專利名稱：一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣(高濃度甲烷)的方法。
背景技術(shù)：
目前，在國(guó)內(nèi)外公開的專利文獻(xiàn)或報(bào)道技術(shù)資料中，尚無(wú)任何技術(shù)可以達(dá)到在小于 0. 05MPa. G的低壓下將CH4濃度低于50%、甚至低至10%的煤層氣提濃到甲垸含量大于90%以 上的天然氣，同時(shí)達(dá)到95%以上的甲烷回收率指標(biāo)。
我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，在煤炭生產(chǎn)中有大量的副產(chǎn)煤層氣，其中大部分的CH4含量都低 于50%，有的甚至低至10%，這部分瓦斯氣由于CH4氣濃度低，氧含量高，因此難以直接利用， 通常大部分都直接放空。這不僅造成了大量能源的浪費(fèi)，而且由于CH4氣是一種強(qiáng)溫室氣體， 因此還造成嚴(yán)重的環(huán)保問題。而我國(guó)的天然氣需求量巨大且資源嚴(yán)重不足，需要大量進(jìn)口， 所以迫切需要一種高效、安全的煤層氣生產(chǎn)天然氣技術(shù)。同時(shí)為提高該技術(shù)的應(yīng)用范圍和效 率，該技術(shù)還必須具有能適應(yīng)低C仏氣濃度煤層氣(C仏氣含量可低于10%)條件，和高CH4 氣回收率的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為解決上述難題而提供一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，可以
實(shí)現(xiàn)將極低CH4氣含量(可低于10%)的煤層氣提濃到天然氣濃度，同時(shí)保持極高的CH4氣回 收率。
本發(fā)明采用兩段低壓CHi氣吸附提濃工段串聯(lián)循環(huán)操作，兩個(gè)工段之間的工作關(guān)系有兩 種模式
第一種 一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，由兩個(gè)低壓CH4氣吸附提濃工段串聯(lián) 循環(huán)而成；每個(gè)CH,氣提濃工段均有2 6個(gè)裝填有2-3種CH4吸附劑的吸附塔；前工段和后
工段均采用以下真空再生工藝
來(lái)自煤層氣抽取設(shè)備的煤層氣，溫度為常溫，壓力小于O.OSMPa.G，首先進(jìn)入前工段的 吸附塔，在前工段吸附塔中C仏氣吸附劑的選擇吸附下，煤層氣中的H20和CH4等組分被吸附 劑吸附下來(lái)，未被吸附的空氣組分則從塔頂流出，稱為前工段的放空氣，前工段的放空氣將 作為后工段的原料氣繼續(xù)進(jìn)行CK氣的回收提濃；
然后對(duì)前工段吸附塔抽真空，使被吸附在前工段吸附塔內(nèi)的CH4氣再生出來(lái)，從而得到 Cm氣純度大于90%的天然氣產(chǎn)品；
后工段則以前工段的放空氣為原料氣，同樣是利用后工段吸附塔中裝填的CH,氣吸附劑 先將前工段放空氣中的CH4氣吸附下來(lái)，然后抽真空獲得濃度提高了 2 3倍的中間產(chǎn)品氣； 該中間產(chǎn)品氣又返回前工段的原料氣入口總管，與前工段的原料煤層氣混合后循環(huán)進(jìn)行CH4 氣的回收提濃,兩工段間形成循環(huán)提濃。
每個(gè)吸附塔的具體工藝過程都如上所述，2-6個(gè)吸附塔交替進(jìn)行以上的操作，即可獲得 連續(xù)的高濃度C出氣天然氣產(chǎn)品。
第二種 一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，由兩個(gè)低壓CH4氣吸附提濃工段串聯(lián) 循環(huán)而成；每個(gè)CH4氣提濃工段均有2 6個(gè)裝填有2-3種CH4氣吸附劑的吸附塔；前工段和 后工段均采用以下真空再生工藝
來(lái)自煤層氣抽取設(shè)備的煤層氣，溫度為常溫，壓力小于O.OSMPa.G，首先進(jìn)入前工段的 吸附塔，在前工段吸附塔中CH4氣吸附劑的選擇吸附下，煤層氣中的H20和CIi等組分被吸附 劑吸附下來(lái)，未被吸附的空氣組分則從塔頂流出，稱為前工段的放空氣，前工段的放空氣直 接放空
然后對(duì)前工段吸附塔抽真空，使吸附的^L氣再生出來(lái)，從而得到CH4氣純度大于5(m 的中間產(chǎn)品氣；
后工段則以前工段的中間產(chǎn)品氣為原料氣，同樣是利用后工段吸附塔中裝填的Cli吸附 劑先將前工段放空氣中的CH,氣吸附下來(lái)，抽真空獲得濃度大于90%的產(chǎn)品天然氣；后工段 的放空氣則循環(huán)回前工段原料氣入口總管，與前工段的原料煤層氣混合后再次進(jìn)行CH4氣的 回收提濃，兩工段間形成循環(huán)提濃； .
