CN109126380A - 一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置及其方法，煤矿瓦斯富集装置包括鼓风机、进气缓冲罐、进气控制阀、抽真空控制阀、置换控制阀、排气控制阀、均压控制阀、吸附塔、空气充压控制阀、空气充压过滤器、真空泵、产品气缓充罐和置换回流阀，带排气端空气升压煤矿瓦斯富集装置的富集方法包括吸附、置换、均压降、抽真空、均压升和空气升压六个步骤，通过在吸附塔升压过程中采用空气从吸附塔排气端进行升压。本发明在煤矿瓦斯富集装置的排气端增加空气逆向升压步骤，可以延迟吸附塔的穿透时间，也可以避免升压结束后吸附塔出口端含有甲烷残留，进而提高产品气甲烷浓度和回收率。

Description

一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置及其方法

技术领域

本发明涉及变压吸附气体分离领域，特别是涉及一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置及其方法。

背景技术

我国是一个煤炭大国，已探明煤层气储量为36.81m³，居世界第三位。然而我国煤矿瓦斯气体利用率确很低，据统计2012年煤层气抽采量为125亿立方米，而利用量确仅为52亿立方米，其中井下瓦斯抽采量99.4亿立方米利用量仅为31.8亿立方米，利用率为32％。其原因主要是井下瓦斯抽采浓度低，据统计目前有2/3的矿井瓦斯浓度低于25％。此外煤矿瓦斯气体在抽采过程中浓度会逐渐降低，目前很大一部分矿井抽采出的瓦斯气体浓度已低于15％，甚至低于10％，导致原有瓦斯发电机组无法启动。对低浓度瓦斯进行富集已经成为煤炭生产企业的迫切需求。

在所有的气体分离方法中，变压吸附法以其投资小，运行费用低等优势在气体分离领域方面受到广泛的关注。为保障低浓度瓦斯气体输送和利用的安全《煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范》中指出低浓度瓦斯在输送过程中压力不超过20kPa。因此VSA工艺流程是最适合低浓度煤矿瓦斯富集的生产方式。

