CN110394029A - 一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷系统装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气体分离领域，具体涉及一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷系统装置，包括进气装置、吸附装置和解吸装置，所述进气装置通过输气管道连接至吸附装置的底部，所述吸附装置底部通过输气管道还连接有解吸装置，所述吸附装置顶部通过输气管道输出尾气，所述解吸装置出口处通过输气管道输出产品气，所述输气管道上均设置有阀门。本发明利用了不同压力下，特定的吸附剂可以对甲烷进行吸收和解吸，通过阀门的开启与闭合吸附塔5内部的压力，实现甲烷气的分离和提浓。本发明工艺流程简单，设备投资更小，运行能耗更低，适合大规模应用。
Description
技术领域
本发明属于瓦斯技术领域，具体涉及一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷系统装置。
背景技术
甲烷是一种清洁高效的绿色能源，在我国能源结构优化中起着重要推动作用。我国一次能源结构具有“富煤贫油少气”特征，资源消耗以煤炭为主（占70%以上）。伴随煤炭开采将副产大量煤层气（俗称瓦斯），其中埋深2000m以上浅煤层气地质资源量约36.8万亿m³，与常规天然气储量相当。据统计，2017年我国煤矿瓦斯抽采量178亿m³，其中井下抽采128亿m³，而70%以上井下抽采的瓦斯中甲烷浓度低于30vol%，有的甚至低于5vol%，大部分在10～25vol%。由于甲烷浓度低、利用难度大导致瓦斯利用率低于40%，大量低浓度瓦斯直接排空，造成巨大的资源浪费和环境污染。目前对于该低浓度瓦斯的利用问题较为突出，对提浓技术的需求也极为迫切。若能将这些排空的瓦斯加以富集、提浓，将对常规天然气形成有力补充。
目前的变压吸附提浓低浓度煤矿瓦斯中甲烷技术及配套装置存在甲烷收率低，运行能耗高的问题。使得装置的运行成本过高，经济效益较差，在工程实际应用中受到较大的限制。
因此，有必要对其进行改进。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷系统装置，该装置具有操作条件温和、工艺过程简单、投资小、能耗低的特点。
本发明所采用的技术方案为：
一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷装置，包括进气装置、吸附装置和解吸装置，所述进气装置、吸附装置和解吸装置通过输气管道依次连接，所述吸附装置设有尾气输出口，所述解吸装置设有产品气输出口，所述输气管道上均设置有阀门。
所述进气装置包括快速切断阀、水封、压缩机和原料气气液分离器，所述快速切断阀、水封、压缩机和原料气气液分离器依次连接，所述快速切断阀的入口连通外界低浓度瓦斯气体，所述原料气气液分离器连接至吸附装置。
所述吸附装置为装填有用于吸附提浓甲烷的吸附剂的吸附塔，所述吸附塔设有尾气输出口。
所述解吸装置包括真空泵和产品气气液分离器，所述真空泵的入口连接至吸附塔，所述真空泵的出口连接至产品气气液分离器，所述产品气气液分离器设有产品气输出口。
所述压缩机出口处设置有甲烷分析仪，用于监控甲烷含量。
所述原料气气液分离器与吸附塔之间设置有程控阀门I，尾气输出口与吸附塔之间设有程控阀门II，吸附塔和真空泵之间设有程控阀门III。
所述产品气气液分离器的出口与压缩机进口处之间还设置有一条产品气副线管道，所述产品气副线管道上设置有产品气副线调节阀，所述产品气副线调节阀与所述甲烷分析仪相连。
所述吸附装置为至少两个吸附塔。
所述相邻吸附塔之间至少包括两条均设置有程控阀门的连接管道。
其中一条连接管道上还设置有终充调节阀。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、本发明提浓甲烷采用高压吸附，低压解吸的原理，通过阀门控制吸附塔的压强将杂质气体与甲烷气体分离，无化学变化，无二次污染物产生，是一种绿色提浓甲烷工艺技术。
2、本发明在入口处设置水封，对来自与外界的低浓度瓦斯气体首先进行预处理，降低温度的同时吸附一些易溶于水的杂质气体，相比现有技术，保障设备安全运营的同时大大简化了后期的气体分离的过程。
