一种两段低压法煤层气生产天然气方法

专利名称：一种两段低压法煤层气生产天然气方法
技术领域：
本发明涉及一种两段低压法煤层气生产天然气(高浓度甲烷)的方法。
背景技术：
目前，在国内外公开的专利文献或报道技术资料中，尚无任何技术可以达到在小于 0. 05MPa. G的低压下将CH4浓度低于50%、甚至低至10%的煤层气提浓到甲垸含量大于90%以 上的天然气，同时达到95%以上的甲烷回收率指标。
我国是煤炭生产大国，在煤炭生产中有大量的副产煤层气，其中大部分的CH4含量都低 于50%，有的甚至低至10%，这部分瓦斯气由于CH4气浓度低，氧含量高，因此难以直接利用， 通常大部分都直接放空。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。而我国的天然气需求量巨大且资源严重不足，需要大量进口， 所以迫切需要一种高效、安全的煤层气生产天然气技术。同时为提高该技术的应用范围和效 率，该技术还必须具有能适应低C仏气浓度煤层气(C仏气含量可低于10%)条件，和高CH4 气回收率的特点。

发明内容
本发明的目的是，为解决上述难题而提供一种两段低压法煤层气生产天然气方法，可以
实现将极低CH4气含量(可低于10%)的煤层气提浓到天然气浓度，同时保持极高的CH4气回 收率。
本发明采用两段低压CHi气吸附提浓工段串联循环操作，两个工段之间的工作关系有两 种模式
第一种 一种两段低压法煤层气生产天然气方法，由两个低压CH4气吸附提浓工段串联 循环而成；每个CH,气提浓工段均有2 6个装填有2-3种CH4吸附剂的吸附塔；前工段和后
工段均采用以下真空再生工艺
来自煤层气抽取设备的煤层气，温度为常温，压力小于O.OSMPa.G，首先进入前工段的 吸附塔，在前工段吸附塔中C仏气吸附剂的选择吸附下，煤层气中的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，称为前工段的放空气，前工段的放空气将 作为后工段的原料气继续进行CK气的回收提浓；
然后对前工段吸附塔抽真空，使被吸附在前工段吸附塔内的CH4气再生出来，从而得到 Cm气纯度大于90%的天然气产品；
后工段则以前工段的放空气为原料气，同样是利用后工段吸附塔中装填的CH,气吸附剂 先将前工段放空气中的CH4气吸附下来，然后抽真空获得浓度提高了 2 3倍的中间产品气； 该中间产品气又返回前工段的原料气入口总管，与前工段的原料煤层气混合后循环进行CH4 气的回收提浓,两工段间形成循环提浓。
每个吸附塔的具体工艺过程都如上所述，2-6个吸附塔交替进行以上的操作，即可获得 连续的高浓度C出气天然气产品。
第二种 一种两段低压法煤层气生产天然气方法，由两个低压CH4气吸附提浓工段串联 循环而成；每个CH4气提浓工段均有2 6个装填有2-3种CH4气吸附剂的吸附塔；前工段和 后工段均采用以下真空再生工艺
来自煤层气抽取设备的煤层气，温度为常温，压力小于O.OSMPa.G，首先进入前工段的 吸附塔，在前工段吸附塔中CH4气吸附剂的选择吸附下，煤层气中的H20和CIi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，称为前工段的放空气，前工段的放空气直 接放空
然后对前工段吸附塔抽真空，使吸附的^L气再生出来，从而得到CH4气纯度大于5(m 的中间产品气；
后工段则以前工段的中间产品气为原料气，同样是利用后工段吸附塔中装填的Cli吸附 剂先将前工段放空气中的CH,气吸附下来，抽真空获得浓度大于90%的产品天然气；后工段 的放空气则循环回前工段原料气入口总管，与前工段的原料煤层气混合后再次进行CH4气的 回收提浓，两工段间形成循环提浓； .
