本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域中的氣體分離技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種含氧煤層氣分離甲烷的方法。

背景技術(shù)：

煤層氣屬于煤礦生產(chǎn)中的伴生氣，特別是煤礦開采的同時(shí)需要在礦道內(nèi)抽采煤層氣確保煤炭開采的安全，這種方式抽采得到的煤層氣甲烷含量低，通常體積分?jǐn)?shù)在20％-60％，其余成分主要是空氣。由于空氣含量較高，特別是其中含氧，這類煤層氣處理起來有危險(xiǎn)性或經(jīng)濟(jì)性不高，所以長(zhǎng)期以來的做法是將這種含氧煤層氣燃燒或直接排放，造成能源浪費(fèi)與污染。

我國(guó)煤層氣抽采量逐年遞增，從2007年的47.35億立方米上升至2016年的213億立方米，但煤層氣的利用率卻徘徊不前。目前我國(guó)開采的煤層氣中占最大比重的是井下抽采的煤層氣。井下抽放煤層氣中ch4的濃度較低，通常不足50％，因此，開發(fā)操作靈活的ch4濃度較低的煤層氣濃縮技術(shù)是解決我國(guó)煤層氣開發(fā)利用的一個(gè)關(guān)鍵難題。

煤層氣甲烷濃縮技術(shù)最艱難但同時(shí)也是最重要的問題就是氮?dú)夂图淄榈姆蛛x。除了甲烷，煤層氣中含量最高的就是氮?dú)?，并且氮?dú)夂图淄樵诔貤l件下都處于超臨界狀態(tài)，由于其相似的化學(xué)和物理性質(zhì)，且都是不可凝聚的，要想很好的分離氮?dú)夂图淄槭欠浅＠щy的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述背景技術(shù)存在的問題，提供一種含氧煤層氣分離甲烷的方法，能夠有效的實(shí)現(xiàn)氮?dú)夂图淄榈姆蛛x。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種含氧煤層氣分離甲烷的方法，從包括氮?dú)?、甲烷的含氧煤層氣中吸附甲烷，所述含氧煤層氣分離甲烷的方法采用處理后的活性炭纖維在引入四氫呋喃的條件下通過水合物法進(jìn)行甲烷的吸附，實(shí)現(xiàn)與氧氣、氮?dú)獾姆蛛x，具體包括如下步驟：

步驟1，活性炭纖維的處理：將活性炭纖維依次經(jīng)去離子水、堿液進(jìn)行浸泡，過濾后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行熱處理，得到處理后的活性炭纖維；

步驟2，將步驟1制得的活性炭纖維置于容器中，然后將濃度5mmol/g的thf水溶液按照質(zhì)量比1:1緩慢均勻滴加至活性炭纖維中，作為含氧煤層氣中甲烷的吸附劑，然后把吸附劑裝填在吸附床內(nèi)，選用不同甲烷濃度的含氧煤層氣進(jìn)行穿透，使含氧煤層氣進(jìn)氣速率為10ml/min，進(jìn)行甲烷的吸附分離。

優(yōu)選地，在步驟1中，將活性炭纖維置于去離子水中，浸泡8-12小時(shí)后過濾，此過程重復(fù)2次，然后放入50℃烘箱中干燥12-24小時(shí)，再將活性炭纖維置于堿液中，浸泡12-24小時(shí)，過濾后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下由室溫升溫到750～900℃恒溫60～120min，之后自然降溫到室溫，在升溫降溫過程中始終保持氮?dú)馓幱诹魍顟B(tài)，用去離子水清洗產(chǎn)物至中性，在120℃下烘干，得到處理后的活性炭纖維。

優(yōu)選地，所述的活性炭纖維為酚醛基活性炭纖維，膠黏基活性炭纖維，瀝青基活性炭纖維中的一種。

優(yōu)選地，所述的堿液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％-20％的氫氧化鉀水溶液。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明提供了一種含氧煤層氣分離甲烷的方法，采用處理后的活性炭纖維在引入四氫呋喃的條件下得到作為含氧煤層氣中甲烷的吸附劑，通過水合物法進(jìn)行甲烷的吸附，實(shí)現(xiàn)氮?dú)夂图淄榈姆蛛x，該方法處理后所得產(chǎn)品氣的甲烷濃度和回收率可得到較大提高。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種含氧煤層氣分離甲烷的方法，從包括氮?dú)?、甲烷的含氧煤層氣中吸附甲烷，含氧煤層氣分離甲烷的方法采用處理后的活性炭纖維在引入四氫呋喃的條件下通過水合物法進(jìn)行甲烷的吸附，實(shí)現(xiàn)與氧氣、氮?dú)獾姆蛛x，具體包括如下步驟：