在吸附法回收重组分气体的吸附分离过程中，为提高分离效率，延迟强吸附相组分的穿透时间，一般都采用从吸附塔排气端流出的弱吸附相组分进行升压，如专利CN85103557A公开了一种变压吸附法富集煤矿瓦斯气中甲烷，其具体公开了富集煤矿瓦斯气中甲烷的步骤有吸附、压力均恒、顺向减压、置换、逆向减压、抽真空、一次充压和二次充压，其中一次充压是利用另一刚处于压力均衡步骤塔的不含甲烷的塔顶释放气向上述已完成抽真空的塔进行充压，是从塔的出口往进口方向，使它的压力升至与供给气源塔的压力相等为止，二次充压是利用另一处于吸附步骤塔的不含甲烷的塔顶释放气向上述已完成一次充压的塔进行再次充压，是从塔的出口端往进口端方向，使它的压力升至基本上等于吸附压力为止，但是这种直接从吸附塔排气端流出的弱吸附相组分往往含有少量的强吸附相组分，同时在升压过程中待升压塔一般压力较低，需严格控制升压速度确保升压过程中不对其它处于吸附过程中的吸附塔产生影响，因此，需要提供一种既可以实现升压又不含甲烷气体，以避免升压结束后吸附塔出口段甲烷气体残留，还可以延长穿透时间，提高产品气甲烷浓度和回收率的煤矿瓦斯富集装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置及其方法，以解决上述现有技术存在的问题，使得在升压结束后不仅可以避免吸附塔出口段甲烷气体残留，还可以延长穿透时间，进而提高产品气甲烷浓度和回收率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置，包括鼓风机、进气缓冲罐、第一进气控制阀、第二进气控制阀、第三进气控制阀、第一抽真空控制阀、第二抽真空控制阀、第三抽真空控制阀、第一置换控制阀、第二置换控制阀、第三置换控制阀、第一排气控制阀、第二排气控制阀、第三排气控制阀、第一均压控制阀、第二均压控制阀、第三均压控制阀、第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔、空气充压控制阀、空气充压过滤器、真空泵、产品气缓充罐和置换回流阀，所述鼓风机的出气端与所述进气缓冲罐的一端固定连接，所述进气缓冲罐的另一端与所述第一进气控制阀、第二进气控制阀和第三进气控制阀固定连接，所述第一进气控制阀、第二进气控制阀和第三进气控制阀并联连接，所述第一进气控制阀与所述第一吸附塔的底端固定连接，所述第二进气控制阀与所述第二吸附塔的底端固定连接，所述第三进气控制阀与所述第三吸附塔的底端固定连接，所述第一吸附塔的顶端与所述第一排气控制阀固定连接，所述第二吸附塔的顶端与所述第二排气控制阀固定连接，所述第三吸附塔的顶端与所述第三排气控制阀固定连接，所述第一排气控制阀、第二排气控制阀和第三排气控制阀的出气端固定连接有排气管路，所述第一吸附塔的顶端与所述第一均压控制阀固定连接，所述第二吸附塔的顶端与所述第二均压控制阀固定连接，所述第三吸附塔的顶端与所述第三均压控制阀固定连接，所述第一排气控制阀和所述第一均压控制阀并联后一端与所述置换回流阀固定连接，所述第二排气控制阀和所述第二均压控制阀并联后一端与所述置换回流阀固定连接，所述第三排气控制阀和所述第三均压控制阀并联后一端与所述置换回流阀固定连接，所述第一排气控制阀和所述第一均压控制阀并联后另一端与所述空气充压控制阀固定连接，所述第二排气控制阀和所述第二均压控制阀并联后另一端与所述空气充压控制阀固定连接，所述第三排气控制阀和所述第三压控制阀并联后另一端与所述空气充压控制阀固定连接，所述空气充压控制阀与所述空气充压过滤器固定连接，所述置换回流阀另一端与原料气进口端固定连接，所述第一吸附塔的底端与所述第一抽真空控制阀固定连接，所述第二吸附塔的底端与所述第二抽真空控制阀固定连接，所述第三吸附塔的底端与所述第三抽真空控制阀固定连接，所述第一抽真空控制阀、第二抽真空控制阀和第三抽真空控制阀并联后与所述真空泵一端固定连接，所述真空泵的另一端与所述产品气缓充罐排气端固定连接，所述第一吸附塔底端与所述第一置换控制阀固定连接，所述第二吸附塔底端与所述第二置换控制阀固定连接，所述第三吸附塔底端与所述第三置换控制阀固定连接，所述第一置换控制阀、第二置换控制阀和第三置换控制阀并联后与所述产品气缓充罐的进气端固定连接，所述第一吸附塔的第一均压控制阀与所述第二吸附塔的第二排气控制阀固定连接，所述第二吸附塔的第二均压控制阀与所述第三吸附塔的第三排气控制阀固定连接，所述第一吸附塔的第一置换控制阀与第二吸附塔的第二抽真空控制阀固定连接，所述第二吸附塔的第二置换控制阀与第三吸附塔的第三抽真空控制阀固定连接。

优选的，所述空气充压控制阀与所述空气充压过滤器和所述排气管路之间并联连接。

优选的，所述第一吸附塔、第二吸附塔和第三吸附塔内含有吸附剂，所述吸附剂为具有甲烷选择性吸附能力的吸附剂。

优选的，所述吸附剂为沸石分子筛、活性炭和金属有机骨架材料。

为更好地实现上述目的，本发明提供了如下方法：一种带排气端空气升压煤矿瓦斯富集装置的富集方法，带排气端空气升压煤矿瓦斯富集装置的吸附塔至少3个，通过在吸附过程中引入空气升压步骤来实现低浓度瓦斯气体的富集，吸附过程中甲烷气体经过均压升之后再通过空气排放进行二次升压，主要工艺流程包括吸附、置换、均压降、抽真空、均压升和空气升压六个步骤：

(1)吸附步骤：原料气经所述鼓风机进入到所述进气缓冲罐，当原料气升压后，升压后的原料气通过所述进气缓冲罐和第一进气控制阀进入至第一吸附塔内，同时将第一排气控制阀打开，气体在流动过程中，第一吸附塔内的吸附剂对甲烷气体进行吸附，未被吸附的含有较低甲烷体积分数的气体通过第一排气控制阀排出至排气管路，最终被排出至大气中；

