[发明专利]一种带吸附塔排气端抽排步骤的煤矿乏风瓦斯富集方法

说明书

技术领域

[0001] 本发明属于变压吸附气体分离领域，涉及一种真空变压吸附富集煤矿乏风瓦斯的方法，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

了提高变压吸附分离过程中瓦斯气的浓度，本发明提供一种吸附塔排气端抽排的吸附分离方法。该方法可以提高产品气甲烷的浓度。

一种带吸附塔排气端抽排步骤的煤矿乏风瓦斯富集方法，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、均压升这六个步骤。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。