CN102443451A - 一种瓦斯气的吸附除湿方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种瓦斯气的吸附除湿方法及其装置，通过在瓦斯出气管路和供气管网进气管路之间的管路上设置吸附塔，对瓦斯气进行再生性吸附除湿处理，所述的吸附剂至少包括2种吸附剂，分层放置，其中，底层吸附剂与顶层吸附剂的质量比为5∶1～2∶1；打开吸附完成的吸附塔的高温空气进气管道上的再生空气阀和乏气出口管道上的乏气排气阀，通入高温空气对吸附剂进行再生处理。本发明采用热风炉利用当地瓦斯燃烧直接将空气加热，热效率提高，分层布置吸附剂，并改变了高温再生空气的流向，延长吸附剂的寿命。另外，维护维修也更加简单易行，运行费用低。
Description
技术领域
本发明涉及气体除湿领域，特别涉及一种瓦斯气的吸附除湿方法及其装置。
背景技术
煤炭在形成过程中，由于高压和厌氧产生大量吸附在煤体上的气体，称为煤层气，也即通常所谓的“瓦斯”，其成分主要是甲烷。煤炭开采过程中，由于煤体卸压，气体在煤体上的吸附平衡条件受到破坏，大量的煤层气释放出来，形成煤矿安全生产的最大威胁。同时，在煤层气开采过程中还伴有大量的水排出，因此开采出来的煤层气既会含有饱和水蒸气，甚至还会携带一部分凝结水。
中国煤层气资源丰富。储存深度不超过2000米的煤层气储量预计有37万亿立方米。20世纪80年代以前，中国对煤层气的抽取主要是考虑煤矿安全生产，随着环保和节能的呼声日益高涨，目前煤层气抽取技术日益完善，利用水平也逐步提高。目前，国内煤层气利用方式主要是供居民生活用燃料，其甲烷浓度在35％以上；其次是作为工业锅炉燃料和化工产品原料，此外，还有少量煤层气发电。大规模的民用瓦斯利用工程取得了可观的经济效益和社会效益，同时也为煤层气的开发利用积累了宝贵的经验。
为保证供气的连续性，在地面部分设有容积较大的浮顶式储气柜，一般都在3万方左右，且气柜的密封也是依靠水封密闭，因此，煤层气的含水量在出气柜的时候并没有降低的可能，而饱和水蒸气遇冷会凝结。
在传统的供气系统中，气柜出来的气体经过调压、加臭等简单环节后即进入燃气管网，随着温度的降低，庞大的供气管网中凝结了大量的水份。这部分水份利用管系中的凝水缸排出系统，但由于管系中有水，气体的相对湿度依然会保持在100％，这样，在低温条件下，势必会在末端流量计处凝结。
由于建设及管理方面的原因，我国一些地区的居民供气支管及流量计均安装在室外且没有保温。这样，在冬季温度较低的情况下，凝结水结冰会致使仪表部位易被冻坏，影响供给系统的正常运行。例如，淮河两岸冬季的气温最低可以达到0～-10℃，瓦斯从井下抽出直到气柜，由于自然及工艺的原因，气体中含有饱和水蒸气。民用供气管道尤其在末端由于压力低、管径较小、流速较慢，气体中析出大量的凝结水，在冬季温度较低的情况下，凝结水结冰，导致诸如流量计等仪表冻结，影响了正常的供气，也造成很大的经济损失。
通常采用加压及降温的方式均可以达到气体除湿的目的，但由于需要处理的气量较大，而且气体为瓦斯，易燃易爆，加压的方式不仅要耗费较大的电能，而且燃气加压会使系统危险性增加，而降温的方式是目前常用的除湿路线，但通常只降温到3℃左右，因为降至零下结冰的问题反而难以解决，同时这种方式也要消耗大量的能源。
本申请人于2008年2月28日申请的中国专利号为200810101072.X的“一种瓦斯气的吸附除湿方法及其装置”，采用物理吸附除湿，不需要消耗能源，而且，工作时主气路没有运转设备，系统的可用性及安全性也高；另外，吸附剂循环再生，运行费用低。但是，吸湿能力有限，而且，吸附剂循环再生的方式也存在缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，为了克服上述问题，从而提供了一种改进的瓦斯气的吸附除湿方法及其装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种瓦斯气的吸附除湿方法，该方法通过在瓦斯出气管路和供气管网进气管路之间的管路上设置吸附塔，对瓦斯气进行再生性吸附除湿处理，具体步骤包括：
