CN101096907B - 一种低压下由煤层气生产天然气的方法 - Google Patents
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Abstract
一种低压下由煤层气生产天然气的方法：采用2～6个吸附塔，内装2～3种高效的CH 4吸附剂，在小于0.05MPa.G的低压下将煤层气中的CH 4组分吸附下来，在吸附剂吸附CH 4饱和后，再用来自产品CH 4缓冲罐中的低压、高浓度CH 4，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，通过这样的置换过程使得吸附塔内的瓦斯浓度大幅度提高，最后再通过抽真空的方式将吸附的CH 4从吸附剂中抽出来，从而获得高浓度的CH 4产品，产品CH 4的最高浓度可以到达99％，完全可以达到天然气的质量标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种低压下由煤层气生产天然气(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，尚无任何技术可以在小于0.05MPa.G的低压下将CH4浓度低于50％的煤层气提浓到甲烷含量大于90％以上，达到民用和工业天然气标准。
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％，这部分瓦斯气由于CH4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，所以迫切需要一种能安全地用煤层气生产天然气的技术。
发明内容
本发明的目的是，提供一种安全的低压下由煤层气生产天然气(高浓度甲烷)的方法。
一种低压下由煤层气生产天然气的方法：
吸附过程：
采用2～6个吸附塔，吸附塔内装2～3种高效的CH4吸附剂，来自煤层气抽取设备的瓦斯气，温度为常温，压力小于0.05MPa.G，直接在低压下进入低压煤层气瓦斯提浓装置的吸附塔内；在其中CH4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，直接高点排空；
当被吸附的CH4传质区前沿到达床层出口时，停止吸附；
抽真空过程
通过抽真空的方式将吸附的CH4从吸附剂中抽出来，从而获得高浓度的CH4产品，产品CH4的最高浓度可以到达99％；
2-6个吸附塔交替进行以上的操作即可获得连续的天然气。
本发明的技术核心是：在低于0.05MPa.G压力下，也就是利用煤层气抽取设备的自然出口压力先将煤层气中的CH4吸附下来，然后再利用CH4产品真空泵出口的自然压力，在低压下将产品CH4返回吸附塔进行置换操作，使得吸附塔内的CH4浓度大幅度提高，O2含量大大降低，达到天然气的标准。最后通过抽真空得到在吸附塔中已经提浓了的CH4，获得天然气产品。从煤矿瓦斯真空抽取设备到瓦斯气低压提浓吸附塔之间无任何增压设备：
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。
附图5是本发明在6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VO1、真空缓冲罐VO2、产品缓冲罐VO3，真空泵PO1。
吸附塔A带有1A、2A、3A、4A、5A阀。
吸附塔B带有1B、2B、3B、4B、5B阀。
吸附塔C带有1C、2C、3C、4C、5C阀。
吸附塔D带有1D、2D、3D、4D、5D阀。
吸附塔E带有1E、2E、3E、4E、5E阀。
吸附塔F带有1F、2F、3F、4F、5F阀。
具体实施例：
本发明的设备由2～6个装填有CH4吸附剂的吸附塔、1～3个缓冲罐、真空泵和若干用于切换控制的程控阀组成。吸附塔中的吸附剂为硅胶类、活性碳类或分子筛类吸附剂。
具体的CH4提浓工艺过程由吸附、均压降压、置换提浓、抽真空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
来自煤层气抽取设备(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A塔为例介绍)。瓦斯气经程控阀1A首先进入吸附塔，在其中多种CH4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塔顶流出，经程控阀2A和压力调节阀PVO1稳压后直接高点排空。放空气体中的CH4含量小于5％。
当被吸附的CH4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的目的。有时为了使吸附过程更连续，也可先打开3A阀和KV7阀，将高压吸附塔内的CH4先回收进中间缓冲罐VO1，然后再打开中间缓冲罐的KV7阀和低压吸附塔的3号阀(3B或3C或3D或3E)，将中间缓冲罐VO1内回收的CH4回收进低压吸附塔。
中间缓冲罐VO1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方法的实质工艺过程。
C.置换提浓过程
在吸附剂吸附CH4饱和后，打开5A阀，再用来自产品缓冲罐中的低压、高浓度CH44气经过调节阀PVO2调节后，通入吸附塔，顺着吸附塔的吸附方向，将吸附塔死空间内的空气置换出去；置换出的气体从3A阀排出，这些置换排放气可以通过阀KV6直接放空，可以通过KV7进入中间缓冲罐VO1，再通过其它吸附塔的3号阀回收进其它吸附塔中，或者不设中间缓冲罐VO1，直接通过其它吸附塔的3号阀回收进其它吸附塔，也可通过KV8阀回收进入原料气。置换过程的目的是大幅度提高所置换吸附塔内的CH4浓度，不同的排放气处理方式仅仅影响CH4的回收率，但都能达到大幅度提高吸附塔内CH4浓度的目的。用于置换的CH4气直接来自真空泵出口的产品缓冲罐，其压力低于0.05MPa.G，置换气不需要额外的加压设备。
d.抽真空过程
这是在置换提浓过程结束后，打开4A阀，逆着吸附方向用真空泵将被吸附剂吸附的CH4抽出来。抽出来的产品CH4送产品缓冲罐VO3，产品CH4的最高浓度可以达到99％，各项指标可达到天然气标准。
真空泵通过交替从各吸附塔中抽出CH4获得连续的CH4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，可设置真空缓冲罐VO2，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KV9，用真空泵抽真空缓冲罐，从而使得产品CH4更加连续。
真空缓冲罐VO2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方法的实质工艺过程。
e.最终升压过程
在抽真空过程完成后，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。也可以在此步骤前增加均压升压步骤：先将吸附塔A的3号阀门与其它处于低压的吸附塔的3号阀打开，使两个压力不同的吸附塔接通，处于相对高压状态的A塔中的部分CH4将自动进入低压的C塔中被回收。
经过上述过程后，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。
2-6个吸附塔交替进行以上的操作即可获得连续的天然气(高浓度CH4)产品。
本发明在实际应用中可以应用于2塔、3塔、4塔、5塔、6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和获得的CH4回收率不同而已。
