一种沸石分子筛分离甲烷与氮气的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术介绍了一种沸石分子筛分离甲烷与氮气的装置，包括压缩机、进气缓充罐、产品气缓充罐、真空泵、第一组吸附机构、第二组吸附机构；第一组吸附机构包括第一进气控制阀、第一抽真控制阀、第一吸附塔、第一产品气控制阀、第一均压控制阀；第二组吸附机构包括第二进气控制阀、第二抽真控制阀、第二吸附塔、第二产品气控制阀、第二均压控制阀。本实用新型专利技术具有以下的有益效果：通过变压吸附的方法提纯甲烷，其初投资低，运行成本低，操作灵活方便，提纯效率高，吸附剂分离性能稳定，可有效的节约能源。

A device for separating methane and nitrogen by zeolite molecular sieve

The utility model introduces a device for separating methane and nitrogen from a zeolite molecular sieve, including a compressor, an air inlet slowly filling tank, a product gas retarding tank, a vacuum pump, a first set of adsorption mechanisms and second sets of adsorption mechanisms. The first group of adsorption mechanisms includes the first intake control valve, the first true control valve, the first adsorption tower, and the first production. The gas control valve and the first pressure control valve; the second groups of adsorption mechanisms include second intake control valves, second true control valves, second adsorption towers, second product gas control valves, and second pressure control valves. The utility model has the following beneficial effects: using the method of pressure swing adsorption to purify methane, its initial investment is low, the operation cost is low, the operation is flexible and convenient, the purification efficiency is high, the separation performance of the adsorbent is stable, and the energy can be saved effectively.

【技术实现步骤摘要】
一种沸石分子筛分离甲烷与氮气的装置
本技术涉及一种气体分离与净化装置领域技术，特别是一种沸石分子筛分离甲烷与氮气的装置。
技术介绍
天然气是一种以甲烷为主的清洁能源，近年来随着经济的发展和人们生活水平的提高，越来越多的人关注环境问题，以天然气为一次能源越来越受到重视，在一次能源中所占比例也越来越高。天然气主要以管道的形式供给，一般要求天然气热值在31.4MJ以上（甲烷浓度在95%以上）。然而目前常规天然气以及非常规天然气（煤层气、页岩气）等采集过程中往往含有大量的杂质气体，如氮气、二氧化碳、硫化氢等。变压吸附由于投资小，运行费用低等优势在气体分离领域方面受到广泛的关注。专利CN85103557A描述了一种变压吸附浓缩煤矿瓦斯的技术，以活性炭为吸附剂，在吸附压力为0.5-1.0MPa的条件下可以将甲烷提浓到95%以上。采用该技术在河南焦作矿务局建成我国第一套处理煤层气气量为1.2万m3/天的浓缩工业试验装置，成功地将煤层气中的CH4体积分数从30.4％提高到63.9％，增加置换步骤后，可进一步提高到99.4%。