CN105038884B

CN105038884B - 低浓度含氧煤层气提浓甲烷的分离方法

Info

Publication number: CN105038884B
Application number: CN201510407646.6A
Authority: CN
Inventors: 文娟
Original assignee: CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd
Current assignee: CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2017-12-12
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: CN105038884A

Abstract

本发明公开了一种低浓度含氧煤层气提浓甲烷的分离方法，将低浓度含氧煤层原料气在压力为0.3～0.7MPa，温度为25～45℃下通过膜分离技术对氧气和甲烷分别进行分离和提浓；在提浓甲烷的同时脱除氧气，解决低浓度含氧煤层气利用的安全问题，提高煤层气的利用率，减少温室气体排放,降低其输送及后续利用环节的安全风险，节约成本，降低能耗,所得产品气中氧气浓度低于2％以下，甲烷浓度提高至30％‑45％以上，收率达65‑75％以上，经膜法分离提浓甲烷的同时脱除氧气，在其后续输送或利用方面的安全性能得以极大的提高，可通过提高压力，降低输送成本或不同利用途径的运营成本。

Description

低浓度含氧煤层气提浓甲烷的分离方法

技术领域

本发明涉及煤层气提浓净化过程中氧气和甲烷分离技术，特别涉及低浓度含氧煤层气提浓甲烷的分离方法。

背景技术

煤层气有两种抽采方式,一种是地面抽采,其甲烷纯度高(98％左右),利用价值较高,可直接加压进行管网输运,也可直接进行液化储运。但更为广泛的是在已经进行煤炭开采生产的矿井下抽采。这种方式抽采出来的煤层气甲烷含量较低,通常在30％～70％之间。我国煤矿开采一直以煤炭开采为主要目的,煤层气(瓦斯气)的抽放处理仅是出于煤矿安全生产的要求而进行的。从矿井煤层气中分离提纯甲烷对于扩展和提高煤层气的有效利用率和经济价值具有重要意义。而我国煤层气具有数量巨大、产地分散、单井规模小、井下抽采气浓度低并含氧等特点,必须有安全、经济的分离储运技术才能充分合理利用。目前可应用于从煤层气中分离提纯甲烷的方法一般有低温液化分离、变压吸附及膜分离等工艺方案,每种方案均具有自己的特色和应用范围。但分离处理矿井煤层气这种含氧可燃混合物时,安全问题是所有分离技术必须考虑的。在常温常压下,甲烷与空气混合爆炸的浓度范围为5％～15％。这个范围会随压力和温度的变化而改变,温度升高和压力升高均会使爆炸浓度范围扩大。从矿井煤层气(空气和甲烷的混合物)中分离提纯甲烷,无论起始混合物中甲烷浓度有多高,随着甲烷的分离减少,在系统内均会穿过爆炸浓度范围,这对任何分离提纯系统均是非常危险的。

我国煤层气主要以井下抽采方式为主，采出的煤层气其CH4浓度范围多在3％～80％之间，且其中三分之二的浓度都低于30％。而根据我国《煤矿安全规程》规定，瓦斯浓度低于30％的不得加以利用。这主要是因为当煤层气中混有空气时，甲烷浓度在5％～16％范围内遇明火就会发生爆炸，将对运输或生产带来重大安全隐患。

因此，需要一种适用于低浓度含氧煤层气提浓甲烷的技术，在提浓甲烷的同时脱除氧气，解决低浓度含氧煤层气利用的安全问题，提高煤层气的利用率，减少温室气体排放，同时实现环境、经济、安全三重效益。

发明内容

有鉴于此，本发明的低浓度含氧煤层气提浓甲烷的分离方法，在提浓甲烷的同时脱除氧气，解决低浓度含氧煤层气利用的安全问题，提高煤层气的利用率，减少温室气体排放，同时实现环境、经济、安全三重效益。

本发明的低浓度含氧煤层气提浓甲烷的分离方法，包括以下步骤：将低浓度含氧煤层原料气在压力为0.3～0.7MPa，温度为25～45℃下通过膜分离技术对氧气和甲烷分别进行分离和提浓；

进一步，所述膜分离技术采用的膜组件为中空纤维气体分离膜；

进一步，所述膜组件为聚酰亚胺中空纤维膜；

进一步，所述低浓度含氧煤层原料气甲烷浓度为25％-35％，氧气含量为13％-15％的稳定气源；

进一步，将经除尘脱水后的低浓度含氧煤层原料气通过气源调配系统调配至稳定气源；

进一步，通过压缩系统将低浓度含氧煤层原料气加压至0.3MPa-0.7MPa；

进一步，经膜组件分离后，甲烷得以富集的气体从丝程出来经气体分析检测合格并收集送往后续利用单元或回流至调配系统进行工艺调节；氧气得以富集的尾气从管程出来后经气体分析检测合格后直接排放。

