專利名稱：一種低壓下由煤層氣生產(chǎn)天然氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低壓下由煤層氣生產(chǎn)天然氣(高濃度甲烷)的方法。
背景技術(shù)：
目前,在國內(nèi)外公開的專利文獻(xiàn)或報道技術(shù)資料中，尚無任何技術(shù)可以在小于O. 05MPa.G 的低壓下將QV濃度低于50%的煤層氣提濃到甲烷含量大于90%以上，達(dá)到民用和工業(yè)天然氣 標(biāo)準(zhǔn)。
我國是煤炭生產(chǎn)大國，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%,這部分瓦斯氣由于CH4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，而且由于CH4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 能安全地用煤層氣生產(chǎn)天然氣的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種安全的低壓下由煤層氣生產(chǎn)天然氣(高濃度甲垸)的方法。
一種低壓下由煤層氣生產(chǎn)天然氣的方法
吸附過程
采用2 6個吸附塔，吸附塔內(nèi)裝2 3種高效的CH4吸附劑，來自煤層氣抽取設(shè)備的瓦 斯氣，溫度為常溫，壓力小于O.OSMPa.G，直接在低壓下進(jìn)入低壓煤層氣瓦斯提濃裝置的吸 附塔內(nèi)；在其中CH4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， 未被吸附的空氣組分則從塔頂流出，直接高點排空；
當(dāng)被吸附的CH4傳質(zhì)區(qū)前沿到達(dá)床層出口時，停止吸附；
抽真空過程
通過抽真空的方式將吸附的CH4從吸附劑中抽出來，從而獲得高濃度的CH4產(chǎn)品，產(chǎn)品 (^4的最高濃度可以到達(dá)99%;
2-6個吸附塔交替進(jìn)行以上的操作即可獲得連續(xù)的天然氣。
本發(fā)明的技術(shù)核心是在低于0.05MPa，G壓力下，也就是利用煤層氣抽取設(shè)備的自然 出口壓力先將煤層氣中的CH,吸附下來，然后再利用CH4產(chǎn)品真空泵出口的自然壓力，在低 壓下將產(chǎn)品CH.,返回吸附塔進(jìn)行置換操作，使得吸附塔內(nèi)的CIV濃度大幅度提高，02含量大本 降低，達(dá)到天然氣的標(biāo)準(zhǔn)。最后通過抽真空得到在吸附塔中已經(jīng)提濃了的CH4，獲得天然氣 產(chǎn)品。從煤礦瓦斯真空抽取設(shè)備到瓦斯氣低壓提濃吸附塔之間無任何增壓設(shè)備；


附圖1是本發(fā)明在2個吸附塔上應(yīng)用的流程圖； 附圖2是本發(fā)明在3個吸附塔上應(yīng)用的流程圖； 附圖3是本發(fā)明在4個吸附塔上應(yīng)用的流程圖； 附圖4是本發(fā)明在5個吸附塔上應(yīng)用的流程圖。 附圖5是本發(fā)明在6個吸附塔上應(yīng)用的流程圖。
吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C、吸附塔D、吸附塔E、中間緩沖罐VOl、真空緩沖罐V02、 產(chǎn)品緩沖罐V03，真空泵POl。
吸附塔A帶有1A、2A、3A、4A、5A閥。
吸附塔B帶有1B、2B、3B、4B、5B閥。
吸附塔C帶有1C、2C、3C、4C、5C閥。
吸附塔D帶有1D、2D、3D、4D、5D閥。
吸附塔E帶有1E、2E、3E、4E、5E閥。
吸附塔F帶ff l卩、2F、3F7、4「、5F闊。
具體實施例-
