[其他]变压吸附法富集煤矿瓦斯气中甲烷

说明书

本发明是提供一种变压吸附法富集煤矿瓦斯气中甲烷，它是一种从解吸阶段获得产品气的变压吸附法。为了生产高浓度甲烷的产品气，过程中利用部分产品气回流去置换床层，以达到进一步富集床层内甲烷的浓度。为了提高甲烷的提取率，把置换后的排出气作为原料加以回收是必要的。本发明的方法可使低热值的弃之不用的煤矿瓦斯气富集到具有高热值并有广泛用途的富甲烷气体。

本发明是关于利用变压吸附技术将煤矿瓦斯气分离，使得其中甲烷组分得以富集的方法。

煤矿瓦斯气是煤矿的伴生气，每米³煤可产瓦斯气15～30米³，其典型组分如下（以体积百分数表示）：

CH₄ 20-30%

N₂ 50-60%

O₂+Ar 12-18%

H₂O 饱和

由于它的热值仅1700-2600千卡/米³左右，无法利用。若能将它富集，使甲烷浓度提高到35-50%（体积），则其热值约为3000-4300千卡/米³，相当于城市煤气的热值水平，可以利用，但是这种富甲烷产品气中甲烷浓度有限，在工业上应用往往受到限制，如果能将瓦斯气中甲烷富集到80%以上，以达到相当于天然气热值的水平，即热值约为6800-8000千卡/米³，这种高浓度的富甲烷气就可用作化工原料或汽车的内燃机用燃料。

本发明目的在于提供一种能将煤矿瓦斯气富集而得到甲烷浓度为35-96%（体积）的富甲烷产品的变压吸附方法。

本发明另一目的在于提供一种可制高浓度甲烷产品气和高甲烷提取率的变压吸附法。

本发明的其它目的将在下面说明。

众所周知变压吸附法是一种从气体混合物中分离和净化气体的技术。是以吸附剂在高压（吸附压力）下对吸附质的吸附容量大，而在低压（解吸压力）下吸附容量小的特征为依据，由选择吸附和解吸再生二个阶段组成的交替切换循环工艺。早先发展的变压吸附工艺，例如比较具有代表性的是美国专利3430418所介绍的四塔一次均压式变压吸附工艺，它们的特点是在选择吸附阶段气体混合物在吸附压力下通过床层，其中杂质组成被吸附在吸附剂上，同时在气相获得不含杂质的产品组分，即产品组分都是不易被吸附的组分。解吸再生阶段遍常分成三个过程，首先是把停止吸附的塔的压力顺着吸附进行的方向减压，以进一步回收塔内死空间里的产品组分。然后逆着吸附进行的方向减压至常压和在此压力下用一部分产品气冲洗床层，以脱附和清除吸附在吸附剂上的杂质组分。最后用产品气将冲洗完毕的塔加压到吸附压力，以准备再次分离和净化原料气。具体地说，每个塔都必须经历吸附、压力均衡、顺向减压、逆向减压、冲洗、一次充压、二次充压等七个步骤。整个过程是在环境温度下进行，并至少有两个塔组成变压吸附系统，最多的由十至十二个塔组成的系统。最普遍使用的是四塔系统。这种变压吸附工艺在从富氢混合物中提纯氢和从空气中富集氧的领域应用最广。

然而变压吸附法通常所用的几种吸附剂对煤矿瓦斯气中甲烷的吸附能力均比其它组分（除水分外）为强，所要得到的产品组分是易吸附组分，而杂质组分是不易被吸附的组分，这就与典型的变压吸附工艺在实施过程中每一过程的作用和含义完全相反，也就是说在选择吸附阶段吸附剂上吸附的是产品组分，气相释放的是杂质组分即废气，而产品组分是在解吸再生阶段获得，即产品组分是从吸附相获得。本发明又一目的是提供一种在解吸再生阶段获得产品的变压吸附方法，并用这种方法从煤矿瓦斯气中富集甲烷，以获得各种甲烷浓度的富甲烷产品气。