甲烷氣體濃縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種甲燒氣體濃縮方法，設(shè)置有4座W上填充有吸附甲燒氣體的 吸附材料的吸附塔，并且關(guān)于上述吸附塔分別執(zhí)行PSA(變壓吸附；PressureSwing Adsorption)循環(huán)，所述PSA循環(huán)依次重復(fù)W下工序：吸附工序，在大氣壓附近的高壓狀態(tài) 下接受甲燒氣體的供給，將甲燒氣體吸附到上述吸附材料中；均壓（降壓）工序，結(jié)束吸附工 序，將處于高壓狀態(tài)的吸附塔內(nèi)的氣體向更低壓狀態(tài)的其他吸附塔移送，使吸附塔內(nèi)成為 中間壓狀態(tài)；減壓工序，在通過均壓（降壓）工序而使塔內(nèi)壓力下降后，進(jìn)而將上述吸附材料 減壓至低壓狀態(tài)，使吸附在上述吸附材料中的甲燒氣體解吸并將其回收；均壓(升壓）工序， 結(jié)束減壓工序，從處于更高壓狀態(tài)的其他吸附塔內(nèi)接收氣體，使吸附塔內(nèi)成為中間壓狀態(tài)； 和升壓工序，在通過均壓(升壓）工序使塔內(nèi)壓力上升后，進(jìn)而向上述吸附塔內(nèi)供給升壓用 氣體，將上述吸附材料恢復(fù)為能夠選擇性地吸附甲燒氣體的高壓狀態(tài)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在有效利用可燃性氣體的情況下，需要從含有可燃性氣體的原料氣體將空氣等氣 體分離，并將可燃性氣體濃縮至適當(dāng)?shù)臐舛确秶?。提出了各種運(yùn)樣的將可燃性氣體濃縮的 裝置及方法，但是提出有W下發(fā)明：作為含甲燒氣體而W從煤礦產(chǎn)生的氣體(所謂的煤礦氣 體）作為原料氣體，使用吸附材料從該原料氣體中將空氣(主要含有氮、氧、二氧化碳）分離， 將甲燒氣體濃縮而利用。
[0003] 旨P，在專利文獻(xiàn)1中，提出了W下的裝置及方法的發(fā)明：將與氮相比甲燒氣體的吸 附速度非常慢的天然沸石作為吸附材料使用（換言之，使用相對于甲燒氣體優(yōu)先地吸附氮、 氧、二氧化碳的吸附材料)，將煤礦氣體通過壓縮機(jī)等向填充有該吸附材料的吸附塔導(dǎo)入直 到成為預(yù)定壓力，先使煤礦氣體中含有的氧、氮、二氧化碳吸附到吸附塔的近前部(下部)， 使吸附速度慢的甲燒氣體吸附到吸附塔的里部(上部)，再將該甲燒氣體從吸附塔的上部放 出直到成為大氣壓，將甲燒氣體濃縮。
[0004] 由此，能夠使用吸附材料從作為原料氣體的煤礦氣體將空氣分離，將甲燒氣體濃 縮，并將該濃縮的甲燒氣體作為燃料等利用。
[0005]目P，作為PSA循環(huán)，設(shè)想了設(shè)置有控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，所述控制機(jī)構(gòu)依次執(zhí)行：可燃 性氣體吸附工序，利用供給放出機(jī)構(gòu)向吸附塔供給原料氣體并且從吸附塔放出排氣；和可 燃性氣體解吸工序，利用收集機(jī)構(gòu)將解吸的可燃性氣體收集。
[0006] 此外，作為運(yùn)樣的PSA循環(huán)，可W考慮通過進(jìn)行W下兩個均壓工序，將各吸附塔中 的升壓、降壓所需要的能量效率改善，并且提高要濃縮的氣體的回收率：結(jié)束吸附工序并將 處于高壓狀態(tài)的吸附塔內(nèi)的氣體向更低壓狀態(tài)的其他吸附塔移送來使吸附塔內(nèi)成為中間 壓狀態(tài)的均壓工序、和結(jié)束減壓工序并從處于更高壓狀態(tài)的其他吸附塔內(nèi)接收氣體來使吸 附塔內(nèi)成為中間壓狀態(tài)的均壓工序。
[0007] 另外，在本發(fā)明中，在進(jìn)行均壓工序的一對吸附塔中區(qū)別記載了W下兩個均壓工 序：對于使氣體向其他塔移送而使內(nèi)部降壓的吸附塔為均壓（降壓）工序，對于接收來自其 他塔的氣體而使內(nèi)部升壓的吸附塔為均壓(升壓）工序。
