[发明专利]一种通过分离氮气富集甲烷的方法及装置

说明书

本发明涉及气体分离技术领域，特别涉及分离氮气中低浓度甲烷（小于30%）的分离方法及所用的装置，具体是一种通过分离氮气富集甲烷的方法及装置。甲烷‑氮气混合气通过吸附床A，含有TUTLY‑1的吸附剂选择性吸附甲烷气体，待吸附床A甲烷吸附饱和后，吸附床A减压或抽真空解吸，经过一级提浓的解吸气作为原料气进入吸附床B，含有TUTLY‑2的吸附剂选择性吸附氮气。采用本发明所述方法，混合气体中的甲烷损失率低，设备投资较小，开停车灵活，操作简便；所得的甲烷气体浓度可达95%以上，同时也可以得到较高纯度的氮气（大于95%）。甲烷浓度在95%以上的富甲烷气可直接用作LNG燃料或车用天然气。

技术领域

本发明涉及气体分离技术领域，特别涉及分离氮气中低浓度甲烷（小于30%）的分离方法及所用的装置，具体是一种通过分离氮气富集甲烷的方法及装置。

背景技术

近年来，随着全球能源消费规模的扩大，非常规天然气如低浓煤层气、致密气、页岩气和低饱和度天然气等的开发利用引起了世界的普遍关注，作为天然气资源的有效补充，这些非常规天然气在中国的能源结构中扮演着日益重要的角色。在开采这些非常规天然气的过程中，会有大量的氮气、二氧化碳和水蒸气的杂质气体混入其中，而氮气、二氧化碳的存在显著降低了燃料的热值。因此，使低浓度甲烷得到富集显得格外重要。

目前，富集低浓度甲烷主要采用低温精馏、膜分离及气体水合物富集等技术，但存在能耗高、富集效率低及设备成本高等缺陷。而N₂与CH₄有着极为相近的动力学直径，又都属于非极性气体，所以应用于普通的PSA分离CH₄/ N₂还没有适合的吸附剂。

发明内容

本发明为了解决目前富集低浓度甲烷存在的缺陷，提供了一种通过分离氮气富集甲烷的方法及装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种通过分离氮气富集甲烷的方法，在吸附床A填充含有TUTLY-1的吸附剂，吸附床B填充含有TUTLY-2的吸附剂，控制进气管路和吸附床的温度和压力恒定，甲烷-氮气混合气通过吸附床A，含有TUTLY-1的吸附剂选择性吸附甲烷气体，待吸附床A甲烷吸附饱和后，吸附床A减压或抽真空解吸，经过一级提浓的解吸气作为原料气进入吸附床B，含有TUTLY-2的吸附剂选择性吸附氮气，从而通过分离氮气达到由低浓度甲烷富集得到高浓度甲烷的目的。

作为本发明方法技术方案的进一步改进，所述甲烷-氮气混合气中甲烷的浓度低于30%。

作为本发明方法技术方案的进一步改进，含有TUTLY-1的吸附剂是由TUTLY-1 原粉与拟薄水铝石、田菁粉、稀硝酸按质量比40:10:1:4混合而成的，所述稀硝酸的体积分数为10%。

作为本发明方法技术方案的进一步改进，含有TUTLY-2的吸附剂是由TUTLY-2原粉、粘结剂和胶溶剂混合而成的，其中粘结剂的添加量为10-30wt%，胶溶剂的添加量为5-20wt%。

作为本发明方法技术方案的进一步改进，所述粘结剂为聚乙二醇、石墨、田菁粉或甲基纤维素中的一种或两种，胶溶剂为甘油、三氯乙酸或蒸馏水中的一种或两种。

作为本发明方法技术方案的进一步改进，各吸附床内的温度为0-35℃，压力为1MPa。