CN202237711U

CN202237711U - 一种带吸附塔排气端抽排步骤的煤矿乏风瓦斯富集装置

Info

Publication number: CN202237711U
Application number: CN2011203838987U
Authority: CN
Inventors: 李永玲; 杨雄; 刘应书; 张传钊; 孟宇; 施绍松; 杨海军
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-10-11

Abstract

本实用新型一种带吸附塔排气端抽排步骤的煤矿乏风瓦斯富集装置。本系统主要由以下部分组成：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，第一抽真控制阀-4A、第二抽真控制阀-4B、第一排放气控制阀-6A、第二排放气控制阀2-6B，第一均压控制阀-7A、第二均压控制阀-7B，第一抽排控制阀-8、第二抽排控制阀-13、第三抽排控制阀-14，单向阀-9，排放气缓冲罐-10，排放气流量调节阀-11，真空泵-12和吸附塔。本实用新型还可以用于其它富甲烷、二氧化碳、一氧化碳等强吸附组分气体的富集提浓。

Description

一种带吸附塔排气端抽排步骤的煤矿乏风瓦斯富集装置

技术领域

本实用新型属于变压吸附气体分离领域，涉及一种带吸附塔排气端抽排步骤的煤矿乏风瓦斯富集装置，能用于甲烷、二氧化碳等强吸附组分气体的富集。

背景技术

我国每年有180亿m³以上的纯甲烷混入矿井风流中通过乏风排空，这相当于3600多万吨煤炭被白白浪费掉。不仅如此，甲烷是仅次于CO₂的第二大温室气体，甲烷排放对大气环境的破坏，已经成为全世界共同面临的重大环境问题。我国是一个煤炭大国，据统计2000m以内的煤层气储量为36万亿立方米，占全世界煤层气储量的12.5%，居世界第三位，但每年因采煤排放的甲烷气体占世界采煤排放煤层气总量的1/3，居世界第一位。大量甲烷气体排入大气中主要是由于甲烷气体浓度较低。被排放的甲烷气中矿井乏风瓦斯占80%-90%，其平均浓度约为0.25%。如此低浓度的瓦斯气体利用难度较大，目前的乏风瓦斯氧化装置一般要求甲烷浓度高于0.3%后才能维持稳定工作，当甲烷浓度超过0.5%后瓦斯氧化装置才能用于发电，超过0.8%后可以利用稀燃燃气轮机发电。因此，将低甲烷浓度的乏风瓦斯气进行富集，并加以利用具有十分重大的意义。

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。在回收重组分气体的吸附分离过程中，为保证回收率一般都控制排放气中强吸附组分气体的浓度，这样势必导致传质区还停留在吸附塔内，影响产品气体的浓度。在吸附压力高的情况下一般通过顺向降压的方法将传质区移出吸附塔，提高产品气浓度，如专利CN85103557A富集煤矿瓦斯气体，CN101422683A回收一氧化碳气体等都加入顺向降压步骤。但当吸附压力较低时则无法实现顺向降压，或者顺向降压的幅度比较小。

专利CN101503335A、CN101502740A中利用公布了一种多级吸附分离煤矿瓦斯的流程，甲烷作为重组分气体被吸附，通过抽真空解吸的方法获取高浓度甲烷的产品气。在第一级吸附过程中，控制排放气中甲烷浓度为一较大值，这样则可以将传质区移出吸附塔，较高浓度的排放气进入另外一级吸附分离装置进行分离，分离后获得的气体再返回到原料气入口端进行分离。这样的流程虽然可以在较高收率的情况下提高浓度，但系统较复杂，同时也增大了设备的投资。

