[发明专利]提取低浓度含氧煤层气中甲烷的方法

说明书

技术领域

本发明属于通过加压和冷却处理使气体或气体混合物进行液化、固化或分离的技术领域，具体涉及一种提取低浓度含氧煤层气中甲烷的方法。

背景技术

煤层气属于煤矿生产中的伴生气。在煤矿开采前，需要事先在地面抽采煤层气；在煤矿开采的同时，需要在矿道内抽采煤层气。地面抽采的煤层气，其甲烷含量高，含氧量小，安全性好，可以直接加压运输或用于其他用途。但更多的是为了煤矿开采的安全、在已经进行煤炭开采生产的矿道内抽采的煤层气。矿道内抽采得到的煤层气甲烷含量低，通常在30%～70%之间，这类煤层气中含空气，特别是对甲烷含量小于50%的煤层气，空气含量较高，处理起来有危险性，所以长期以来的做法是将这种低浓度含氧煤层气燃烧或直接排放，造成能源浪费与污染。

从低浓度含氧煤层气中回收甲烷对扩展和提高煤层气的使用价值和煤矿生产的经济性具有重要意义。目前用于低浓度含氧煤层气提取甲烷的方法一般有：1）水合法，如公开号为CN101554560的中国专利公开的一种低压处理煤层气的方法；2）变压吸附法，如公开号为CN101096908的中国专利公开的一种两段低压法煤层气生产天然气方法；3）低温液化分离法，如公开号为CN101531559的中国专利公开的一种从含氧煤层气中提纯分离甲烷的方法。

由于低浓度含氧煤层气中甲烷含量较低，剩余气体主要为空气，所以具有爆炸危险。在常温常压下，甲烷浓度在5%～15%即可发生爆炸，在提纯低浓度含氧煤层气中的甲烷时，随着甲烷的浓缩，剩余气体中甲烷含量逐渐减少，一旦进入5%～15%的爆炸范围就可能发生爆炸，这是所有提取低浓度含氧煤层气中甲烷的方法所必须解决的问题。

在目前报道的技术方法中，主要采取以下措施来确保安全：一是通过催化、变压吸附、膜分离、溶液吸收等手段首先除去低浓度含氧煤层气中的氧，然后再提取其中的甲烷；二是在整个提取过程中，确保各处甲烷浓度高于爆炸上限；或者有些技术方法中不提及氧气对安全性的影响，仅从气体分离的技术角度描述提取甲烷的方法。

这些方法虽然在一定程度上提高了在低浓度含氧煤层气中提取甲烷过程中的安全性，但是还存在以下不足：在先除氧再提取甲烷的方法中，需要增加脱氧设备，增加了设备投资和运行成本；在整个提取甲烷过程中控制甲烷含量高于爆炸上限，以确保安全的方法则牺牲了甲烷回收率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提取低浓度含氧煤层气中甲烷的方法，该一种提取低浓度含氧煤层气中甲烷的方法能够实现在不预先脱氧的情况下，从低浓度含氧煤层气中获得高回收率的甲烷。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提取低浓度含氧煤层气中甲烷的方法，包括以下工序：

1）煤层气存储工序：采用气柜存储低浓度含氧煤层气，且储存压力为0.001MPa～0.005MPaG；

2）煤层气压缩工序：采用煤层气压缩机将气柜输出的煤层气增压压缩至0.35～0.4MPaG，且在增压压缩过程中，保持煤层气的温度低于80℃；

3）煤层气净化工序：将增压压缩后的煤层气依次进行脱汞、脱硫、脱二氧化碳和脱水处理；

4）煤层气冷却工序：将净化后的煤层气冷却至-140℃～-160℃，且冷却后的煤气层中，液体摩尔分数不超过15%；

5）煤层气精馏分离工序：将冷却后的煤层气输送至精馏塔，将煤层气中的甲烷液化分离，液化分离得到的甲烷液体进入位于精馏塔底的再沸器中，使甲烷液体中含有的氮气和氧气蒸发，液化分离得到的氮氧气进入位于精馏塔顶的冷凝器中，使氮氧气中含有的甲烷液化分离后回流至精馏塔中；

6）液化甲烷存储工序：将精馏分离得到的液化甲烷存储在液化甲烷储罐中。

进一步，所述气柜的进气管路和出气管路上均设有喷粉抑爆装置和水封阻火泄爆装置，且喷粉抑爆装置位于水封阻火泄爆装置之前。

进一步，所述第3）工序中，经净化处理后的煤层气中，汞含量小于0.1umg/m³，硫化氢含量小于1ppm，二氧化碳含量小于50ppm，水含量小于1ppm。

进一步，所述精馏塔内设有用于分馏煤层气中甲烷、且具有抑爆性能的填料，所述精馏塔内还设有阻火抑爆材料，所述阻火抑爆材料为间隔铺设在所述填料内的阻火丝网。

进一步，所述阻火丝网的网孔大小为80～200目，铺设密度为每隔300mm铺设1-12层。

进一步，经所述煤层气精馏分离工序处理后，得到的液化甲烷中，甲烷含量高于99%，排出的氮氧气中，甲烷的含量低于0.5%。