[0008] 此外，還在專利文獻(xiàn)2中公開了一種氮?dú)獾臐饪s方法：設(shè)置有4座填充有吸附甲 燒氣體及氮的吸附材料的吸附塔，關(guān)于上述吸附塔分別執(zhí)行PSA循環(huán)，所述PSA循環(huán)進(jìn)行： 吸附工序，接受含氮甲燒氣體的供給，將甲燒氣體吸附到上述吸附材料中并且將氮?dú)饣厥眨?均壓（降壓）工序，結(jié)束吸附工序，將處于高壓狀態(tài)的吸附塔內(nèi)的氣體向更低壓狀態(tài)的其他 吸附塔移送，使吸附塔內(nèi)成為中間壓狀態(tài)；減壓工序，在通過均壓（降壓）工序使塔內(nèi)壓力下 降后，進(jìn)而將上述吸附材料減壓至低壓狀態(tài)，使吸附在上述吸附材料中的甲燒氣體解吸；均 壓(升壓）工序，結(jié)束減壓工序，從處于更高壓狀態(tài)的其他吸附塔內(nèi)接收氣體，使吸附塔內(nèi)成 為中間壓狀態(tài)；和升壓工序，在通過均壓(升壓）工序使塔內(nèi)壓力上升后，進(jìn)而向上述吸附塔 內(nèi)供給升壓用氣體，將上述吸附材料恢復(fù)為能夠選擇性地吸附甲燒氣體的高壓狀態(tài)，在該 情況下，作為上述中間壓狀態(tài)而設(shè)定吸附塔內(nèi)壓力不同的兩個壓力狀態(tài)，作為上述均壓（降 壓）工序，包含：初級均壓（降壓）工序，將高壓狀態(tài)的吸附塔內(nèi)的氣體向比該吸附塔低壓的 中間壓狀態(tài)的其他吸附塔移送，使吸附塔內(nèi)的壓力成為高壓側(cè)的中間壓狀態(tài)；和最終均壓 (降壓）工序，將處于比低壓狀態(tài)高壓的上述高壓側(cè)的中間壓狀態(tài)的吸附塔內(nèi)的氣體向低壓 狀態(tài)的其他吸附塔移送，使吸附塔內(nèi)的壓力成為低壓側(cè)的中間壓狀態(tài)，上述均壓(升壓）工 序包含：初級均壓(升壓）工序，將上述高壓側(cè)的中間壓狀態(tài)的吸附塔內(nèi)的氣體接收到低壓 狀態(tài)的吸附塔內(nèi)，使吸附塔內(nèi)的壓力成為低壓側(cè)的中間壓狀態(tài)；和最終均壓(升壓）工序，將 高壓狀態(tài)的其他吸附塔內(nèi)的氣體接收到上述低壓側(cè)的中間壓狀態(tài)的吸附塔內(nèi)，使吸附塔內(nèi) 的壓力成為高壓側(cè)的中間壓狀態(tài)。
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開昭58 - 198591號公報 專利文獻(xiàn)2 :日本特表平02 - 503553號公報(特別是圖3)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 上述專利文獻(xiàn)2所公開的技術(shù)是用來將沒有被吸附材料吸附的氮?dú)饣厥盏募夹g(shù)， 但也是將在減壓工序中被吸附的甲燒氣體回收的技術(shù)，所W可W理解的是，不論在煤礦氣 體中是否含有氮，都能夠作為將煤礦氣體中的甲燒氣體濃縮的技術(shù)利用。
[0011] 但是，上述技術(shù)由于是將沒有被吸附材料吸附的氮?dú)饣厥盏募夹g(shù)，所W在將被吸 附材料吸附的甲燒回收的情況下，關(guān)于被回收的甲燒的回收率及濃度沒有探討，特別是關(guān) 于為了使回收的甲燒的濃度提高而應(yīng)該如何應(yīng)用專利文獻(xiàn)2所公開的技術(shù)，關(guān)于運(yùn)轉(zhuǎn)條件 等各種參數(shù)，與回收的甲燒濃度的關(guān)系都不清楚，所W難W簡單地找到適合的條件，關(guān)于是 否真正能夠應(yīng)用還有疑問。
