[发明专利]一种煤层气的富集工艺

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿中煤层气处理领域，具体设计一种煤层气的富集工艺。

背景技术

煤层气，俗称瓦斯，是一种赋存于煤层中的烃类气体，主要成分是CH₄。煤层气综合利用价值很高，除民用外，还可用于燃气轮机发电、供热、压缩液化后作动力燃料，还可做甲醇、合成氨等化工产品，也是农药、医药、染料等有机化工产品的基础原料。表1是2007～2011年我国煤层气抽采量、利用、排放情况表。

表12007～2011年我国煤层气抽采、利用、排放量情况表

目前国内煤层气大量放空的主要原因是甲烷浓度低，煤层气浓缩在安全性、技术、经济等方面还不够理想，阻碍了煤层气的大规模利用，致使煤矿区抽采的煤层气利用率非常低。因此，现阶段煤层气的综合利用上，其关键点在于如何将低浓度乏气富集成高浓度矿物资源。其浓缩技术主要有变压吸附(PSA)工艺、低温分离技术、Mehra工艺、金属基液体吸收法和膜分离法等五种气体分离技术。

变压吸附(PSA)工艺是近年来煤层气浓缩过程的研究热点，该工艺过程中，研究者通过对传统工艺的改进，如增加真空操作、增加均压置换操作、增加吸附塔数或是复合床吸附等，均能提升甲烷吸附效果，然而制约PSA工艺大规模工业的主要原因是没有合适的吸附剂，吸附剂对组分的吸附选择性决定变压吸附分离的难易程度和经济效益。

低温分离技术应用较早，也是目前CH₄／N₂分离最成熟和最常用的技术，其基本原理是利用CH₄与N₂的沸点差实现二者的分离，利用低温技术可以将低浓度甲烷浓缩至90％以上，但装置复杂，设备投资大，且CO₂、水等杂质在低温时易于堵塞管道，也仅对大型煤矿有经济价值。

Mehra工艺是利用碳氢溶剂物理吸收CH₄，实现N₂和CH₄混合物的分离，溶剂组分为烷基醚、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、碳酸丙稀脂、环丁砜等物质的混合物，虽然该工艺在提纯含氮天然气有一定经济价值，但CH₄在碳氢溶剂中溶解度低、吸收剂用量大。

Bend研究机构开发的金属基液体吸收法基本原理是选择吸收N₂，吸收过程为化学吸收，理论上1mol金属基液体对N₂／CH₄的吸收选择性可达5.75，但吸收再生速度慢，效率低，仅适合小量N₂的吸收。

膜分离技术是一种新型分离技术，近几年膜分离在分离CH₄／N₂的基础研究比较多，但离工业化的差距仍然比较大，主要是膜的渗透选择性较低，且膜的制备也受到诸多因素的制约。

上述五种工艺，有些基础设备投资大，运行费用较高，有些技术还不成熟，工艺复杂，能耗高。因此有必要提供一种工艺线路较为简单，操作方便，设备投资少的煤层气富集工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺线路较为简单，操作方便，设备投资少的煤层气富集工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤层气富集工艺，其是利用乙醚溶剂对煤层气中的甲烷进行吸附，然后对吸附甲烷后的溶剂富液进行解吸分离出甲烷，收集得到富甲烷气体，以及对富甲烷气体进行脱乙醚处理，制得甲烷产品。

富集工艺的具体操作为：

先将乙醚溶剂加压冷却至1.3MPa、-25℃，将煤层气加压至1.3MPa，将加压冷却的乙醚溶剂和加压的煤层气在吸收塔中逆流接触吸附煤层气中甲烷，然后将吸附有甲烷的溶剂富液输送至闪蒸塔进行减压闪蒸处理，使得溶剂富液中的甲烷解吸分离，收集得到富甲烷气体。

闪蒸塔顶部收集得到的富甲烷气体进行加压冷却处理至1.3MPa、-30℃，然后进入低温分离罐中脱除富甲烷气体中的乙醚，脱除乙醚后的甲烷气体与进入低温分离罐中的富甲烷气体进行热交换回收冷量后得到甲烷产品。

进一步的方案为：

减压处理使得闪蒸塔内压减至1atm。

加压冷却后的煤层气由吸收塔塔底的物料入口进入吸收塔内，乙醚溶剂由吸收塔塔顶的物料入口进入吸收塔内，经乙醚溶剂吸附后煤层气经吸收塔塔顶的物料出口输至火炬燃烧。

煤层气加压处理后也对其进行冷却处理然后在输送至吸收塔中。