(2)置换步骤：当甲烷气体在第一吸附塔中穿透后，完成吸附过程，关闭第一排气控制阀和第一进气控制阀，同时第二均压控制阀、所述置换回流阀和所述第一置换控制阀，打开所述产品气缓冲罐的控制阀，使得产品气通过第一置换控制阀进入至第一吸附塔内，此时甲烷浓度较高的产品气将第一吸附塔的塔顶甲烷浓度相对较低的气体置换出第一吸附塔内并流向原料气入口；

(3)均压降步骤：完成置换步骤后，关闭第一置换控制阀和所述置换回流阀，同时打开第三均压控制阀，将第一吸附塔内的气体流入至第三吸附塔内，实现第一吸附塔的降压和第三吸附塔的升压；

(4)抽真空步骤：完成均压降后关闭第一吸附塔的第一压控制阀，打开第一抽真空控制阀对第一吸附塔内的气体进行抽真空，此时所抽出的气体为甲烷浓度较高的产品气；

(5)均压升步骤：抽真空步骤结束后，关闭第一抽真空控制阀，再次打开第一均压控制阀与第二均压控制阀，此时所述第二吸附塔内的高压气体通过第一均压控制阀流入至第一吸附塔内，实现第一吸附塔的均压升压步骤和第二吸附塔的均压降压；

(6)空气升压步骤：第一吸附塔完成均压升后，关闭第二均压控制阀，打开所述空气充压控制阀，此时空气依次经过所述空气充压过滤器、所述空气充压控制阀和第一排气控制阀流入至第一吸附塔内，实现第一吸附塔内气体的再次升压，直至第一吸附塔内的压力接近大气压后，关闭第二均压控制阀和所述空气充压控制阀，完成空气充压步骤；

(7)重复以上步骤(1)-(6)，完成一个循环。

优选的，所述吸附压力的绝压范围为0.1MPa～0.12MPa。

优选的，所述降压解吸压力的绝压范围为0.01MPa～0.08MPa。

本发明公开了以下技术效果：本发明在煤矿瓦斯富集装置的排气端增加空气逆向升压步骤，由于空气在吸附剂上吸附性能远弱于瓦斯中的甲烷气体，在升压过程中将吸附塔内残余的甲烷气体向吸附塔入口端压缩，从而可以延迟吸附塔的穿透时间，另外，由于空气中并不含甲烷，这样便可以避免升压结束后吸附塔出口端含有甲烷残留，进而提高产品气甲烷浓度和回收率，使得低浓度瓦斯气得到充分的利用，提高瓦斯的利用效率，减少瓦斯气体排放对环境的污染，具有重大的经济和环境意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的工艺流程图；