3、本发明在压缩机出口处设置甲烷分析仪，可以实时检测甲烷浓度，将甲烷分析仪与产品气副线管道调节阀连接，可以实现对甲烷气体浓度的自动调节，全面保障运行过程的安全。
附图说明
图1是本发明实施例1结构示意图；
图2是本发明实施例2结构示意图；
图中：1为快速切断阀、2为水封、3为压缩机、4为原料气气液分离器、5为吸附塔、6为真空泵、7为产品气气液分离器、8为甲烷分析仪、9为程控阀门I、10为程控阀门II、11为程控阀门III、12为产品气副线管道、13为产品气副线管道调节阀、14为连接管道、15为终充调节阀。
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。
实施例1
如图1所示，一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷系统装置，包括快速切断阀1、水封2、压缩机3、原料气气液分离器4、吸附塔5、真空泵6、产品气气液分离器7、甲烷分析仪8、程控阀门I9、程控阀门II10、程控阀门III11、产品气副线管道12和产品气副线管道调节阀13。
外界瓦斯气体通过快速切断阀1的入口进入本装置。所述快速切断阀1的作用在于用来控制外界瓦斯气体进入本发明以及进入本发明的速率，快速切断阀1的出后和水封2的入口连接。
所述水封2的作用在于消焰、泄爆部件释放爆炸压力，将管道瓦斯爆炸控制在一定范围内的管道瓦斯输送安全保障装置，起到保护井上下抽放泵站及用户的安全，同时去除气体中的部分粉尘，水封2的出口和压缩机3的入口相连接。
所述压缩机3的作用在于将原料气气体加压，由于井下上抽放站提供的气体压力约1～4kPa，不能满足吸附压力要求，压缩机3的出口与原料气气液分离器4的入口连接。
所述原料气气液分离器4将来自于压缩机的的气体进行气液分离，出口与所述吸附塔5的底部连接。
每个吸附塔5装填有用于吸附提浓甲烷的吸附剂，该吸附剂具体可以为DKT-611、活性炭、分子筛吸附剂中的任一种或多种，吸附剂对煤矿低浓度瓦斯中的不同组分的吸附量不同，对甲烷具有较高的吸附选择性，CH4/N2、CH4/O2分离系数高，且吸附剂对甲烷的吸附量随吸附压力的变化而变化，可通过降压再生，实现甲烷的连续分离提浓，所述吸附塔5的底部还与所述真空泵6的入口连接。
所述真空泵6的作用在于将吸附塔5内部降压，使吸附剂降压再生，同时解吸出甲烷气体，所述真空泵6的作用还在于将吸附塔5内解吸出来的甲烷气体抽入产品气企业分离装置7中，所述真空泵6的出口与所述产品气气液分离器7的入口连接，
所述产品气气液分离装置7的作用在于将脱干产品气中的水分，使产品气保持干燥，出口输出产品气。
所述压缩机3的出口处设置有甲烷分析装置8，用于监控甲烷含量。
程控阀门I9、程控阀门II10和程控阀门III11所起的作用在于调节吸附塔5内部的压力，同时，使用程控阀门的另一个目的在于施工人员不必到现场去操控阀门的开合，节省人员成本。
产品气副线管道12和产品气副线调节阀门13所起的作用在于，所述产品气副线调节阀13与所述甲烷分析仪8形成连锁，根据所述甲烷分析仪8获得的甲烷含量自动调节该程控阀门的开度，以保证进入所述压缩机3的原料瓦斯中甲烷含量不低于下限值。
首先关闭程控阀门II10和程控阀门III11，打开程控阀门I9，然后再打开快速切断阀1使外界瓦斯原料气体通过快速切断阀1进入水封2中，经过水封2的时候可以去除原料气气体中的一些易溶于水的杂质气体例如氨气、或者一氧化碳气体，同时对气体进行降温保证设备安全；之后气体进入压缩机3中，压缩机3将输送来的原料气体进一步增压，然后送入原料气气液分离器4中，在原料气气液分离器4中去除由原料气本身的水分和在水封中带来的水分后，进入处于吸附状态的吸附塔5，在专用甲烷吸附剂的高选择性吸附作用下，瓦斯中的甲烷被专用甲烷吸附剂吸附固定在其丰富的孔结构中，而瓦斯的氮气和氧气则被极少吸附或基本不吸附，吸附到一定程度时，即按照吸附时序并达到设定的甲烷穿透浓度时，关闭程控阀门I。
然后打开程控阀门II，此时在吸附塔5中不被吸附剂吸收的杂志气体就由尾气管道排出本系统装置，当尾气排放进行到一定程度时，关闭程控阀门II。
接着打开程控阀门III，此时吸附塔5和真空泵6被连通，真空泵将吸附塔5中的气体抽入产品气气液分离器7中，被吸附剂吸附的甲烷气体由于气压的降低也从吸附剂中释放出来，进入产品气气液分离器7中，产品气气液分离器7对来自于吸附塔5中的气体再进行依次气液分离和二次过滤，就产生了高浓度的甲烷气体。
