CN115105925B - 双回流多塔真空变压吸附方法与吸附系统 - Google Patents
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Abstract
一种双回流多塔真空变压吸附方法，采用多塔吸附，并在多塔吸附过程中对煤层气进行回流以及压力控制。本发明还提供了一种双回流多塔真空变压吸附系统，该双回流多塔真空变压吸附系统根据如上述的双回流多塔真空变压吸附方法构建而成；其中，所述双回流多塔真空变压吸附系统包括有至少六个吸附塔，各个所述吸附塔可独立运行且各个所述吸附塔之间气路连通。本发明所提供的双回流多塔真空变压吸附方法是一种煤层气高浓度开采技术，能够实现煤层气的高效开采。本发明采用双回流、多塔真空变压吸附方法，重回流与轻回流相互结合，可同时提高甲烷的浓度与回收率；一步法提纯设备高度集成化、小型化、比同规格传统设备整体体积缩小2/3。
Description
技术领域
本发明属于机械加工辅助工装技术领域，更具体地说，特别涉及一种双回流多塔真空变压吸附方法以及一种双回流多塔真空变压吸附系统。
背景技术
煤层气是与煤伴生、共生的气体资源，指储存在煤层中的烃类气体，以甲烷为主要成分，属于非常规天然气。煤层气以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，属于煤的伴生矿产资源，是近一二十年在国际上崛起的一种新型洁净、优质能源和化工原料。
煤层气俗称“煤矿瓦斯”，加快煤层气的开发利用，是保障煤矿安全生产、增加清洁能源供应的有效途径。由于煤层气属于是非常规天然气，在现有技术中尚未有成熟的开采技术，造成大量气体能源的浪费。
发明内容
(一)技术问题
综上所述，如何提供一种煤层气高浓度开采技术，用于实现煤层气的高效开采，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种双回流多塔真空变压吸附方法，在本发明中，该双回流多塔真空变压吸附方法采用多塔吸附，并在多塔吸附过程中对煤层气进行回流以及压力控制。
优选地，在本发明所提供的双回流多塔真空变压吸附方法中，所述多塔吸附包括有六个可独立控制的吸附塔，煤层气经过全部的吸附塔处理一次为一个循环处理过程，在一个所述循环处理过程中至少包括有轻组分回流、均压升、重组分产品升压、重组分回流吸附、均压降、逆向降压六个操作中的任意一项操作。
优选地，在本发明所提供的双回流多塔真空变压吸附方法中，在所述吸附塔中使用离子液沸石分子筛为吸附剂。
优选地，在本发明所提供的双回流多塔真空变压吸附方法中，全部的所述吸附塔均采用塔底进料方式，并在所述吸附塔的塔顶和塔底分别采用轻组分以及重组分回流变压吸附方式对煤层气进行处理。
优选地，在本发明所提供的双回流多塔真空变压吸附方法中，所述双回流多塔真空变压吸附方法共使用六个吸附塔煤层气进行吸附处理；六个所述吸附塔分别为A塔、B塔、C塔、D塔、E塔以及F塔。
优选地，在本发明所提供的双回流多塔真空变压吸附方法中，所述双回流多塔真空变压吸附方法包括步骤：步骤一、由所述A塔对煤层气进行吸附，同时由所述F塔向所述B塔均压，由所述E塔向所述C塔均压，由所述D塔进行抽真空解析；步骤二、由所述A塔对煤层气进行持续吸附，由所述B塔反向充压，由所述F塔向所述C塔均压，由所述D塔进行抽真空解析，由所述E塔排废；步骤三、由所述A塔对煤层气进行持续吸附，由所述B塔反向充压，由所述F塔向所述C塔均压，由所述D塔进行抽真空解析，由所述E塔进行轻回流作业；步骤四、由所述C塔向所述A塔均压，同时由所述F塔向所述D塔均压，s由所述B塔进行轻回流作业，由所述E塔进行抽真空解析；步骤五、由所述D塔向所述A塔均压，由所述A塔进行重回流作业，由所述B塔进行轻回流作业，由所述E塔进行抽真空解析，由所述F塔排废；步骤六、由所述D塔向所述A塔均压，由所述B塔进行重回流作业，由所述C塔进行轻回流作业，由所述E塔进行抽真空解析，由所述F塔排废；步骤七、由所述E塔向所述A塔均压，由所述D塔向所述B塔均压，由所述C塔进行轻回流作业，由所述F塔进行抽真空解析；步骤八、由所述B塔向所述E塔均压，由所述F塔产气，由所述D塔进行重回流作业，由所述C塔进行轻回流作业；步骤九、由所述C塔进行轻回流作业，由所述B塔向所述E塔均压，由所述A塔排废，由所述D塔进行重回流作业，由所述F塔产气。
