[发明专利]一种温压协同气体吸附分离提纯方法

说明书

本发明公开了一种温压协同气体吸附分离提纯方法，通过在不同工况点高温低压吸附点、低温低压吸附点、低温高压吸附点、高温高压吸附点之间多种方式的温压协同循环，提高了传统变压吸附分离气体效率。本发明解决了目前针对变压吸附提纯制备气体过程中分离过程能耗较高、产品收率较低、系统自身能量未能充分利用等问题，尤其是针对混合气体中包含甲烷、氮气等难分离组分的情况，特别适用于煤矿抽采低浓度瓦斯及通风瓦斯的综合利用。

技术领域

本发明涉及气体提纯技术领域，具体涉及一种温压协同气体吸附分离提纯方法，尤其适用于煤矿抽采低浓度瓦斯及通风瓦斯的吸附分离提纯。

背景技术

瓦斯是煤的伴生产物，是一种宝贵的不可再生的能源，同时也是一种强温室效应气体。从煤矿瓦斯的排放而言，通风瓦斯的排放约占煤矿瓦斯排放总量的70％。由于通风瓦斯的浓度低(≤1％)、流量波动大，很难对其进行直接利用。因此，如何实现煤矿抽采瓦斯与通风瓦斯有效利用，对于提升煤矿安全高效的生产水平、减少温室气体排放具有十分重要意义。

针对类似煤矿瓦斯等混合气体，常规变压吸附是在等温条件下通过加压吸附、减压解吸的方式组合成吸附分离操作循环过程，吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压(降至常压或抽真空)过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生，得到高纯产品气体。

煤矿低浓度瓦斯和通风瓦斯中主要的成分包括甲烷、氮气、氧气等组分，其中甲烷和氮气具有相似的理化结构特性，然而常规变压吸附技术手段很难将其有效分离，目前尚无针对难分离气体组分的温压协同气体吸附分离提纯方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种温压协同气体吸附分离提纯方法，安全高效、能耗低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种温压协同气体吸附分离提纯方法，采用变温变压吸附系统，该系统包括进气单元、排气单元以及两个并联的装填有吸附剂的吸附塔I和吸附塔II，吸附塔I内部设置有换热器I，吸附塔II内部设置有换热器II，提纯步骤如下：

1)混合原料气通过进气单元经空气压缩机加压后，首先进入冷干机脱除水分，再进入吸附塔I，对吸附塔I进行降温升压完成杂质气体吸附过程，产品气从吸附塔I塔顶流出，经排气单元排出；同时开启真空泵对吸附塔II进行吹扫，使吸附塔II保持抽真空状态；

2)当吸附塔I内杂质吸附接近饱和时，关闭吸附塔I的进口，换热器I和换热器II进行热量交换，待两塔间的温度平衡后对吸附塔I进行升温降压完成杂质气体解吸过程，杂质气体从吸附塔I塔底通过真空泵排出装置，同时混合原料气通过进气单元经空气压缩机加压后，首先进入冷干机脱除水分，再进入吸附塔II，对吸附塔II进行降温升压完成杂质气体吸附过程，产品气从吸附塔II塔顶流出，经排气单元排出；

3)当吸附塔II内杂质吸附接近饱和时，关闭吸附塔II的进口，同时原料气切换至吸附塔I，并再次进行两塔间的热量交换，吸附塔I和吸附塔II交替循环运行。

优选的，杂质气体吸附过程具体操作如下：吸附塔在温度T2条件下升压至P1，达到高温低压吸附点A，随后保持吸附压力不变并对吸附塔进行降温至T1，达到低温低压吸附点B后，吸附塔保持低温T1不变并升压至P2，达到最大吸附量工况点低温高压吸附点C，完成杂质气体吸附过程；

杂质气体解吸过程具体操作如下：保持吸附塔的吸附压力P2不变，对吸附塔进行升温至T2，达到高温高压吸附点D后，吸附塔保持高温T2不变并降压至P1，达到高温低压吸附点A，完成杂质气体解吸过程。

优选的，杂质气体吸附过程具体操作如下：吸附塔在温度T2条件下升压至P1，达到高温低压吸附点A，随后保持温度T2不变并对吸附塔进行升压至P2，达到高温高压吸附点D后，吸附塔保持吸附压力P2不变并降温至T1，达到最大吸附量工况点低温高压吸附点C，完成杂质气体吸附过程；