[发明专利]一种浓缩分离除氧煤层气中甲烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体分离领域，特别是涉及煤层气领域，尤其涉及一种浓缩分离除氧煤层气中甲烷的方法。

背景技术

煤层气是指储存于煤层中的自生自储式非常规天然气，主要成分是CH₄。其浓度变化从20％-80％，目前利用的措施主要是发电或作为民用燃料，其余则直接排空。国内天然气用量逐渐增加，缺口越来越大。若将煤层气中甲烷加以利用作为补充或替代燃料，必须将其浓度提高至90％以上。因甲烷是易燃易爆气体，在分离过程前先将O₂脱除排除其干扰，再进行分离浓缩，保证安全。

除氧煤层气主要含有CH₄、CO₂、CO、N₂、H₂和残余O₂。利用变压吸附(简称为PSA)方法(公开号为CN85103557A的中国专利申请)选择适合吸附剂可以实现煤层气中CH₄的浓缩分离。

目前变压吸附分离浓缩除氧煤层气工艺因组分多，一次浓缩无法完全分离且CH₄提浓得效果不佳，而无法实现工业化的推广也应用，同时一种合适的吸附剂能同时将多组分气体分离也是一大难点，众多学者均在致力于该方面的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种浓缩分离除氧煤层气中甲烷的方法。

本发明提供的浓缩分离除氧煤层气中甲烷的方法，包括如下步骤：

1)将氧气体积百分含量不大于1％的原料煤层气进行压缩，得到压缩后的煤层气；

2)将所述压缩后的煤层气用碳分子筛进行吸附，得到吸附后的煤层气；

3)对所述步骤2)得到的吸附后的煤层气进行至少两级的浓缩分离，得到浓缩分离后的煤层气，完成所述除氧煤层气中甲烷的浓缩分离。

该方法的步骤1)中，所述氧气体积百分含量不大于1％的煤层气中，甲烷的体积百分含量为20～80％，所述压缩后的煤层气的压力为0.3～1.5MPa，优选0.8-1.0MPa。该煤层气中，氧气体积百分含量可为0。

所述步骤2)中，所述碳分子筛的分离系数为3.5，所述碳分子筛的堆比重为600～700g/L，优选656g/L，所述碳分子筛的型号为BM-1，该型号为BM-1的吸附剂均可从公开商业途径购买得到，如可购自煤炭科学研究总院煤化工分院，该碳分子筛的处理气体量可根据实际的气体处理量进行选择。所述吸附步骤中，时间为120～240秒，优选180秒；温度为5-35℃。该步骤是为了除去气体中含有的尘、水和油，以达到净化煤层气的目的。

在实际操作所述步骤3)时，可根据气源浓度组成选择相应的多级变压吸附流程进行组合。所述浓缩分离的级数优选为两级或三级。如：所述两级的浓缩分离的步骤为：先将所述步骤2)得到的吸附后的煤层气进行脱碳处理，再进行脱氮和浓缩处理；其中，所述脱碳处理步骤中，吸附剂为所述步骤2)所用碳分子筛，温度为5-35℃，时间为120～240s，优选180s，压力为0.3～1.5MPa，优选0.8MPa；所述脱氮处理步骤中，吸附剂为所述步骤2)所用碳分子筛，温度为5-35℃，时间为120～240s，优选180s，压力为0.3～1.5MPa，优选0.7-0.8MPa；所述浓缩处理步骤为用吸附剂进行吸附；所述吸附剂为BM-1，吸附时间为180s，吸附压力为0.5～0.7MPa，温度为5-35℃。该浓缩分离步骤是在常规四塔真空吸附塔中进行。该步骤中排放的顺减气体(气体压力减至一定值使得气体刚好达到穿透边界时的气体)可返回原料气以补充原料，提高产品回收率，排放的废气可根据情况放空或者返回原料气补充原料。

所述三级的浓缩分离的步骤为：先将所述步骤2)得到的吸附后的煤层气进行脱碳处理，再分别进行脱氮和浓缩处理；其中，所述脱碳处理步骤中，吸附剂为步骤2)所用碳分子筛，温度为5-35℃，时间为120～240s，优选180s，压力为0.3～1.5MPa，优选0.8MPa；所述脱氮处理步骤中，吸附剂为步骤2)所用碳分子筛，温度为5-35℃，时间为120～240s，优选180s，压力为0.3～1.5MPa，优选0.7-0.8MPa；所述浓缩处理步骤为用吸附剂进行吸附；所述吸附剂为步骤2)所用碳分子筛，吸附时间为180s，吸附压力为0.5～0.7MPa，温度为5-35℃，该浓缩分离步骤是在常规四塔真空吸附塔中进行。该浓缩分离步骤是在常规四塔真空吸附塔中进行。该步骤中排放的顺减气体可返回原料气以补充原料，提高产品回收率，排放的废气可根据情况放空或者返回原料气补充原料。