优选地，在本发明所提供的双回流多塔真空变压吸附方法中，在所述步骤一至所述步骤九中，吸附作业过程中吸附压力在180kPa至220kPa之间，在抽真空解析作业过程中解析压力在74kPa至78kPa之间。
基于上述的双回流多塔真空变压吸附方法，本发明还提供了一种双回流多塔真空变压吸附系统，该双回流多塔真空变压吸附系统根据如上述的双回流多塔真空变压吸附方法构建而成；所述双回流多塔真空变压吸附系统包括有至少六个吸附塔，各个所述吸附塔可独立运行且各个所述吸附塔之间气路连通。
(三)有益效果
本发明提供了一种双回流多塔真空变压吸附方法，该双回流多塔真空变压吸附方法采用多塔吸附，并在多塔吸附过程中对煤层气进行回流以及压力控制。同时，本发明还提供了一种双回流多塔真空变压吸附系统，该双回流多塔真空变压吸附系统根据如上述的双回流多塔真空变压吸附方法构建而成；其中，所述双回流多塔真空变压吸附系统包括有至少六个吸附塔，各个所述吸附塔可独立运行且各个所述吸附塔之间气路连通。
本发明所提供的双回流多塔真空变压吸附方法是一种煤层气高浓度开采技术，能够实现煤层气的高效开采。通过上述结构设计，本发明至少能够达到如下有益效果：1、采用双回流、多塔真空变压吸附方法，重回流与轻回流相互结合，可同时提高甲烷的浓度与回收率；2、一步法提纯设备高度集成化、小型化、比同规格传统设备整体体积缩小2/3。
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，下面将对实施例或现有技术描述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，双回流多塔真空变压吸附方法对应步骤一至步骤九中六个吸附塔的工艺步骤图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
另外，在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参考图1，图1为本发明实施例中，双回流多塔真空变压吸附方法对应步骤一至步骤九中六个吸附塔的工艺步骤图。
本发明提供了一种双回流多塔真空变压吸附方法，其中，双回流是指轻回流以及重回流(轻回流，即轻组分回流，该过程采用高压进料，低压轻组分回流冲洗；重回流，即重组分回流，该过程通常是低压进料，重组分进行回流冲洗)，多塔是指参与煤层气处理的吸附塔设置有多个，吸附是指采用吸附剂(沸石分子筛)对目标气体(可以是氧气、甲烷或者其他气体)进行吸附，从而将目标气体从煤层气(混合气体)中解析出。
本发明中，轻组分是指吸附能力较弱或不吸附的组分，重组分是指吸附能力较强的组分。
本发明所提供的双回流多塔真空变压吸附方法采用多塔吸附，并且各个吸附塔都能够独立控制，同时，各个吸附塔之间采用“两两连接”方式通过气体管路联通，这样吸附塔既可以单独运行，例如调控压力、接收气体、排放气体等，也可以与其他吸附塔配合使用，例如实现两塔之间的匀压。通过增加吸附塔的设置数量以及对吸附塔之间连接设置，可以在多塔吸附过程中对煤层气进行回流、匀压以及压力控制。
具体地，多塔吸附包括有六个可独立控制的吸附塔，煤层气经过全部的吸附塔处理一次为一个循环处理过程，在一个循环处理过程中至少包括有轻组分回流、均压升、重组分产品升压、重组分回流吸附、均压降、逆向降压六个操作中的任意一项或多项操作。
具体地，双回流多塔真空变压吸附方法共使用六个吸附塔煤层气进行吸附处理，其中六个吸附塔分别为A塔、B塔、C塔、D塔、E塔以及F塔。