每个吸附塔的具体工艺过程都如上所述，2-6个吸附塔交替进行以上的操作，即可获得 连续的高浓度Ch气天然气产品。
本发明的一种两段低压法煤层气生产天然气方法，能在低压下将煤层气中很低浓度的 CH4气提浓到天然气浓度，CH4气浓度达99。/。以上，本发明的两段低压吸附真空再生循环提 浓工艺，可获得极高的CH.，气回收率。


附图1是本发明第一种方法工艺流程图。 附图2是本发明第二种方法工艺流程图。
l吸附塔、2吸附塔、3原料器缓冲罐、4真空泵、5天然气缓冲罐、6放空气缓冲罐、7 中间产品缓冲罐。 具体实施例
本发明有两种方法
实施例l,见附图l:
第一种两段低压法煤层气生产天然气方法，由两个低压C仏气吸附提浓工段串联循环而 成前工段产出产品天然气，后工段提浓后的中间产品返回前工段作原料气。
这种方法每个C仏气提浓工段均由2个装填有2-3种C仏气吸附剂的吸附塔、缓冲罐、 真空泵和若干用于切换控制的程控阀组成。前工段带有原料器缓冲罐3、真空泵4、天然气 缓冲罐5、放空气缓冲罐6:后工段带有真空泵4、中间产品缓冲罐7。吸附塔中的吸附剂为 硅胶类、活性碳类或分子筛类吸附剂。具体如下..
一种两段低压法煤层气生产天然气方法，前工段和后工段均采用以下真空再生工艺
来自煤层气抽取设备(通常为水环式真空泵)的煤层气，温度为常温，压力小于 0.05MPa.G,首先进入前工段的吸附塔，在前工段吸附塔中多种CH4气吸附剂的选择吸附下， 煤层气中的H20和CH4等组分被吸附剂吸附下来，在吸附过程结束后，进行均压降压工艺 使处于较高压力的吸附塔与另一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未被吸附的空气组分则从吸附塔顶 流出；再进行置换提浓工艺用来自产品天然气缓冲罐中的髙浓度CH4气，顺着吸附塔的吸 附方向对吸附塔进行置换，将吸附塔死空间内的空气置换出去；
未被吸附的空气组分则从塔顶流出，称为前工段的放空气，前工段的放空气将作为后工 段的原料气继续进行CH ,气的回收提浓。
被吸附在前工段吸附塔内的CFi气通过均压、置换等工艺后使塔内的CH4气浓度提高到 90%以上，然后用真空泵对前工段吸附塔抽真空，使吸附的CH4气再生出来，从而得到CH4气 纯度大于90%的天然气产品。
后工段则以前工段的放空气为原料气，同样是利用后工段吸附塔中装填的CH4气吸附剂 先将前工段放空气中的CH4气吸附下来，然后再通过均压、置换、抽真空等工艺，从真空泵 出口获得浓度提高了2 3倍的中间产品气，为提高CH4气的回收率，该中间产品气又返回前 工段的原料气入口总管，与前工段的原料煤层气混合后循环进行CH4气的回收提浓。均压降 压工艺在吸附过程结束后，使处于较高压力的吸附塔与另一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气放入其它己完成再生的较低压力吸附塔中；未被吸
附的空气组分则从吸附塔顶流出；后工段置换提浓工艺用来自中间产品缓冲罐中的高浓度 CH4气，顺着吸附塔的吸附方向对吸附塔进行置换，将吸附塔死空间内的空气置换出去。
每个吸附塔的具体工艺过程都如上所述，前、后工段的两个吸附塔交替进行以上的操作，
即可获得连续的高浓度CFi天然气产品。 实施例2，见附图2:
第二种两段低压法煤层气生产天然气方法，由两个低压CH4气吸附提浓工段串联循环而
成；煤层气在前工段初步提纯得到中间产品气，再以中间产品气为后工段的原料提纯出天然 气，后工段的放空气返回前工段作为原料气。
前工段采用中间产品缓冲罐7，其他同实施例l;后工段采用天然气缓冲罐5，其他同
前工段和后工段均采用以下真空再生工艺，具体如下
第二种两段低压法煤层气生产天然气方法，来自煤层气抽取设备(通常为水环式真空泵)