本發(fā)明的設(shè)備由2 6個裝填有CH4吸附劑的吸附塔、1 3個緩沖罐、真空泵和若干用' 于切換控制的程控閥組成。吸附塔中的吸附劑為硅膠類、活性碳類或分子篩類吸附劑。
具體的CH4提濃工藝過程由吸附、均壓降壓、置換提濃、抽真空和最終升壓等步驟組成。 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。
a. 吸附過程
來自煤層氣抽取設(shè)備(通常為水環(huán)式真空泵)的瓦斯氣，溫度為常溫，壓力小于 0.05MPa.G，直接在低壓下進(jìn)入低壓瓦斯提濃裝置的吸附塔A內(nèi)(以A塔為例介紹)。瓦斯 氣經(jīng)程控閥1A首先進(jìn)入吸附塔，在其中多種CH4吸附劑的選擇吸附下，瓦斯氣中的H20和CH4 等組分被吸附劑吸附下來，未被吸附的空氣組分則從塔頂流出，經(jīng)程控閥2A和壓力調(diào)節(jié)閥 PV01穩(wěn)壓后直接高點排空。放空氣體中的CH4含量小于5%。
當(dāng)被吸附的CH4傳質(zhì)區(qū)前沿(稱為吸附前沿)到達(dá)床層出口時，關(guān)掉該吸附塔的進(jìn)氣閥和 出口閥，停止吸附。
b. 均壓降壓過程
這是在吸附過程結(jié)束后，打開3A閥和其它已經(jīng)完成抽真空再生過程的低壓吸附塔的3 號閥(3B或3C或3D'或3E)，使處于較高壓力的吸附塔A與處于真空壓力狀態(tài)的吸附塔接通, 從而自然地將高壓吸附塔內(nèi)的CH4放入其它己完成再生的較低壓力吸附塔中，實現(xiàn)高壓吸附 塔的降壓過程，同時達(dá)到回收床層死空間CH4的目的。有時為了使吸附過程更連續(xù)，也可 先打開3A閥和KV7閥，將高壓吸附塔內(nèi)的CH4先回收進(jìn)中間緩沖罐VOl，然后再打開中間緩 沖罐的KV7閥和低壓吸附塔的3號閥(3B或3C或3D或3E)，將中間緩沖罐V01內(nèi)回收的CH4 回收進(jìn)低壓吸附塔。
中間緩沖罐V01在這一過程中的作用是作為均壓回收氣的中轉(zhuǎn)儲存罐使用，在具體 的流程設(shè)計中無論有無此中間緩沖罐均不影響本方法的實質(zhì)工藝過程。
c. 置換提濃過程
在吸附劑吸附CH4飽和后，打開5A閥，再用來自產(chǎn)品緩沖罐中的低壓、高濃度CH"氣 經(jīng)過調(diào)節(jié)閥PV02調(diào)節(jié)后，通入吸附塔，順著吸附塔的吸附方向，將吸附塔死空間內(nèi)的空氣 置換出去；置換出的氣體從3A閥排出，這些置換排放氣可以通過閥KV6直接放空，可以通 過KV7進(jìn)入中間緩沖罐V01，再通過其它吸附塔的3號閥回收進(jìn)其它吸附塔中，或者不設(shè)中 間緩沖罐VOl，直接通過其它吸附塔的3號閥回收進(jìn)其它吸附塔，也可通過KV8閥回收進(jìn)入 原料氣。置換過程的目的是大幅度提高所置換吸附塔內(nèi)的C仏濃度，不同的排放氣處理方式 僅僅影響CH4的回收率，但都能達(dá)到大幅度提高吸附塔內(nèi)CH4濃度的目的。用于置換的CH4 氣直接來自真空泵出口的產(chǎn)品緩沖罐，其壓力低于O.OSMPa.G，置換氣不需要額外的加壓設(shè) 備。
d. 抽真空過程 '
這是在置換提濃過程結(jié)束后，打開4A閥，逆著吸附方向用真空泵將被吸附劑吸附的CH4 抽出來。抽出來的產(chǎn)品CH4送產(chǎn)品緩沖罐V03，產(chǎn)品(:仏的最高濃度可以達(dá)到99%,各項指標(biāo) 可達(dá)到天然氣標(biāo)準(zhǔn)。
真空泵通過交替從各吸附塔中抽出CH4獲得連續(xù)的CH4產(chǎn)品，對于吸附塔數(shù)量較少， 以致各吸附塔的抽真空過程不連續(xù)的情況，可設(shè)置真空緩沖罐V02，在沒有任何吸附塔處于 抽真空過程時即真空間斷期，可打開KV9，用真空泵抽真空緩沖罐，從而使得產(chǎn)品CH4更加 連續(xù)。