1)打开吸附塔的瓦斯进气阀和瓦斯出气阀，通过吸附塔内设置的吸附剂进行吸附除湿处理；并通过吸附塔内部的瓦斯进气口和出气口处的一组温度传感器和压力传感器，监测进、出吸附塔的瓦斯气的气体特性；
所述的吸附剂至少包括2种吸附剂，分层放置，其中，底层吸附剂与顶层吸附剂的质量比为5∶1～2∶1，所述的底层吸附剂采用具有较强的高湿吸湿能力的吸附剂，其粒径为3～5毫米，其通流阻力较小；所述的顶层吸附剂采用在低湿环境也具有较强吸湿能力的吸附剂，其粒径为1～2毫米，用于对经过初步吸湿的气体进行更深度吸湿；
根据不同吸附剂的再生特性，分层布置再生进气系统，可以有效加快再生速度。吸附剂的吸湿能力与气体含湿量有关系，布置在下层的吸附剂可以工作在气体湿度较高的环境中，可有效吸除大量的水分，进入上层的气体湿度已经下降，此时上层吸附剂设置为在低湿环境也具有较强吸湿能力的吸附剂，就可以实现气体的深度除湿，不仅可以实现大规模脱除气体中水蒸气，而且可以将含湿量降得非常低，其露点温度可以降到零下50度以下甚至零下70℃以下。
2)通过吸附塔外侧的供气管网进气管路中的温度湿度测量仪检测输出的瓦斯气的湿度，当输出的瓦斯气的相对湿度超过控制指标时，关闭吸附塔的进气阀和出气阀；
3)打开吸附完成的吸附塔的高温空气进气管道上的再生空气阀和乏气出口管道上的乏气排气阀，通入高温空气对吸附剂进行再生处理；
4)在再生状态下，当两个温度传感器中的任何一个监测到吸附塔内的温度高于吸附剂解析的上限温度时，减少进入吸附塔的高温空气量；当两个温度传感器中的任何一个监测到吸附塔内的温度低于吸附剂解析的下限温度时，加大进入吸附塔的高温空气量；
5)在再生状态下，被加热解吸附的水蒸气随热空气从乏气出口排出；当两个温度传感器的温度分别超过150℃及200℃后，关闭再生空气阀和乏气排气阀；
吸附剂再生完成后进行气体置换，重复步骤1)～5)循环进行瓦斯气的再生性吸附除湿处理。在工业应用中，所述瓦斯出气管路和供气管网进气管路之间一般需要并列设置2个或2个以上的吸附塔，当一吸附塔输出的瓦斯气的湿度超过控制指标时，切换到另外的吸附塔进行除湿处理，再生处理和除湿处理交替运行，以实现连续吸附除湿处理。
作为本发明的一种改进，所述的吸附塔的高温空气进气管道及其再生空气阀设置于吸附塔的上部/下部，对应地，所述的吸附塔的乏气出口管道及其乏气排气阀设置于吸附塔的下部/上部；所述吸附塔的高温空气进气温度比乏气出口温度高50℃。其中，采用从上部进气更好，不会将吸附剂颗粒吹浮起来，就可以减少吸附剂颗粒间的摩擦粉化，延长吸附剂的寿命。
实际应用中，所述的阀门均可设置成包括一电动阀和一手动阀，正常工作时，所有手动阀保持全开状态，所有电动阀通过可编程控制器的自动控制实现吸附塔的运行及再生；停止处理时，所有手动阀关闭。
作为本发明的又一种改进，所述步骤3)的再生空气阀打开时，可编程控制器再次确认吸附塔的瓦斯进气阀和瓦斯出气阀是否处于关闭状态，以确保没有瓦斯泄漏或者空气进入瓦斯系统。
本发明的另一目的在于，提供一种瓦斯气的吸附除湿装置，其特征在于，包括设置在瓦斯出气管路和供气管网进气管路之间的管路上的吸附塔部分，该吸附塔部分的瓦斯进气管路上设置瓦斯进气阀，其瓦斯出气管路上设置瓦斯出气阀；所述吸附塔内部的瓦斯进气口和出气口处分别设置有一组温度传感器和压力传感器；所述吸附塔通过再生空气阀连接高温空气进气管道，吸附塔上还对应设置乏气排气阀；