每個(gè)吸附塔的具體工藝過程都如上所述，2-6個(gè)吸附塔交替進(jìn)行以上的操作，即可獲得 連續(xù)的高濃度Ch氣天然氣產(chǎn)品。
本發(fā)明的一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，能在低壓下將煤層氣中很低濃度的 CH4氣提濃到天然氣濃度，CH4氣濃度達(dá)99。/。以上，本發(fā)明的兩段低壓吸附真空再生循環(huán)提 濃工藝，可獲得極高的CH.，氣回收率。


附圖1是本發(fā)明第一種方法工藝流程圖。 附圖2是本發(fā)明第二種方法工藝流程圖。
l吸附塔、2吸附塔、3原料器緩沖罐、4真空泵、5天然氣緩沖罐、6放空氣緩沖罐、7 中間產(chǎn)品緩沖罐。 具體實(shí)施例
本發(fā)明有兩種方法
實(shí)施例l,見附圖l:
第一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，由兩個(gè)低壓C仏氣吸附提濃工段串聯(lián)循環(huán)而 成前工段產(chǎn)出產(chǎn)品天然氣，后工段提濃后的中間產(chǎn)品返回前工段作原料氣。
這種方法每個(gè)C仏氣提濃工段均由2個(gè)裝填有2-3種C仏氣吸附劑的吸附塔、緩沖罐、 真空泵和若干用于切換控制的程控閥組成。前工段帶有原料器緩沖罐3、真空泵4、天然氣 緩沖罐5、放空氣緩沖罐6:后工段帶有真空泵4、中間產(chǎn)品緩沖罐7。吸附塔中的吸附劑為 硅膠類、活性碳類或分子篩類吸附劑。具體如下..
一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，前工段和后工段均采用以下真空再生工藝
來(lái)自煤層氣抽取設(shè)備(通常為水環(huán)式真空泵)的煤層氣，溫度為常溫，壓力小于 0.05MPa.G,首先進(jìn)入前工段的吸附塔，在前工段吸附塔中多種CH4氣吸附劑的選擇吸附下， 煤層氣中的H20和CH4等組分被吸附劑吸附下來(lái)，在吸附過程結(jié)束后，進(jìn)行均壓降壓工藝 使處于較高壓力的吸附塔與另一處于真空壓力狀態(tài)的吸附塔接通，從而自然地將高壓吸附 塔內(nèi)的CH4氣放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔中未被吸附的空氣組分則從吸附塔頂 流出；再進(jìn)行置換提濃工藝用來(lái)自產(chǎn)品天然氣緩沖罐中的髙濃度CH4氣，順著吸附塔的吸 附方向?qū)ξ剿M(jìn)行置換，將吸附塔死空間內(nèi)的空氣置換出去；
未被吸附的空氣組分則從塔頂流出，稱為前工段的放空氣，前工段的放空氣將作為后工 段的原料氣繼續(xù)進(jìn)行CH ,氣的回收提濃。
被吸附在前工段吸附塔內(nèi)的CFi氣通過均壓、置換等工藝后使塔內(nèi)的CH4氣濃度提高到 90%以上，然后用真空泵對(duì)前工段吸附塔抽真空，使吸附的CH4氣再生出來(lái)，從而得到CH4氣 純度大于90%的天然氣產(chǎn)品。
后工段則以前工段的放空氣為原料氣，同樣是利用后工段吸附塔中裝填的CH4氣吸附劑 先將前工段放空氣中的CH4氣吸附下來(lái)，然后再通過均壓、置換、抽真空等工藝，從真空泵 出口獲得濃度提高了2 3倍的中間產(chǎn)品氣，為提高CH4氣的回收率，該中間產(chǎn)品氣又返回前 工段的原料氣入口總管，與前工段的原料煤層氣混合后循環(huán)進(jìn)行CH4氣的回收提濃。均壓降 壓工藝在吸附過程結(jié)束后，使處于較高壓力的吸附塔與另一處于真空壓力狀態(tài)的吸附塔接 通，從而自然地將高壓吸附塔內(nèi)的CH4氣放入其它己完成再生的較低壓力吸附塔中；未被吸