然而该变压吸附分离法采用吸附甲烷的方法在，在低压侧获取高浓度的甲烷气体。采用该方法对甲烷进行提纯，会导致产品气压力低，需要额外升压确保进一步的输送与利用，而吸附过程中升压后的能量确白白浪费。对于杂质气体氮气较低的高浓度甲烷原料气，如采用吸附甲烷的方法进行富集则需要吸附剂具有较大的吸附容量。采用吸附氮气的方法对甲烷浓度较高的含甲烷气体进行富集是一种十分理想的方法，才用该方法可以实现甲烷在高压侧提纯，从而便于进一步的压缩与利用，降低运行费用。然而N2、CH4的动力学半径非常接近分别为3.64、3.82，且沸点也十分接近，均为非极性气体，基于以上原因采用吸附氮气的方法吸附分离氮气和甲烷一直是变压吸附分离过程中的一个难点。碳分子筛可通过调节孔径控制气体进入孔道的传质速度，从而实现分离。但由于碳分子筛表面极性较低且有较强的疏水性能，对甲烷具更强的吸附性能，导致吸附剂对氮气的选择性大大降低。研究者利用碳分子筛针对N2/CH4的双组分气体开展了分离研究，指出了N2在吸附剂上的吸附速率远大于CH4，然而吸附剂的平衡吸附量却是CH4大N2，从而影响了CH4/N2混合气体的分离能力。从研究结果来看，其平衡分离性能表现出的甲烷平衡分离能力大大高于动力学分离能力，直接影响其对氮气和甲烷二元组分的分离性能。新型人工合成沸石分子筛是一直十分适合于甲烷氮气的吸附剂，通过孔道尺寸的调节可将沸石分子筛调整为氮气平衡选择型和氮气动力学选择型的吸附剂。目前斜发沸石在变压吸附分离甲烷氮气方面的研究主要基于天然沸石和碳分子筛。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种沸石分子筛分离甲烷与氮气的装置，操作灵活方便，性能稳定，吸附塔内装填的吸附剂为新型人工斜发沸石，通过变压吸附的方法实现甲烷氮气二元组分的分离，新型人工合成沸石分子筛中阳离子为Li、Na、K、Mg、Sr、Ce中的一种或多种阳离子的组合，对氮气具有选择性吸附特性，能优先吸附氮气，可以将甲烷浓度为20-80%的含氮天然气富集到95%以上，且回收率超过70%。为了实现解决上述技术问题的目的，本技术采用了如下技术方案：一种沸石分子筛分离甲烷与氮气的装置，包括压缩机、进气缓充罐、产品气缓充罐、真空泵、第一组吸附机构、第二组吸附机构；第一组吸附机构包括第一进气控制阀、第一抽真控制阀、第一吸附塔、第一产品气控制阀、第一均压控制阀；第二组吸附机构包括第二进气控制阀、第二抽真控制阀、第二吸附塔、第二产品气控制阀、第二均压控制阀；所述进气缓充罐一端与压缩机连接，另一端通过第一进气控制阀、第二进气控制阀分别与第一吸附塔、第二吸附塔下端连接，第一吸附塔、第二吸附塔的下端分别为第一吸附塔、第二吸附塔的进气端；所述第一吸附塔、第二吸附塔的进气端分别通过第一抽真控制阀、第二抽真控制阀与真空泵相连；当第一进气控制阀为开启状态时，第二进气控制阀为关闭状态；当第二进气控制阀为开启状态时，第一进气控制阀为关闭状态；当第一抽真控制阀为开启状态时，第二抽真控制阀为关闭状态；当第二抽真控制阀为开启状态时，第一抽真控制阀为关闭状态；所述第一均压控制阀、第二均压控制阀一端通过同一管道相互连通，另一端分别与第一吸附塔、第二吸附塔的上端连接；第一吸附塔、第二吸附塔的上端分别为第一吸附塔、第二吸附塔的出气端；当第一均压控制阀与第二均压控制阀用时为开启或同为关闭状态；所述第一产品气控制阀、第二产品气控制阀一端分别与第一吸附塔、第二吸附塔出气端连接，另一端与产品气缓充罐连接；当第一产品气控制阀为开启状态时，第二产品气控制阀为关闭状态；当第二产品气控制阀为开启状态时，第一产品气控制阀为关闭状态。进一步的，所述沸石分子筛分离甲烷与氮气的装置还包括单向阀，单向阀设置在产品气缓充罐和第一产品气控制阀、第二产品气控制阀之间。进一步的，所述沸石分子筛分离甲烷与氮气的装置还包括产品气流量调节阀，产品气流量调节阀设置在产品气缓充罐的出气端。进一步的，所述第一吸附塔、第二吸附塔设置为一个或者多个。进一步的，所述第一吸附塔、第二吸附塔底部根据原料气的需求可加入部分脱水和脱二氧化碳的吸附剂。进一步的，所述沸石分子筛分离甲烷与氮气的装置还包括真空泵控制阀、排气旁路和旁路排气阀；真空泵控制阀设置在真空泵前端，和第一抽真控制阀、第二抽真控制阀相连；排气旁路从真空泵控制阀和第一抽真控制阀、第二抽真控制阀之间引出，旁路排气阀设置在排气旁路上。设置真空泵控制阀、排气旁路和旁路排气阀；使得在降压解吸步骤也可以不用抽真空，直接打开抽真控制阀和旁路排气阀通过将吸附塔的气体排出，使得吸附塔压力降低，从而进行降压解吸。