CN101096606A - 一种煤矿瓦斯气低压提浓方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种安全的煤矿瓦斯气低压提浓方法。该方法是：采用2～5个吸附塔，内装2～3种高效的CH4气吸附剂，在小于0.05MPa.G的低压下将煤矿瓦斯气中的CH4气组分吸附下来，在吸附的CH4气饱和后，再通过一次均压过程提高吸附塔内的瓦斯浓度，然后通过抽真空的方式将吸附的CH4气从吸附剂中抽出来，从而获得高浓度的CH4气产品，产品CH4气的最高浓度可以到达60％以上。

Description

一种煤矿瓦斯气低压提浓方法
技术领域
本发明涉及的是一种在低压下，将无法使用的低浓度瓦斯气提浓成便于回收使用的高浓度瓦斯的技术。
背景技术
目前，在国内外公开的专利文献或报道资料中，尚无任何技术可以在低压下将CH4浓度低于30％的低浓度煤矿瓦斯气安全地提浓到30％以上。
而我国目前的煤矿伴生瓦斯气有35％以上都属于浓度低于30％的低浓度瓦斯，这部分瓦斯气由于CH4气浓度低，氧含量高，非常接近于CH4气的***浓度范围或者就在CH4气的***浓度范围内，因此难以直接利用。我国作为产煤大国，瓦斯资源十分丰富，2000米深度以上的煤层中蕴藏有35万亿立方米的瓦斯量，基本与我国的天然气资源量相当，相当于420亿吨标煤，目前我国每年排放瓦斯190亿立方米以上，其中瓦斯抽放量约为15亿立方米，抽排的低浓度瓦斯量超过5亿立方米，这不仅造成了大量能源的浪费，而且由于CH4气是一种强温室气体，因此还造成严重的环保问题。
所以迫切需要一种能安全地将低浓度瓦斯气提浓成高浓度瓦斯的技术，瓦斯气的浓度一旦提浓到30％以上就可以高效地用于瓦斯发电。
发明内容
一种煤矿瓦斯气低压提浓方法，其特征在于，提浓工艺过程为吸附、一次均压降压、抽真空；采用2～5个吸附塔，吸附塔内装2～3种高效的CH4气吸附剂；
a.吸附过程
来自煤矿瓦斯抽取设备的瓦斯气，温度为常温，压力小于0.05MPa.G，直接在低压下进入低压瓦斯提浓装置的吸附塔内，在其中多种CH4气吸附剂的选择吸附下，瓦斯气中的H20和CH4等组分被吸附剂吸附下来，未被吸附的空气组分则从塔顶流出，放空气体中的CH4气含量小于5％；
当被吸附的CH4气传质区前沿到达床层出口时，停止吸附；
b.均压降压过程
吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的CH4气放入其它已完成再生的较低压力吸附塔；
c.抽真空过程
均压过程结束后，逆着吸附方向将被吸附剂吸附的CH4气抽出来，抽出来的产品CH4送产品缓冲罐，产品CH4气的最高浓度可以达到60％。
本发明的技术核心是：在低于0.05MPa.G压力下，也就是利用煤矿瓦斯抽取设备的自然出口压力来进行CH4气的提纯，不需要瓦斯气增压设备，因此就避免了瓦斯气升压所带来的安全隐患。在本发明中，利用高效CH4吸附剂在低压下吸附瓦斯气中的CH4气，最后通过抽真空得到在吸附塔中已经提浓了的CH4气产品。
附图说明
附图1是本发明在2个吸附塔上应用的流程图；
附图2是本发明在3个吸附塔上应用的流程图；
附图3是本发明在4个吸附塔上应用的流程图；
附图4是本发明在5个吸附塔上应用的流程图。
吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C、吸附塔D、吸附塔E、中间缓冲罐V01、真空缓冲罐V02、真空泵P01。
吸附塔A带有1A、2A、3A、4A阀。
吸附塔B带有1B、2B、3B、4B阀。
吸附塔C带有1C、2C、3C、4C阀。
吸附塔D带有1D、2D、3D、4D阀。
吸附塔E带有1E、2E、3E、4E阀。
