專利名稱：從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分離甲烷的工藝，特別是涉及一種從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝。
背景技術(shù)：
我國煤田煤層氣儲量豐富，煤礦煤層氣投放是煤炭生產(chǎn)中的一項重要安全措施， 根據(jù)國家《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，甲烷濃度在30%以下的煤層氣就不能利用，目前幾乎所有的煤礦都將甲烷濃度低于30%的煤層氣直接放空排入大氣層，造成環(huán)境的污染和資源的浪費。目前報道的煤層氣分離甲烷的方法主要有膜分離法、溶劑法、合成水合法、變壓吸附法和深冷分離法，前三種方法在高濃度甲烷分離中現(xiàn)均還處于研究探索階段。變壓吸附法與深冷分離法雖說已有工業(yè)性應(yīng)用，但工業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟性與產(chǎn)品應(yīng)用一直制約著對甲烷濃度低于30%以下的煤層氣應(yīng)用。中國專利CN85103557公開了在吸附壓力5 10公斤力 /厘米2通過置換抽真空能將煤礦瓦斯氣富集得到甲烷濃度為35 96%的富甲烷產(chǎn)品的變壓吸附法，但獲得高濃度甲烷時需采用高回流比，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，分離成本提高，而甲烷的濃度為50%左右時只能就近作為民用燃?xì)饣虬l(fā)電使用，商業(yè)應(yīng)用范圍狹窄。但是，論文《低溫法濃縮煤層氣中的甲烷》(陶鵬萬，王曉東，黃建彬，天然氣化工C1化學(xué)與化工， 2005,30(4)43-46)公開了一種低溫分離方法，低溫分離方法濃縮煤層氣需將所有的原料氣液化，當(dāng)甲烷濃度低時，濃縮成本巨大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝，其將甲烷濃度低于30%的煤層氣回收分離并制取純度大于99%的液甲焼。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝，其特征在于，該工藝包括以下步驟步驟一甲烷濃度低于30%的原料煤層氣進(jìn)入變壓吸附單元，經(jīng)濃縮抽真空得到 40 60%的中間氣；步驟二 中間氣通過凈化單元進(jìn)行脫碳和干燥的凈化處理；步驟三凈化后的中間氣進(jìn)入制冷單元與制冷劑及分餾塔產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行換熱降步驟四最后換熱降溫后的中間氣進(jìn)入深冷分離單元，在一個分餾塔塔釜得到純度大于99%的液甲烷，分餾塔塔上部產(chǎn)生的廢氣經(jīng)制冷單元換熱回收冷量后引入變壓吸附單元稀釋和吸附塔排空氣。優(yōu)選地，所述變壓吸附單元采用兩個或兩個以上裝填吸附劑的吸附塔。優(yōu)選地，所述吸附劑為對甲烷有選擇性吸附的吸附劑。
優(yōu)選地，所述吸附塔塔頂排出的廢氣中甲烷濃度超過3%時，需通過引入分餾塔產(chǎn)生的廢氣或空氣將甲烷濃度控制在3%以下后排空。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝通過變壓吸附單元實現(xiàn)變壓吸附法，并通過深冷分離單元實現(xiàn)深冷分離法，且得到純度大于99%的液甲烷。


圖1為本發(fā)明從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝的原理框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1所示，本發(fā)明從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝包括以下步驟步驟一甲烷濃度低于30%的原料煤層氣在常溫、吸附壓力下進(jìn)入變壓吸附單元，經(jīng)濃縮抽真空得到40 60%的中間氣；其中，該變壓吸附單元采用兩個或兩個以上裝填吸附劑的吸附塔，吸附劑為對甲烷有較好選擇性吸附的吸附劑，比如活性炭、沸石分子篩或碳分子篩等吸附劑。原料煤層氣中的甲烷在吸附塔中被吸附富集后由真空泵從塔底抽出得到40 60 %的中間氣。吸附塔排出的廢氣中甲烷濃度超過3 %時，需通過弓I入分餾塔產(chǎn)生的廢氣或空氣將甲烷濃度控制在3%以下后排空。步驟二中間氣通過凈化單元進(jìn)行脫碳和干燥等凈化處理；其中， 該凈化單元為滿足后續(xù)深冷分離的工藝要求對中間氣進(jìn)行凈化處理，采用 N-MDEA(N-Methyldiethanolamine, N-甲基二乙醇胺)法或變壓變溫吸附法等方法脫除中間氣中的CO2等雜質(zhì)，采用變溫吸附法脫除中間氣中的H20。凈化單元出口氣體的雜質(zhì)允許含量為C02 < 50ppmV, H2O < lppmV。