使用的装置包括两组吸附机构，并使得两组吸附机构分别处于不同的工作状态，第一组吸附机构进行升压步骤、吸附步骤时，第二组吸附机构进行降压解吸步骤；然后第一组吸附机构和第二组吸附机构同时分别进入降压均压步骤和升压均压步骤，第一组吸附机构得到降压均压，第二组吸附机构得到升压均压；然后第一组吸附机构进行降压解吸步骤；第二组吸附机构进行升压步骤、吸附步骤；接着第一组吸附机构和第二组吸附机构同时分别进入升压均压步骤和降压均压步骤，第一组吸附机构得到升压均压，第二组吸附机构得到降压均压；升压均压后的第一组吸附机构进入升压步骤，降压均压的第二组吸附机构进入降压解吸步骤；如此循环工作。其中第一组吸附机构的工作方式为：原料气由压缩机压缩，经进气缓充罐和第一进气控制阀流入第一吸附塔，即为升压步骤；第一吸附塔内的吸附剂吸附原料气中的强吸附组分氮气后，富甲烷气体作为产品气从第一吸附塔的排气端经第一产品气控制阀流出通过单向阀进入产品气缓冲罐即为吸附步骤；在吸附剂吸附饱和前结束吸附步骤；吸附步骤结束后关闭第一产品气控制阀，打开第一均压控制阀对第一吸附塔进行均压，即为降压均压步骤；同时打开第二均压控制阀，进行升压均压步骤，直至第一吸附塔和第二吸附塔压力平衡；第一吸附塔经均压降压后，第一吸附塔的残留气体即废气由真空泵经抽第一抽真控制阀从第一吸附塔中抽出，即为降压解吸步骤；然后第一吸附塔进入升压步骤，第二吸附塔进入降压解吸步骤；如此循环。第二组吸附机构的工作方式为：原料气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沸石分子筛分离甲烷与氮气的装置，其特征是：包括压缩机、进气缓充罐、产品气缓充罐、真空泵、第一组吸附机构、第二组吸附机构；第一组吸附机构包括第一进气控制阀、第一抽真控制阀、第一吸附塔、第一产品气控制阀、第一均压控制阀；第二组吸附机构包括第二进气控制阀、第二抽真控制阀、第二吸附塔、第二产品气控制阀、第二均压控制阀；所述进气缓充罐一端与压缩机连接，另一端通过第一进气控制阀、第二进气控制阀分别与第一吸附塔、第二吸附塔下端连接，第一吸附塔、第二吸附塔的下端分别为第一吸附塔、第二吸附塔的进气端；所述第一吸附塔、第二吸附塔的进气端分别通过第一抽真控制阀、第二抽真控制阀与真空泵相连；当第一进气控制阀为开启状态时，第二进气控制阀为关闭状态；当第二进气控制阀为开启状态时，第一进气控制阀为关闭状态；当第一抽真控制阀为开启状态时，第二抽真控制阀为关闭状态；当第二抽真控制阀为开启状态时，第一抽真控制阀为关闭状态；所述第一均压控制阀、第二均压控制阀一端通过同一管道相互连通，另一端分别与第一吸附塔、第二吸附塔的上端连接；第一吸附塔、第二吸附塔的上端分别为第一吸附塔、第二吸附塔的出气端；当第一均压控制阀与第二均压控制阀用时为开启或同为关闭状态；所述第一产品气控制阀、第二产品气控制阀一端分别与第一吸附塔、第二吸附塔出气端连接，另一端与产品气缓充罐连接；当第一产品气控制阀为开启状态时，第二产品气控制阀为关闭状态；当第二产品气控制阀为开启状态时，第一产品气控制阀为关闭状态。...

【技术特征摘要】
1.一种沸石分子筛分离甲烷与氮气的装置，其特征是：包括压缩机、进气缓充罐、产品气缓充罐、真空泵、第一组吸附机构、第二组吸附机构；第一组吸附机构包括第一进气控制阀、第一抽真控制阀、第一吸附塔、第一产品气控制阀、第一均压控制阀；第二组吸附机构包括第二进气控制阀、第二抽真控制阀、第二吸附塔、第二产品气控制阀、第二均压控制阀；所述进气缓充罐一端与压缩机连接，另一端通过第一进气控制阀、第二进气控制阀分别与第一吸附塔、第二吸附塔下端连接，第一吸附塔、第二吸附塔的下端分别为第一吸附塔、第二吸附塔的进气端；所述第一吸附塔、第二吸附塔的进气端分别通过第一抽真控制阀、第二抽真控制阀与真空泵相连；当第一进气控制阀为开启状态时，第二进气控制阀为关闭状态；当第二进气控制阀为开启状态时，第一进气控制阀为关闭状态；当第一抽真控制阀为开启状态时，第二抽真控制阀为关闭状态；当第二抽真控制阀为开启状态时，第一抽真控制阀为关闭状态；所述第一均压控制阀、第二均压控制阀一端通过同一管道相互连通，另一端分别与第一吸附塔、第二吸附塔的上端连接；第一吸附塔、第二吸附塔的上端分别为第一吸附塔、第二吸附塔的出气端；当第一均压控制阀与第二均压控制阀用时为开启或同为关闭状态；所述第一产品气控制阀、第二产品气...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雄，魏渝伟，
申请(专利权)人：洛阳健阳科技有限公司，
类型：新型
国别省市：河南,41