附的空氣組分則從吸附塔頂流出；后工段置換提濃工藝用來(lái)自中間產(chǎn)品緩沖罐中的高濃度 CH4氣，順著吸附塔的吸附方向?qū)ξ剿M(jìn)行置換，將吸附塔死空間內(nèi)的空氣置換出去。
每個(gè)吸附塔的具體工藝過程都如上所述，前、后工段的兩個(gè)吸附塔交替進(jìn)行以上的操作，
即可獲得連續(xù)的高濃度CFi天然氣產(chǎn)品。 實(shí)施例2，見附圖2:
第二種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，由兩個(gè)低壓CH4氣吸附提濃工段串聯(lián)循環(huán)而
成；煤層氣在前工段初步提純得到中間產(chǎn)品氣，再以中間產(chǎn)品氣為后工段的原料提純出天然 氣，后工段的放空氣返回前工段作為原料氣。
前工段采用中間產(chǎn)品緩沖罐7，其他同實(shí)施例l;后工段采用天然氣緩沖罐5，其他同
前工段和后工段均采用以下真空再生工藝，具體如下
第二種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，來(lái)自煤層氣抽取設(shè)備(通常為水環(huán)式真空泵)
的煤層氣，溫度為常溫，壓力小于O.OSMPa.G，首先進(jìn)入前工段的吸附塔，在前工段吸附塔 中多種CH4氣吸附劑的選擇吸附下，煤層氣中的H20和CH4等組分被吸附劑吸附下來(lái)，未被吸 附的空氣組分則從塔頂流出，稱為前工段的放空氣，前工段的放空氣直接放空。
被吸附在前工段吸附塔內(nèi)的CH4氣通過均壓、置換等工藝，均壓降壓工藝在吸附過程 結(jié)束后，使處于較高壓力的吸附塔與另一處于真空壓力狀態(tài)的吸附塔接通，從而自,然地將 高壓吸附塔內(nèi)的CH4氣放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔中；未被吸附的空氣組分則從 吸附塔頂流出；再進(jìn)行置換提濃工藝用來(lái)自中間產(chǎn)品緩沖罐中的高濃度CH4氣，順著吸附 塔的吸附方向?qū)ξ剿M(jìn)行置換，將吸附塔死空間內(nèi)的空氣置換出去；
通過均壓、置換等工藝后，使塔內(nèi)的CH4氣濃度提高到5(m以上，然后用真空泵對(duì)前工 段吸附塔抽真空，使吸附的CH4氣再生出來(lái)，從而得到CH4氣純度大于509b的中間產(chǎn)品氣。
后工段則以前工段的中間產(chǎn)品氣為原料氣，同樣是利用后工段吸附塔中裝填的CH4氣吸 附劑先將前工段放空氣中的CH4氣吸附下來(lái)，然后再通過均壓、置換、抽真空等步序，從真 空泵出口獲得濃度大于90%的產(chǎn)品天然氣，為提高CH4氣的回收率，后工段的放空氣則循環(huán) 回前工段原料氣入口總管，與前工段的原料煤層氣混合后再次進(jìn)行CH4氣的回收提濃。
后工段中的均壓降壓工藝在吸附過程結(jié)束后，使處于較高壓力的吸附塔與另一處于真 空壓力狀態(tài)的吸附塔接通，從而自然地將高壓吸附塔內(nèi)的CH,氣放入其它己完成再生的較低 壓力吸附塔中；未被吸附的空氣組分則從吸附塔頂流出；
后工段置換提濃工藝用來(lái)自產(chǎn)品天然氣緩沖罐中的高濃度CH4氣，順著吸附塔的吸附 方向?qū)ξ剿M(jìn)行置換，將吸附塔死空間內(nèi)的空氣置換出去。
每個(gè)吸附塔的具體工藝過程都如上所述，2-6個(gè)吸附塔交替進(jìn)行以上的操作，即可獲得 連續(xù)的高濃度CH4氣天然氣產(chǎn)品。