发明内容

为了提高变压吸附分离过程中瓦斯气的浓度，本实用新型提供一种吸附塔排气端抽排的吸附分离装置。该装置可以提高产品气甲烷的浓度。

本实用新型的技术方案是：一种带吸附塔排气端抽排步骤的煤矿乏风瓦斯富集装置，本系统主要由以下部分组成：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，第一抽真控制阀-4A、第二抽真控制阀-4B、第一排放气控制阀-6A、第二排放气控制阀2-6B，第一均压控制阀-7A、第二均压控制阀-7B，第一抽排控制阀-8、第二抽排控制阀-13、第三抽排控制阀-14，单向阀-9，排放气缓冲罐-10，排放气流量调节阀-11，真空泵-12和吸附塔，所述吸附塔包括第一吸附塔5A和第二吸附塔5B；其中，鼓风机-1经进气缓冲罐-2通过第一进气控制阀-3A和第二进气控制阀- 3B分别与第一吸附塔-5A和第二吸附塔-5B下端相连，第一吸附塔-5A通过第一抽真控制阀-4A与真空泵-12相连，第二吸附塔-5B通过第二抽真控制阀-4B与真空泵-12相连。第一吸附塔-5A、第一抽排控制阀8一端与第一均压控制阀7A、第二均压控制阀7B相连，另一端与真空泵相连，实现吸附塔排气端的抽真空步骤。第二抽排控制阀13连接真空泵排气端和鼓风机入口端，用于回收抽排气中的甲烷气体；第三抽排控制阀14一端与真空泵相连，另一端作为产品气的输出端；。第一排放气控制阀6A和第二排放气控制阀6B一端分别与第一吸附塔-5A和第二吸附塔-5B上端相连，另一端经单向阀-9与排放气缓冲罐-10、排放气流量调节阀-11相连。

通过真空变压吸附的方法实现低浓度瓦斯气体的富集。所述真空变压吸附方法中甲烷气体为强吸附组分，富含甲烷的产品气在降压解吸过程中获得。所述提高变压吸附提浓煤矿乏风瓦斯浓度的方法中抽真空的气体部分排放。所述变压吸附法中使用的吸附剂为对甲烷具有选择性吸附能力的吸附剂，可以为沸石分子筛、活性炭、MOF（金属有机骨架材料）等。

所述变压吸附分离装置包含至少2个吸附塔，也可以为2塔以上的任意吸附塔。所述的变压吸附法的工艺流程主要包括升压、吸附、均压降、抽真空排放、抽真空、均压升这个步骤。所述变压吸附工艺参数如下：吸附压力控制在绝压0.1MPa～0.16MPa之内，降压解吸压力控制在绝压0.01MPa～0.08MPa之内。所述变压吸附过程中，在均压降结束后先从吸附塔上端抽真空，将抽出的部分气体排放掉。这样可以避免解吸初始阶段流出的甲烷体积分数相对较低的气体进入产品气中，可以提高真空变压吸附富集煤矿乏风瓦斯气的浓度。

本实用新型的有益效果是：

1）可以提高真空变压吸附富集煤矿乏风瓦斯中产品气甲烷的体积分数；

2）通过变压吸附的方法富集混合气体中的某一种气体，其初投资低，运行成本低，操作灵活方便；

3）本实用新型可以使低浓度的乏风瓦斯气得到充分的利用，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。

4）本实用新型还还可以用于回收其他含有甲烷、二氧化碳、一氧化碳等强吸附组分的气体。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的工艺流程图；

图中标记为：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，第一抽真控制阀-4A、第二抽真控制阀-4B，第一吸附塔-5A、第二吸附塔-5B，第一排放气控制阀-6A、第二排放气控制阀-6B，第一均压控制阀-7A、第二均压控制阀-7B，第一抽排控制阀-8、第二抽排控制阀-13、第三抽排控制阀-14，单向阀-9，排放气缓冲罐-10，排放气流量调节阀-11，真空泵-12。