本发明的有益效果：本发明的低浓度含氧煤层气提浓甲烷的分离方法，所述气源调配系统、压缩系统都是现有技术，当压力过大时氧气和甲烷的比例在爆炸范围内，当压力过小时，影响分离效果，本方法通过压力和温度的完美结合，确保氧气和甲烷的比例在安全范围内的同时进行脱氧和分离作用，以适应于甲烷浓度为25％-35％，氧气含量为13％-15％的低浓度含氧煤层气分离提浓的进行，且膜组件的丝程与管程中的气体均不在爆炸限范围内，在提浓甲烷的同时脱除氧气，解决低浓度含氧煤层气利用的安全问题，提高煤层气的利用率，减少温室气体排放,降低其输送及后续利用环节的安全风险，节约成本，降低能耗,所得产品气中氧气浓度低于2％以下，甲烷浓度提高至30％-45％以上，收率达65-75％以上，经济可行，经膜法分离提浓甲烷的同时脱除氧气，由于所得产品气中氧气的浓度可降低至2％以下，在其后续输送或利用方面的安全性能得以极大的提高，可通过提高压力，降低输送成本或不同利用途径的运营成本，同时实现安全效益和经济效益；适用于目前难以利用的低浓度含氧煤层气的提浓净化利用。

说明书附图

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例一

将经除尘脱水后的低浓度含氧煤层气经气源调配系统调配至甲烷浓度为30％，氧气含量为14％的稳定气源；然后通过压缩系统将原料气加压至0.5MPa，温度保持35℃后，送进聚酰亚胺中空纤维膜组件中；原料气走丝程，渗透气走管程；经膜分离后，甲烷得以富集的产品气从丝程出来后，经气体分析检测合格后，收集送后续利用单元，也可在必要时回流至调配系统进行工艺调节；氧气得以富集的尾气从管程出来后，经气体分析检测合格后直接排放，所得产品气的甲烷浓度提高45％以上，氧气含量低至2％以下，甲烷收率76％以上，产品气与尾气均不在爆炸限范围内。

实施例二

将经除尘脱水后的低浓度含氧煤层气经气源调配系统调配至甲烷浓度为25％，氧气含量为13％的稳定气源；然后通过压缩系统将原料气加压至0.3MPa，温度保持25℃后，送进聚酰亚胺中空纤维膜组件中；原料气走丝程，渗透气走管程；经膜分离后，甲烷得以富集的产品气从丝程出来后，经气体分析检测合格后，收集送后续利用单元，也可在必要时回流至调配系统进行工艺调节；氧气得以富集的尾气从管程出来后，经气体分析检测合格后直接排放，所得产品气的甲烷浓度提高至35％以上，氧气含量低至2％以下，甲烷收率65％以上，产品气与尾气均不在爆炸限范围内。

实施例三

将经除尘脱水后的低浓度含氧煤层气经气源调配系统调配至甲烷浓度为35％，氧气含量为15％的稳定气源；然后通过压缩系统将原料气加压至0.7MPa，温度保持45℃后，送进聚酰亚胺中空纤维膜组件中；原料气走丝程，渗透气走管程；经膜分离后，甲烷得以富集的产品气从丝程出来后，经气体分析检测合格后，收集送后续利用单元，也可在必要时回流至调配系统进行工艺调节；氧气得以富集的尾气从管程出来后，经气体分析检测合格后直接排放，所得产品气的甲烷浓度提高至40％以上，氧气含量低至2％以下，甲烷收率70％以上，产品气与尾气均不在爆炸限范围内。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种低浓度含氧煤层气提浓甲烷的分离方法，其特征在于：包括以下步骤：将低浓度含氧煤层原料气在压力为0.3～0.7MPa，温度为25～45℃下通过膜分离技术对氧气和甲烷分别进行分离和提浓；所述膜分离技术采用的膜组件为聚酰亚胺中空纤维膜；所述低浓度含氧煤层原料气甲烷浓度为25％-35％，氧气含量为13％-15％的稳定气源。

2.根据权利要求1所述的低浓度含氧煤层气提浓甲烷的分离方法，其特征在于：将经除尘脱水后的低浓度含氧煤层原料气通过气源调配系统调配至稳定气源。

3.根据权利要求1所述的低浓度含氧煤层气提浓甲烷的分离方法，其特征在于：通过压缩系统将低浓度含氧煤层原料气加压至0.3MPa-0.7MPa。

4.根据权利要求1所述的低浓度含氧煤层气提浓甲烷的分离方法，其特征在于：经膜组件分离后，甲烷得以富集的气体从丝程出来经气体分析检测合格并收集送往后续利用单元或回流至调配系统进行工艺调节；氧气得以富集的尾气从管程出来后经气体分析检测合格后直接排放。