通過這樣的兩工段循環(huán)吸附提純?cè)O(shè)計(jì)，就可以實(shí)現(xiàn)將極低CH,氣含量(可低于10%)的 煤層氣提濃到天然氣濃度，同時(shí)保持極高的CH4氣回收率的目的。
權(quán)利要求
1、一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，其特征在于，由兩個(gè)低壓CH4氣吸附提濃工段串聯(lián)循環(huán)而成；每個(gè)CH4氣提濃工段均有2～6個(gè)裝填有2-3種CH4吸附劑的吸附塔；前工段和后工段均采用以下真空再生工藝來(lái)自煤層氣抽取設(shè)備的煤層氣，溫度為常溫，壓力小于0.05MPa.G，首先進(jìn)入前工段的吸附塔，在前工段吸附塔中CH4氣吸附劑的選擇吸附下，煤層氣中的H2O和CH4等組分被吸附劑吸附下來(lái)，未被吸附的空氣組分則從塔頂流出，稱為前工段的放空氣，前工段的放空氣將作為后工段的原料氣繼續(xù)進(jìn)行CH4氣的回收提濃；然后對(duì)前工段吸附塔抽真空，使被吸附在前工段吸附塔內(nèi)的CH4氣再生出來(lái)，從而得到CH4氣純度大于90％的天然氣產(chǎn)品；后工段則以前工段的放空氣為原料氣，同樣是利用后工段吸附塔中裝填的CH4氣吸附劑先將前工段放空氣中的CH4氣吸附下來(lái)，然后抽真空獲得濃度提高了2～3倍的中間產(chǎn)品氣；該中間產(chǎn)品氣又返回前工段的原料氣入口總管，與前工段的原料煤層氣混合后循環(huán)進(jìn)行CH4氣的回收提濃。
2、 按照權(quán)利要求1所述的一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，其特征在于，在前工段吸附過程結(jié)束后，被吸附在前工段吸附塔內(nèi)的CH4氣則通過均壓降壓、置換提濃工藝； 均壓降壓在吸附過程結(jié)束后，使處于較高壓力的吸附塔與另一處于真空壓力狀態(tài)的吸附塔接通，從而自然地將高壓吸附塔內(nèi)的CH4氣放入其它己完成再生的較低壓力吸附塔中；未被吸附的空氣組分則從吸附塔頂流出；前工段置換提濃用來(lái)自產(chǎn)品天然氣緩沖罐中的高濃度C仏氣，順著吸附塔的吸附方向?qū)ξ剿M(jìn)行置換，將吸附塔死空間內(nèi)的空氣置換出去；在后工段吸附過程結(jié)束后，被吸附在后工段吸附塔內(nèi)的CH4氣再通過均壓降壓v置換提濃工藝；均壓降壓在吸附過程結(jié)束后，使處于較高壓力的吸附塔與另一處于真空壓力狀態(tài)的吸 附塔接通，從而自然地將高壓吸附塔內(nèi)的CH4氣放入其它己完成再生的較低壓力吸附塔中； 未被吸附的空氣組分則從吸附塔頂流出；后工段置換提濃用來(lái)自中間產(chǎn)品緩沖罐中的高濃度CH4氣，順著吸附塔的吸附方向?qū)?吸附塔進(jìn)行置換，將吸附塔死空間內(nèi)的空氣置換出去。
3、 一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，其特征在于，由兩個(gè)低壓CH4氣吸附提濃 工段串聯(lián)循環(huán)而成；每個(gè)C仏氣提濃工段均有2 6個(gè)裝填有2-3種CH4氣吸附劑的吸附塔； 前工段和后工段均采用以下真空再生工藝-來(lái)自煤層氣抽取設(shè)備的煤層氣，溫度為常溫，壓力小于O.OSMPa.G，首先進(jìn)入前工段的 吸附塔，在前工段吸附塔中CH4氣吸附劑的選擇吸附下，煤層氣中的H20和CH4等組分被吸附 