其中，鼓风机-1；进气缓冲罐-2；第一进气控制阀-3A；第二进气控制阀 -3B；第三进气控制阀-3C；第一抽真空控制阀-4A；第二抽真空控制阀-4B；第三抽真空控制阀-4C；第一置换控制阀-5A；第二置换控制阀-5B；第三置换控制阀-5C；第一排气控制阀-6A；第二排气控制阀-6B；第三排气控制阀-6C；第一均压控制阀-7A；第二均压控制阀-7B；第三均压控制阀-7C；第一吸附塔-8A；第二吸附塔-8B；第三吸附-8C；空气充压控制阀-9；空气冲压过滤器-10；真空泵-11；产品气缓冲罐-12；置换回流阀-13。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，本发明提供一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置，包括包括鼓风机1、进气缓冲罐2、第一进气控制阀3A、第二进气控制阀3B、第三进气控制阀3C、第一抽真空控制阀4A、第二抽真空控制阀4B、第三抽真空控制阀4C、第一置换控制阀5A、第二置换控制阀5B、第三置换控制阀5C、第一排气控制阀6A、第二排气控制阀6B、第三排气控制阀6C、第一均压控制阀7A、第二均压控制阀7B、第三均压控制阀7C、第一吸附塔8A、第二吸附塔8B、第三吸附塔8C、空气充压控制阀9、空气充压过滤器10、真空泵11、产品气缓充罐12和置换回流阀13，所述鼓风机1的出气端与所述进气缓冲罐2的一端固定连接，使得加压后的原料气进入到进气缓冲罐2中，并在进气缓冲灌2 中充分混合均匀，所述进气缓冲罐的另一端与所述第一进气控制阀3A、第二进气控制阀3B和第三进气控制阀3C固定连接，所述第一进气控制阀3A、第二进气控制阀3B和第三进气控制阀3C并联连接，所述第一进气控制阀3A与所述第一吸附塔8A的底端固定连接，所述第二进气控制阀3B与所述第二吸附塔8B的底端固定连接，所述第三进气控制阀3C与所述第三吸附塔8C的底端固定连接，进气缓冲罐2中充分混合均匀后的加压原料气分别通过第一进气控制阀3A、第二进气控制阀3B和第三进气控制阀3C分别进入到第一吸附塔8A、第二吸附塔8B和第三吸附塔8C内，所述第一吸附塔8A的顶端与所述第一排气控制阀6A固定连接，所述第二吸附塔8B的顶端与所述第二排气控制阀6B 固定连接，所述第三吸附塔8C的顶端与所述第三排气控制阀6C固定连接，所述第一排气控制阀6A、第二排气控制阀6B和第三排气控制阀6C的出气端固定连接有排气管路，所述第一吸附塔8A的顶端与所述第一均压控制阀7A固定连接，所述第二吸附塔8B的顶端与所述第二均压控制阀7B固定连接，所述第三吸附塔8C的顶端与所述第三均压控制阀7C固定连接，所述第一排气控制阀 6A和所述第一均压控制阀7A并联后一端与所述置换回流阀13固定连接，所述第二排气控制阀6B和所述第二均压控制阀7B并联后一端与所述置换回流阀 13固定连接，所述第三排气控制阀6C和所述第三均压控制阀7C并联后一端与所述置换回流阀13固定连接，所述第一排气控制阀6A和所述第一均压控制阀7A并联后另一端与所述空气充压控制阀9固定连接，所述第二排气控制阀6B和所述第二均压控制阀7B并联后另一端与所述空气充压控制阀9固定连接，所述第三排气控制阀6C和所述第三压控制阀7C并联后另一端与所述空气充压控制阀9固定连接，所述空气充压控制阀9与所述空气充压过滤器10固定连接，所述置换回流阀13另一端与原料气进口端固定连接，通过对第一均压控制阀7A、第二均压控制阀7B和第三均压控制阀7C的控制，实现吸附塔之间甲烷气体的均压升和均压降过程；所述第一吸附塔8A的底端与所述第一抽真空控制阀4A固定连接，所述第二吸附塔8B的底端与所述第二抽真空控制阀 4B固定连接，所述第三吸附塔8C的底端与所述第三抽真空控制阀4C固定连接，所述第一抽真空控制阀4A、第二抽真空控制阀4B和第三抽真空控制阀4C 并联后与所述真空泵11一端固定连接，所述真空泵11的另一端与所述产品气缓充罐12排气端固定连接，所述第一吸附塔8A底端与所述第一置换控制阀 5A固定连接，所述第二吸附塔8B底端与所述第二置换控制阀5B固定连接，所述第三吸附塔8C底端与所述第三置换控制阀5C固定连接，所述第一置换控制阀5A、第二置换控制阀5B和第三置换控制阀5C并联后与所述产品气缓充罐12的进气端固定连接，所述第一吸附塔8A的第一均压控制阀7A与所述第二吸附塔8B的第二排气控制阀7B固定连接，所述第二吸附塔8B的第二均压控制阀7B与所述第三吸附塔8C的第三排气控制阀7C固定连接，所述第一吸附塔8A的第一置换控制阀5A与第二吸附塔8B的第二抽真空控制阀4B固定连接，所述第二吸附塔8B的第二置换控制阀5B与第三吸附塔8C的第三抽真空控制阀4C固定连接。

进一步优化方案，所述空气充压控制阀9与所述空气充压过滤器10和所述排气管路之间并联连接，使得未被吸附的含有较低甲烷体积分数的气体的排出与对吸附塔内的甲烷气体进行空气排放升压的工作区分开，更好地实现对吸附塔内高浓度的甲烷气体进行富集。

进一步优化方案，为了更好地完成对甲烷气体的吸附过程，在吸附塔内放置有吸附剂，并且吸附剂为具有甲烷选择性吸附能力的吸附剂，优选吸附剂为沸石分子筛、活性炭和和金属有机骨架材料。