步驟1，活性炭纖維的處理：將活性炭纖維依次經(jīng)去離子水、堿液進(jìn)行浸泡，過濾后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行熱處理，得到處理后的活性炭纖維；

步驟2，將步驟1制得的活性炭纖維置于容器中，然后將濃度5mmol/g的thf水溶液按照質(zhì)量比1:1緩慢均勻滴加至活性炭纖維中，作為含氧煤層氣中甲烷的吸附劑，然后把吸附劑裝填在吸附床內(nèi)，選用不同甲烷濃度的含氧煤層氣進(jìn)行穿透，使含氧煤層氣進(jìn)氣速率為10ml/min，進(jìn)行甲烷的吸附分離。

其中，在步驟1中，將活性炭纖維置于去離子水中，浸泡8-12小時(shí)后過濾，此過程重復(fù)2次，然后放入50℃烘箱中干燥12-24小時(shí)，再將活性炭纖維置于堿液中，浸泡12-24小時(shí)，過濾后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下由室溫升溫到750～900℃恒溫60～120min，之后自然降溫到室溫，在升溫降溫過程中始終保持氮?dú)馓幱诹魍顟B(tài)，用去離子水清洗產(chǎn)物至中性，在120℃下烘干，得到處理后的活性炭纖維。

其中，活性炭纖維為酚醛基活性炭纖維，膠黏基活性炭纖維，瀝青基活性炭纖維中的一種。

其中，堿液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％-20％的氫氧化鉀水溶液。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種含氧煤層氣分離甲烷的方法，采用處理后的活性炭纖維在引入四氫呋喃的條件下得到作為含氧煤層氣中甲烷的吸附劑，通過水合物法進(jìn)行甲烷的吸附，實(shí)現(xiàn)氮?dú)夂图淄榈姆蛛x，該方法處理后所得產(chǎn)品氣的甲烷濃度和回收率可得到較大提高。

下面結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

以酚醛基活性炭纖維作為甲烷吸附劑的制備原料，將5g活性炭纖維置于6ml去離子水中，浸泡8小時(shí)后過濾，此過程重復(fù)2次，然后放入50℃烘箱中干燥24小時(shí)，再將活性炭纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％的koh水溶液中，浸泡24小時(shí)，過濾后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下由室溫升溫到800℃恒溫100min，之后自然降溫到室溫，在升溫降溫過程中始終保持氮?dú)馓幱诹魍顟B(tài)，用去離子水清洗產(chǎn)物至中性，在120℃下烘干，得到處理后的活性炭纖維。

然后取所制得的活性炭纖維3g置于容器中，然后將3g濃度5mmol/g的thf水溶液緩慢均勻滴加至活性炭纖維中，作為含氧煤層氣中甲烷的吸附劑，然后把吸附劑裝填在吸附床內(nèi)，體系孔隙率為0.84，配制50.2％n2—49.8％ch4的原料氣(作為模擬含氧煤層氣)進(jìn)行穿透，實(shí)驗(yàn)溫度為2℃，操作壓力1.4mpa，使含氧煤層氣進(jìn)氣速率為10ml/min，進(jìn)行甲烷的吸附分離。當(dāng)原料氣完全穿透之后，把床層前后截止，然后把床層連通大氣兩秒，先排放出床層中殘留的原料氣，然后吸附床置于室溫條件下，甲烷水合物開始分解，產(chǎn)品氣用排水收氣法收集，并用色譜進(jìn)行濃度分析。

表1不同吸附時(shí)間條件下產(chǎn)品氣濃度和回收率

表中的結(jié)果顯示，不同解析時(shí)刻，甲烷濃度是不一樣的，完全穿透時(shí)刻甲烷的濃度最高，壓力為1.4mpa時(shí)，甲烷濃度都能從50％提高到70％左右。

實(shí)施例2

以膠黏基活性炭纖維作為甲烷吸附劑的制備原料，將5g活性炭纖維置于6ml去離子水中，浸泡12小時(shí)后過濾，此過程重復(fù)2次，然后放入50℃烘箱中干燥18小時(shí)，再將活性炭纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的koh水溶液中，浸泡18小時(shí)，過濾后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下由室溫升溫到900℃恒溫80min，之后自然降溫到室溫，在升溫降溫過程中始終保持氮?dú)馓幱诹魍顟B(tài)，用去離子水清洗產(chǎn)物至中性，在120℃下烘干，得到處理后的活性炭纖維。