真空緩沖罐V02在這一過程中的作用是作為吸附塔抽真空過程間斷期間的真空緩沖 使用，在具體的流程設(shè)計中無論有無此真空緩沖罐均不影響本方法的實質(zhì)工藝過程。
e. 最終升壓過程
在抽真空過程完成后，為了使吸附塔可以平穩(wěn)地切換至下一次吸附并保證產(chǎn)品純度在 這一過程中不發(fā)生波動，打開2A閥，用排放氣將吸附塔壓力升至吸附壓力。也可以在此步 驟前增加均壓升壓步驟先將吸附塔A的3號閥門與其它處于低壓的吸附塔的3號閥打開， 使兩個壓力不同的吸附塔接通，處于相對高壓狀態(tài)的A塔中的部分CH4將自動進(jìn)入低壓的C 塔中被回收。
經(jīng)過上述過程后，吸附塔便完成了一個完整的"吸附-再生"循環(huán)，又為下一次吸附 做好了準(zhǔn)備。
2-6個吸附塔交替進(jìn)行以上的操作即可獲得連續(xù)的天然氣(高濃度CFU產(chǎn)品。 本發(fā)明在實際應(yīng)用中可以應(yīng)用于2塔、3塔、4塔、5塔、6塔等流程。各種流程操作時, 每個吸附塔的具體工藝過程都一樣如上所述，不同塔數(shù)的流程只是處理能力的大小和獲得的 CH4回收率不同而己。
權(quán)利要求
1、一種低壓下由煤層氣生產(chǎn)天然氣的方法，其特征在于，工藝過程由吸附、置換提濃、抽真空等步驟組成；吸附過程采用2～6個吸附塔，吸附塔內(nèi)裝2～3種高效的CH4吸附劑，來自煤層氣抽取設(shè)備的瓦斯氣，溫度為常溫，壓力小于0.05MPa.G，直接在低壓下進(jìn)入低壓煤層氣瓦斯提濃裝置的吸附塔內(nèi)；在其中CH4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，未被吸附的空氣組分則從塔頂流出，直接高點排空；當(dāng)被吸附的CH4傳質(zhì)區(qū)前沿到達(dá)床層出口時，停止吸附；抽真空過程通過抽真空的方式將吸附的CH4從吸附劑中抽出來，從而獲得高濃度的CH4產(chǎn)品，產(chǎn)品CH4的最高濃度可以到達(dá)99％；2-6個吸附塔交替進(jìn)行以上的操作即可獲得連續(xù)的天然氣。
2、 按照權(quán)利要求l所述的一種低壓下由煤層氣生產(chǎn)天然氣的方法，其特征在于，在吸 附過程后，為置換提濃過程吸附過程結(jié)束后，用低壓、高濃度CH4，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；經(jīng)過置換提濃過程后的吸附塔內(nèi)的總CH,濃度即可達(dá)到90% 99%; ' 所述的置換氣在置換完吸附塔后，可以直接排放，也可再次進(jìn)入其它吸附塔，或者返回 裝置入口回收。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的一種低壓下由煤層氣生產(chǎn)天然氣的方法，其特征在于，還帶有最終升壓過程 在抽真空過程完成后，用排放氣將吸附塔壓力升至吸附壓力。
4、 按照權(quán)利要求1或2所述的一種低壓下由煤層氣生產(chǎn)天然氣的方法，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。
5、 按照權(quán)利要求3所述的一種低壓下由煤層氣生產(chǎn)天然氣的方法，其特征在于，具體的CH4提濃工藝過程由吸附、均壓降壓、置換提濃、抽真空和最終升壓等步驟組成a.吸附過程來自煤層氣抽取設(shè)備的瓦斯氣，溫度為常溫，壓力小于O.OSMPa.G,直接在低壓下進(jìn)入 低壓煤層氣瓦斯提濃裝置的吸附塔A內(nèi)，煤層氣經(jīng)程控閥1A首先進(jìn)入吸附塔A，在其中多 種CH4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，未被吸附的空 氣組分則從吸附塔A頂流出，經(jīng)程控閥2A和壓力調(diào)節(jié)閥PV01穩(wěn)壓后直接高點排空； 當(dāng)被吸附的CFU專質(zhì)區(qū)前沿到達(dá)床層出口時，關(guān)掉該吸附塔的進(jìn)氣閥和出口閥、停止吸附；b. 