如图1所示对实施例带排气端空气升压煤矿瓦斯富集装置的富集方法进行详细介绍：

一种带排气端空气升压煤矿瓦斯富集装置的富集方法，原料气由鼓风机1 加压，经进气缓冲罐2和第一进气控制阀3A、第二进气控制阀3B、第三进气控制阀3C分别流入第一吸附塔8A、第二吸附塔8B、第三吸附塔8C内；第一吸附塔8A、第二吸附塔8B和第三吸附塔8C内的吸附剂对原料气进行吸附，吸附原料气中的强吸附组分甲烷和部分氮气和氧气后，余下的含有微量甲烷气体的混合气经第一排气控制阀6A、第二排气控制阀6B和第三排气控制阀6C 通过排气管路排入大气内；

吸附结束后，产品气缓冲罐中的气体一部分通过第一置换控制阀5A、第二置换控制阀5B和第三置换控制阀5C分别流入第一吸附塔8A、第二吸附塔 8B和第三吸附塔8C内，对完成吸附步骤的吸附塔进行气体置换，置换气从产品气罐12流入第一吸附塔8A、第二吸附塔8B和第三吸附塔8C后经第一均压控制阀7A、第二均压控制阀7B和第三均压控制阀7C以及置换气回流阀13流入原料气进口处，另一部分进入产品气管线流向最终用户；

吸附塔内的甲烷气体通过置换后，通过第一均压控制阀7A、第二均压控制阀7B和第三均压控制阀7C实现均压降的过程；均压降结束后，产品气由真空泵11经第一抽真空控制阀4A、第二抽真空控制阀4B和第三抽真空控制阀 4C，从第一吸附塔8A、第二吸附塔8B和第三吸附塔8C中被抽出，其中真空泵11出口与产品气缓冲罐12相连；

吸附塔内气体完成抽真空过程后，均压升过程同样通过第一均压控制阀 7A、第二均压控制阀7B和第三均压控制阀7C实现；最后环境中空气经过空气充压过滤器10和空气充压控制阀9对第一吸附塔8A、第二吸附塔8B和第三吸附塔8C内的甲烷气体进行空气升压。其循环时序如表1所示，下面以第一吸附塔8A为例对分离过程进行说明。

(1)原料气经所述鼓风机进入到所述进气缓冲罐，当原料气升压结束后，升压后的原料气经进气缓冲罐2和第一进气控制阀3A进入第一吸附塔8A，此时第一排气控制阀6A打开，气体在流动过程中甲烷被吸附，未被吸附的含有较低甲烷体积分数的气体通过第一排气控制阀6A排出至排气管路，最终被排出至大气内；

(2)当甲烷气体在第一吸附塔8A中穿透后完成吸附过程时，关闭第一排气控制阀6A、第一进气控制阀3A，打开第一均压控制阀7A、置换回流阀13 和第一置换控制阀5A，此时甲烷浓度较高的产品气将吸附塔塔顶甲烷浓度相对较低的气体置换出第一吸附塔8A；

(3)完成置换步骤后，关闭第一置换控制阀5A及置换回流阀13，打开第三均压阀7C，将第一吸附塔8A内的气体流入至第三吸附塔8C内，实现第一吸附塔8A的降压和第三吸附塔8C的升压。

(4)完成均压降后，关闭第一均压控制阀7A，打开第一抽真空控制阀4A 对第一吸附塔8A抽真空，此时抽出的气体为甲烷浓度较高的产品气；

(5)抽真空结束后，关闭第一抽真空控制阀4A，打开第一均压控制阀7A 和第二均压控制阀7B，此时第二吸附塔8B内高压的气体依次通过第二均压控制阀7B和第一均压控制阀7A流入第一吸附塔8A，实现第一吸附塔8A的升压过程和第二吸附塔8B的降压过程；

(6)第一吸附塔8A完成均压升后，关闭第二均压控制阀7B，打开空气充压控制阀9，此时空气依次经过空气充压过滤器10、空气充压控制阀9和第一吸附塔8A的排气端流入至第一吸附塔8A内，实现第一吸附塔8A的升压，直至第一吸附塔8A内压力接近大气压后关闭第一均压控制阀7A和空气充压控制阀9完成空气充压步骤。