然后取所制得的活性炭纖維3g置于容器中，然后將3g濃度5mmol/g的thf水溶液緩慢均勻滴加至活性炭纖維中，作為含氧煤層氣中甲烷的吸附劑，然后把吸附劑裝填在吸附床內(nèi)，體系孔隙率為0.84，配制60.8％n2—39.2％ch4的原料氣(作為模擬含氧煤層氣)進(jìn)行穿透，實(shí)驗(yàn)溫度為2℃，操作壓力1.4mpa，使含氧煤層氣進(jìn)氣速率為10ml/min，進(jìn)行甲烷的吸附分離。當(dāng)原料氣完全穿透之后，把床層前后截止，然后把床層連通大氣兩秒，先排放出床層中殘留的原料氣，然后吸附床置于室溫條件下，甲烷水合物開始分解，產(chǎn)品氣用排水收氣法收集，并用色譜對(duì)產(chǎn)品氣進(jìn)行濃度分析。結(jié)果顯示，當(dāng)吸附時(shí)間至5000s(完全穿透)時(shí)，甲烷濃度可達(dá)62.5％，回收率可達(dá)49.8％。

實(shí)施例3

以瀝青基活性炭纖維作為甲烷吸附劑的制備原料，將5g活性炭纖維置于6ml去離子水中，浸泡10小時(shí)后過濾，此過程重復(fù)2次，然后放入50℃烘箱中干燥24小時(shí)，再將活性炭纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％的koh水溶液中，浸泡12小時(shí)，過濾后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下由室溫升溫到750℃恒溫120min，之后自然降溫到室溫，在升溫降溫過程中始終保持氮?dú)馓幱诹魍顟B(tài)，用去離子水清洗產(chǎn)物至中性，在120℃下烘干，得到處理后的活性炭纖維。

然后取所制得的活性炭纖維3g置于容器中，然后將3g濃度5mmol/g的thf水溶液緩慢均勻滴加至活性炭纖維中，作為含氧煤層氣中甲烷的吸附劑，然后把吸附劑裝填在吸附床內(nèi)，體系孔隙率為0.84，配制69.0％n2—31.0％ch4的原料氣(作為模擬含氧煤層氣)進(jìn)行穿透，實(shí)驗(yàn)溫度為2℃，操作壓力1.4mpa，使含氧煤層氣進(jìn)氣速率為10ml/min，進(jìn)行甲烷的吸附分離。當(dāng)原料氣完全穿透之后，把床層前后截止，然后把床層連通大氣兩秒，先排放出床層中殘留的原料氣，然后吸附床置于室溫條件下，甲烷水合物開始分解，產(chǎn)品氣用排水收氣法收集，并用色譜對(duì)產(chǎn)品氣進(jìn)行濃度分析。結(jié)果顯示，當(dāng)吸附時(shí)間至4460s(完全穿透)時(shí)，甲烷濃度可達(dá)53.5％，回收率可達(dá)41.8％。甲烷濃度由原料氣中的31％提高到產(chǎn)品氣中的53.5％，也是大概提升了22％左右。

實(shí)施例4

以酚醛基活性炭纖維作為甲烷吸附劑的制備原料，將5g活性炭纖維置于6ml去離子水中，浸泡10小時(shí)后過濾，此過程重復(fù)2次，然后放入50℃烘箱中干燥14小時(shí)，再將活性炭纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)18％的koh水溶液中，浸泡24小時(shí)，過濾后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下由室溫升溫到900℃恒溫70min，之后自然降溫到室溫，在升溫降溫過程中始終保持氮?dú)馓幱诹魍顟B(tài)，用去離子水清洗產(chǎn)物至中性，在120℃下烘干，得到處理后的活性炭纖維。

然后取所制得的活性炭纖維3g置于容器中，然后將3g濃度5mmol/g的thf水溶液緩慢均勻滴加至活性炭纖維中，作為含氧煤層氣中甲烷的吸附劑，然后把吸附劑裝填在吸附床內(nèi)，體系孔隙率為0.84，配制50％n2—44％ch4—6％o2的原料氣(作為模擬含氧煤層氣)進(jìn)行穿透，實(shí)驗(yàn)溫度為2℃，操作壓力1.4mpa，使含氧煤層氣進(jìn)氣速率為10ml/min，進(jìn)行甲烷的吸附分離。當(dāng)原料氣完全穿透之后，把床層前后截止，然后把床層連通大氣兩秒，先排放出床層中殘留的原料氣，然后吸附床置于室溫條件下，甲烷水合物開始分解，產(chǎn)品氣用排水收氣法收集，并用色譜對(duì)產(chǎn)品氣進(jìn)行濃度分析。結(jié)果顯示，當(dāng)吸附時(shí)間至5000s(完全穿透)時(shí)，甲烷濃度可達(dá)64.5％，回收率可達(dá)53.4％。甲烷濃度由原料氣中的44％提高到產(chǎn)品氣中的64.5％，得到了大幅提高。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。