所述的吸附剂至少包括2种吸附剂，分层放置，其中，底层吸附剂与顶层吸附剂的质量比为5∶1～2∶1，所述的底层吸附剂采用具有较强的高湿吸湿能力的吸附剂，其粒径为3～5毫米，其通流阻力较小；所述的顶层吸附剂采用在低湿环境也具有较强吸湿能力的吸附剂，其粒径为1～2毫米，用于对经过初步吸湿的气体进行更深度吸湿；
还包括用于产生高温空气的部分，该部分包括：热风炉，用于以瓦斯为能源直接将空气加热以产生高温热空气。
采用热风炉利用当地瓦斯燃烧直接将空气加热的设备，对比之前采用的导热油炉是利用瓦斯加热导热油，导热油再加热空气，采用热风炉减少了一个中间环节，热效率提高，(大致提升5％左右)，加热升温更加快速，系统控制更加灵活(可以减少再生耗时约10％)，另外，维护维修也更加简单易行。
在实际应用中，所述瓦斯出气管路和供气管网进气管路之间一般并列设置2个或2个以上的吸附塔，以实现连续吸附除湿处理。
作为本发明的一种改进，所述的吸附塔的高温空气进气管道及其再生空气阀设置于吸附塔的上部/下部，对应地，所述的吸附塔的乏气出口管道及其乏气排气阀设置于吸附塔的下部/上部；所述吸附塔的高温空气进气温度比乏气出口温度高50℃。其中，采用从上部进气更好，不会将吸附剂颗粒吹浮起来，就可以减少吸附剂颗粒间的摩擦粉化，延长吸附剂的寿命。
所述的高温空气进气管道可以为多个，分层布置于吸附塔上。
工业应用中，所述的阀门均包括一电动阀和一手动阀，所述电动阀均连接至可编程控制器。
作为本发明的又一种改进，所述的热风炉，采用PID控制，通过中央控制单元使热风炉的热风风机与加热功率的运转保持协调，热空气温度恒定在250摄氏度左右。
所述乏气排气阀外侧的管路上设置阻火器，防止事故状况下火焰进入吸附塔；所述高温空气进气管道上设有温度传感器。
本发明的优点在于，本发明所提供的一种瓦斯气的吸附除湿方法及其装置，优点包括：
1、根据不同吸附剂的再生特性，分层布置再生进气系统，可以有效加快再生速度。吸附剂的吸湿能力与气体含湿量有关系，布置在下层的吸附剂可以工作在气体湿度较高的环境中，可有效吸除大量的水分，进入上层的气体湿度已经下降，此时上层吸附剂设置为在低湿环境也具有较强吸湿能力的吸附剂，就可以实现气体的深度除湿，不仅可以实现大规模脱除气体中水蒸气，而且可以将含湿量降得非常低，其露点温度可以降到零下50度以下甚至零下70℃以下。
2、改变了高温再生空气的流向，优选采用上部进气下部出气，不会将吸附剂颗粒吹浮起来，就可以减少吸附剂颗粒间的摩擦粉化，延长吸附剂的寿命。
3、采用热风炉利用当地瓦斯燃烧直接将空气加热的设备，对比之前采用的导热油炉是利用瓦斯加热导热油，导热油再加热空气，采用热风炉减少了一个中间环节，热效率提高，(大致提升5％左右)，加热升温更加快速，系统控制更加灵活(可以减少再生耗时约10％)，另外，维护维修也更加简单易行，运行费用低。
附图说明
图1为本发明瓦斯气的吸附除湿装置的结构示意图；
图2为本发明瓦斯气的吸附除湿装置的另一结构的示意图。
附图标示
24、瓦斯气柜出气管路 1、供气管网进气管路
3a、瓦斯出气电动阀 3b、瓦斯出气手动阀
4a、瓦斯进气电动阀 4b、瓦斯进气手动阀
5a、再生空气阀电动阀 5b、再生空气阀手动阀
6、吸附塔 7、温度传感器
8、压力传感器 9、阻火器 10、乏气排气电动阀
11、主再生空气手动阀 12、主再生空气电动阀
13、高温空气进气管道 14、热风炉 15、空气过滤器
16、风机 17、瓦斯支管路电动阀 18、瓦斯支管路手动阀
20、瓦斯支管路
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明所提供的瓦斯气的吸附除湿的方法及其装置。