劑吸附下來(lái)，未被吸附的空氣組分則從塔頂流出，稱為前工段的放空氣，前工段的放空氣直 接放空；然后對(duì)前工段吸附塔抽真空，使吸附的CH4氣再生出來(lái)，從而得到CH4氣純度大于5096 的中間產(chǎn)品氣；后工段則以前工段的中間產(chǎn)品氣為原料氣，同樣是利用后工段吸附塔中裝填的CH4吸附 劑先將前工段放空氣中的C仏氣吸附下來(lái)，抽真空獲得濃度大于90%的產(chǎn)品天然氣；后工段 的放空氣則循環(huán)回前工段原料氣入口總管，與前工段的原料煤層氣混合后再次進(jìn)行CH4氣的 回收提濃。
4、 按照權(quán)利要求3所述的一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，其特征在于，在前 工段吸附過程結(jié)束后，被吸附在前工段吸附塔內(nèi)的CH4氣則通過均壓降壓、置換提濃工藝；均壓降壓在吸附過程結(jié)束后，使處于較高壓力的吸附塔與另一處于真空壓力狀態(tài)的 吸附塔接通,從而自然地將高壓吸附塔內(nèi)的CH4氣放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔中； 未被吸附的空氣組分則從吸附塔頂流出；前工段置換提濃用來(lái)自中間產(chǎn)品緩沖罐中的高濃度CH4氣，順著吸附塔的吸附方向?qū)?吸附塔進(jìn)行置換，將吸附塔死空間內(nèi)的空氣置換出去；在后工段吸附過程結(jié)束后，被吸附在后工段吸附塔內(nèi)的CH4氣再通過均壓降壓、置換提 濃工藝；均壓降壓在吸附過程結(jié)束后，使處于較高壓力的吸附塔與另一處于真空壓力狀態(tài)的吸 附塔接通，從而自然地將高壓吸附塔內(nèi)的CH4氣放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔中； 未被吸附的空氣組分則從吸附塔頂流出；后工段置換提濃用來(lái)自產(chǎn)品天然氣緩沖罐中的高濃度CH4氣，順著吸附塔的吸附方向 對(duì)吸附塔進(jìn)行置換，將吸附塔死空間內(nèi)的空氣置換出去。
5、 按照權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，其特 征在于，所述吸附塔中的吸附劑為硅膠類、活性碳類或分子篩類吸附劑。
全文摘要
本發(fā)明是一種兩段低壓法煤層氣生產(chǎn)天然氣方法，能在低壓下將極低CH₄氣含量煤層氣提濃到天然氣濃度，達(dá)99％以上，保持極高CH₄氣回收率。采用兩段低壓CH₄氣吸附提濃工段串聯(lián)循環(huán)操作，每個(gè)提濃工段吸附塔內(nèi)均裝2～3種高效CH₄氣吸附劑，都在小于0.05MPa.G低壓下進(jìn)行CH₄氣提濃，均采用真空再生方式獲得高濃度的CH₄氣。兩工段結(jié)構(gòu)有兩種一是前工段通過吸附提濃和真空再生工藝獲得高濃度CH₄氣產(chǎn)品，同時(shí)將前工段放空氣作為后工段原料氣進(jìn)一步提純，后工段提濃后得到較高濃度CH₄氣再返回前工段作為前工段原料氣循環(huán)提濃。二是前工段通過吸附提濃和真空再生工藝獲得濃度相對(duì)較高CH₄氣中間產(chǎn)品，以此作為后工段原料氣進(jìn)一步提濃，后工段的放空氣返回前工段繼續(xù)提濃。
文檔編號(hào)E21B43/295GK101096908SQ200610028178
公開日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者元 敖 申請(qǐng)人:上海標(biāo)氫氣體技術(shù)有限公司