CN201840966U - 利用变压吸附原理浓缩甲烷气的装置 - Google Patents

Abstract

利用变压吸附原理浓缩甲烷气的装置，是利用变压吸附原理浓缩混合气体中的甲烷气的装置。本实用新型主要通过增加一套专用的置换管路系统，解决了原工艺中解吸与置换相冲突，系统无法正常置换的问题。本实用新型另一目的是实现甲烷气浓缩在煤炭化工企业的规模化生产。装置主要包括4个装满吸附剂的填料塔。每个填料塔与进气管路、产气管路、均压管路、解吸管路、置换管路通过法兰连接，置换系统设在填料塔的下部，每个管路上均设有控制阀。通过设在各管路上的气动阀和手动阀来控制各填料塔的进气流量和压力，并在实现全自动控制的条件下，本实用新型实现了通过浓缩混合气中的甲烷，达到生产具有高热值的高浓度的甲烷气，并且在甲烷浓缩过程中气体耗量低，电能耗量下降。

Description

利用变压吸附原理浓缩甲烷气的装置 

技术领域

本实用新型涉及一种利用变压吸附原理浓缩甲烷气的装置，既利用变压吸附原理将煤层气中的甲烷浓度从20％提高到60-70％的装置。 

背景技术

煤层气俗称瓦斯，主要成分为甲烷，热值与天然气相当，不仅是可以直接使用的洁净、高效能源，也可以液化成车用燃料，还可用于生产合成氨、甲醇或深度加工成系列化工产品。 

据国际能源机构(IEA)估计，全球煤层气总储藏量达260万亿立方米。其中，俄罗斯、加拿大、中国和美国的储量最大，占世界总储量的80％。我国地下2000米内的浅煤层气资源量为36.7万亿立方米，与天然气总量相当。其主要分布在全国24个省、市、自治，其中适宜开发的煤层气储量占煤层气探明总储量的60％以上。据计算，1000立方米煤层气相当于1吨标准煤，其发热量可达30兆焦/立方米以上，据此估算我国的煤层气储量相当于350亿吨标准煤或240亿吨石油. 

煤层气分为两类：一类是在煤炭开采前通过地面垂直钻井抽采的煤层气，甲烷含量在95％以上，可直接通过管道输送，也可加压液化后通过汽车、火车或轮船运输。但这种抽采方式前期投资大，一个能商业化运行的煤层气地面井组一般投资2000万元左右，抽采过程还可能遇到煤层含气量减少、渗透性差、不易抽采等难题。 

另一类是由于煤矿的开采而释放出的煤层气，即含氧煤层气，甲烷含量仅20％～30％。这种抽采方式投资小，风险小，可根据煤炭开采过程中煤层气实际含量，确定通风量和抽气量，这是我国目前煤炭企业普遍采用的抽采方式。但这种煤层不能直接远距离运输作为民用和工业原料使用，只有通过分离提纯，才能实现安全、方便、经济的远距离运输。 

变压吸附法是从混合气体中分离、提纯一种气体的技术，是以吸附剂在高压下对气体的吸附容量大，低压下对气体的吸附容量小为工作原理，由选择吸附和解吸再生组成的循环工艺，它节能、环保、安全、高效，是煤层气中甲烷浓缩的主要方法之一。 

在变压吸附甲烷浓缩过程中，由于填料塔的结构问题存有死空间，从而导致传统的甲烷浓缩装置无法大幅度提高甲烷的浓度。所以必须在浓缩甲烷的过程中增加置换步骤，即用成品气置换填料塔死空间中的其它气体，以达到提高产品气中甲烷的纯度。但传统的甲烷浓缩装置中置换与解吸共用一条管路，无法使置换气体有效地进入填料塔进行正常置换，所以无法大幅度提高甲烷的浓度。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用变压吸附原理浓缩甲烷气的装置，为实现上述目的，本实用新型提供了四个装满吸附剂的填料塔和进气管路、产气管路、置换管路、解吸管路、均压管路，进气管路通过阀门十五、阀门十八、阀门二十一、阀门二十四与填料塔A、B、C、D连接，产气管路通过阀门一、阀门二、阀门四、阀门五、阀门七、阀门八、阀门十、阀门十一与填料塔A、B、C、D连接，置换管路通过阀门十七、阀门二十、阀门二十三、阀门二十六与填料塔A、B、C、D连接，解吸管路通过阀门十六、 阀门十九、阀门二十二、阀门二十五与填料塔A、B、C、D连接，均压管路通过阀门三、阀门六、阀门九、阀门十二与填料塔A、B、C、D连接，上述各管路相连接后延伸与外围设备相连；各填料塔有独立的置换管路和阀门；在其置换管路上设有控制阀；所述控制阀均为气动截止阀；置换管路位于填料塔的下部，出口与进气管路的出口相通；置换管路在其管路的进口设有手动流量控制阀和压力控制阀。 