具体实施例
见附图1～4。
本发明的设备由2～5个装填有CH4气吸附剂的吸附塔、1～2个缓冲罐、真空泵和若干用于切换控制的程控阀组成。具体的工艺过程由吸附、一次均压降压、抽真空、一次均压升压和最终升压等步骤组成。所述吸附塔中的吸附剂为硅胶类、活性碳类或分子筛类吸附剂。
a.吸附过程
来自煤矿瓦斯抽取设备(通常为水环式真空泵)的瓦斯气，温度为常温，压力小于0.05MPa.G，直接在低压下进入低压瓦斯提浓装置的吸附塔A内(以吸附塔A为例描述)。瓦斯气经程控阀1A首先进入吸附塔A，在其中多种CH4气吸附剂的选择吸附下，瓦斯气中的H2O和CH4等组分被吸附剂吸附下来，未被吸附的空气组分则从吸附塔A顶流出，经程控阀2A和压力调节阀PV01稳压后直接高点排空。放空气体中的CH4气含量小于5％。
当被吸附的CH4气传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口时，关掉该吸附塔的进气阀和出口阀，停止吸附。
b.均压降压过程
这是在吸附过程结束后，打开3A阀和其它已经完成抽真空再生过程的低压吸附塔的3号阀(3B或3C或3D或3E)，使处于较高压力的吸附塔A与处于真空压力状态的吸附塔接通，从而自然地将高压吸附塔内的CH4气放入其它已完成再生的较低压力吸附塔中，实现高压吸附塔的降压过程，同时达到回收床层死空间CH4气的目的。有时为了使吸附过程更连续，也可先打开3A阀和KV5阀，将高压吸附塔内的CH4气先回收进中间缓冲罐V01，然后再打开中间缓冲罐的KV5阀和低压吸附塔的3号阀(3B或3C或3D或3E)，将中间缓冲罐V01内回收的CH4气回收进低压吸附塔。
中间缓冲罐V01在这一过程中的作用是：作为均压回收气的中转储存罐使用，在具体的流程设计中无论有无此中间缓冲罐均不影响本专利的实质工艺过程。
c.抽真空过程
这是在均压降压过程结束后，打开4A阀，逆着吸附方向将被吸附剂吸附的CH4抽出来的过程。抽出来的产品CH4气直接送出界区去产品CH4气的储罐或直接使用，产品CH4气的最高浓度可以达到60％。
真空泵P01通过交替从各吸附塔中抽出CH4气获得连续的CH4气产品；对于吸附塔数量较少，以致各吸附塔的抽真空过程不连续的情况，装置内可设置真空缓冲罐V02，在没有任何吸附塔处于抽真空过程时即真空间断期，可打开KV6，用真空泵抽真空缓冲罐，从而使得产品CH4气更加连续。
真空缓冲罐V02在这一过程中的作用是：作为吸附塔抽真空过程间断期间的真空缓冲使用，在具体的流程设计中无论有无此真空缓冲罐均不影响本专利的实质工艺过程。
d.均压升压过程
真空再生过程完成后，再次打开3A阀和其它刚完成吸附过程的高压吸附塔的3号阀(3B或3C或3D或3E)，用来自其它吸附塔的较高压力CH4气对该吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它塔的床层死空间CH4气的过程。
如果流程中设置有中间缓冲罐V01，此时则是同时打开3A和KV5阀，用中间缓冲罐V01内储存的，来自其它吸附塔均压降压过程回收的CH4气，对吸附塔A进行均压升压。
e.最终升压过程
在均压升压过程完成后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，打开2A阀，用排放气将吸附塔压力升至吸附压力。
经这一过程后吸附塔A便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。
2-5个吸附塔交替进行以上的操作即可获得连续的高浓度CH4气产品。所有吸附塔的工作过程与以上以A塔为例描述的过程完全相同。