步驟三凈化后的中間氣進(jìn)入制冷單元與制冷劑及分餾塔產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行換熱降溫；其中，制冷單元的常用工藝包括階式制冷循環(huán)、混合冷劑制冷循環(huán)或膨脹機制冷循環(huán)等工藝?？筛鶕?jù)規(guī)模采用合理、經(jīng)濟的工藝，分餾塔頂產(chǎn)生的廢氣與制冷氣共同對中間氣進(jìn)行冷卻降溫。步驟四最后換熱降溫后的中間氣進(jìn)入深冷分離單元，其中，中間氣送入分餾塔進(jìn)行液化分離，分餾塔塔釜得到純度大于99%的液甲烷，分餾塔塔上部產(chǎn)生的廢氣經(jīng)制冷單元換熱回收冷量后引入變壓吸附單元稀釋和吸附塔排空氣。本發(fā)明舉個具體的例子進(jìn)行詳細(xì)說明步驟一將壓力為0. 05MPa、甲烷濃度為 20%的低濃度原料煤層氣(二氧化碳的濃度為4%，其余為空氣)進(jìn)入變壓吸附單元的吸附塔中，經(jīng)吸附后由真空泵從吸附塔底部抽出，為中間氣(甲烷的濃度為46%，二氧化碳的濃度為7%，其余空氣)，未被吸附的吸附塔排空氣(甲烷的濃度為3. 5% )引入分餾塔產(chǎn)生的廢氣或空氣將甲烷濃度控制在3%以下后排空。步驟二 中間氣經(jīng)壓縮至0.7MPa后由凈化單元吸收塔下部進(jìn)入，與自上而下的N-MDEA溶液(貧液)充分接觸，氣相由吸收塔頂部排出后進(jìn)入吸附干燥塔脫水，吸收了二氧化碳的液相送至閃蒸塔再生，要求凈化后出口氣體的雜質(zhì)允許含量為C02 < 50ppmV, H2O < lppmV。步驟三壓力0. 6MPa的凈化中間氣(甲烷的濃度為50%，其余為空氣)進(jìn)入制冷單元換熱器中與制冷劑及分餾塔頂產(chǎn)生的廢氣交換熱量，溫度降至-168°C。步驟四溫度下降后的中間氣經(jīng)減壓至0. 45MPa后進(jìn)入分餾塔中部進(jìn)行分離，由分餾塔塔釜得到純度大于99%的液甲烷，分餾塔上部產(chǎn)生的多余廢氣(微量甲烷，其余為空氣)經(jīng)制冷單元換熱器回收冷量后引入變壓吸附單元稀釋和吸附塔排空氣。綜上所述，本發(fā)明從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝通過變壓吸附單元實現(xiàn)變壓吸附法，并通過深冷分離單元實現(xiàn)深冷分離法，將甲烷濃度低于30 % 的排空煤層氣回收分離得到純度大于99%的液甲烷。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝，其特征在于，該工藝包括以下步驟步驟一甲烷濃度低于30%的原料煤層氣進(jìn)入變壓吸附單元，經(jīng)濃縮抽真空得到40 60%的中間氣；步驟二 中間氣通過凈化單元進(jìn)行脫碳和干燥的凈化處理；步驟三凈化后的中間氣進(jìn)入制冷單元與制冷劑及分餾塔產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行換熱降溫；步驟四最后換熱降溫后的中間氣進(jìn)入深冷分離單元，在一個分餾塔塔釜得到純度大于99%的液甲烷，分餾塔塔上部產(chǎn)生的廢氣經(jīng)制冷單元換熱回收冷量后引入變壓吸附單元稀釋和吸附塔排空氣。
2.如權(quán)利要求1所述的從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝，其特征在于，所述變壓吸附單元采用兩個或兩個以上裝填吸附劑的吸附塔。
3.如權(quán)利要求2所述的從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝，其特征在于，所述吸附劑為對甲烷有選擇性吸附的吸附劑。
4.如權(quán)利要求2所述的從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝，其特征在于，所述吸附塔塔頂排出的廢氣中甲烷濃度超過3%時，需通過引入分餾塔產(chǎn)生的廢氣或空氣將甲烷濃度控制在3%以下后排空。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從低濃度煤層氣中分離甲烷的變壓吸附和深冷組合工藝，該工藝包括以下步驟步驟一甲烷濃度低于30％的原料煤層氣進(jìn)入變壓吸附單元，經(jīng)濃縮抽真空得到40～60％的中間氣；步驟二中間氣通過凈化單元進(jìn)行脫碳和干燥的凈化處理；步驟三凈化后的中間氣進(jìn)入制冷單元與制冷劑及分餾塔產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行換熱降溫；步驟四最后換熱降溫后的中間氣進(jìn)入深冷分離單元，在一個分餾塔塔釜得到純度大于99％的液甲烷，分餾塔塔上部產(chǎn)生的廢氣經(jīng)制冷單元換熱回收冷量后引入變壓吸附單元稀釋和吸附塔排空氣。本發(fā)明將甲烷濃度低于30％的煤層氣回收分離并制取純度大于99％的液甲烷。
文檔編號C07C7/12GK102284226SQ20101020515
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者古世*, 張軍, 江昱, 謝貴琴, 賀明星 申請人:上海瑞氣氣體設(shè)備有限公司