Claims (4)
1.一种低压下由煤层气生产天然气的方法，其特征在于，工艺过程由吸附、置换提浓、和抽真空步骤组成；
吸附过程
采用2～6个吸附塔，吸附塔内装2～3种高效的CH4吸附剂，来自煤层气抽取设备的瓦斯气，温度为常温，压力小于0.05MPa.G，直接在低压下进入低压煤层气瓦斯提浓装置的吸附塔内；在其中CH4吸附剂的选择吸附下，煤层气中的H2O和CH4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，直接高点排空；
当被吸附的CH4传质区前沿到达床层出口时，停止吸附；
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；
在吸附过程后，为置换提浓过程：
吸附过程结束后，用低压、高浓度CH4，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；
经过置换提浓过程后的吸附塔内的总CH4浓度即可达到90％～99％；
抽真空过程
通过抽真空的方式将吸附的CH4从吸附剂中抽出来，从而获得高浓度的CH4产品，产品CH4的最高浓度可以到达99％；
2-6个吸附塔交替进行以上的操作即可获得连续的天然气。
2.按照权利要求1所述的一种低压下由煤层气生产天然气的方法，其特征在于，
置换出的气体在置换完吸附塔后，可以直接排放，也可再次进入其它吸附塔，或者返回装置入口回收。
3.按照权利要求1或2所述的一种低压下由煤层气生产天然气的方法，其特征在于，还带有最终升压过程：
在抽真空过程完成后，用排放气将吸附塔压力升至吸附压力。
4.按照权利要求3所述的一种低压下由煤层气生产天然气的方法，其特征在于，具体的CH4提浓工艺过程由吸附、均压降压、置换提浓、抽真空和最终升压步骤组成：
a.吸附过程
来自煤层气抽取设备的瓦斯气，温度为常温，压力小于0.05MPa.G，直接在低压下进入低压煤层气瓦斯提浓装置的吸附塔A内，煤层气经程控阀1A首先进入吸附塔A，在其中CH4吸附剂的选择吸附下，煤层气中的H2O和CH4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；
当被吸附的CH4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.均压降压过程
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，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；
c.置换提浓过程
在吸附剂吸附CH4饱和后，打开5A阀，再用来自产品缓冲罐中的低压、高浓度CH4气经过调节阀PV02调节后，通入吸附塔，顺着吸附塔的吸附方向将吸附塔死空间内的空气置换出去；
置换出的气体从3A阀排出，这些置换排放气可以通过阀KV6直接放空；
可以通过KV7进入中间缓冲罐V01，再通过其它吸附塔的3号阀回收进其它吸附塔中；
或者不设中间缓冲罐V01，直接通过其它吸附塔的3号阀回收进其它吸附塔；
也可通过KV8阀回收进入原料气；
经过置换提浓过程后的吸附塔内的总CH4浓度即可达到90％～99％；
d.抽真空过程
在置换提浓过程结束后，打开4A阀，逆着吸附方向将被吸附剂所吸附的CH4抽出来；抽出来的产品CH4送产品CH4缓冲罐，产品CH4的最高浓度可以达到99％；
真空泵通过交替从各吸附塔中抽出高浓度CH4获得连续的达到天然气标准的CH4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，打开KV9，用真空泵抽真空缓冲罐V02，从而使得产品CH4气更加连续；
e.最终升压过程
在抽真空过程完成后，打开2A阀，用排放气将吸附塔压力升至吸附压力；
在此步骤前增加均压升压步骤：先将吸附塔A的3号阀门与其它处于低压的吸附塔的3号阀打开，使两个压力不同的吸附塔接通，处于相对高压状态的A塔中的部分CH4将自动进入低压的吸附塔中被回收；
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；
2-6个吸附塔交替进行以上的操作即可获得连续的天然气。
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| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yin Dongmei Inventor before: Ao Yuan |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: AO YUAN TO: YIN DONGMEI |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20080102 Assignee: GUIZHOU PANJIANG CBM DEVELOPMENT & UTILIZATION Co.,Ltd. Assignor: SHANGHAI HANXING ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Contract record no.: 2013520000001 Denomination of invention: Method for producing natural gas from coal bed gas under low pressure Granted publication date: 20120201 License type: Common License Record date: 20130318 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190109 Address after: 201315 46 Lanes 555, Huanqiao Road, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: SHANGHAI HUAXI CHEMICAL INDUSTRY SCIENCE & TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: Room 1406, Dongchen Building, 60 Mudan Road, Pudong, Shanghai, 20104 Patentee before: SHANGHAI HANXING ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 201315 46 Lanes 555, Huanqiao Road, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: Shanghai Hanxing Chemical Technology Co.,Ltd. Address before: 201315 46 Lanes 555, Huanqiao Road, Pudong New Area, Shanghai Patentee before: SHANGHAI HUAXI CHEMICAL INDUSTRY SCIENCE & TECHNOLOGY CO.,LTD. |