如图1所示，本发明的瓦斯气的吸附除湿装置，瓦斯气柜的瓦斯出气管路24、供气管网进气管路1、并列设置在瓦斯出气管路24和供气管网进气管路1之间的管路上的两个吸附塔6部分、和热风炉14，该吸附塔6的瓦斯进气管路上设置瓦斯进气阀4a，4b；其瓦斯出气管路上设置瓦斯出气阀3a，3b；所述吸附塔内部的瓦斯进气口和出气口处分别设置有一组温度传感器和压力传感器；所述吸附塔6通过再生空气阀5a，5b连接高温空气进气管道13，吸附塔6上还对应设置乏气排气阀10；本例中，乏气排气阀10外侧的管路上还设置有阻火器9，防止事故状况下火焰进入吸附塔。
所述的吸附剂至少包括2种吸附剂，分层放置，其中，底层吸附剂与顶层吸附剂的质量比为5∶1～2∶1，所述的底层吸附剂采用具有较强的高湿吸湿能力的吸附剂，其粒径为3～5毫米，其通流阻力较小；所述的顶层吸附剂采用在低湿环境也具有较强吸湿能力的吸附剂，其粒径为1～2毫米，用于对经过初步吸湿的气体进行更深度吸湿；
热风炉14以瓦斯为能源，瓦斯由瓦斯出气管路24经瓦斯支管路20及其阀门17，18进入热风炉14，直接将空气加热以产生高温热空气，进入高温空气进气管道13。
本发明采用热风炉14利用当地瓦斯燃烧直接将空气(或经过滤后的空气)加热的装置，对比之前采用的导热油炉是利用瓦斯加热导热油，导热油再加热空气，采用热风炉减少了一个中间环节，热效率提高，(大致提升5％左右)，加热升温更加快速，系统控制更加灵活(可以减少再生耗时约10％)，另外，维护维修也更加简单易行。
在实际应用中，所述瓦斯出气管路和供气管网进气管路之间一般并列设置2个或3个吸附塔，分别如图1和图2所示，以实现连续吸附除湿处理。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种瓦斯气的吸附除湿方法，该方法通过在瓦斯出气管路和供气管网进气管路之间的管路上设置吸附塔，对瓦斯气进行再生性吸附除湿处理，具体步骤包括：
1)打开吸附塔的瓦斯进气阀和瓦斯出气阀，通过吸附塔内设置的吸附剂进行吸附除湿处理；并通过吸附塔内部的瓦斯进气口和出气口处的一组温度传感器和压力传感器，监测进、出吸附塔的瓦斯气的气体特性；
所述的吸附剂至少包括2种吸附剂，分层放置，其中，底层吸附剂与顶层吸附剂的质量比为5∶1～2∶1，所述的底层吸附剂采用具有较强的高湿吸湿能力的吸附剂，其粒径为3～5毫米，其通流阻力较小；所述的顶层吸附剂采用在低湿环境也具有较强吸湿能力的吸附剂，其粒径为1～2毫米，用于对经过初步吸湿的气体进行更深度吸湿；
2)通过吸附塔外侧的供气管网进气管路中的温度湿度测量仪检测输出的瓦斯气的湿度，当输出的瓦斯气的相对湿度超过控制指标时，关闭吸附塔的进气阀和出气阀；
3)打开吸附完成的吸附塔的高温空气进气管道上的再生空气阀和乏气出口管道上的乏气排气阀，通入高温空气对吸附剂进行再生处理；
4)在再生状态下，当两个温度传感器中的任何一个监测到吸附塔内的温度高于吸附剂解析的上限温度时，减少进入吸附塔的高温空气量；当两个温度传感器中的任何一个监测到吸附塔内的温度低于吸附剂解析的下限温度时，加大进入吸附塔的高温空气量；
5)在再生状态下，被加热解吸附的水蒸气随热空气从乏气出口排出；当两个温度传感器的温度分别超过150℃及200℃后，关闭再生空气阀和乏气排气阀；
吸附剂再生完成后进行气体置换，重复步骤1)～5)循环进行瓦斯气的再生性吸附除湿处理。
2.如权利要求1所述的瓦斯气的吸附除湿方法，其特征在于，所述瓦斯出气管路和供气管网进气管路之间并列设置2个或2个以上的吸附塔，上述步骤2)当温度湿度测量仪检测输出的瓦斯气的相对湿度超过控制指标时，关闭该吸附塔的进气阀和出气阀，切换到另一个吸附塔运行，进行除湿处理，再生处理和除湿处理交替运行，以实现连续吸附除湿处理。
3.如权利要求1或2所述的瓦斯气的吸附除湿方法，其特征在于，所述的吸附塔的高温空气进气管道及其再生空气阀设置于吸附塔的上部/下部，对应地，所述的吸附塔的乏气出口管道及其乏气排气阀设置于吸附塔的下部/上部；