双回流多塔真空变压吸附方法包括步骤：
步骤一、由A塔对煤层气进行吸附，同时由F塔向B塔均压，由E塔向C塔均压，由D塔进行抽真空解析；
步骤二、由A塔对煤层气进行持续吸附，由B塔反向充压，由F塔向C塔均压，由D塔进行抽真空解析，由E塔排废；
步骤三、由A塔对煤层气进行持续吸附，由B塔反向充压，由F塔向C塔均压，由D塔进行抽真空解析，由E塔进行轻回流作业；
步骤四、由C塔向A塔均压，同时由F塔向D塔均压，由B塔进行轻回流作业，由E塔进行抽真空解析；
步骤五、由D塔向A塔均压，由C塔进行重回流作业，由B塔进行轻回流作业，由E塔进行抽真空解析，由F塔排废；
步骤六、由D塔向A塔均压，由B塔进行重回流作业，由C塔进行轻回流作业，由E塔进行抽真空解析，由F塔排废；
步骤七、由E塔向A塔均压，由D塔向B塔均压，由C塔进行轻回流作业，由F塔进行抽真空解析；
步骤八、由B塔向E塔均压，由F塔产气，由D塔进行重回流作业，由C塔进行轻回流作业，由A塔排废；
步骤九、由C塔进行轻回流作业，由B塔向E塔均压，由A塔排废，由D塔进行重回流作业，由F塔产气。
在本发明中，在吸附塔中使用离子液沸石分子筛为吸附剂。
在本发明中，全部的吸附塔均采用塔底进料方式，并在吸附塔的塔顶和塔底分别采用轻组分以及重组分回流变压吸附方式对煤层气进行处理。
在此限定：在步骤一至步骤九中，吸附作业过程中吸附压力在180kPa至220kPa之间，具体地可以是180kPa、190kPa、200kPa、210kPa、220kPa，优选为200kPa；在抽真空解析作业过程中解析压力在74kPa至78kPa之间，具体地可以是74kPa、75kPa、76kPa、76kPa、78kPa，优选为76kPa。
基于上述的双回流多塔真空变压吸附方法，本发明根据其操作流程方式构建了一套双回流多塔真空变压吸附系统，其中，该双回流多塔真空变压吸附系统包括有至少六个吸附塔，各个吸附塔可独立运行且各个吸附塔之间气路连通。
本发明提供了一种双回流多塔真空变压吸附方法，该方法针对煤层气综合利用发展中的核心技术问题，以低浓度煤层气中脱氧和甲烷富集为研究背景，开展高效脱氧脱氮技术的研究。
在本发明中，以煤层气离子液沸石吸附剂以及双回流工艺研究为基础，面向工业应用，加强对技术创新、全流程工艺优化、关键设备集成的进一步研究开发，使煤层气一步法提纯的各项工艺、经济指标不断提升，形成系列化的煤层气脱氧脱氮先进工艺、技术和装备，以煤层气开发企业为工业示范平台，实现煤层气中甲烷脱氧脱氮技术的突破性发展，实现低浓度含氧煤层气的规模产业化清洁利用本。
双回流真空变压吸附采用多塔吸附，由塔底进料，塔顶和塔底分别采用轻、重组分回流的变压吸附工艺，能够同时得到较高体积分数的轻、重组分产品。以离子液沸石分子筛为吸附剂，对六塔VPSA煤层气分离进行了应用。每个循环包含进料/轻组分回流、均压升、重组分产品升压、重组分回流吸附、均压降、逆向降压6个步骤，在原料气的甲烷成分为35％以及吸附压力200kPa和解析压力76kPa下能够得到体积分90％的甲烷气体和体积分数90％的甲烷回收率，分别为90.32％和90.15％。在原料气的甲烷成分为8％-15％以及吸附压力200kPa和解析压力76kPa下能够得到体积分35％-55％的甲烷气体和体积分数90％的甲烷回收率。
本发明的双回流流程如下：
1、A塔进行吸附，同时F塔向B塔均压，E塔向C塔均压，D塔抽真空解析；
2、A塔持续吸附，B塔反向充压，F塔向C塔均压，D塔真空解析，E塔排废；
3、A塔持续吸附，B塔反向充压，F塔向C塔均压，D塔抽真空解析，E塔轻回流；
4、C塔向A塔均压，同时F塔向D塔均压，B塔轻回流，E塔抽真空解析；
5、D塔向A塔均压，C塔重回流，B塔轻回流，E塔抽真空解析，F塔排废；
6、D塔向A塔均压，B塔重回流，C塔轻回流，E塔抽真空解析，F塔排废；
7、E塔向A塔均压，D塔向B塔均压，C塔轻回流，F塔抽真空解析；
