[发明专利]一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置及其方法

说明书

本发明提供了一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置及其方法，煤矿瓦斯富集装置包括鼓风机、进气缓冲罐、进气控制阀、抽真空控制阀、置换控制阀、排气控制阀、均压控制阀、吸附塔、空气充压控制阀、空气充压过滤器、真空泵、产品气缓充罐和置换回流阀，带排气端空气升压煤矿瓦斯富集装置的富集方法包括吸附、置换、均压降、抽真空、均压升和空气升压六个步骤，通过在吸附塔升压过程中采用空气从吸附塔排气端进行升压。本发明在煤矿瓦斯富集装置的排气端增加空气逆向升压步骤，可以延迟吸附塔的穿透时间，也可以避免升压结束后吸附塔出口端含有甲烷残留，进而提高产品气甲烷浓度和回收率。

技术领域

本发明涉及变压吸附气体分离领域，特别是涉及一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置及其方法。

背景技术

我国是一个煤炭大国，已探明煤层气储量为36.81m³，居世界第三位。然而我国煤矿瓦斯气体利用率确很低，据统计2012年煤层气抽采量为125亿立方米，而利用量确仅为52亿立方米，其中井下瓦斯抽采量99.4亿立方米利用量仅为31.8亿立方米，利用率为32％。其原因主要是井下瓦斯抽采浓度低，据统计目前有2/3的矿井瓦斯浓度低于25％。此外煤矿瓦斯气体在抽采过程中浓度会逐渐降低，目前很大一部分矿井抽采出的瓦斯气体浓度已低于15％，甚至低于10％，导致原有瓦斯发电机组无法启动。对低浓度瓦斯进行富集已经成为煤炭生产企业的迫切需求。

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。为保障低浓度瓦斯气体输送和利用的安全《煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范》中指出低浓度瓦斯在输送过程中压力不超过20kPa。因此VSA工艺流程是最适合低浓度煤矿瓦斯富集的生产方式。

在吸附法回收重组分气体的吸附分离过程中，为提高分离效率，延迟强吸附相组分的穿透时间，一般都采用从吸附塔排气端流出的弱吸附相组分进行升压，如专利CN85103557A公开了一种变压吸附法富集煤矿瓦斯气中甲烷，其具体公开了富集煤矿瓦斯气中甲烷的步骤有吸附、压力均恒、顺向减压、置换、逆向减压、抽真空、一次充压和二次充压，其中一次充压是利用另一刚处于压力均衡步骤塔的不含甲烷的塔顶释放气向上述已完成抽真空的塔进行充压，是从塔的出口往进口方向，使它的压力升至与供给气源塔的压力相等为止，二次充压是利用另一处于吸附步骤塔的不含甲烷的塔顶释放气向上述已完成一次充压的塔进行再次充压，是从塔的出口端往进口端方向，使它的压力升至基本上等于吸附压力为止，但是这种直接从吸附塔排气端流出的弱吸附相组分往往含有少量的强吸附相组分，同时在升压过程中待升压塔一般压力较低，需严格控制升压速度确保升压过程中不对其它处于吸附过程中的吸附塔产生影响，因此，需要提供一种既可以实现升压又不含甲烷气体，以避免升压结束后吸附塔出口段甲烷气体残留，还可以延长穿透时间，提高产品气甲烷浓度和回收率的煤矿瓦斯富集装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种带排气端空气升压的煤矿瓦斯富集装置及其方法，以解决上述现有技术存在的问题，使得在升压结束后不仅可以避免吸附塔出口段甲烷气体残留，还可以延长穿透时间，进而提高产品气甲烷浓度和回收率。