[0012] 于是，本發(fā)明鑒于上述情況，目的是提供一種在通過PSA將甲燒氣體濃縮的情況 下能夠使甲燒濃度進(jìn)一步提高的甲燒氣體濃縮方法。 陽〇1引〔結(jié)構(gòu)U 用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的甲燒氣體濃縮方法的特征結(jié)構(gòu)在于W下方面，一種甲燒 氣體濃縮方法，，設(shè)置有4座W上填充有吸附材料的吸附塔，所述吸附材料吸附含甲燒氣體 中的甲燒氣體，并且關(guān)于上述吸附塔分別執(zhí)行變壓吸附循環(huán)，所述變壓吸附循環(huán)依次重復(fù)： 吸附工序，在大氣壓附近的高壓狀態(tài)下從吸附塔下部接受含甲燒氣體的供給，將甲燒氣體 吸附到上述吸附材料中，并且將W空氣為主要成分的廢氣從吸附塔上部放出；均壓（降壓） 工序，結(jié)束吸附工序，將處于高壓狀態(tài)的吸附塔內(nèi)的氣體向更低壓狀態(tài)的其他吸附塔移送， 使吸附塔內(nèi)成為中間壓狀態(tài)；減壓工序，在通過均壓（降壓）工序而使塔內(nèi)壓力下降后，進(jìn)而 將上述吸附材料減壓至低壓狀態(tài)，使吸附在上述吸附材料中的甲燒氣體解吸并從吸附塔下 部將其回收；均壓(升壓）工序，結(jié)束減壓工序，從處于更高壓狀態(tài)的其他吸附塔內(nèi)接受氣 體，使吸附塔內(nèi)成為中間壓狀態(tài)；升壓工序，在通過均壓(升壓）工序使塔內(nèi)壓力上升后，進(jìn) 而從吸附塔上部向上述吸附塔內(nèi)供給升壓用空氣，將上述吸附材料恢復(fù)為能夠選擇性地吸 附甲燒氣體的高壓狀態(tài)，其中，上述吸附材料具有在大氣壓附近的高壓狀態(tài)下選擇性地吸 附空氣中含有的甲燒氣體并在低壓狀態(tài)下使所吸附的甲燒氣體解吸的特性，并且具有在使 甲燒氣體解吸時使空氣優(yōu)先地解吸的特性，作為上述中間壓狀態(tài)，設(shè)定了吸附塔內(nèi)壓力不 同的多個壓力狀態(tài)，作為上述均壓（降壓）工序，包含：初級均壓（降壓）工序，將高壓狀態(tài)的 吸附塔內(nèi)的氣體向比該吸附塔低壓的中間壓狀態(tài)的其他吸附塔移送，使吸附塔內(nèi)的壓力成 為高壓側(cè)的中間壓狀態(tài)；和最終均壓（降壓）工序，將處于比低壓狀態(tài)高壓的上述高壓側(cè)的 中間壓狀態(tài)的吸附塔內(nèi)的氣體向低壓狀態(tài)的其他吸附塔移送，使吸附塔內(nèi)的壓力成為低壓 側(cè)的中間壓狀態(tài)，上述均壓(升壓）工序包含：初級均壓(升壓）工序，將上述高壓側(cè)的中間壓 狀態(tài)的吸附塔內(nèi)的氣體接收到低壓狀態(tài)的吸附塔內(nèi)，使吸附塔內(nèi)的壓力成為低壓側(cè)的中間 壓狀態(tài)；和最終均壓(升壓）工序，將高壓狀態(tài)的其他吸附塔內(nèi)的氣體接收到低壓側(cè)的中間 壓狀態(tài)的吸附塔內(nèi)，使吸附塔內(nèi)的壓力成為高壓側(cè)的中間壓狀態(tài)，從進(jìn)行上述均壓（降壓） 工序的吸附塔向進(jìn)行上述均壓(升壓）工序的吸附塔，從吸附塔上部跨越吸附塔上部地移送 氣體。
[0014] 〔作用效果U 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于具備上述現(xiàn)有的可燃性氣體濃縮裝置的基本結(jié)構(gòu)，所W使甲燒氣 體吸附在上述吸附塔中，通過依次進(jìn)行吸附工序和解吸工序，能夠進(jìn)行甲燒氣體的濃縮。
[0015] 在上述結(jié)構(gòu)中，吸附材料具有在大氣壓附近的高壓狀態(tài)下選擇性地吸附空氣中含 有的甲燒氣體且使所吸附的甲燒氣體在低壓狀態(tài)下解吸的特性，并且具有當(dāng)在低壓狀態(tài)下 使甲燒氣體解吸時使甲燒氣體W外的氣體優(yōu)先地解吸的特性。即，具有運(yùn)樣的特征：在使甲 燒氣體解吸時，在解吸開始初期，與甲燒氣體相比空氣優(yōu)先地開始解吸，但隨著繼續(xù)解吸操 作，甲燒氣體的解吸比例增加。
[0016] 因此，如果在吸附工序后進(jìn)行初級均壓（降壓）工序，則在供給到吸附塔中的氣體 中，首先將在吸附塔內(nèi)沒有填充有吸附材料的空間的氣體及未吸附到吸附材料中的氣體優(yōu) 先地從吸附塔排出。運(yùn)里，由于對吸附塔從吸附塔下部供給甲燒氣體并且將廢氣從吸附塔 上部放出，所W該吸附塔內(nèi)的吸附在吸附材料中的甲燒濃度成為越靠下部越濃而越靠上部 越淡的狀態(tài)。因此，在均壓工