一种提浓煤矿低浓度瓦斯新工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提浓煤矿低浓度瓦斯中甲烷的工艺方法，具体涉及的是一种以煤矿低浓度瓦斯为原料来提浓甲烷的新工艺，属于气体分离技术领域。
【背景技术】
[0002]甲烷作为清洁高效的绿色能源，在我国能源结构优化中起到重要推动作用。我国一次能源结构具有“富煤贫油少气”特征，资源消耗以煤炭为主(占70%以上)。伴随煤炭开采将副产大量煤层气(俗称瓦斯)，其中埋深2000m以浅煤层气地质资源量约36.8万亿m3，与常规天然气储量相当。据统计，2014年我国煤矿瓦斯抽采量170亿m3，其中井下抽采133亿m3，而70%以上井下抽采的瓦斯中甲烷浓度低于30vol%，有的甚至低于5vol%。由于甲烷浓度低、利用难度大导致瓦斯利用率仅约30%，大量低浓度瓦斯直接排空，造成巨大的资源浪费和环境污染。目前对于该低浓度瓦斯的利用问题较为突出，对提浓技术的需求也极为迫切。若能将这些排空的瓦斯加以富集、提浓，将对常规天然气形成有力补充。
[0003]针对低浓度瓦斯中甲烷的提浓，具备工业应用条件的主要有变压吸附、深冷分离技术，其中深冷分离由于工艺复杂、设备投资大、能耗高，基本上没有经济效益，而变压吸附工艺的操作条件温和、工艺简单、投资小、能耗低，现已成为最经济有效的提浓甲烷技术。专利CN101732946A采用在变压吸附提浓甲烷装置中装填抑爆材料，解决了装置运行安全的问题，其中给出的数据表明随原料气中甲烷含量的降低，产品气中甲烷的含量和回收率均降低，在原料气中甲烷含量为10vol%时，产品气中甲烷含量仅能达到65vol%，专利CN101096606、CN102728179A 等也只能达到 60vol%。专利 104436993A 以 BM-1 和 BM-2 型碳分子筛为吸附剂，采用三级变压吸附将瓦斯气中甲烷的浓度由原料气中的5~20vol%提高至80~90vol%。专利CN101502740、CN102380285A等公开了采用串联吸附提浓瓦斯气中甲烷的工艺，即将两套或两套以上的变压吸附装置串联，以第一套变压吸附装置出来的吸附尾气作为第二套装置的原料气，依次按顺序连通，来降低吸附尾气中的甲烷浓度。该工艺方法需要至少两套变压吸附装置同时运行，无疑极大增加了设备投资和运行成本。
[0004]上述专利中所采用的变压吸附工艺都是常规的变压吸附工艺，只是对工艺作了一些创新性的修改，并未有实质性的技术突破。本发明采用的新工艺是一种从吸附塔中间某位置进料，在塔顶和塔底分别采用轻组分气体(弱吸附组分)、重组分气体(强吸附组分)回流的新的变压吸附工艺过程，与精馏工艺原理类似，采用该新工艺能够同时得到高浓度的轻、重组分产品，且产品回收率高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种提浓煤矿低浓度瓦斯新工艺，该新工艺能直接将煤矿低浓度瓦斯中的甲烷(重组分气体)从含量为3~10vol%直接提浓至60vol%以上，还能从20~30vol%直接提浓至90vol%以上，有效解决了现有常规变压吸附工艺技术的不足。
[0006]为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下: 一种提浓煤矿低浓度瓦斯新工艺，包括以下工艺步骤:
步骤1:第一吸附塔(1)处于低压进料/轻组分回流吸附状态，第二吸附塔(2)处于重组分高压回流吸附状态，原料气从第一吸附塔(1)上的进料位置进入，第一吸附塔(1)底部出来的重组分气(富甲烷气)，经压缩机(3)压缩后进入产品气缓冲罐(4)，将一部分产品气输出，另一部分产品气回流至第二吸附塔(2)，第二吸附塔(2)顶部出来的轻组分气(贫甲烷气)，一部分作为轻组分产品气输出，另一部分回流进入第一吸附塔(1);
步骤2:第一吸附塔(1)和第二吸附塔(2)进行均压，第一吸附塔(1)为均压升，第二吸附塔(2)为均压降；
步骤3:将第二吸附塔(2)压力降至低压，解吸出来的气体利用压缩机(3)压缩后对第一吸附塔(1)进行升压；
步骤4:第一吸附塔(1)处于重组分高压回流吸附状态，第二吸附塔(2)处于低压进料/轻组分回流吸附状态，原料气从第二吸附塔(2)上的进料位置进入，第二吸附塔(2)底部出来的重组分气，经压缩机(3)压缩后进入产品气缓冲罐(4)，将一部分产品气输出，另一部分产品气回流至第一吸附塔(1)，第一吸附塔(1)顶部出来的轻组分气，一部分作为轻组分产品气输出，另一部分回流进入第二吸附塔(2);
步骤5:第一吸附塔(1)和第二吸附塔(2)进行均压，第一吸附塔(1)为均压降，第二吸附塔(2)为均压升；
步骤6:将第一吸附塔(1)压力降至低压，解吸出来的气体利用压缩机(3)压缩后对第二吸附塔(2)进行升压。
[0007]吸附塔的侧面塔体上设置有至少1个进料位置。
[0008]所述进料位置处吸附塔内气体的甲烷含量与原料气的甲烷含量基本相等。
[0009]在一个循环周期内，一个吸附塔处于低压，相应的另一个吸附塔则处于高压。
[0010]所述低压为0.1-0.4MPa。
[0011]所述高压为0.2~0.8MPa。
[0012]所述吸附温度为0~40°C。
[0013]对于煤矿低浓度瓦斯中甲烷的提浓，采用本发明的新型变压吸附工艺方法，具有以下优点:能够直接将煤矿低浓度瓦斯中的甲烷(重组分气体)从含量为3~10vol%直接提浓至60vol%以上，而且还能从20~30vol%直接提浓至90vol%以上，不需要多级常规变压吸附工艺，显著降低投资、运行成本及装置占地。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的工艺流程示意图。
[0015]图中1.第一吸附塔，2.第二吸附塔；3.压缩机；4.缓冲罐。
【具体实施方式】
[0016]下面通过附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
[0017]实施例1
结合图1所示，以甲烷含量为3~10vol%的煤矿瓦斯为原料气进行提浓，具体工艺过程如下: (1)原料气从第一吸附塔1上距塔底30%高度(此位置吸附塔内气体的甲烷含量与原料气的甲烷含量基本相等)的进料位置进入，第一吸附塔1的吸附压力为0.2MPa，第一吸附塔1底部出来的重组分气(富甲烷气)，经压缩机3压缩至0.5MPa后进入产品气缓冲罐4，将一部分产品气输出，另一部分产品气回流至滴二吸附塔2，第二吸附塔2的吸附压力为0.5MPa，吸附塔2顶部出来的轻组分气(贫甲烷气)，一部分作为轻组分产品气输出，另一部分回流进入第一吸附塔1 ;
(2)当重组分产品气(富甲烷气)的甲烷含量低于60vol%时，停止进原料气，将第一吸附塔1和第二吸附塔2进行均压，第一吸附塔1为均压升，第二吸附