(7)重复步骤(1)-(6)，完成了一个循环。

表1循环时序表

由表1可见，每个塔在同一时间内都在执行着互不相同的步骤，在任何时候，总有一个吸附塔处于吸附步骤，并在压力基本上恒定的情况下将未被吸附的含有较低甲烷体积分数的气体通过排气控制阀排出至排气管路，最终被排出至大气内；与此同时其它两个塔中始终有一个吸附塔是在进行空气升压步骤，即为随后的吸附步骤作准备，因此原料气可以连续不断供给，而不是间歇的；与此同时另一个塔正在经历从置换到均压升四个步骤，所以输出的高浓度甲烷产品气是断续地排往产品气缓冲罐12内，但通过常规的自动控制调节系统，能够保证产品气稳定连续地从产品气缓冲罐12内输出。

若带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置中的吸附塔数量为3个时，每个吸附塔的开始时间相差总时间的1/3；若带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置中的吸附塔的数量为4个时，每个吸附塔的开始时间相差总时间的1/4，若带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置中的吸附塔数量为若干个，即n个，则每个吸附塔的开始时间相差总时间的1/n。

本实施方案中低浓度瓦斯气体的甲烷体积分数为12％。本实施方案中装填的吸附剂为椰壳活性炭。本实施方案中工艺参数如下：原料气经鼓风机升压后吸附压力最高为120kPa(绝压)，最低解析压力20kPa(绝压)。本实施例中产品气中甲烷的体积分数大于30％。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置，其特征在于：包括鼓风机、进气缓冲罐、第一进气控制阀、第二进气控制阀、第三进气控制阀、第一抽真空控制阀、第二抽真空控制阀、第三抽真空控制阀、第一置换控制阀、第二置换控制阀、第三置换控制阀、第一排气控制阀、第二排气控制阀、第三排气控制阀、第一均压控制阀、第二均压控制阀、第三均压控制阀、第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔、空气充压控制阀、空气充压过滤器、真空泵、产品气缓充罐和置换回流阀，所述鼓风机的出气端与所述进气缓冲罐的一端固定连接，所述进气缓冲罐的另一端与所述第一进气控制阀、第二进气控制阀和第三进气控制阀固定连接，所述第一进气控制阀、第二进气控制阀和第三进气控制阀并联连接，所述第一进气控制阀与所述第一吸附塔的底端固定连接，所述第二进气控制阀与所述第二吸附塔的底端固定连接，所述第三进气控制阀与所述第三吸附塔的底端固定连接，所述第一吸附塔的顶端与所述第一排气控制阀固定连接，所述第二吸附塔的顶端与所述第二排气控制阀固定连接，所述第三吸附塔的顶端与所述第三排气控制阀固定连接，所述第一排气控制阀、第二排气控制阀和第三排气控制阀的出气端固定连接有排气管路，所述第一吸附塔的顶端与所述第一均压控制阀固定连接，所述第二吸附塔的顶端与所述第二均压控制阀固定连接，所述第三吸附塔的顶端与所述第三均压控制阀固定连接，所述第一排气控制阀和所述第一均压控制阀并联后一端与所述置换回流阀固定连接，所述第二排气控制阀和所述第二均压控制阀并联后一端与所述置换回流阀固定连接，所述第三排气控制阀和所述第三均压控制阀并联后一端与所述置换回流阀固定连接，所述第一排气控制阀和所述第一均压控制阀并联后另一端与所述空气充压控制阀固定连接，所述第二排气控制阀和所述第二均压控制阀并联后另一端与所述空气充压控制阀固定连接，所述第三排气控制阀和所述第三压控制阀并联后另一端与所述空气充压控制阀固定连接，所述空气充压控制阀与所述空气充压过滤器固定连接，所述置换回流阀另一端与原料气进口端固定连接，所述第一吸附塔的底端与所述第一抽真空控制阀固定连接，所述第二吸附塔的底端与所述第二抽真空控制阀固定连接，所述第三吸附塔的底端与所述第三抽真空控制阀固定连接，所述第一抽真空控制阀、第二抽真空控制阀和第三抽真空控制阀并联后与所述真空泵一端固定连接，所述真空泵的另一端与所述产品气缓充罐排气端固定连接，所述第一吸附塔底端与所述第一置换控制阀固定连接，所述第二吸附塔底端与所述第二置换控制阀固定连接，所述第三吸附塔底端与所述第三置换控制阀固定连接，所述第一置换控制阀、第二置换控制阀和第三置换控制阀并联后与所述产品气缓充罐的进气端固定连接，所述第一吸附塔的第一均压控制阀与所述第二吸附塔的第二排气控制阀固定连接，所述第二吸附塔的第二均压控制阀与所述第三吸附塔的第三排气控制阀固定连接，所述第一吸附塔的第一置换控制阀与第二吸附塔的第二抽真空控制阀固定连接，所述第二吸附塔的第二置换控制阀与第三吸附塔的第三抽真空控制阀固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置，其特征在于：所述空气充压控制阀与所述空气充压过滤器和所述排气管路之间并联连接。