具体实施方式

实施例：将甲烷体积分数为0.2%的乏风气体浓缩到0.5%以上。

如图1所示，一种带吸附塔排气端抽排步骤的煤矿乏风瓦斯富集装置，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流入第一吸附塔5A、第二吸附塔5B。第一吸附塔5A和第二吸附塔5B内的吸附剂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放气控制阀6A、第二排放气控制阀6B过单向阀-9通过排放气缓冲罐-10、排放气流量调节阀-11流出。吸附结束后的吸附塔经过均压降后，产品气由真空泵12经第一抽真控制阀4A、第二抽真控制阀4B、从第一吸附塔5A、第二吸附塔5B中抽出。均压过程通过第一均压控制阀7A、第二均压控制阀7B实现。第一抽排控制阀8一端与第一均压控制阀7A、第二均压控制阀7B相连，另一端与真空泵相连，实现吸附塔排气端的抽真空步骤。第二抽排控制阀13连接真空泵排气端和鼓风机入口端。其循环时序如表1所示，下面以第一吸附塔5A为例对分离过程进行说明。

（1）原料气经鼓风机1加压，经进气缓冲罐2和第一进气控制阀3A进入第一吸附塔5A，完成充压步骤；

（2）充压结束后原料气继续进入第一吸附塔5A，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；

（3）当甲烷从第一吸附塔5A中穿透后，关闭第一排气控制阀6A，打开第一均压控制阀7A和第二均压控制阀7B对吸附塔进行均压，此时第一吸附塔5A内压力降低，第二吸附塔5B压力升高；

（4）完成均压后关闭第二均压控制阀7B和第一进气控制阀3A，打开第一抽排控制阀8对第一吸附塔5A抽真空，此时抽出的气体甲烷体积分数相对较低，这部分气经过第二抽排控制阀13返入原料气中；

（5）抽排结束后关闭第一抽排控制阀8和第二抽排控制阀13打开第一抽真控制阀4A和第三抽排控制阀14，此时抽出的气为含有较高甲烷体积分数的产品气；

（6）抽真空结束后，关闭第一抽真控制阀4A，打开第一均压控制阀7A和第二均压控制阀7B，对第一吸附塔5A进行均压升；

（7）重复步骤（1）-（6）。

如此则完成了一个循环。

表1 循环时序表

本实施方案中乏风瓦斯气体的甲烷体积分数为0.2%。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150kPa（绝压），最低解析压力20 kPa（绝压）。本实施例中产品气中甲烷的体积分数大于0.5%。

Claims

1.一种带吸附塔排气端抽排步骤的煤矿乏风瓦斯富集装置，其特征是该富集装置由以下部分组成：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)、第一抽真控制阀-(4A)、第二抽真控制阀-(4B)、第一排放气控制阀-(6A)、第二排放气控制阀-(6B)、第一均压控制阀-(7A)、第二均压控制阀-(7B)、第一抽排控制阀-(8)、第二抽排控制阀-(13)、第三抽排控制阀-(14)、单向阀-(9)、排放气缓冲罐-(10)、排放气流量调节阀-(11)、真空泵-(12)和吸附塔，所述吸附塔包括第一吸附塔-(5A)和第二吸附塔-(5B)；其中，鼓风机-(1)经进气缓冲罐-(2)通过第一进气控制阀-(3A)和第二进气控制阀-(3B)分别与第一吸附塔-(5A)和第二吸附塔-(5B)下端相连；第一吸附塔-(5A)通过第一抽真控制阀-(4A)与真空泵-(12)相连，第二吸附塔-(5B)通过第二抽真控制阀-(4B)与真空泵-(12)相连；第一吸附塔-(5A)、第一抽排控制阀-(8)一端与第一均压控制阀-(7A)、第二均压控制阀-(7B)相连，另一端与真空泵相连，实现吸附塔排气端的抽真空步骤；第二抽排控制阀(13)连接真空泵排气端和鼓风机入口端；第三抽排控制阀-(14)一端与真空泵相连，另一端作为产品气的输出端；第一排放气控制阀-(6A)和第二排放气控制阀-(6B)一端分别与第一吸附塔-(5A)和第二吸附塔-(5B)上端相连，另一端经单向阀-(9)与排放气缓冲罐-(10)、排放气流量调节阀-(11)相连。

2.根据权利要求1所述的带吸附塔排气端抽排步骤的煤矿乏风瓦斯富集装置，其特征在于，所述吸附塔还可为2塔以上的任意吸附塔。