本实用新型解决了传统的甲烷浓缩工艺流程中置换与解吸共用一条管路，无法使置换气体有效地进入填料塔进行正常置换的缺陷，大幅度提高了成品甲烷气的浓度，同时降低了能耗。 

附图说明

图1是本实用新型装置工艺流程图 

1.阀门一2.阀门二3.阀门三 

4.阀门四5.阀门五6.阀门六 

7.阀门七8.阀门八9.阀门九 

10.阀门十11.阀门十一12.阀门十二 

13.阀门十三14.阀门十四 

15.阀门十五16.阀门十六17.阀门十七 

18.阀门十八19.阀门十九20.阀门二十 

21.阀门二十一22.阀门二十二23.阀门二十三 

24.阀门二十四25.阀门二十五26.阀门二十六 

27.阀门二十七28.阀门二十八29.阀门二十九30.阀门三十 

图2是传统的工艺流程图 

1.阀门一2.阀门二3.阀门三 

4.阀门四5.阀门五6.阀门六 

7.阀门七8.阀门八9.阀门九 

10.阀门十11.阀门十一12.阀门十二 

13.阀门十三14.阀门十四 

15.阀门十五16.阀门十六17.阀门十七 

18.阀门十八19.阀门十九20.阀门二十 

21.阀门二十一22.阀门二十二23.阀门二十三 

24.阀门二十四25.阀门二十五26.阀门二十六 

具体实施方式

本实用新型主要由多个并列设置的、内部装满吸附剂的填料塔组成。填料塔之间通过进气管路、放气管路、置换管路、吸附管路、充气管路、均压管路进行连接。并与填料塔上部、下部相连。另一端口通过气动控制阀门与各自的外围设备连接，以控制各填料塔内的气体压力、流量和气体成分。 

通过压缩设备获取具有一定压力和一定流量的压缩煤层气，输入到装有专用吸附剂的四只填料塔中；当煤层气通过进气阀门进填料塔入口端，在填料塔中扩散，氮气经过吸附剂缓慢地向出口端流动时，甲烷分子被吸附剂吸附。经一段时间后，塔内的吸附剂吸附达到一定程度时，控制器切换阀门，填料塔停止进气，并顺着吸附方向减压，进一步排除塔内未被吸附的气体成分。并用成品气从填料塔的进口端进入，进行置换，进一步提高塔内被吸附气体的浓度，然后逆着吸附的进行的方向减压并抽真空，以解吸被吸附的甲烷，并把解吸的甲烷送到成品气储罐存储备用，最后用其他塔排出的气体将脱附完毕的塔加压到吸附压力，准备进入下一循环再次分离混合气体。 

在变压吸附的每一个循环过程中每个填料塔都会经历以下几个步骤： 

1.吸附过程中首先进气阀和吸附阀打开，混合气体通过进气阀进入装有吸附剂的填料塔内，不易吸附的气体从塔出口端通过吸附阀释放，易被吸附的气体留在吸附剂内，得到浓缩。 

2.吸附结束后，压力均衡的两填料塔均压阀打开，该塔与结束解吸的填料塔通过均压阀出口端相连，使该塔气体输往另一塔，直到两塔压力相等。 

3.压力均衡结束后，均压阀和顺减阀打开，填料塔进一步顺着出口端方向减压，直到被吸附气体刚刚在出口端出现。 

4.顺向减压结束后，置换阀、均压阀和管路置换阀打开，利用产品气的一部分，从塔的进口端向出口端通过，置换掉一部分残留在吸附剂中的其他气体，使产品气的浓度进一步提高。 

5.置换结束后，解吸阀和逆减阀打开，使被吸附的气体从塔的进口端排出，直到塔压降到大气压。 

6.逆向减压结束后，解吸阀和真空阀打开，将残留的被吸附气体通过抽真空方式把它抽出并收集起来，以备使用，同时使吸附剂得到再生。 

7.一次充压与另一塔的压力均衡步骤同时进行，利用另一塔塔顶释放气向完成抽真空(或逆向减压)步骤的塔充压，直到两塔压力基本相等。 

8.充气阀打开，利用另一处于吸附步骤的塔的不含成品气的塔顶释放气向完成一次充压的塔从出口端进行再次充压，以利于填料塔再次进行吸附。 

Claims (5)

1.一种利用变压吸附原理浓缩甲烷气的装置，该装置提供了四个装满吸附剂的填料塔和进气管路、产气管路、置换管路、解吸管路、均压管路，其特征在于：进气管路通过阀门十五、阀门十八、阀门二十一、阀门二十四与填料塔A、B、C、D连接，产气管路通过阀门一、阀门二、阀门四、阀门五、阀门七、阀门八、阀门十、阀门十一与填料塔A、B、C、D连接，置换管路通过阀门十七、阀门二十、阀门二十三、阀门二十六与填料塔A、B、C、D连接，解吸管路通过阀门十六、阀门十九、阀门二十二、阀门二十五与填料塔A、B、C、D连接，均压管路通过阀门三、阀门六、阀门九、阀门十二与填料塔A、B、C、D连接，上述各管路相连接后延伸与外围设备相连；各填料塔有独立的置换管路和阀门。

2.根据权利要求1中所述的利用变压吸附原理浓缩甲烷气的装置，其特征在于：在其置换管路上设有控制阀。

3.根据权利要求1或2所述的利用变压吸附原理浓缩甲烷气的装置，其特征在于：所述控制阀均为气动截止阀。

4.根据权利要求2中所述的利用变压吸附原理浓缩甲烷气的装置，其特征在于：所述置换管路位于填料塔的下部，出口与进气管路的出口相通。

5.根据权利要求2中所述的利用变压吸附原理浓缩甲烷气的装置，其特征在于：所述置换管路在其管路的进口设有手动流量控制阀和压力控制阀。 

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