3.根据权利要求1所述的一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置，其特征在于：所述第一吸附塔、第二吸附塔和第三吸附塔内含有吸附剂，所述吸附剂为具有甲烷选择性吸附能力的吸附剂。

4.根据权利要求3所述的一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置，所述吸附剂为沸石分子筛、活性炭和金属有机骨架材料。

5.一种带排气端空气升压煤矿瓦斯富集装置的富集方法，其特征在于：带排气端空气升压煤矿瓦斯富集装置的吸附塔至少3个，通过在吸附过程中引入空气升压步骤来实现低浓度瓦斯气体的富集，吸附过程中甲烷气体经过均压升之后再通过空气从排放气端进行二次升压，主要工艺流程包括吸附、置换、均压降、抽真空、均压升和空气升压六个步骤：

(1)吸附步骤：原料气经所述鼓风机进入到所述进气缓冲罐，当原料气升压后，升压后的原料气通过所述进气缓冲罐和第一进气控制阀进入至第一吸附塔内，同时将第一排气控制阀打开，气体在流动过程中，第一吸附塔内的吸附剂对甲烷气体进行吸附，未被吸附的含有较低甲烷体积分数的气体通过第一排气控制阀排出至排气管路，最终被排出至大气中；

(2)置换步骤：当甲烷气体在第一吸附塔中穿透后，完成吸附过程，关闭第一排气控制阀和第一进气控制阀，同时第二均压控制阀、所述置换回流阀和所述第一置换控制阀，打开所述产品气缓冲罐的控制阀，使得产品气通过第一置换控制阀进入至第一吸附塔内，此时甲烷浓度较高的产品气将第一吸附塔的塔顶甲烷浓度相对较低的气体置换出第一吸附塔内并流向原料气入口；

(3)均压降步骤：完成置换步骤后，关闭第一置换控制阀和所述置换回流阀，同时打开第三均压控制阀，将第一吸附塔内的气体流入至第三吸附塔内，实现第一吸附塔的降压和第三吸附塔的升压；

(4)抽真空步骤：完成均压降后关闭第一吸附塔的第一压控制阀，打开第一抽真空控制阀对第一吸附塔内的气体进行抽真空，此时所抽出的气体为甲烷浓度较高的产品气；

(5)均压升步骤：抽真空步骤结束后，关闭第一抽真空控制阀，再次打开第一均压控制阀与第二均压控制阀，此时所述第二吸附塔内的高压气体通过第一均压控制阀流入至第一吸附塔内，实现第一吸附塔的均压升压步骤和第二吸附塔的均压降压；

(6)空气升压步骤：第一吸附塔完成均压升后，关闭第二均压控制阀，打开所述空气充压控制阀，此时空气依次经过所述空气充压过滤器、所述空气充压控制阀和第一排气控制阀流入至第一吸附塔内，实现第一吸附塔内气体的再次升压，直至第一吸附塔内的压力接近大气压后，关闭第二均压控制阀和所述空气充压控制阀，完成空气充压步骤；

(7)重复以上步骤(1)-(6)，完成一个循环。

6.根据权利要求5所述的一种带排气端空气升压煤矿瓦斯富集装置的富集方法，其特征在于：所述吸附压力的绝压范围为0.1MPa～0.12MPa。

7.根据权利要求5所述的一种带排气端空气升压煤矿瓦斯富集装置的富集方法，其特征在于：所述降压解吸压力的绝压范围为0.01MPa～0.08MPa。