的煤层气，温度为常温，压力小于O.OSMPa.G，首先进入前工段的吸附塔，在前工段吸附塔 中多种CH4气吸附剂的选择吸附下，煤层气中的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，称为前工段的放空气，前工段的放空气直接放空。
被吸附在前工段吸附塔内的CH4气通过均压、置换等工艺，均压降压工艺在吸附过程 结束后，使处于较高压力的吸附塔与另一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；未被吸附的空气组分则从 吸附塔顶流出；再进行置换提浓工艺用来自中间产品缓冲罐中的高浓度CH4气，顺着吸附 塔的吸附方向对吸附塔进行置换，将吸附塔死空间内的空气置换出去；
通过均压、置换等工艺后，使塔内的CH4气浓度提高到5(m以上，然后用真空泵对前工 段吸附塔抽真空，使吸附的CH4气再生出来，从而得到CH4气纯度大于509b的中间产品气。
后工段则以前工段的中间产品气为原料气，同样是利用后工段吸附塔中装填的CH4气吸 附剂先将前工段放空气中的CH4气吸附下来，然后再通过均压、置换、抽真空等步序，从真 空泵出口获得浓度大于90%的产品天然气，为提高CH4气的回收率，后工段的放空气则循环 回前工段原料气入口总管，与前工段的原料煤层气混合后再次进行CH4气的回收提浓。
后工段中的均压降压工艺在吸附过程结束后，使处于较高压力的吸附塔与另一处于真 空压力状态的吸附塔接通，从而自然地将高压吸附塔内的CH,气放入其它己完成再生的较低 压力吸附塔中；未被吸附的空气组分则从吸附塔顶流出；
后工段置换提浓工艺用来自产品天然气缓冲罐中的高浓度CH4气，顺着吸附塔的吸附 方向对吸附塔进行置换，将吸附塔死空间内的空气置换出去。
每个吸附塔的具体工艺过程都如上所述，2-6个吸附塔交替进行以上的操作，即可获得 连续的高浓度CH4气天然气产品。
通过这样的两工段循环吸附提纯设计，就可以实现将极低CH,气含量(可低于10%)的 煤层气提浓到天然气浓度，同时保持极高的CH4气回收率的目的。
权利要求
1、一种两段低压法煤层气生产天然气方法，其特征在于，由两个低压CH4气吸附提浓工段串联循环而成；每个CH4气提浓工段均有2～6个装填有2-3种CH4吸附剂的吸附塔；前工段和后工段均采用以下真空再生工艺来自煤层气抽取设备的煤层气，温度为常温，压力小于0.05MPa.G，首先进入前工段的吸附塔，在前工段吸附塔中CH4气吸附剂的选择吸附下，煤层气中的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塔顶流出，称为前工段的放空气，前工段的放空气将作为后工段的原料气继续进行CH4气的回收提浓；然后对前工段吸附塔抽真空，使被吸附在前工段吸附塔内的CH4气再生出来，从而得到CH4气纯度大于90％的天然气产品；后工段则以前工段的放空气为原料气，同样是利用后工段吸附塔中装填的CH4气吸附剂先将前工段放空气中的CH4气吸附下来，然后抽真空获得浓度提高了2～3倍的中间产品气；该中间产品气又返回前工段的原料气入口总管，与前工段的原料煤层气混合后循环进行CH4气的回收提浓。
2、 按照权利要求1所述的一种两段低压法煤层气生产天然气方法，其特征在于，在前工段吸附过程结束后，被吸附在前工段吸附塔内的CH4气则通过均压降压、置换提浓工艺； 均压降压在吸附过程结束后，使处于较高压力的吸附塔与另一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气放入其它己完成再生的较低压力吸附塔中；未被吸附的空气组分则从吸附塔顶流出；前工段置换提浓用来自产品天然气缓冲罐中的高浓度C仏气，顺着吸附塔的吸附方向对吸附塔进行置换，将吸附塔死空间内的空气置换出去；在后工段吸附过程结束后，被吸附在后工段吸附塔内的CH4气再通过均压降压v置换提浓工艺；均压降压在吸附过程结束后，使处于较高压力的吸附塔与另一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气放入其它己完成再生的较低压力吸附塔中； 未被吸附的空气组分则从吸附塔顶流出；后工段置换提浓用来自中间产品缓冲罐中的高浓度CH4气，顺着吸附塔的吸附方向对 吸附塔进行置换，将吸附塔死空间内的空气置换出去。
