.27％。

所述的濃縮分離方法中，步驟(1)和步驟(2)中，經所述壓縮后的瓦斯氣的壓力可為0.05～1.0MPa，具體可為0.2～0.7MPa、0.2MPa或0.7MPa。

所述的濃縮分離方法中，步驟(1)和步驟(2)中，所述凈化步驟通過依次連接的過濾器、冷干機和活性炭罐進行，用于除去氣體中含有的塵、水和油；

所述活性炭罐內裝填的活性炭的堆比重為400～500g/L，如500g/L。

所述的濃縮分離方法中，步驟(1)和步驟(2)中，所述一級變壓吸附脫氧處理、所述二級變壓吸附脫氮處理和三級變壓吸附濃縮處理所采用的吸附劑均為BM-1型碳分子篩，購自煤炭科學技術研究院有限公司；

所述碳分子篩的分離系數為3.5，堆比重為650～700g/L。

所述的濃縮分離方法中，所述一級變壓吸附脫氧處理的溫度為5～35℃，如25℃，時間為120～240s，如120s，壓力為0.05～0.5MPa，如0.1MPa；

經所述一級變壓吸附脫氧處理后，所述瓦斯氣中甲烷的體積百分含量可為20～50％，如25～48％、29.36％或46.56％；

所述一級變壓吸附脫氧處理是在常規六塔真空吸附塔中進行，所排放的廢氣可根據情況放空或者返回原料氣補充原料，以提高產品回收率。

所述的濃縮分離方法中，所述二級變壓吸附脫氮處理的溫度可為5～35℃，如25℃，時間可為120～240s，如180s，壓力可為0.2～1.0MPa，如0.6MPa；

所述二級變壓吸附脫氮處理在常規六塔真空吸附塔中進行，所排放的廢氣可根據情況放空或者返回原料氣補充原料，以提高產品回收率。

所述的濃縮分離方法中，所述三級變壓吸附濃縮處理的溫度可為5～35℃，如25℃，時間可為120～240s，如210s，壓力可為0.2～1.0MPa，如0.5MPa；

所述三級變壓吸附濃縮處理在常規六塔真空吸附塔中進行，所排放的廢氣可根據情況放空或者返回原料氣補充原料，以提高產品回收率。