所述吸附塔的高温空气进气温度比乏气出口温度高50℃。
4.如权利要求1或2所述的瓦斯气的吸附除湿方法，其特征在于，所述的阀门均包括一电动阀和一手动阀，正常工作时，所有手动阀保持全开状态，所有电动阀通过可编程控制器的自动控制实现吸附塔的运行及再生；停止处理时，所有手动阀关闭。
5.如权利要求4所述的瓦斯气的吸附除湿方法，其特征在于，所述步骤3)的再生空气阀打开时，可编程控制器再次确认吸附塔的瓦斯进气阀和瓦斯出气阀是否处于关闭状态。
6.一种瓦斯气的吸附除湿装置，其特征在于，包括设置在瓦斯出气管路和供气管网进气管路之间的管路上的吸附塔部分，该吸附塔部分的瓦斯进气管路上设置瓦斯进气阀，其瓦斯出气管路上设置瓦斯出气阀；所述吸附塔内部的瓦斯进气口和出气口处分别设置有一组温度传感器和压力传感器；所述吸附塔通过再生空气阀连接高温空气进气管道，吸附塔上还对应设置乏气排气阀；
所述的吸附剂至少包括2种吸附剂，分层放置，其中，底层吸附剂与顶层吸附剂的质量比为5∶1～2∶1，所述的底层吸附剂采用具有较强的高湿吸湿能力的吸附剂，其粒径为3～5毫米，其通流阻力较小；所述的顶层吸附剂采用在低湿环境也具有较强吸湿能力的吸附剂，其粒径为1～2毫米，用于对经过初步吸湿的气体进行更深度吸湿；
还包括用于产生高温空气的部分，该部分包括：热风炉，用于以瓦斯为能源直接将空气加热以产生高温热空气。
7.如权利要求6所述的瓦斯气的吸附除湿装置，其特征在于，所述的热风炉采用PID控制，通过中央控制单元使热风炉的热风风机与加热功率的运转保持协调，热空气温度恒定在250摄氏度左右。
8.如权利要求6所述的瓦斯气的吸附除湿装置，其特征在于，所述瓦斯出气管路和供气管网进气管路之间并列设置2个或2个以上的吸附塔。
9.如权利要求6所述的瓦斯气的吸附除湿装置，其特征在于，所述的吸附塔的高温空气进气管道及其再生空气阀设置于吸附塔的上部/下部，对应地，所述的吸附塔的乏气出口管道及其乏气排气阀设置于吸附塔的下部/上部；
所述吸附塔的高温空气进气温度比乏气出口温度高50℃。
10.如权利要求6所述的瓦斯气的吸附除湿装置，其特征在于，所述的高温空气进气管道为多个，分层布置于吸附塔上。
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| CN1052796A (zh) * | 1989-12-27 | 1991-07-10 | 美国环球油品公司 | 应用装有不同颗粒大小吸附剂的序列吸附区的汽相吸附方法 |
| US5176721A (en) * | 1990-10-11 | 1993-01-05 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Adsorber and process for the separation by adsorption |
| CN1178129A (zh) * | 1996-09-30 | 1998-04-08 | 波克股份有限公司 | 气体净化的方法及设备 |
| CN1344581A (zh) * | 2000-09-15 | 2002-04-17 | 普莱克斯技术有限公司 | 使用混合吸附剂层的压力摆动吸附 |
| CN101518707A (zh) * | 2008-02-28 | 2009-09-02 | 北京时代桃源环境科技有限公司 | 一种瓦斯气的吸附除湿方法及其装置 |
-
2011
- 2011-09-21 CN CN201110282774.4A patent/CN102443451B/zh active Active
Patent Citations (5)
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