8、B塔向E塔均压，F塔产气，D重回流，C塔轻回流，A塔排废；
9、C塔轻回流，B塔向E塔均压，A塔排废，D塔重回流，F塔产气。
由上述可知，本发明提供了一种双回流多塔真空变压吸附方法，该双回流多塔真空变压吸附方法采用多塔吸附，并在多塔吸附过程中对煤层气进行回流以及压力控制。同时，本发明还提供了一种双回流多塔真空变压吸附系统，该双回流多塔真空变压吸附系统根据如上述的双回流多塔真空变压吸附方法构建而成；其中，所述双回流多塔真空变压吸附系统包括有至少六个吸附塔，各个所述吸附塔可独立运行且各个所述吸附塔之间气路连通。
本发明所提供的双回流多塔真空变压吸附方法是一种煤层气高浓度开采技术，能够实现煤层气的高效开采。通过上述结构设计，本发明至少能够达到如下有益效果：1、采用双回流、多塔真空变压吸附方法，重回流与轻回流相互结合，可同时提高甲烷的浓度与回收率；2、一步法提纯设备高度集成化、小型化、比同规格传统设备整体体积缩小2/3。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (5)
1.一种双回流多塔真空变压吸附方法，其特征在于，采用多塔吸附，并在多塔吸附过程中对煤层气进行回流以及压力控制；
所述双回流多塔真空变压吸附方法共使用六个吸附塔煤层气进行吸附处理；六个所述吸附塔分别为A塔、B塔、C塔、D塔、E塔以及F塔；
所述双回流多塔真空变压吸附方法包括步骤：
步骤一、由所述A塔对煤层气进行吸附，同时由所述F塔向所述B塔均压，由所述E塔向所述C塔均压，由所述D塔进行抽真空解析；
步骤二、由所述A塔对煤层气进行持续吸附，由所述B塔反向充压，由所述F塔向所述C塔均压，由所述D塔进行抽真空解析，由所述E塔排废；
步骤三、由所述A塔对煤层气进行持续吸附，由所述B塔反向充压，由所述F塔向所述C塔均压，由所述D塔进行抽真空解析，由所述E塔进行轻回流作业；
步骤四、由所述C塔向所述A塔均压，同时由所述F塔向所述D塔均压，由所述B塔进行轻回流作业，由所述E塔进行抽真空解析；
步骤五、由所述D塔向所述A塔均压，由所述A塔进行重回流作业，由所述B塔进行轻回流作业，由所述E塔进行抽真空解析，由所述F塔排废；
步骤六、由所述D塔向所述A塔均压，由所述B塔进行重回流作业，由所述C塔进行轻回流作业，由所述E塔进行抽真空解析，由所述F塔排废；
步骤七、由所述E塔向所述A塔均压，由所述D塔向所述B塔均压，由所述C塔进行轻回流作业，由所述F塔进行抽真空解析；
步骤八、由所述B塔向所述E塔均压，由所述F塔产气，由所述D塔进行重回流作业，由所述C塔进行轻回流作业；
步骤九、由所述C塔进行轻回流作业，由所述B塔向所述E塔均压，由所述A塔排废，由所述D塔进行重回流作业，由所述F塔产气。
2.根据权利要求1所述的双回流多塔真空变压吸附方法，其特征在于，
所述多塔吸附包括有六个可独立控制的吸附塔，煤层气经过全部的吸附塔处理一次为一个循环处理过程，在一个所述循环处理过程中至少包括有轻组分回流、均压升、重组分产品升压、重组分回流吸附、均压降、逆向降压六个操作中的任意一项操作。
3.根据权利要求2所述的双回流多塔真空变压吸附方法，其特征在于，
在所述吸附塔中使用离子液沸石分子筛为吸附剂。
4.根据权利要求2所述的双回流多塔真空变压吸附方法，其特征在于，
全部的所述吸附塔均采用塔底进料方式，并在所述吸附塔的塔顶和塔底分别采用轻组分以及重组分回流变压吸附方式对煤层气进行处理。
5.根据权利要求1所述的双回流多塔真空变压吸附方法，其特征在于，
在所述步骤一至所述步骤九中，吸附作业过程中吸附压力在180kPa至220kPa之间，在抽真空解析作业过程中解析压力在74kPa至78kPa之间。
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2022
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