均壓降壓過程在吸附過程結(jié)束后，打開3A閥和其它己經(jīng)完成抽真空再生過程的低壓吸附塔的3號闔， 使處于較高壓力的吸附塔A與處于真空壓力狀態(tài)的吸附塔接通，從而自然地將高壓吸附塔內(nèi) 的CH4放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔中，實現(xiàn)高壓吸附塔的降壓過程；c. 置換提濃過程在吸附劑吸附CH4飽和后，打開5A閥，再用來自產(chǎn)品緩沖罐中的低壓、高濃度C仏氣經(jīng) 過調(diào)節(jié)閥PV02調(diào)節(jié)后，通入吸附塔，順著吸附塔的吸附方向?qū)⑽剿揽臻g內(nèi)的空氣置換 出去；置換出的氣體從3A閥排出，這些置換排放氣可以通過閥KV6直接放空； 可以通過KV7進(jìn)入中間緩沖罐V01,再通過其它吸附塔的3號閥回收進(jìn)其它吸附塔中； 或者不設(shè)中間緩沖罐VOl，直接通過其它吸附塔的3號閥回收進(jìn)其它吸附塔； 也可通過KV8閥回收進(jìn)入原料氣；經(jīng)過置換提濃過程后的吸附塔內(nèi)的總C比濃度即可達(dá)到90% 99%;d. 抽真空過程在置換提濃過程結(jié)束后，'打開4A閥，逆著吸附方向?qū)⒈晃絼┧降腃H4抽出來； 抽出來的產(chǎn)品CH4送產(chǎn)品CH4緩沖罐，產(chǎn)品CH4的最高濃度可以達(dá)到99%;真空泵通過交替從各吸附塔中抽出高濃度CH4獲得連續(xù)的達(dá)到天然氣標(biāo)準(zhǔn)的CH,產(chǎn)品， 對于吸附塔數(shù)量較少，以致各吸附塔的抽真空過程不連續(xù)的情況，裝置內(nèi)可設(shè)置真空緩沖罐 V02，在沒有任何吸附塔處于抽真空過程時即真空間斷期，可打開KV9，用真空泵抽真空緩沖 罐V02，從而使得產(chǎn)品CH4氣更加連續(xù)；e. 最終升壓過程在抽真空過程完成后，打開2A閥，用排放氣將吸附塔壓力升至吸附壓力； 也可以在此步驟前增加均壓升壓步驟先將吸附塔A的3號閥門與其它處于低壓的吸附塔的3號閾打開，使兩個壓力不同的吸附塔接通，處于相對高壓狀態(tài)的A塔中的部分CH4將自動進(jìn)入低壓的C塔中被回收；經(jīng)這一過程后吸附塔便完成了一個完整的"吸附-再生"循環(huán)，又為下一次吸附做好了準(zhǔn)備；2-6個吸附塔交替進(jìn)行以上的操作即可獲得連續(xù)的天然氣。
全文摘要
一種低壓下由煤層氣生產(chǎn)天然氣的方法采用2～6個吸附塔，內(nèi)裝2～3種高效的CH₄吸附劑，在小于0.05MPa.G的低壓下將煤層氣中的CH₄組分吸附下來，在吸附劑吸附CH₄飽和后，再用來自產(chǎn)品CH₄緩沖罐中的低壓、高濃度CH₄，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，通過這樣的置換過程使得吸附塔內(nèi)的瓦斯?jié)舛却蠓忍岣?，最后再通過抽真空的方式將吸附的CH₄從吸附劑中抽出來，從而獲得高濃度的CH₄產(chǎn)品，產(chǎn)品CH₄的最高濃度可以到達(dá)99％，完全可以達(dá)到天然氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號E21B43/295GK101096907SQ20061002817
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者元 敖 申請人:上海標(biāo)氫氣體技術(shù)有限公司