本发明在实际应用中可以应用于2塔、3塔、4塔、5塔等流程。各种流程操作时，每个吸附塔的具体工艺过程都一样如上所述，不同塔数的流程只是处理能力的大小不同而已。

Claims (4)

1、一种煤矿瓦斯气低压提浓方法，其特征在于，提浓工艺过程为吸附、一次均压降压、抽真空；采用2～5个吸附塔，内装2～3种高效的CH4气吸附剂；
a.吸附过程
来自煤矿瓦斯抽取设备的瓦斯气，温度为常温，压力小于0.05MPa.G，直接在低压下进入低压瓦斯提浓装置的吸附塔内，在其中多种CH4气吸附剂的选择吸附下，瓦斯气中的H2O和CH4气等组分被吸附剂吸附下来，未被吸附的空气组分则从塔顶流出，放空气体中的CH4气含量小于5％；
当被吸附的CH4气传质区前沿到达床层出口时，停止吸附；
b.均压降压过程
吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的CH4气放入其它已完成再生的较低压力吸附塔；
c.抽真空过程
均压过程结束后，逆着吸附方向将被吸附剂吸附的CH4气抽出来，抽出来的产品CH4气送产品缓冲罐，产品CH4气的最高浓度可以达到60％。
2、按照权利要求1所述的一种煤矿瓦斯气低压提浓方法，其特征在于，还带有
d.均压升压过程
在抽真空过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力CH4气对该吸附塔进行升压；
e.最终升压过程
在均压升压过程完成后，用排放气将吸附塔压力升至吸附压力；
经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备；
2-5个吸附塔交替进行以上的操作即可获得连续的高浓度CH4气产品。
3、按照权利要求1或2所述的一种煤矿瓦斯气低压提浓方法，其特征在于，所述吸附塔中的吸附剂为硅胶类、活性碳类或分子筛类吸附剂。
4、按照权利要求3所述的一种煤矿瓦斯气低压提浓方法，其特征在于，具体的CH4气提浓工艺过程由吸附、一次均压降压、抽真空、一次均压升压和最终升压等步骤组成：
a.吸附
温度为常温，压力小于0.05MPa.G的瓦斯气，直接在低压下经进口阀1A进入吸附塔A内，在CH4气吸附剂的选择吸附下，瓦斯气中的H2O和CH4等组分被吸附剂吸附下来；当被吸附的CH4气传质区前沿到达床层出口时，关掉该吸附塔的进气阀和出口阀，停止吸附；
b.均压降压
在吸附过程结束后，将高压吸附塔内的CH4先回收进中间缓冲罐V01，然后再打开中间缓冲罐的KV5阀和低压吸附塔的3号阀，将中间缓冲罐V01内回收的CH4回收进低压吸附塔；未被吸附的空气组分则从吸附塔A顶流出；
c.抽真空
在均压降压过程结束后，打开进口阀4A，通过用真空泵P01对吸附塔逆着吸附方向将被吸附剂吸附的CH4进行抽真空操作得到高浓度的CH4气产品，产品CH4气的最高浓度可以达到60％；对于吸附塔数量较少，以致各吸附塔的抽真空过程不连续的情况，装置内可设置真空缓冲罐V02，在没有任何吸附塔处于抽真空过程时即真空间断期，可打开阀KV6，用真空泵抽真空缓冲罐，从而使得产品CH4气更加连续；
d.均压升压
在抽真空再生过程完成后，再次打开出口阀A3和其它刚完成吸附过程的高压吸附塔的出口阀3号阀，用来自其它吸附塔的较高压力CH4气对该吸附塔进行升压；如果流程中设置有中间缓冲罐V01，此时则是同时打开3A和KV5阀，用中间缓冲罐V01内储存的，来自其它吸附塔均压降压过程回收的CH4气，对吸附塔A进行均压升压；
e.最终升压
在均压升压过程完成后，打开出口阀2A，用排放气将吸附塔压力升至吸附压力；
如采用两个以上吸附塔，各种流程操作时，每个吸附塔的具体工艺过程都如上所述。
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