优选的，在所述产品气气液分离器出口处和压缩机进口处之间还设置一条产品气副线管道12，在原料瓦斯中甲烷含量过低的情况下，用于将一部分产品气返回所述压缩机入口3，以保证瓦斯压缩过程的安全。
优选的，所述产品气副线管道上设置有产品气副线调节阀13，并与所述甲烷分析仪形成连锁，根据所述甲烷分析仪获得的甲烷含量自动调节该阀门的开度，以保证进入所述压缩机的原料瓦斯中甲烷含量不低于下限值。
实施例2
如图2所示，将吸附塔5并排设置多个，在多个吸附塔5的顶部之间设置至少两条设有程控阀门的连接管道14，设置连接管道14的的目的在于使各个吸附塔之间的气压保持一致，在降压解吸的过程中，各个吸附塔之间的解吸过程保持一致，在其中一条连接管道上设置吸附尾气升压终充调节阀15，用来平衡本装置各部分压强。
在本实施例中，在打开程控阀门III之前，需要打开各个连接管道14上的程控阀门，使得各个吸附塔5之间的气压保持一致，然后再打开程控阀门III。其余步骤均与实施例1相同。
本发明的原理：
本发明利用了不同压力下，特定的吸附剂在不同压力状态下可以对甲烷进行吸收和解吸，通过阀门的开启与闭合调节吸附塔5内部的压力，实现甲烷气的分离和提浓。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷装置，其特征在于：包括进气装置、吸附装置和解吸装置，所述进气装置、吸附装置和解吸装置通过输气管道依次连接，所述吸附装置设有尾气输出口，所述解吸装置设有产品气输出口，所述输气管道上均设置有阀门。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷装置，其特征在于：所述进气装置包括快速切断阀（1）、水封（2）、压缩机（3）和原料气气液分离器（4），所述快速切断阀（1）、水封（2）、压缩机（3）和原料气气液分离器（4）依次连接，所述快速切断阀（1）的入口连通外界低浓度瓦斯气体，所述原料气气液分离器（4）连接至吸附装置。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷装置，其特征在于：所述吸附装置为装填有用于吸附提浓甲烷的吸附剂的吸附塔（5），所述吸附塔（5）设有尾气输出口。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷装置，其特征在于：所述解吸装置包括真空泵（6）和产品气气液分离器（7），所述真空泵（6）的入口连接至吸附塔（5），所述真空泵（6）的出口连接至产品气气液分离器（7），所述产品气气液分离器（7）设有产品气输出口。
5.根据权利要求2所述的一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷装置，其特征在于：所述压缩机（3）出口处设置有甲烷分析仪（8），用于监控甲烷含量。
6.根据权利要求3所述的一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷装置，其特征在于：所述原料气气液分离器（4）与吸附塔（5）之间设置有程控阀门I（9），尾气输出口与吸附塔（5）之间设有程控阀门II（10），吸附塔（5）和真空泵（6）之间设有程控阀门III（11）。
7.根据权利要求4所述的一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷装置，其特征在于：所述产品气气液分离器（7）的出口与压缩机（3）进口处之间还设置有一条产品气副线管道（12），所述产品气副线管道（12）上设置有产品气副线调节阀（13），所述产品气副线调节阀（13）与所述甲烷分析仪（8）相连。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷装置，其特征在于：所述吸附装置为至少两个吸附塔（5）。
9.根据权利要求8所述的一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷装置，其特征在于：所述相邻吸附塔之间至少包括两条均设置有程控阀门的连接管道（14）；
根据权利要求9所述的一种煤矿低浓度瓦斯变压吸附提浓甲烷装置，其特征在于：其中一条连接管道（14）上还设置有终充调节阀（15）。
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