3、 一种两段低压法煤层气生产天然气方法，其特征在于，由两个低压CH4气吸附提浓 工段串联循环而成；每个C仏气提浓工段均有2 6个装填有2-3种CH4气吸附剂的吸附塔； 前工段和后工段均采用以下真空再生工艺-来自煤层气抽取设备的煤层气，温度为常温，压力小于O.OSMPa.G，首先进入前工段的 吸附塔，在前工段吸附塔中CH4气吸附剂的选择吸附下，煤层气中的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，称为前工段的放空气，前工段的放空气直 接放空；然后对前工段吸附塔抽真空，使吸附的CH4气再生出来，从而得到CH4气纯度大于5096 的中间产品气；后工段则以前工段的中间产品气为原料气，同样是利用后工段吸附塔中装填的CH4吸附 剂先将前工段放空气中的C仏气吸附下来，抽真空获得浓度大于90%的产品天然气；后工段 的放空气则循环回前工段原料气入口总管，与前工段的原料煤层气混合后再次进行CH4气的 回收提浓。
4、 按照权利要求3所述的一种两段低压法煤层气生产天然气方法，其特征在于，在前 工段吸附过程结束后，被吸附在前工段吸附塔内的CH4气则通过均压降压、置换提浓工艺；均压降压在吸附过程结束后，使处于较高压力的吸附塔与另一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； 未被吸附的空气组分则从吸附塔顶流出；前工段置换提浓用来自中间产品缓冲罐中的高浓度CH4气，顺着吸附塔的吸附方向对 吸附塔进行置换，将吸附塔死空间内的空气置换出去；在后工段吸附过程结束后，被吸附在后工段吸附塔内的CH4气再通过均压降压、置换提 浓工艺；均压降压在吸附过程结束后，使处于较高压力的吸附塔与另一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； 未被吸附的空气组分则从吸附塔顶流出；后工段置换提浓用来自产品天然气缓冲罐中的高浓度CH4气，顺着吸附塔的吸附方向 对吸附塔进行置换，将吸附塔死空间内的空气置换出去。
5、 按照权利要求1或2或3或4所述的一种两段低压法煤层气生产天然气方法，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。
全文摘要
本发明是一种两段低压法煤层气生产天然气方法，能在低压下将极低CH₄气含量煤层气提浓到天然气浓度，达99％以上，保持极高CH₄气回收率。采用两段低压CH₄气吸附提浓工段串联循环操作，每个提浓工段吸附塔内均装2～3种高效CH₄气吸附剂，都在小于0.05MPa.G低压下进行CH₄气提浓，均采用真空再生方式获得高浓度的CH₄气。两工段结构有两种一是前工段通过吸附提浓和真空再生工艺获得高浓度CH₄气产品，同时将前工段放空气作为后工段原料气进一步提纯，后工段提浓后得到较高浓度CH₄气再返回前工段作为前工段原料气循环提浓。二是前工段通过吸附提浓和真空再生工艺获得浓度相对较高CH₄气中间产品，以此作为后工段原料气进一步提浓，后工段的放空气返回前工段继续提浓。
文档编号E21B43/295GK101096908SQ200610028178
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者元 敖 申请人:上海标氢气体技术有限公司